淺談中小學機器人技術(shù)教育的硬件普及

梁遠海

摘 要：先提出中小學機器人技術(shù)教育因為普及不夠，整體提高也困難，然后分析了有利于普及的三類智能硬件產(chǎn)品，最后認為機器人技術(shù)教育只在最基本的搭建和編程上需要學校來普及。

關(guān)鍵詞：中小學;機器人技術(shù)教育;硬件普及

一、緒論

中小學機器人技術(shù)教育發(fā)展至今，在一些發(fā)達地區(qū)很紅火，而眾多偏遠地區(qū)還偏冷清，這種冰火兩重天的現(xiàn)狀需要改變，因為教育首先要普及，然后才是提高。而要普及機器人技術(shù)教育，可以考慮先從源頭上做一番梳理。

二、中小學機器人技術(shù)教育需要什么樣的硬件

要在中小學普及機器人技術(shù)教育，首先是硬件成本不能太貴。以前由于機器人配套組件的價格比較昂貴，單機價格都在數(shù)萬元以上，另外傳感器、主機模塊等一些配件價格也非常昂貴，許多學校因為資金問題，機器人不夠，很多學生共用一個機器人，這樣的學習效果非常差。其次是教學門檻不能太高。最好是既整合了機械、電子方面的東西，又可以很快地上手進行軟件的編程。為什么需要這樣一個機器人呢？因為在傳統(tǒng)的機械電子行業(yè)，你往往需要做大量的工作來進行基礎的搭建，如元件的選型、搭配，電路板的成型、焊接等等。雖然這些事都不太難，但也不太容易。大量的工作集合在一起，就造成了一個結(jié)果，除非你有比較成熟的專業(yè)技術(shù)背景，否則會比較難以入手。但是，大部分中小學生的初衷只是想做個自己的機器人，最美好的愿望就是發(fā)出一條指令，它就動一動。誰會希望這背后還有其他不相關(guān)的一百零一件麻煩事等著你去做？

2005年起，從有著電子積木之稱的Arduino系列主板開始，眾多易學易用的機器人硬件出現(xiàn)了，替你解決掉了這一百零一件麻煩事，讓你可以很快地進入發(fā)揮想象力的空間：不再需要為電路板、機械方面的麻煩事耗費大量的精力。模塊化的元件、統(tǒng)一易用的接口、高強度的機械部件，都讓你能夠很好地發(fā)揮自己的想象力，很快地組裝成屬于自己的機器人并為它編寫程序。

三、適用于中小學機器人技術(shù)教育的三類硬件產(chǎn)品分析

如果不考慮一些只出售整體的機器人套件而不單獨出售基礎單片機板的品牌類型（因為成本偏高不利于普及），目前用于國內(nèi)中小學機器人技術(shù)教育的基礎單片機板，從自帶功能（即自身性能及集成功能）來說大體上可分為三類產(chǎn)品：

第一類，Arduino系列主板;

第二類，Micro：bit/掌控板/光環(huán)板;

第三類，樹莓派/虛谷號。

其中Arduino系列主板的自帶功能最弱，Micro：bit/掌控板/光環(huán)板則次之，樹莓派/虛谷號最強。

但這三類產(chǎn)品都能滿足中小學機器人技術(shù)基礎教育對執(zhí)行功能和課程設計的需求。

1.從硬件成本的角度分析

滿足同樣執(zhí)行功能需求下硬件成本低的產(chǎn)品更有利于普及。

其中Arduino系列主板成本最低、Micro：bit/掌控板/光環(huán)板則次之，樹莓派/虛谷號最高。

以做一個基礎的智能機器人小車為例：

（1）Arduino+零配件，硬件100元左右（主板選國內(nèi)廠商兼容版本可以實現(xiàn)，如果主板選國外原版則會貴一些），但在此成本限制下只能用低成本的紅外線遙控方式。

（2）Micro：bit/掌控板/光環(huán)板+零配件，硬件200元左右，并且主板本身可以支持藍牙或WiFi等遙控方式。

（3）樹莓派/虛谷號+零配件，硬件500元左右，功能最強，當然性價比也最低。

再以做用于實際環(huán)境的感應開關(guān)、溫度監(jiān)測之類的傳感器應用為例：

用Arduino的硬件成本只要幾十元就可以了，而用Micro：bit/掌控板/光環(huán)板或者樹莓派/虛谷號則成本偏高，自帶功能過剩。

2.從教學門檻的角度分析

滿足同樣課程設計需求下教學門檻低的產(chǎn)品更有利于普及。

其中Micro：bit/掌控板/光環(huán)板教學門檻最低，Arduino系列主板則次之，樹莓派/虛谷號最高。

（1）Arduino系列主板中，原始版本需要先了解電子電路知識，并且使用杜邦線連接，插線比較麻煩。如Makeblock、DFRobot等國內(nèi)品牌做的一些改造版本，集成度更高，更易入門，當然成本也稍高一些。

（2）Micro：bit/掌控板/光環(huán)板，集成度高，裸板+電腦就可以開課一個學期以上，加上零配件又可以再開一學期以上，價格也適合，并且妙在可以作為小學編程入門。（類似Scratch的圖形化編程），也可以作為中學編程入門（Python代碼編程）

（3）樹莓派/虛谷號，自帶操作系統(tǒng)，更像一臺微型電腦而不是單片機，更適合機器人技術(shù)愛好者們用于深入研究。

四、結(jié)論

通過上面的分析比較，我認為適用于中小學機器人技術(shù)教育的硬件產(chǎn)品，入門首選Micro：bit/掌控板/光環(huán)板或Audino的國內(nèi)品牌改造版本。入門之后，教師要教學生可實際應用的小作品設計，首選Arduino的國內(nèi)廠商兼容版本，因為靈活，應用成本也較低。

我認為，機器人技術(shù)教育只在最基本的搭建和編程上是需要學校來普及的。

首先用低成本的機器人套件，如Micro：bit/掌控板/光環(huán)板等產(chǎn)品，在中小學最大范圍普及最基本的機器人技術(shù)教育。（這其實也是BBC在英國中小學推廣micro：bit的用意）

普及之后則需根據(jù)每個孩子的天賦和興趣依托學校、少年宮、家庭、社會機構(gòu)等廣泛途徑朝不同方面去選修和提高。

參考文獻：

楊晉，傅胤榮，李夢軍，等.2019中小學機器人教育調(diào)研報告[R].北京：中國電子學會普及工作委員會，2019（12）.