在玩中实现机器人教育的创新

袁中果

我跟机器人教育结缘纯属偶然。2003年办公室搬家时，我在旧办公室的一个角落里发现了几台机器人，圆圆的胖乎乎的飞行器造型，看起来挺可爱。经了解得知，这是学校几年前采购的供机器人兴趣小组使用的，由于之前负责的老师离职，这几台机器人已经闲置了一段时间了。出于好奇，我就拿了一台自己摆弄着玩：安装软件，编写程序，下载运行，感觉挺新鲜的。后来几位学生看到了，也很感兴趣，想跟着玩，然后我就带着学生一起玩。开始只是课下玩，玩的过程中积累了一些案例，然后我申请开设了一门校本选修课，带着学生在课堂上玩。课堂上玩得意犹未尽，下了课再接着玩，于是又成立了正式的机器人研究小组，进而向学校争取到了专门的活动场所——机器人实验室，购置了一些新的机器人设备和器材。再后来有几位学生告诉我机器人还有竞赛，他们想参加，我就带学生去了，慢慢地也有了所谓的成绩：海淀区一等奖、北京市一等奖，全国一等奖乃至国际金奖。目前，我们的实验室已经发展到300m2，担任机器人教学的有4位教师，分别开设不同的课程：有的侧重机械结构搭建，有的侧重程序设计与人机交互，有的侧重单片机开发与工程创意，还有的侧重机器人技术综合应用的竞技课程。

通过系统的机器人课程和项目训练，学生们在科研活动中学会了独立思考，提高了解决问题的能力，懂得了“细节决定成败”的真正含义，体会到团队精神的可贵。机器人教育决不是单纯的技术教育，而是培育科学素养与创新意识，完善人格素质的一个过程，涉及人生诸多方面。

借助机器人教育可以培养学生科学研究的基本方法与技能

在课程中，我常常以竞赛项目作为教学任务，但不是要学生去参赛，仅仅作为项目训练平台。我一般要求学生拿到项目任务后，通过网络检索文献资料，学习已有的解决方案，包括英文原版的资料。在文献研究的基础上，小组内每个人分别构想一个设计方案，再拿到一起讨论，经过优化组合形成一套最佳的设计方案。然后根据方案，制作出机器人并编制程序。开始接受任务的时候，学生们还感到难以应对，一般经过两个月的忙碌与试验之后，才会变得从容不迫，机器人设计已经初具规模。在调试的过程中，每个小组都会遇到这样那样的问题，他们一般不会直接找我寻求帮助，而是再次通过深入讨论想到了一个好办法，经过反复调试，寻求一个可行性方案，使机器人设计得到优化。

学生们进行战略战术的研究时，会考虑怎样与盟友的机器人配合，怎样避免对方机器人的干扰。他们设想对方可能会采取何种策略，而他们又该如何去应对。他们想好各种可能出现的意外情况，并提前设计好解决的方案。经过这样一个过程，每个孩子的研究能力、动手能力和应变能力都有了很大提高。

通过机器人教育可以培养学生的团队合作精神和人际交往能力

完成一台机器人的设计，常常需要几位学生组成协作小组，表现优秀的小组会获得参赛的机会。中学生年少气盛，聚在一起难免出现矛盾。

在一次比赛中，四人组中李贤的遥控器出了故障，机器人失去了控制，加上临场应变能力不足，因而出现了失误。组长卢君情急之下埋怨了他几句，李贤原本情绪不好，当即进行争辩。两人之间发生冲突，李贤赌气要退出四人组。我先对李贤说：“组里的四个人各有分工，如果一人不干了，那损失会很大，你再好好考虑一下。”然后，我又找来了卢君，说：“你是这个组的组长，要对全组负责。你的首要任务就是协调组员，团结协作。小组的运行，第一负责人就是你，这件事怎么处理，你自己来考虑。”卢君心气渐渐平和下来。接着，我又对李贤说：“你不要总想着别人的不对，希望你能够换位思考，站在别人的角度想一想。一个小小的失败可能会导致全局的失败，我们很可能就会失去晋级的资格。大家都很急，但大家都是对事不对人。”这时，卢君走过来，笑着对李贤说：“我们不要再想这件事了，还是赶紧准备下一场比赛吧。”卢君的大度让李贤释怀了，两个孩子冰释前嫌，一起投入到下一轮比赛的准备当中。在随后的比赛中，四名队友配合得十分默契。

在化解矛盾的过程中，孩子们不仅学会了与自己的队友团结协作，还懂得了包容。组员们潜移默化之中学会了吸纳别人的意见，体会别人的感情，也学会了彼此之间分享快乐。有的学生甚至说：“如果是我自己的作业，绝对不会如此卖力。但是身后有一个队，感到压力很大，必须努力。”也许这就是团队精神的体现。

通过机器人教育，可以教会学生关注细节，直面挫折

李阳从初二就选择了我的机器人选修课，并一直坚持参与活动。他在为期一年的课程学习和课下训练中，自认为对机器人软硬件做出了最优化的设计，参加比赛必胜无疑。但是比赛当天，因机器人改造过程中一点小小的故障，造成机器人在赛场失去控制，最终未能晋级。

在工程日志上，李阳写下了如下感悟：因为“意外”发生的几率很低，往往被人们忽视，然而正是由于人们的忽视，“意外”的出现往往会使人猝不及防，而后果往往是致命的，不可挽回的。正如我们的灭火比赛，赛前我们做了充足的准备，甚至考虑到了场地摩擦力的影响，并制定了应对方案。然而那个不起眼的弯角却被我们忽视。当“意外”出现时，便造成了不可挽回的后果。因为误碰扳机走火的“意外”，埃蒙斯在北京奥运上错失金牌；因为搬运硝化甘油的“意外”，诺贝尔险些被炸死。生活中因忽视意外而引发的失败太多了，又哪里仅限于机器人竞赛？我们永远不能保证“意外”不发生在我们身上，所以就永远不要忽视“意外”。这便是我在比赛失利后的思考。比赛失败了，却为我带来了宝贵的思考，或许这也是一件好事。

能够总结出这样的经验教训，这次失败对李阳而言，比一块金牌更有价值。科学研究容不得半点儿侥幸，急功近利最终只能导致失败。机器人教育不仅仅是为了让学生在某些领域取得成功，更多的是让学生在实践中得到真知，在失败中吸取教训。对一个人成长而言，失败是科学探索历程中不可避免的事情，失败的教训与成功的经验同样重要。

近年来，随着各地对教育投入的增加和对科技教育的重视，机器人教育已经越来越普及，机器人已经不是什么新鲜玩意，获奖也成了一种常态。机器人竞赛对机器人教育的推广无疑起到了积极的促进作用，但近几年由于科技比赛的奖项常常与高考挂钩，参赛的功利性越来越强。有些选手的项目甚至由成人完成，学生只不过进行展演而已，青少年科技比赛成了成人之间的竞争。真正的机器人教育者需要抛开浮躁与繁华，放下参赛和奖牌，以玩科技的心态，通过课程和项目发展学生的兴趣与特长，培养学生的科学素养、合作意识和创新精神。在机器人选修课上，可以把学生分为若干组，从机器人的设计、制作、调试运行、程序编制，到论文的撰写，一系列过程都由学生自己在探索中完成，老师仅在必要时给予指导，绝不代劳。久而久之，学生们的思考能力、动手能力、解决问题的能力和团队协作的能力都得到了全面的锻炼与提高。

机器人教育有助于对学生创新意识的培养

中学阶段的机器人教育不应该有太多的功利目的，不要指望学生能取得多大的成就，对学生创新意识的培养也不可能立竿见影，这种影响应该是潜移默化的。

小李曾是我选修课上最调皮的同学，初中时因为故意用胶枪把热熔胶涂满工作台差点被逐出实验室，升入高中时依然喜欢研究机器人，到高三了每周还要去实验室玩，时而冒出一个想法在实验室鼓捣半天。用他的话说：总觉得做机器人的同学每天不冒出来一点新的想法心里难受。小李同学升入清华大学后依然不安分，大一时就基于自己的创意组建了工作室。他目前在读大四，基于智能穿戴技术，成立了自己的高科技公司，正在积极争取风投资金。小贺同学初中时是机器人实验室的活跃分子，曾经用自己搭建的乐高器材机器人战胜了别人公司生产的金属结构机器人。他玩的时候不局限于现有器材的使用，还喜欢自己研制一些硬件产品，高中时实验室的既有条件已经不能满足他的创意需求，学校帮他联系了清华大学的实验室开展研究。该同学目前在清华读研究生，处于停学创业阶段。他基于自己的无线充电技术研究成果，设计并发布了自己的技术产品，并争取到了第一笔400万元人民币的风投资金。

创新意识是一颗种子，通过机器人教育根植于学生的心田。不管将来学生学习什么专业，从事什么工作，总有一天它会发芽、开花。

近年来，随着国家对教育和科技发展的重视，机器人技术和产业在国内取得了快速发展，从而也促进了机器人教育的发展，使得机器人教育在全国中小学得到大范围的推广和普及。机器人教育必将逐渐从少数学生可以参与的高端教育，回归到普通学生也能享受到的科普教育，从以竞赛和获奖为主导的教育，变成培养学生科技素养和创新意识的平台。国家新一轮的教育改革已经启动，素质教育将从形式和口号慢慢落实到教育实践的细节之中。中国未来的教育，将是以促进学生兴趣和特长发展为目标的教育，创新型人才培养是教育的发展方向，与此配合的多元化人才选拔和培养机制将逐步建立。

（作者单位：中国人民大学附属中学）