Why Robotics?

语言与LEGO机器人技术研习班

引言

麻省理工学院（MIT）媒体实验室的教授西摩尔·佩珀特（Seymour Papert）在其著作《大脑风暴》（Mindstorms）的序文中指出，我们在做任何初次尝试时很少能成功地实现我们的目标，这种不断需要修正我们做事方式的情况 - 即他所说的“程序调整”，正是智力活动的基本要素。换言之，儿童可通过计算机编程与程序调整的逻辑性不断开发其智力资源，这对于他们的未来及现实世界将十分有帮助。因此，教育机器人技术可成为一种十分有用的测试领域，儿童可在其中积极开发、试验和分享他们的知识，培养他们自身的积极性。

在另外一方面，众所周知，计算机科学、数学的逻辑性及棋类活动与音乐能力有着十分紧密的关联性。因此，与语言、音乐课程配套开设教育机器人技术课程是一个富有意义和顺理成章的创意。学生们使用不同的语言分享知识和经验，可有助于他们开发智力活动，对他们的学习过程进行有利的补充。

目标

从多个角度来看，LEGO教育机器人技术研习班通过其所具备的许多特色内容成为一门具有深远意义的课程，是促进儿童对科学、技术、工程、数学、几何学、计算机科学（即STEM科目）及其它相关学科产生浓厚兴趣的良好方式。

首先，通过游戏（即寓教于乐）的方式向孩子们展示科技的神奇是一种富有目的性的教学方式。这一事实充分考虑了儿童倾向于寻求有效且高水平学习方式及探索发现之趣的个人动机。孩子们可以通过错误积累经验，懂得进行团队协作，尤为重要的是，他们将学会如何分享他们的知识，将所谓的“可敬的专业精神”付诸实践。不断战胜各种短暂的小挑战对于学生保持高度的注意力起着至关重要的作用，并有助于在学习体验的各个水平纳入具体的学科内容。

本课程的最后演练环节通常采用协作式机器人技术挑战的形式，是学生们利用其它科目知识，通过团队协作完成科研项目的大好机会。例如，国际机器人世界杯赛的各项挑战 - 救援、足球与舞蹈项目 - 可让学生们以一种更为专业且现实的方式按照设计流程（其中包括数据流图的生成及对CAD系统的应用）形成多种不同的设计方案，开发出用于实际测试的原型体，组队共商解决方案等等。最后项目的“横向联系特点”可鼓励学生们将许多表面上无关联的概念整合和关联起来。

最后，学生们可通过向观众们展示他们的作品培养他们的讲解能力，这被认为与设计、建造自主型机器人，并编制相关程序执行各种任务、战胜各种挑战具有同等重要的意义。

将机器人技术作为一种教育工具加以运用是一种挑战，这一工具不仅可促进思考，更能通过计算机程序设计激发智力活动。这一工具还可通过小实验用于物理学、化学、几何学、机械装置、电路等具体STEM科目的教学，让学生们以一种积极主动的形式更好地理解和吸收理论知识。在正规教育中运用教育机器人技术作为其补充，并创建更富活力和动感的教育模式可能是当前最大的挑战。

课程结构

: 常规入门课程6个单元的教学内容

第一单元：机器人技术入门课程的第一单元将帮助学生们了解何为机器人，以及机器人与机械装置、自动化设备、遥控装置或计算机的区别所在。此外，学生们将建造一个教学期间将要用到的配有四种传感器（光源、触控、音源及超声波传感器）的简单机器人。学生们将在机器人的建造过程中开始认识和摆弄各种不同的LEGO部件，如电机与传感器，了解如何将它们分类，以及它们的特定用途。最后，将对学生们进行学习总结，并开始让他们了解编程界面。

第二单元：学生们开始为机器人编程，从简单的前向运动开始，根据轮子的直径及轮子的间距，精确计算出让机器人移动特定距离或沿某点转向的旋转次数或电机转弯度数。

第三单元：学生们将开始了解各种不同的传感器。他们将初步学会传感器校准的概念知识，并开始通过传感器进行程序编写。他们将开始运用与传感器相关的 "wait"、"loop" 或 "switch"等逻辑结构，让机器人作出决定。他们还将学习如何对并行程序进行编程。

第四单元：学生们使用嵌套switch和loop设计更高级的逻辑结构，让机器人作出复杂的决定，譬如考虑传感器组合，介绍逻辑概念及其运行方式。在本单元最后，学生们将创建他们的第一种算法：沿一条单线行进。

第五单元：本单元将介绍两种不同目的的数据记录概念，其一，作为试验进行过程中捕捉传感器信息的方式；其二，作为一种十分有用的程序调整策略。学生们将学会如何访问文件、如何从机器人向计算机下载及上传这些文件、如何手动创建数据记录文件、如何阅读实时或预录传感器数据、如何解读时线数据曲线和图形及Mindstorms NXT-G 软件中的“实验”概念。此单元十分重要，因为此单元将通过loop中的switch为例深入讲解简单线算法的演算方式，并通过数据记录让学生理解和控制机器人的行为。

最后，第六单元：学生将了解变量、自变量及量程、多case 的switch、子程序或用户程序块、数据计算及程序的高级通量控制方法等概念，及学会数据内嵌。他们还将了解如何通过各程序块数据中心的数据线在程序块之间传输数据值，如何通过复杂方式进行数据转换及如何将switch与loop关联起来。