在创客教育中引入智能工程机器人

庄超

随着科学技术的不断进步，教育理念也在不断更新。创客教育模式正在中小学开展，机器人的普及与实施促进了创客教育的蓬勃发展。本文结合学校的几台工程机器人，介绍以机器人为学习工具，提高学生动脑动手的能力，培养学生创新的意识。

一、了解概念

（一）创客教育的引入

创客教育融合了多个领域的知识，意在培养学生创新、创意等方面所需要的能力，是学生在实践中学习、实践中培养思维的一种教育方式。小学生由于年龄的特点，想象力、创造力更加丰富，他们迫切需要一种可以发挥想象力、可以通过动手研究实现自我的渠道。创客教育的引入刚好可以满足学生这种需要，因此在小学中逐步受到认可。机器人属于创客教育的重要器材，近年来也开展得相对集中，由于不受年龄限制，可以以课程化开展。

（二）智能工程机器人参加竞赛

通过智能工程机器人为载体模拟实际建筑工地搬运货物的过程，让机器人自主完成搬运、吊运货物的任务。通过两项任务的结合，模拟搬运、吊车运动中机械的真实运行过程，体验编程过程中的乐趣。其中搬运车和塔吊都需要学生用螺丝刀一个一个去安装，绕线环节的细节直接影响速度和结果，这极大锻炼了学生的团队合作能力，也考验了学生的意志，培养了严谨性。

（三）智能工程机器人的规则设置

比赛模拟一个情境：一辆自主移动搬运的机器人，要将固定的建筑材料从一个材料仓库转移到固定的位置上，另一辆塔吊机器人将建筑材料吊到建筑台上的某位置，供建筑工人使用。比赛场地是一个大型建筑工地，包含几个材料仓库、一些黑色的柏油道路、三个送货点及一个作业区。

当比赛裁判发出“开始”的指令后，智能工程机器开始比赛。完成的比赛进程有：工程搬运机器人从开始位置出发，循线行驶到指定的仓库取出指定的材料，并准确地将其放入1—3号送货点;另一辆塔吊机器人将建筑材料放到作业区，供建筑工人使用。裁判会观察评估取放货物的数量和精确度，并记录从出发到结束，机器人的运行状态，以及两台机器人的衔接情况;评估完成动作能力等。

二、智能工程机器人的任务解析

（一）机器人要求

参赛机器人的主体部分能够放入一个350mm×380mm的区域内即可（高度不超过800mm，悬空部分不超过700mm×700mm）。

（二）比赛时间规定

正式比赛开始前，由裁判现场抽取机器人收取货物的位置，抽取完取货点后，参赛选手有75分钟的硬件调试、程序编写及场地测试时间，过时视为自动放弃。调试时间结束后，按照抽签顺序开始正式比赛，到时不能参加比赛的队伍视为自动放弃比赛机会。（具体调试时间与比赛时间会根据实际的比赛安排略微调整。）每队有2次比赛机会，选取成绩好的一次作为最终比赛成绩。场地比赛完后到答辩区域答辩，完成本次赛事。

（三）比赛要求

在参加比赛之前，需要将机器人的电源电量、传感器和驱动等调试到位（比赛中一些器材禁止使用，比如，电烙铁、电钻等工具）。进场后前10分钟为选手准备时间，比赛开始，裁判会发出比赛正式开始通知，选手在各个对应位置开始进行硬件调试、程序编写及场地测试后，完成比赛规定的任务动作。比赛过程中不允许外出。进场前务必核实零部件完好齐全。

三、搭建与编程

智能工程机器人的比赛，主要完成机器人的搭建与编程。在每一个环节中，都有学生需要动手动脑的地方，尤其在编程中，不同的思考方式、不同的方案就是一种创新。笔者根据机器人的特点和小学生的认知能力，在教学中将任务分成两大块。

第一块的内容：机器人主要由搬运车和塔吊两部分组成。因此，在实际教学中，可以将其归为硬件类。硬件类需要学生通过基本的螺丝刀等工具去动手组装。根据学情，我将搬运车的任务分成四个课时共49步骤。塔吊任务分成五个课时共87步骤。

第二块的内容：这部分主要是软件的学习。这套机器人采用开源的电子板，在编程方面主要是C语言的编译。考虑到小学生在编程方面的薄弱学情，结合任务的赛图，将程序以朴实的语言解释给学生听，让学生看着任务图就能知道具体需要编程的步骤。这样，在潜移默化中学生就能掌握基本的编程步骤，了解编程的思想。

四、创客教育的创新探索

智能工程机器人综合了信息技术、电子技术、控制技术等多个领域。如何将智能工程机器人完整地搭建好，这对学生来说具有一定的难度。学生通过自主探究、小组合作，在搭建的过程中去解决各种困难。这样可以在实践的过程中，培养学生的动手能力，提高解决问题的能力。智能工程机器人课程的实施，为学生提供了全面接触、学习信息科技的机会，有利于中小学生信息素养、想象力、创造力的全面提高。

智能工程机器人实际上是多种器材的搭建，学生在设计创新上有想象的空间。但是，每种机器人都有自己的特点，我们可以适当拓宽一些机器人知识，来帮助学生提高解决问题的能力，积累更丰富的经验。

目前，机器人在学校的教育装备中占有一定的比重。而在日常的教学当中，更多的是机械性地完成任务，重复地完成一些组装，没有上升到更高的理论层次。通过创客教育的深入学习，在课程的设置上，在课程模式的探究下，学生知道问题是什么，如何去解决问题。在这样的思维训练下，学生可以自主探究解决问题的办法。长此以往，学生可以更多地了解最新的創客教育动向，帮助学生掌握解决问题的方法。通过这些方法，帮助他们解决生活中的实际问题。