梁遠(yuǎn)海
摘 要:先提出中小學(xué)機(jī)器人技術(shù)教育因?yàn)槠占安粔颍w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(rèn)為機(jī)器人技術(shù)教育只在最基本的搭建和編程上需要學(xué)校來普及。
關(guān)鍵詞:中小學(xué);機(jī)器人技術(shù)教育;硬件普及
一、緒論
中小學(xué)機(jī)器人技術(shù)教育發(fā)展至今,在一些發(fā)達(dá)地區(qū)很紅火,而眾多偏遠(yuǎn)地區(qū)還偏冷清,這種冰火兩重天的現(xiàn)狀需要改變,因?yàn)榻逃紫纫占埃缓蟛攀翘岣?。而要普及機(jī)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(xué)機(jī)器人技術(shù)教育需要什么樣的硬件
要在中小學(xué)普及機(jī)器人技術(shù)教育,首先是硬件成本不能太貴。以前由于機(jī)器人配套組件的價(jià)格比較昂貴,單機(jī)價(jià)格都在數(shù)萬元以上,另外傳感器、主機(jī)模塊等一些配件價(jià)格也非常昂貴,許多學(xué)校因?yàn)橘Y金問題,機(jī)器人不夠,很多學(xué)生共用一個(gè)機(jī)器人,這樣的學(xué)習(xí)效果非常差。其次是教學(xué)門檻不能太高。最好是既整合了機(jī)械、電子方面的東西,又可以很快地上手進(jìn)行軟件的編程。為什么需要這樣一個(gè)機(jī)器人呢?因?yàn)樵趥鹘y(tǒng)的機(jī)械電子行業(yè),你往往需要做大量的工作來進(jìn)行基礎(chǔ)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(gè)結(jié)果,除非你有比較成熟的專業(yè)技術(shù)背景,否則會(huì)比較難以入手。但是,大部分中小學(xué)生的初衷只是想做個(gè)自己的機(jī)器人,最美好的愿望就是發(fā)出一條指令,它就動(dòng)一動(dòng)。誰會(huì)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(xué)易用的機(jī)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(jìn)入發(fā)揮想象力的空間:不再需要為電路板、機(jī)械方面的麻煩事耗費(fèi)大量的精力。模塊化的元件、統(tǒng)一易用的接口、高強(qiáng)度的機(jī)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(jī)器人并為它編寫程序。
三、適用于中小學(xué)機(jī)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(jī)器人套件而不單獨(dú)出售基礎(chǔ)單片機(jī)板的品牌類型(因?yàn)槌杀酒卟焕谄占埃壳坝糜趪?guó)內(nèi)中小學(xué)機(jī)器人技術(shù)教育的基礎(chǔ)單片機(jī)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(hào)。
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(hào)最強(qiáng)。
但這三類產(chǎn)品都能滿足中小學(xué)機(jī)器人技術(shù)基礎(chǔ)教育對(duì)執(zhí)行功能和課程設(shè)計(jì)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(hào)最高。
以做一個(gè)基礎(chǔ)的智能機(jī)器人小車為例:
(1)Arduino+零配件,硬件100元左右(主板選國(guó)內(nèi)廠商兼容版本可以實(shí)現(xiàn),如果主板選國(guó)外原版則會(huì)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(lán)牙或WiFi等遙控方式。
(3)樹莓派/虛谷號(hào)+零配件,硬件500元左右,功能最強(qiáng),當(dāng)然性價(jià)比也最低。
再以做用于實(shí)際環(huán)境的感應(yīng)開關(guān)、溫度監(jiān)測(cè)之類的傳感器應(yīng)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(hào)則成本偏高,自帶功能過剩。
2.從教學(xué)門檻的角度分析
滿足同樣課程設(shè)計(jì)需求下教學(xué)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(xué)門檻最低,Arduino系列主板則次之,樹莓派/虛谷號(hào)最高。
(1)Arduino系列主板中,原始版本需要先了解電子電路知識(shí),并且使用杜邦線連接,插線比較麻煩。如Makeblock、DFRobot等國(guó)內(nèi)品牌做的一些改造版本,集成度更高,更易入門,當(dāng)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(gè)學(xué)期以上,加上零配件又可以再開一學(xué)期以上,價(jià)格也適合,并且妙在可以作為小學(xué)編程入門。(類似Scratch的圖形化編程),也可以作為中學(xué)編程入門(Python代碼編程)
(3)樹莓派/虛谷號(hào),自帶操作系統(tǒng),更像一臺(tái)微型電腦而不是單片機(jī),更適合機(jī)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(rèn)為適用于中小學(xué)機(jī)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(guó)內(nèi)品牌改造版本。入門之后,教師要教學(xué)生可實(shí)際應(yīng)用的小作品設(shè)計(jì),首選Arduino的國(guó)內(nèi)廠商兼容版本,因?yàn)殪`活,應(yīng)用成本也較低。
我認(rèn)為,機(jī)器人技術(shù)教育只在最基本的搭建和編程上是需要學(xué)校來普及的。
首先用低成本的機(jī)器人套件,如Micro:bit/掌控板/光環(huán)板等產(chǎn)品,在中小學(xué)最大范圍普及最基本的機(jī)器人技術(shù)教育。(這其實(shí)也是BBC在英國(guó)中小學(xué)推廣micro:bit的用意)
普及之后則需根據(jù)每個(gè)孩子的天賦和興趣依托學(xué)校、少年宮、家庭、社會(huì)機(jī)構(gòu)等廣泛途徑朝不同方面去選修和提高。
參考文獻(xiàn):
楊晉,傅胤榮,李夢(mèng)軍,等.2019中小學(xué)機(jī)器人教育調(diào)研報(bào)告[R].北京:中國(guó)電子學(xué)會(huì)普及工作委員會(huì),2019(12).