线上线下混合式智能机器人科普教育探索与实践

张 培，刘启翔，朱龙涛，吕 阳

(天津中德应用技术大学 天津 300350)

0 引 言

2016年5月30日，习近平总书记在全国科技创新大会、两院院士大会、中国科协第九次全国代表大会上指出[1-2]：“科技创新、科学普及是实现创新发展的两翼，要把科学普及放在与科技创新同等重要的位置”。天津中德应用技术大学机械工程学院于2020年获批天津市科普教育基地，践行智能机器人领域科普教育，通过自制形式多样的科普教育资源开展丰富多彩的科普教育活动，并提出了线上线下混合式科普教育理念，形成了新形势下适用于智能机器人领域科普教育新模式，促进了科普教育创新发展。

1 智能机器人科普教育资源形式

1.1 Arduino智能机器人科普套件

天津中德应用技术大学机械工程学院科普基地目前拥有实验实训室48间，共计8473m2，设备总值9600万元，其中智能机器人科普教育相关实验实训室共计320m2，拥有5箱、200余件自制便携式Arduino智能机器人科普套件、10台桌面级小型3D打印机和10台手持式3D扫描仪等，实验实训室内相关仪器设备极其适合到边远地区、社区和各类院校开展科普活动。

拥有自主知识产权的Arduino智能机器人科普套件包含Arduino Uno、Arduino Mega 2560、Arduino Nano控制器，温度、湿度、指纹、语音识别等传感器，舵机、直流电机、步进电机等执行器，并搭配便于携带的桌面级小型3D打印机，体验者可以按照套件提供的方案或按照个性需求自主设计、组装形成一系列智能机器人科普教育成品，包括移动机器人、四足机器人、人形机器人等。通过类似于乐高产品的动手教育[3]使得体验者主动接受智能机器人结构、原理、控制、信息采集等相关知识和体验智能机器人学习的乐趣，与此同时，满足个性化科普教育的需求，形成具有自由、合作、开放、包容的科普教育氛围。

1.2 AR智能机器人科普交互

增强现实(Augmented Reality，AR)技术的研究与应用是一个典型的交叉学科高技术领域，涉及计算机图形学、并行处理、计算机视觉、传感器和人工智能等多种技术。随着人工智能逐渐兴起，搭载人工智能技术的智能终端增强现实装备开始普及，增强现实系统与移动设备相结合及更多面向消费者应用领域的产品应运而生，增强现实技术的应用也逐渐拓展至教育、娱乐、科普等多个领域。

天津中德应用技术大学机械工程学院科普基地通过增强现实技术自主制作智能机器人AR科普资源向体验者全方位、多角度地展示了智能机器人的运动方式、组成形式和实现范式，并提供了交互式、沉浸式、探究式的学习体验[4]，使得智能机器人相关知识的学习更加生动、立体，且不再受到时间和空间的限制，与此同时，促进了体验者的学习兴趣和交流 互动。

1.3 智能机器人科普教育微信小程序

微信小程序与网站、手机APP、微信公众号等线上科普教育平台具有灵活性强、推广速度快、使用便捷等特点，体验者无需安装并注册APP或关注微信公众账号，用完即走，使用起来更加轻便灵活。对于开发者而言，微信小程序入门门槛较低，制作、维护成本亦较小，因此，是线上科普教育平台新的发展 趋势。

天津中德应用技术大学机械工程学院科普基地通过自主开发的“蓝天科普智能教育平台”微信小程序提供集文字、图片、视频、动画于一体的智能机器人基础知识教育。“蓝天科普智能教育平台”微信小程序包括科普基地介绍、科普活动预约、智能机器人科普知识等板块，体验者可以通过移动设备随时随地进行自己感兴趣的智能机器人相关知识的访问、学习，并利用碎片化的时间吸取知识[5]。基于“蓝天科普智能教育平台”微信小程序的基础知识教育是开展智能机器人科普教育的有效手段之一。

2 智能机器人科普教育活动模式

2.1 线下交流，助力科技育人

体验者可以通过电话、微信小程序进行线下科普活动的预约。天津中德应用技术大学机械工程学院科普基地的展演者包括传感与测控技术专业社团的学生，他们利用课余时间开放智能机器人相关实验实训室和接待校内外人员预约前来参观体验，学生通过现场解说、实物展演、趣味互动等形式进行智能机器人科普宣传。一方面，可以为在校大学生提供第二课堂教学，将科学技术与科普教育相结合，提升学生的综合素质，助力应用型创新型人才的培养[6]；另一方面，可以为社会人士普及科学知识，激发科学精神，营造社会化科普新氛围。

与此同时，凭借科普基地智能机器人科普设备便于搬运的优势，结合 AR 智能机器人科普资源和“蓝天科普智能教育平台”微信小程序，组织专业社团学生到周边的社区、学校开展智能机器人科普体验活动和主题报告活动，将智能机器人领域科普教育推广至全市，特别是面向中小学生的科普教育活动，有效助力“双减”政策落地、落实。

专业社团学生通过播放微视频、动画等声情并茂的主题讲座使体验者了解智能机器人的定义、分类、结构、组成等科普知识，并通过实物展示的方式向体验者展示常见的人形机器人、爬行机器人、物流机器人的运动方式和实现功能。随后，体验者根据个人的兴趣爱好选择自己感兴趣的智能机器人进行互动体验活动。体验者可以通过智能机器人AR科普资源交互式、沉浸式、探究式的学习活动掌握实现智能机器人的组装和控制方式，并通过Arduino智能机器人科普套件完成智能机器人的安装及调试制作属于自己的智能机器人。

2.2 线上引领，突破时间和空间的壁垒

突如其来的新冠肺炎疫情改变了人们的学习方式和思维范式，也对科普教育产生了一定范围的影响。近年来，疫情在政府的有效防控和全国人民的共同努力下得到了一定的缓解，并逐步进入到“后疫情时代”。后疫情时代促进了“无接触经济”的蓬勃发展，基于人工智能、大数据、物联网平台的相关服务也得到了迅速的发展，并逐渐深入人们的日常生活和学习工作中，也给科普教育带来了新的机遇和挑战。

天津中德应用技术大学机械工程学院科普基地利用微信小程序线上践行智能机器人科普教育，将“互联网+科普教育”落地[7]。通过“蓝天科普智能教育平台”微信小程序智能机器人科普知识板块的科普百科、科普微视频、AR 互动体验等栏目满足体验者不同的科普需求，以促进智能机器人科普教育资源的共建共享。

值得一提的是，学生制作并在微信小程序上线的科普微视频荣获了首届天津市“大学-中学”科普创新大赛科普微视频赛道一等奖。

体验者通过访问“蓝天科普智能教育平台”微信小程序即可根据个性化需求进行线上智能机器人科普教育活动。体验者可以浏览天津中德应用技术大学机械工程学院科普基地的介绍，并在线预约线下体验活动。与此同时，选择关注的智能机器人观看其文字、图片和科普微视频的介绍，并通过智能机器人 AR 科普资源更加生动、立体、交互地体验智能机器人的拼装、连接及其可实现的运动控制和功能。

3 智能机器人科普教育实践成效

3.1 举办科技周、开放日，推进科普教育发展

天津中德应用技术大学机械工程学院科普基地自获批天津市科普基地以来，智能机器人相关实验实训室定期开放，先后接待了“一带一路”澜湄留学生、安徽国培班教师、甘肃国培班教师、天津国培班教师、兵器集团员工等体验者前来参观学习。如2021年 10月接待天津国培班中职院校的教师34人，2021年11月接待新疆国培班中职院校的教师35人，2021年12月接待天津国培班高职院校的教师27人，都亲身参与了科普教育活动的体验。与此同时，天津中德应用技术大学机械工程学院科普基地在2020年第34届科技周活动中面向天津海河教育园区周边学校的本科生、高职生和中小学生开展了科普教育体验活动。

天津中德应用技术大学机械工程学院科普基地成功结合科技周、开放日等举办智能机器人科普教育活动，向广大公众普及了科技文化知识，提升公众科学文化素质的同时向同类院校师生营造了热爱科学的文化氛围，带动了全国各省市院校科学普及教育的积极性，推进了科普教育事业的发展。

3.2 深入社区、学校，提升社会服务能力

天津中德应用技术大学机械工程学院科普基地响应“全域科普”的号召，积极走出去开展科普活动。自获批天津市科普基地以来，先后到津南区社区、滨海新区社区、辛庄中学、辛庄小学、海河教育园区南开学校、双水道中学、银河广场等多地开展智能机器人科普教育活动20余场。如科普基地向天津市辛庄中学提供免费课后服务活动，于2021年9月进行了2场、2021年10月进行了3场、2021年11月进行了4场、2021年12月进行了1场智能机器人科普教育相关的主题报告及互动体验活动。

4 结 语

天津中德应用技术大学机械工程学院科普基地以智能机器人相关实验实训室为基础，以智能机器人科普套件为依托，以AR智能机器人科普资源为拓展，以微信小程序为延伸，以探索线下线上混合式科普教育为路径，融合讲座展演、互动体验等多种科普模式，不断深入挖掘智能机器人科普教育的实践经验，深入社区和各大中小学校开展智能机器人科普教育活动，受到了广泛的欢迎和认可，在提升广大公众科学素质的同时实现了高校服务社会的目的，提升了天津中德应用技术大学机械工程学院科普基地的社会服务能力，促进了科普教育事业创新发展，为后疫情时代其他科普基地的建设和发展提供了经验。■