當(dāng)今,機(jī)器人因綜合了機(jī)械工程、電子工程、信息技術(shù)等多學(xué)科知識,成為了提高中小學(xué)生信息素養(yǎng)、培養(yǎng)學(xué)生創(chuàng)新能力的嶄新載體。而這些教育機(jī)器人的締造者——廣大機(jī)器人企業(yè),不但將前沿技術(shù)融入其中,而且賦予其先進(jìn)的教育理念——“玩中學(xué)”、“做中學(xué)”,為廣大教師開闊了視野,提供了不一樣的教學(xué)思路。同時(shí),他們也在幫助國內(nèi)眾多地區(qū)、學(xué)校開展機(jī)器人活動,為國內(nèi)機(jī)器人教育的興盛貢獻(xiàn)力量。在此,他們將帶領(lǐng)您觸碰教育機(jī)器人技術(shù)前沿,從中尋找可以借鑒的機(jī)器人教育之路。
21世紀(jì)被稱為“機(jī)器人時(shí)代”,在人們身邊存在形態(tài)多樣、功能各異的機(jī)器人。機(jī)器人能夠代替人類完成重復(fù)乏味或者危險(xiǎn)的工作,提高人們的生活品質(zhì)和工作效率。機(jī)器人技術(shù)綜合了機(jī)械工程、電子工程、傳感器應(yīng)用、信息技術(shù)、數(shù)學(xué)、物理等多學(xué)科知識,代表著一個(gè)國家的科技發(fā)展水平。
如今,機(jī)器人作為中小學(xué)教育的載體得到了更多人的重視,其應(yīng)用也愈發(fā)廣泛。為適應(yīng)這一國際發(fā)展趨勢,樂高公司從1984年開始與美國麻省理工學(xué)院合作,研發(fā)出現(xiàn)代科技與傳統(tǒng)玩具相互結(jié)合的新教具,將計(jì)算機(jī)與積木結(jié)合在一起,使樂高產(chǎn)品更加生動活潑、更富教育意義、更能與時(shí)代脈動結(jié)合。
產(chǎn)品展示
RCX教育機(jī)器人
經(jīng)過15年的研發(fā),樂高公司與美國麻省理工學(xué)院于1998年推出樂高RCX教育機(jī)器人,并將LEGO積木和一種名為Logo Language的適合學(xué)生學(xué)習(xí)的簡單程序語言結(jié)合在一起,學(xué)生只要點(diǎn)選簡單的圖形就能依照想象隨意設(shè)計(jì)計(jì)算機(jī)程序。教師可以通過組合好的經(jīng)由計(jì)算機(jī)積木控制的機(jī)器人或含有動力裝置的高科技教具,來啟發(fā)學(xué)生無限的創(chuàng)作思維,快速建立起強(qiáng)大的邏輯概念,完成各種具有挑戰(zhàn)性的任務(wù),實(shí)現(xiàn)他們自己的創(chuàng)新設(shè)計(jì)。
NXT MINDSTORMS藍(lán)牙教育機(jī)器人
2006年,在RCX教育機(jī)器人的基礎(chǔ)上,樂高又推出了新一代頭腦風(fēng)暴系列機(jī)器人,即NXT MINDSTORMS藍(lán)牙教育機(jī)器人。這個(gè)系列的機(jī)器人,具有更好的結(jié)構(gòu)組件、更強(qiáng)大持久的動力組合和更科學(xué)先進(jìn)的編程軟件,非常適合中小學(xué)生的早期機(jī)器人學(xué)習(xí)。制作樂高機(jī)器人需要的硬件主要由搭建機(jī)器人的積木、NXT微電腦控制器(簡稱NXT)、多種傳感器、馬達(dá)、導(dǎo)線、齒輪、齒條等200多個(gè)組件構(gòu)成,這些組件具有可變性、多功能和萬向組合的特點(diǎn),利用這些組件就能搭建出形狀和功能各異的機(jī)器人,學(xué)生在發(fā)揮自身潛能、拼裝出各種各樣的機(jī)器人的過程中,真正體驗(yàn)了頭腦風(fēng)暴的快感。
前沿技術(shù)展示
NXT微電腦控制器
NXT微電腦控制器的數(shù)據(jù)運(yùn)算速度領(lǐng)先于同類機(jī)器人控制器。NXT支持USB2.0和藍(lán)牙通訊,其中藍(lán)牙通訊可以與任何具有藍(lán)牙功能的設(shè)備實(shí)現(xiàn)同步功能,如PDA、手機(jī)或另一臺NXT。同時(shí),樂高NXT MINDSTORMS教育機(jī)器人在沒有計(jì)算機(jī)的情況下也可以通過在NXT上編寫簡單程序來控制機(jī)器人。
G語言
想要機(jī)器人真正地“活”起來,必須要有一個(gè)功能非常強(qiáng)大的軟件支持,樂高機(jī)器人用MINDSTORMS的G語言或C語言對機(jī)器人進(jìn)行編程。G語言(Graphical Language)是一個(gè)劃時(shí)代的、高效用的圖形化編程開發(fā)環(huán)境,它提供了一種更快捷的程序編寫方法,使編程環(huán)境直觀明了。它由幾百個(gè)模塊組成,并用圖形模塊代替?zhèn)鹘y(tǒng)的編程語句,如循環(huán)、條件等都有相應(yīng)的圖標(biāo),可以完成所有C語言和VB等語言的功能,設(shè)計(jì)者只需把所需的圖標(biāo)從功能模塊中抓取下來進(jìn)行連線即可實(shí)現(xiàn)程序編寫,無需編寫任何代碼,這與傳統(tǒng)編程的表現(xiàn)形式有根本上的區(qū)別,但其編程的邏輯思維與傳統(tǒng)編程一樣,都是計(jì)算機(jī)的編程語言。所有這些特性使G語言更易于學(xué)習(xí),從而減少程序開發(fā)時(shí)間,提高編程質(zhì)量,讓學(xué)生學(xué)得輕松、愉快,提高學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣。學(xué)生在計(jì)算機(jī)上為機(jī)器人編寫好程序,通過USB或藍(lán)牙通訊,將程序下載到NXT中,然后機(jī)器人就可以脫離計(jì)算機(jī),根據(jù)程序指令,按照周圍環(huán)境的輸入信息來行動,完成智能化。
完備的任務(wù)系統(tǒng)
交互式快速入門向?qū)?,設(shè)有三個(gè)等級的編程模塊區(qū),從易到難,從基本模塊到高級模塊,38個(gè)編程模塊,能夠使入門更加快方便、快捷。
樂高機(jī)器人能夠讓學(xué)生體味到整個(gè)機(jī)器人的構(gòu)思、設(shè)計(jì)和開發(fā)過程,儼然是實(shí)際工作中的真實(shí)體驗(yàn)。他們就像真正的科學(xué)家一樣,針對實(shí)驗(yàn)主題,進(jìn)行研究、策劃、設(shè)計(jì)、組裝和測試。學(xué)生可以小組為單位,使用豐富多彩的樂高積木、傳感器、馬達(dá)及齒輪等設(shè)計(jì)自己的機(jī)器人,并為機(jī)器人編寫程序,讓它完成自己設(shè)計(jì)的動作,如果遇到技術(shù)問題,學(xué)生就要重新檢查設(shè)計(jì)結(jié)構(gòu)、調(diào)試程序,直到最后的成功。
NXT數(shù)據(jù)采集和虛擬儀器
樂高NXT不但能控制機(jī)器人完成各式各樣復(fù)雜多變的任務(wù),還可以配合軟件從事更多科學(xué)探索,如可發(fā)揮NXT數(shù)據(jù)采集和虛擬儀器的作用,進(jìn)行溶液的電導(dǎo)率實(shí)驗(yàn)(化學(xué))。
案例:機(jī)器人教育孕育“柳州模式”
活動時(shí)間:2004年6月
活動地點(diǎn):里斯本
參與人員:廣西柳州市各中小學(xué)
活動名稱:第八屆世界RoboCup比賽
活動概述:
“機(jī)器人世界杯”(RoboCup)是目前世界上規(guī)模最大、技術(shù)含量最高的機(jī)器人活動項(xiàng)目。在國外,由于教育體制不同,在這個(gè)大賽上獲大獎(jiǎng)的學(xué)生都會被本國的名牌大學(xué)提前預(yù)約,早早發(fā)出邀請函并許以獎(jiǎng)學(xué)金。這也從一個(gè)側(cè)面反映出該比賽中各國選手的實(shí)力。
在2004年6月舉行的第八屆世界RoboCup比賽中,一只來自中國的參賽隊(duì)伍一路披荊斬棘,先后擊敗了來自美、英、法、德、日等19個(gè)國家和地區(qū)的200多支優(yōu)秀代表隊(duì),最終不負(fù)眾望獲得了足球一對一項(xiàng)目的冠軍,第一次將中國青少年的名字寫進(jìn)了世界最權(quán)威機(jī)器人比賽的冠軍名錄上,他們就是來自柳州市的三人組合。而提到他們的成功,少不了柳州市對機(jī)器人教育的大力支持。
柳州市開展青少年機(jī)器人教育和競技活動始于2003年10月。這個(gè)名副其實(shí)的工業(yè)城市,其教育要凸顯工業(yè)城市的特色,抓好素質(zhì)教育是唯一的途徑和手段。但提起素質(zhì)教育,人們總是首先想到舞蹈、器樂、繪畫、外語等課程,為了讓學(xué)校、家長開闊視野,對學(xué)生的素質(zhì)教育有新的認(rèn)識,柳州市教育局聯(lián)合柳州市科協(xié),精心篩選了“青少年機(jī)器人教育和競技”項(xiàng)目,投資40多萬在柳州科技館創(chuàng)建了廣西第一個(gè)功能齊全的“青少年機(jī)器人科技創(chuàng)新活動中心”,并通過與西覓亞公司合作,聯(lián)手對柳州的中小學(xué)進(jìn)行機(jī)器人教育培訓(xùn)。這一培訓(xùn)和指導(dǎo)工作從2003年10月起進(jìn)行至今,在這期間,柳州市的教師在教學(xué)方面推行“做中學(xué)”的先進(jìn)教育理念,實(shí)現(xiàn)了與歐美等發(fā)達(dá)國家開放式教學(xué)模式的國際接軌;運(yùn)用現(xiàn)代信息技術(shù),在教學(xué)過程中把數(shù)學(xué)、物理、幾何、英語、語文、音樂、舞蹈、生物、工程機(jī)械、能源環(huán)保、工業(yè)設(shè)計(jì)等學(xué)科知識進(jìn)行有效整合,緊隨現(xiàn)代教育發(fā)展的時(shí)代潮流;培養(yǎng)學(xué)生的多學(xué)科綜合運(yùn)用能力、動手制作能力、創(chuàng)新性思維、團(tuán)隊(duì)合作精神及強(qiáng)烈的競爭意識,讓學(xué)校找到了推進(jìn)素質(zhì)教育的理想平臺。
在家庭教育方面,機(jī)器人教育促進(jìn)了家長和子女間的親子關(guān)系,有效地防治了青少年的網(wǎng)絡(luò)綜合癥,將學(xué)生從充斥暴力、色情的網(wǎng)絡(luò)游戲中拉回來,引導(dǎo)他們學(xué)以致用,把聰明才智運(yùn)用到掌握先進(jìn)科技知識的正確軌道上來。
在競技方面,柳州市的選手更是取得了驕人的戰(zhàn)績,一舉摘得RoboCup的桂冠,為祖國爭光。柳州市在機(jī)器人教育領(lǐng)域獲得的突出成績,被眾多國內(nèi)地區(qū)和學(xué)校稱為“柳州模式”。