VEX机器人世界锦标赛训练实践

【摘要】本文阐述VEX机器人世界锦标赛的背景，论述教师指导学生参与该比赛的策略，提出教师应精心选拔队员、让新队员从模仿开始逐渐学会搭建机器人、让队员配合训练、指导学生准备比赛器材并教会他们装箱等训练途径，以让队员掌握比赛策略，在比赛过程中提高心理素质。

【关键词】综合实践活动课 青少年机器人教育 VEX机器人工程挑战赛

【中图分类号】G 【文献标识码】A

【文章编号】0450-9889（2019）02A-0133-02

VEX机器人世界锦标赛（又称VEX机器人工程挑战赛）由一些长期支持科技教育的大学、机构和组织发起，由美国Robotics Education & Competition Foundation（REC）主办，旨在通过推广教育型机器人，激发中小学学生和大学生对科学、技术、工程和数学领域的兴趣，提高并促进青少年的团队合作精神、领导才能和解决问题的能力。这项极具影响力的世界级机器人大赛得到亚洲机器人聯盟、美国Autodesk公司、美国太空总署（NASA）、美国易安信公司（EMC）、卡耐基梅隆大学（CMU）等单位的支持，于2007年在美国创办，每年都吸引着全球30多个国家、上百万青少年参与选拔、角逐参加总决赛的荣誉席位。笔者认为VEX机器人工程挑战赛是目前教育机器人竞赛项目最讲究搭建、配合分工、比赛策略、随机应变能力、互相交流的赛事，能有效锻炼学生的综合能力，非常值得推荐。笔者在此分享多年从事VEX机器人工程挑战赛训练的经验。

一、VEX机器人工程挑战赛训练队员选拔

关于队员选拔，笔者的做法是从新生年级挑选，这样可以多一些时间进行培训。挑选过程为：首先由老队员表演VEX对抗赛，出海报，学生报名，集中所有报名学生观看VEX比赛视频;然后教师讲解VEX机器人工程挑战赛的由来，VEX机器人搭建、训练、竞赛与相关学科的关联，VEX训练要求、纪律、安全等，因为VEX训练比赛的过程需要花费一些课外时间，学生要系统地学习、大量地训练，强调学生要自愿参加，尽量不要缺课;之后就是发书面通知给家长，由学生拿回家给家长签字同意孩子参加VEX机器人工程挑战赛训练，因为参加VEX机器人工程挑战赛训练需要考虑学习时间分配、家庭经济承受能力、学生个人兴趣等，所以必须让孩子和家长充分地沟通决定是否参加。对于经常缺课、经常违反纪律要求或被家长逼迫进行训练的学生，我们会动员他主动退出训练。实践证明，只要对VEX感兴趣的学生，经过一系列的赛事，不但不会影响学习，还会促进他们改进学习方法，不断提高学习效率，改变挖掘问题、思考问题、解决问题的方法，心理素质也有很大的提高。

二、VEX机器人搭建

VEX机器人的搭建是最重要的学习内容之一，这是对学生动手能力的最好检验，同时也锻炼学生的专注能力，因为学生一但进入状态，便可能在实验室待上一整天。通过搭建，学生认识机器人的搭建器材名称、功能以及相关工具的使用，同时结合数学、物理、英语等相关知识去讲解手动演示。

笔者的做法是让新生观察老生分类整理元器件、工具、拆装机器人。根据结构特点，VEX机器人一般可分为底盘、车轮、主控和线路、马达、机械臂。学生按照教师搭的模型，一步一步地仿制，在学生仿制的过程中，教师教他们每个器材搭建的方法，告诉他们为什么要用这些器材，如底盘搭建器材的选用、铝条杠杆原理等，还有工具的使用，如扳手、螺丝批、锯子、钳子、锤子、充电器等的使用方法，以及讲解重要的器材如万向轮、麦克纳姆轮、链条、马达、主控、电线、遥控器等的功能和特点，教师演示，学生模仿。例如，教师向学生讲解马达的使用，马达分为低速马达、中速马达、高速马达，什么时候用什么样的马达、什么地方用什么样的马达涉及工程力学知识——低速马达转速低，但是力量大，高速马达转速高，但力量小，教师除了口头上这样告诉学生，还搭建简易的装置当场演示，随后让学生动手。这样，学生就会有比较深刻的体会。

编程也是VEX机器人很重要的搭建任务之一。编程的过程要结合具体的线路情况及要实现的功能，跟主控连接，然后编程实现所要的功能。控制软件是全英文，要求学生有比较好的英文功底。后续的自动控制也需要用到软件编程，控制机器人的动作去完成任务并得分。

VEX机器人搭建使用的器材如铝条、铁条、螺丝批等都比较长或锋利，教师要提醒学生注意安全，防止刺伤，电池接线、充电、马达接线要预防短路，防止火灾、爆炸的发生……教师在培训过程中一定要培养学生的安全意识，否则一旦发生事故，就会造成不可挽回的后果。

三、VEX机器人配合训练

根据VEX机器人工程挑战赛的比赛要求，一般是3名队员为一队，分别负责底盘操作、抬升及机械臂操作、填装及后勤服务。笔者的做法是先分组，第一选底盘操手，让每名队员遥控机器人走“8”字。轮流操作直到“人机合一”，然后所有队员比赛，看谁走的时间最短，拿到前几名的队员就是当仁不让的底盘操作手。第二选抬升及机械臂操作手，第三选填装后勤服务手，分好组后每组队员各司其责，但是也要做到“分工不分家”，要是有人做不好或者有人请假，要能够换位，因此每名队员都要熟悉底盘操作、抬升机械臂操作、填装后勤等。

训练过程中，对发现的问题及时维修或调整，培养学生发现问题和解决问题的能力，因为比赛过程中教师是不能进入比赛现场的，只能靠队员自己。比如，底盘前行不正常，虽然遥控直线行走，但机器人却拐弯，那可以判断有一边的轮子驱动有问题了，要维修，有经验的教师一看这个现象不外乎三种情况，第一马达接线有问题，第二车轮轴有问题，第三马达自身有问题。这时首先应检查接线是否正常，再看轮子的轴孔是否打滑，最后检查马达自身。又如，发现抬升无力，估计是电池电量不够，抬升马达不能正常工作，这时就要及时更换电池，填装后勤队员要及时给电池充电以备用。再如，训练过程发现更改机械臂的结构可以更好地提高工作效率，这时，三名队员可一起更改机械臂结构，既获得成就感，又培养团队精神。

四、VEX机器人比赛准备的器材

因为VEX比赛时用到的器材比较多，级别越高的比赛用到的器材越多。因为比赛非常激烈，器材会有损耗，如螺钉、螺母可能会松动掉落，马达可能会爆，车轮轴可能会打滑，连接线可能会被碰断，搭建的铝条可能会弯曲，履带可能会断裂，遥控器可能会坏，电池电量会用得比较多……越到最后，比赛越激烈;越到最后，越看平常准备得是否充分。对机器人进行及时维护，才能保证正常上场比赛，最终胜利的机会才越大。因此，比赛要准备电池、马达，准备遥控器充电器、大电池充电器，准备备用马达（包括高、中、低速）、备用主控、备用遥控器，准备各种型号的螺母、螺釘、扳手、螺丝批、电线，准备遥控器用的电池，准备万向轮、麦克纳姆轮等轮子，准备更改结构用到的铝条，准备自动控制用的自动控制按钮，准备主控电池，准备橡胶圈、扎带，准备手提电脑、平常训练用到的软件控制器控制软件、数据线，准备比赛用到的训练器材。这些前期准备工作教师都要手把手教学生准备，归类装箱。

关于机器人装箱，由于VEX机器人体积及重量较大，而且受到飞机托运尺寸规定影响，需要拆掉部分机械臂。为了防止运输过程对机器人的碰撞，要在箱子里放入泡沫防碰坏，要松动底盘马达轴，防止车轮滚动弄爆马达。

五、VEX机器人比赛策略

每一年VEX机器人工程挑战的比赛规则都有变化，主题、场地、得分点都不一样，但器材、驱动马达数量、机器人的最大的尺寸、比赛时间一样。四台机器人，两两分组对抗，在120秒内结束战斗。因此，每年的比赛规则颁布后，所有队员要认真学习并掌握规则。一台机器人由两名队员控制，所以比赛的时候，队友要默契配合讲究策略，随机应变。平时训练的时候教师要严格要求学生，按照实战的要求，注意观察对方机器人的特点、对方选手的特点，尽可能做到知己知彼。比赛过程中要判断对方的意图并采取相应处理，是进攻、防守，还是要协助队友进攻或协防等。

六、VEX机器人比赛心理调整

参加VEX机器人竞赛的队员，从平常训练到完成比赛是一个不断认识、不断学习的过程。教师要能够分析队员的性格特点，从而抓住他们的性格特点来指导他们训练。因为现在的学生大多是独生子女，能聚在一块，一起学习、一起玩、一起战斗，是一种不一样的体验。比赛的时候场面火爆，要求上场参加比赛的队员有较好的心理素质，从容面对。一开始，很多学生上场比赛时全身僵硬，手出汗，腿发抖。经过多次比赛与教师不断的鼓励，他们的心理素质逐渐提高。因此，要想参加VEX机器人竞赛，需要有强大的心理素质;反过来，参加VEX机器人竞赛，也能够提高队员的心理素质。

七、VEX机器人比赛交流

VEX机器人比赛是现场抽签决定队友和对手，是队友的两队的所有队员聚在一块交流，介绍自己，介绍自己的机器人的特点，再派兵“侦查”对方两台机器人的特点，然后共同讨论分工，一起制订作战方案。有时候队友是外国选手，这时就必须用英文交流，锻炼英语口语的机会来了。一场比赛下来，队员会因为与他人并肩战斗而交到不少朋友。

赛后，我们及时总结，把平时训练、比赛过程中发生的情况与家长沟通，及时改正不足，发挥特长。目前，我国每年都会有越来越多的学生参加到VEX机器人工程挑战赛中，在VEX机器人竞赛过程中，队员们能设计出高效率的VEX机器人，提高心理素质，收获满满。

作者简介：宁乐盛（1978— ），男，壮族，广西南宁人，南宁沛鸿民族中学信息技术教师，学生机器人教练员，中小学二级教师，指导学生参加各级各类机器人竞赛多次获奖，在2012年亚洲机器人锦标赛中国区选拔赛中指导的两个机器人代表队双双获得金奖，并代表中国参加2012年12月在新西兰奥克兰市举办的第六届亚洲机器人锦标赛荣获金奖。

（责编 刘小瑗）