關于樂高機器人

吳昊 胡博

摘要：智能機器人教育對未來高科技社會的作用和影響將會非常巨大。如果現在的在校學生具備了這方面的素質，將來可以更容易適應各種技術革新，在未來信息時代獲得成功。樂高機器人是目前國內比較熱門的機器人。本文介紹它的應用。

關鍵詞：樂高；機器人

自20世紀中期工業機器人的出現開始，機器人逐漸走進人們的生活，代替從事各類機械化工作。如今，機器人技術廣泛應用與工業、農業、醫療、建筑、軍事等各個領域。研究計算機技術的發展歷程，機器人技術未來實現全面普及。截止到目前，機器人技術在教育領域的應用范圍還十分局限，所謂的教育機器人多是用來作為數字化的益智玩具，或是用于基礎教育課程的實驗載體。

機器人技術綜合運用了仿生、機械、電子、造型、計算機硬件和軟件、傳感器等眾多前沿科技。盡管機器人無法完全替代教師，但是卻能作為輔助教師教學工作的重要手段。機器人能夠協助教師完成課堂輔助性或重復性工作的教育機器人，降低教師的工作壓力和勞動強度，比如可以收發考卷、朗讀課文等重復性、固定性高的工作任務。

機器人輔助教育簡稱 RAE（Robot Assisted Education），大多僅限于對機器人相關的基礎知識進行教育，一般結合用于演示或是實驗的教學機器人來開展機器人課程教學。而機器人輔助教育可以理解為將機器人應用于教學過程，輔助教師完成教學任務，與學習者交流互動，實現個性化教學的目的。機器人本身具有實際操作能力，多種教學信息可通過各種傳感器來輸入和輸出，完全有能力在課堂上開展現場教學，包括演示、師生互動、教學評價等。

機器人還可以在危險的環境下完成教學任務，如：具有危險性的化學實驗教學、火災救生教學等工作任務。在機器人輔助教學過程中，機器人可以擔任教師，完成教學活動的各個環節；也可以擔任教師助手，針對每個學生的自身情況來制定學習計劃；還可以作為學習伙伴，配合并引導學生完成規定的教學任務。

機器人技術與人工智能技術正在顛覆性地改變著許多行業和領域。工業機器人、娛樂機器人、家庭機器人、水下機器人、農業機器人、醫療機器人等各種用途的特種機器人紛紛面世，并以飛快的速度向實用化邁進。

表1是教育機器人在不同學習階段的定位不同。在小學、中學和大學的不同階段，機器人的角色定位是不同的，小學階段是工具，比如樂高機器人作為學生學習的輔助工具，初中是學生的合作伙伴，初中的學生有自己的思維方式了，需要的是學習中的伙伴，這時常用 的是人形機器人，在大學階段，機器人可以作為導師出現在學生中，這時也可以用動物型機器人來作為學習工具。

在歐洲，丹麥樂高公司是全世界最大的玩具公司之一，充分看到了教學機器人這個巨大市場，率先開發了智力風暴系列教學機器人。

智力風暴系列機器人有硬件和軟件兩部分，硬件包括各種齒輪、電動機和傳感器等，軟件則提供代碼，可編程控制機器人的行為，以及對顏色、光等產生反應。系列機器人的象積木一樣按照自己的想法搭建不同的機器人，可以快速方便地構造出自己想要的機器人。

樂高機器人最初是為孩子設計的一個高級玩具，然而出乎設計者預料的是它已經廣泛地應用于大學和成人之中，如控制機器人彈奏鋼琴，搭建了一個魔方終結者，制作了一個自平衡樂高機器人，只用兩個輪子就可以保持機器人的動態平衡，和設計了一個基于視覺導航的樂高機器人。

拼裝方面樂高機器人提供了最大的靈活性，設計者可以像搭積木一樣按照自己的意愿搭建出任意的外形和結構，機器人外形基本是不可改變的，但是在擴展傳感器和比賽用配件方面提供了一定的靈活性通用依耐特機器人的拼裝靈活性最差，幾乎是不可改變的。

程序下載方面樂高機器人要方便一些，程序下載使用紅外接口，使用時需要一個接在電腦上的紅外適配器而后兩者使用電腦串口來下載程序，需要一根通信電纜連接線。

程序編寫方面樂高機器人使用圖形模塊連線的方式，簡單直觀，易于中小學生學習和使用，可以采用圖形編程方式也可以直接采用語言編程方式，提供了很多底層庫函數，編程也較容易通用依耐特機器人使用的是語言編程，可供使用的庫函數很少，編程相對較煩瑣。

由此可見，樂高機器人是相對不錯的教育用機器人，從有利于中小學生學習信息技術、電子技術的觀點來看，樂高機器人的全模塊化、積木式連接方式比較有利于學生想象力和創造力的培養，但并不利于學生深入學習掌握機械電子技術和信息技術通用依耐特機器人的傳感器和控制器直接暴露在機器人外表，給學生一個直觀的印象，較有利于學生的學習和掌握，機器人由于其完全公開的電路原理圖和指導手冊，能讓學生更加深入地學習掌握模擬和數字電子技術、計算機技術、編程技術等。