在玩中實現機器人教育的創新

袁中果

我跟機器人教育結緣純屬偶然。2003年辦公室搬家時，我在舊辦公室的一個角落里發現了幾臺機器人，圓圓的胖乎乎的飛行器造型，看起來挺可愛。經了解得知，這是學校幾年前采購的供機器人興趣小組使用的，由于之前負責的老師離職，這幾臺機器人已經閑置了一段時間了。出于好奇，我就拿了一臺自己擺弄著玩：安裝軟件，編寫程序，下載運行，感覺挺新鮮的。后來幾位學生看到了，也很感興趣，想跟著玩，然后我就帶著學生一起玩。開始只是課下玩，玩的過程中積累了一些案例，然后我申請開設了一門校本選修課，帶著學生在課堂上玩。課堂上玩得意猶未盡，下了課再接著玩，于是又成立了正式的機器人研究小組，進而向學校爭取到了專門的活動場所——機器人實驗室，購置了一些新的機器人設備和器材。再后來有幾位學生告訴我機器人還有競賽，他們想參加，我就帶學生去了，慢慢地也有了所謂的成績：海淀區一等獎、北京市一等獎，全國一等獎乃至國際金獎。目前，我們的實驗室已經發展到300m2，擔任機器人教學的有4位教師，分別開設不同的課程：有的側重機械結構搭建，有的側重程序設計與人機交互，有的側重單片機開發與工程創意，還有的側重機器人技術綜合應用的競技課程。

通過系統的機器人課程和項目訓練，學生們在科研活動中學會了獨立思考，提高了解決問題的能力，懂得了“細節決定成敗”的真正含義，體會到團隊精神的可貴。機器人教育決不是單純的技術教育，而是培育科學素養與創新意識，完善人格素質的一個過程，涉及人生諸多方面。

借助機器人教育可以培養學生科學研究的基本方法與技能

在課程中，我常常以競賽項目作為教學任務，但不是要學生去參賽，僅僅作為項目訓練平臺。我一般要求學生拿到項目任務后，通過網絡檢索文獻資料，學習已有的解決方案，包括英文原版的資料。在文獻研究的基礎上，小組內每個人分別構想一個設計方案，再拿到一起討論，經過優化組合形成一套最佳的設計方案。然后根據方案，制作出機器人并編制程序。開始接受任務的時候，學生們還感到難以應對，一般經過兩個月的忙碌與試驗之后，才會變得從容不迫，機器人設計已經初具規模。在調試的過程中，每個小組都會遇到這樣那樣的問題，他們一般不會直接找我尋求幫助，而是再次通過深入討論想到了一個好辦法，經過反復調試，尋求一個可行性方案，使機器人設計得到優化。

學生們進行戰略戰術的研究時，會考慮怎樣與盟友的機器人配合，怎樣避免對方機器人的干擾。他們設想對方可能會采取何種策略，而他們又該如何去應對。他們想好各種可能出現的意外情況，并提前設計好解決的方案。經過這樣一個過程，每個孩子的研究能力、動手能力和應變能力都有了很大提高。

通過機器人教育可以培養學生的團隊合作精神和人際交往能力

完成一臺機器人的設計，常常需要幾位學生組成協作小組，表現優秀的小組會獲得參賽的機會。中學生年少氣盛，聚在一起難免出現矛盾。

在一次比賽中，四人組中李賢的遙控器出了故障，機器人失去了控制，加上臨場應變能力不足，因而出現了失誤。組長盧君情急之下埋怨了他幾句，李賢原本情緒不好，當即進行爭辯。兩人之間發生沖突，李賢賭氣要退出四人組。我先對李賢說：“組里的四個人各有分工，如果一人不干了，那損失會很大，你再好好考慮一下。”然后，我又找來了盧君，說：“你是這個組的組長，要對全組負責。你的首要任務就是協調組員，團結協作。小組的運行，第一負責人就是你，這件事怎么處理，你自己來考慮。”盧君心氣漸漸平和下來。接著，我又對李賢說：“你不要總想著別人的不對，希望你能夠換位思考，站在別人的角度想一想。一個小小的失敗可能會導致全局的失敗，我們很可能就會失去晉級的資格。大家都很急，但大家都是對事不對人。”這時，盧君走過來，笑著對李賢說：“我們不要再想這件事了，還是趕緊準備下一場比賽吧。”盧君的大度讓李賢釋懷了，兩個孩子冰釋前嫌，一起投入到下一輪比賽的準備當中。在隨后的比賽中，四名隊友配合得十分默契。

在化解矛盾的過程中，孩子們不僅學會了與自己的隊友團結協作，還懂得了包容。組員們潛移默化之中學會了吸納別人的意見，體會別人的感情，也學會了彼此之間分享快樂。有的學生甚至說：“如果是我自己的作業，絕對不會如此賣力。但是身后有一個隊，感到壓力很大，必須努力。”也許這就是團隊精神的體現。

通過機器人教育，可以教會學生關注細節，直面挫折

李陽從初二就選擇了我的機器人選修課，并一直堅持參與活動。他在為期一年的課程學習和課下訓練中，自認為對機器人軟硬件做出了最優化的設計，參加比賽必勝無疑。但是比賽當天，因機器人改造過程中一點小小的故障，造成機器人在賽場失去控制，最終未能晉級。

在工程日志上，李陽寫下了如下感悟：因為“意外”發生的幾率很低，往往被人們忽視，然而正是由于人們的忽視，“意外”的出現往往會使人猝不及防，而后果往往是致命的，不可挽回的。正如我們的滅火比賽，賽前我們做了充足的準備，甚至考慮到了場地摩擦力的影響，并制定了應對方案。然而那個不起眼的彎角卻被我們忽視。當“意外”出現時，便造成了不可挽回的后果。因為誤碰扳機走火的“意外”，埃蒙斯在北京奧運上錯失金牌；因為搬運硝化甘油的“意外”，諾貝爾險些被炸死。生活中因忽視意外而引發的失敗太多了，又哪里僅限于機器人競賽？我們永遠不能保證“意外”不發生在我們身上，所以就永遠不要忽視“意外”。這便是我在比賽失利后的思考。比賽失敗了，卻為我帶來了寶貴的思考，或許這也是一件好事。

能夠總結出這樣的經驗教訓，這次失敗對李陽而言，比一塊金牌更有價值。科學研究容不得半點兒僥幸，急功近利最終只能導致失敗。機器人教育不僅僅是為了讓學生在某些領域取得成功，更多的是讓學生在實踐中得到真知，在失敗中吸取教訓。對一個人成長而言，失敗是科學探索歷程中不可避免的事情，失敗的教訓與成功的經驗同樣重要。

近年來，隨著各地對教育投入的增加和對科技教育的重視，機器人教育已經越來越普及，機器人已經不是什么新鮮玩意，獲獎也成了一種常態。機器人競賽對機器人教育的推廣無疑起到了積極的促進作用，但近幾年由于科技比賽的獎項常常與高考掛鉤，參賽的功利性越來越強。有些選手的項目甚至由成人完成，學生只不過進行展演而已，青少年科技比賽成了成人之間的競爭。真正的機器人教育者需要拋開浮躁與繁華，放下參賽和獎牌，以玩科技的心態，通過課程和項目發展學生的興趣與特長，培養學生的科學素養、合作意識和創新精神。在機器人選修課上，可以把學生分為若干組，從機器人的設計、制作、調試運行、程序編制，到論文的撰寫，一系列過程都由學生自己在探索中完成，老師僅在必要時給予指導，絕不代勞。久而久之，學生們的思考能力、動手能力、解決問題的能力和團隊協作的能力都得到了全面的鍛煉與提高。

機器人教育有助于對學生創新意識的培養

中學階段的機器人教育不應該有太多的功利目的，不要指望學生能取得多大的成就，對學生創新意識的培養也不可能立竿見影，這種影響應該是潛移默化的。

小李曾是我選修課上最調皮的同學，初中時因為故意用膠槍把熱熔膠涂滿工作臺差點被逐出實驗室，升入高中時依然喜歡研究機器人，到高三了每周還要去實驗室玩，時而冒出一個想法在實驗室鼓搗半天。用他的話說：總覺得做機器人的同學每天不冒出來一點新的想法心里難受。小李同學升入清華大學后依然不安分，大一時就基于自己的創意組建了工作室。他目前在讀大四，基于智能穿戴技術，成立了自己的高科技公司，正在積極爭取風投資金。小賀同學初中時是機器人實驗室的活躍分子，曾經用自己搭建的樂高器材機器人戰勝了別人公司生產的金屬結構機器人。他玩的時候不局限于現有器材的使用，還喜歡自己研制一些硬件產品，高中時實驗室的既有條件已經不能滿足他的創意需求，學校幫他聯系了清華大學的實驗室開展研究。該同學目前在清華讀研究生，處于停學創業階段。他基于自己的無線充電技術研究成果，設計并發布了自己的技術產品，并爭取到了第一筆400萬元人民幣的風投資金。

創新意識是一顆種子，通過機器人教育根植于學生的心田。不管將來學生學習什么專業，從事什么工作，總有一天它會發芽、開花。

近年來，隨著國家對教育和科技發展的重視，機器人技術和產業在國內取得了快速發展，從而也促進了機器人教育的發展，使得機器人教育在全國中小學得到大范圍的推廣和普及。機器人教育必將逐漸從少數學生可以參與的高端教育，回歸到普通學生也能享受到的科普教育，從以競賽和獲獎為主導的教育，變成培養學生科技素養和創新意識的平臺。國家新一輪的教育改革已經啟動，素質教育將從形式和口號慢慢落實到教育實踐的細節之中。中國未來的教育，將是以促進學生興趣和特長發展為目標的教育，創新型人才培養是教育的發展方向，與此配合的多元化人才選拔和培養機制將逐步建立。

（作者單位：中國人民大學附屬中學）