機(jī)器人教育之緣起

　　建構(gòu)主義學(xué)習(xí)理論認(rèn)為，人類可以通過對(duì)機(jī)器等系統(tǒng)的建造、修補(bǔ)、互動(dòng)和行為觀察，創(chuàng)造思維模式，感知世界。20世紀(jì)80年代早期，計(jì)算機(jī)語(yǔ)言發(fā)明家西摩·佩伯特引入了該理論，同時(shí)，由佩伯特開發(fā)的首個(gè)名為教育機(jī)器人程序——“洛戈”也在那時(shí)出現(xiàn)。 “洛戈”其實(shí)僅由一個(gè)編程語(yǔ)言組成，以此來控制機(jī)器人做一些簡(jiǎn)單動(dòng)作，如：在特定距離里前后移動(dòng)、左右搖擺、撿筆和畫畫。

　　在接下來的新推出“洛戈”中有幾款是與樂高積木進(jìn)行合作的，它們?cè)缙谑强梢酝ㄟ^電腦控制的教育機(jī)器人，后期形成了可編程積木設(shè)計(jì)，這就是我們今天所熟知的“樂高機(jī)器人”。此后，樂高運(yùn)用各種機(jī)器人功能，為K12階段的孩子提供教育。

　　除了樂高，根據(jù)建構(gòu)主義理論，現(xiàn)在許多公司都開始研發(fā)機(jī)器人建模套件，教育者可以用來建立思想、學(xué)習(xí)設(shè)計(jì)、鍛煉STEM(數(shù)理化)思維。建模套件的投資規(guī)模多樣，已從小規(guī)模到大規(guī)模甚至擴(kuò)展到世界范圍、非營(yíng)利機(jī)構(gòu)等，此外，機(jī)器人套件的推廣刺激了機(jī)器人俱樂部的形成和國(guó)際機(jī)器人競(jìng)賽的出現(xiàn)。

　　老師們可以輕松通過各種程序在課程中介紹機(jī)器人譯碼，也可以介紹機(jī)器人技術(shù)，這樣很自然地同步學(xué)習(xí)了編程，或許也算得上是一項(xiàng)投資。這種機(jī)器人技術(shù)的應(yīng)用通常需要經(jīng)費(fèi)資助，經(jīng)費(fèi)多少取決于所在的學(xué)?；虻貐^(qū)預(yù)算，一些套件價(jià)格相對(duì)合理。除了介紹實(shí)現(xiàn)大規(guī)模機(jī)器人競(jìng)賽的組織以外，本文還對(duì)一些已推出的著名機(jī)器人做了概述，并分析了他們能在教育領(lǐng)域獨(dú)樹一幟且合乎規(guī)范的原因。

　　入門級(jí)：K12階段機(jī)器人產(chǎn)品

　　上文提到，樂高機(jī)器人自帶圖形編程用戶界面，可用于用戶編程，其也可以用通用語(yǔ)言代替JAVA和C語(yǔ)言。除了樂高機(jī)器人，樂高教育旗下還有針對(duì)早教市場(chǎng)的WeDo產(chǎn)品，當(dāng)然，它也為其他年齡段的孩子們推出了一些不同類型的產(chǎn)品。

　　奇妙工廠(Wonder Workshop)的Dash與Dot機(jī)器人以其個(gè)性編程設(shè)計(jì)廣受歡迎，給小學(xué)生市場(chǎng)帶來了巨大的沖擊，更值得一提的是，Dash與Dot機(jī)器人強(qiáng)調(diào)通過獨(dú)家用戶圖形界面學(xué)習(xí)編程。奇妙工廠同樣推出了一系列兒童編程應(yīng)用，例如，Blockly塊語(yǔ)言，一款為小學(xué)生在課堂上高效介紹編程的應(yīng)用。

　　塊語(yǔ)言Blockly和ScratchJr.都是學(xué)前兒童編程語(yǔ)言學(xué)習(xí)工具，提供可視化編輯及分單元編程語(yǔ)言講解。一些機(jī)器人程序由Blockly編寫，其它部分由Scratch編寫，二者皆可作為獨(dú)立的編程教學(xué)工具。網(wǎng)站Code.org是一家可應(yīng)用于課堂的大型編程網(wǎng)站，而3-7歲學(xué)齡前兒童可以選擇用Scratch Jr.平臺(tái)框架搭建的mama.codes進(jìn)行軟件編寫。

　　遠(yuǎn)程控制球Sphero提供了一系列JavaScript語(yǔ)言下預(yù)制機(jī)器人的程序。Sphero靈感來源于電影星球大戰(zhàn)中機(jī)器人BB8，也因此一舉成名。可編程球體可以越過障礙跑道并具備其他功能。Sphero采用JavaScript作為編程語(yǔ)言，更適合初高中學(xué)生使用。

　　Vex機(jī)器人是為小學(xué)、初中、高中和大學(xué)階段的學(xué)生設(shè)計(jì)的流行機(jī)器人供應(yīng)商。他們以C語(yǔ)言為基礎(chǔ)，用自己的圖形用戶界面發(fā)明了可程式積木，該公司每一個(gè)機(jī)器人套件都是由學(xué)生完成的，由多種金屬和塑料成分組成，每年都會(huì)舉辦大型機(jī)器人競(jìng)賽。

　　中高級(jí)：初高中生的非盈利機(jī)器人活動(dòng)

　　少數(shù)大型非盈利機(jī)器人組織會(huì)為學(xué)生提供0成本的課后機(jī)器人參與活動(dòng)，包括學(xué)習(xí)、設(shè)計(jì)、制作、競(jìng)賽。BEST機(jī)器人組織創(chuàng)建至今已22年，遍及全美19個(gè)州。他們之所以如此特別，是因?yàn)樗麄冸m然沒有系列的機(jī)器人套件，但是用各種材料制作機(jī)器人，創(chuàng)建了自己的團(tuán)隊(duì)。BEST將自己的創(chuàng)作力釋放到機(jī)器人套件之外的領(lǐng)域，根據(jù)特定的主題每年舉辦國(guó)家級(jí)的機(jī)器人競(jìng)賽，一些來自Vex公司的機(jī)器人也會(huì)參賽。

　　非盈利機(jī)器人公益組織FIRST于1989年在新罕布什州曼徹斯特市成立，鼓勵(lì)青年人參與科技活動(dòng)，激勵(lì)青年人在STEM領(lǐng)域?qū)W習(xí)和尋找工作機(jī)會(huì)。在世界范圍內(nèi)，現(xiàn)已有45萬學(xué)生參與該組織，通過各色編程語(yǔ)言，完成團(tuán)隊(duì)挑戰(zhàn)目標(biāo)。每年，高中的學(xué)生、教練和導(dǎo)師都會(huì)制作競(jìng)賽機(jī)器人，重量超過100磅。機(jī)器人可以完成各種運(yùn)動(dòng)，比如接球、扔飛碟到目標(biāo)區(qū)、抓住木棒甚至在平衡木上保持平衡。這些機(jī)器人競(jìng)賽的主題每年都會(huì)發(fā)生變化。

　　想做機(jī)器人?你必須優(yōu)先考慮…

　　普遍來講，考慮到購(gòu)買機(jī)器人材料的成本，在教學(xué)標(biāo)準(zhǔn)最低的學(xué)校，他們?yōu)榱讼鳒p預(yù)算，會(huì)放棄機(jī)器人項(xiàng)目。然而，在校內(nèi)開設(shè)機(jī)器人俱樂部(例如FIRST)其實(shí)是一筆很小的投資，入門套件注冊(cè)費(fèi)是800-1200美元，其中大部分資源及18歲以上的專業(yè)教練，每年都可以重復(fù)使用。在學(xué)生達(dá)到高中水平之前，不需要任何設(shè)計(jì)經(jīng)驗(yàn)，僅需要一位專業(yè)的導(dǎo)師。團(tuán)隊(duì)確實(shí)需要資金來參加競(jìng)賽，但很多比賽都是地方或區(qū)域性的，并且多數(shù)團(tuán)隊(duì)及學(xué)校都舉辦了成功的籌款活動(dòng)來支付部分或全部費(fèi)用。如果一所學(xué)校下定決心提供機(jī)器人技術(shù)，并在STEM培養(yǎng)活動(dòng)中表現(xiàn)積極性，那么很有可能實(shí)現(xiàn)這一目標(biāo)。