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        線上線下混合式智能機器人科普教育探索與實踐

        2022-12-07 11:29:38劉啟翔朱龍濤
        天津科技 2022年8期
        關(guān)鍵詞:工程學院天津科普

        張 培,劉啟翔,朱龍濤,呂 陽

        (天津中德應用技術(shù)大學 天津 300350)

        0 引 言

        2016年5月30日,習近平總書記在全國科技創(chuàng)新大會、兩院院士大會、中國科協(xié)第九次全國代表大會上指出[1-2]:“科技創(chuàng)新、科學普及是實現(xiàn)創(chuàng)新發(fā)展的兩翼,要把科學普及放在與科技創(chuàng)新同等重要的位置”。天津中德應用技術(shù)大學機械工程學院于2020年獲批天津市科普教育基地,踐行智能機器人領(lǐng)域科普教育,通過自制形式多樣的科普教育資源開展豐富多彩的科普教育活動,并提出了線上線下混合式科普教育理念,形成了新形勢下適用于智能機器人領(lǐng)域科普教育新模式,促進了科普教育創(chuàng)新發(fā)展。

        1 智能機器人科普教育資源形式

        1.1 Arduino智能機器人科普套件

        天津中德應用技術(shù)大學機械工程學院科普基地目前擁有實驗實訓室48間,共計8473m2,設(shè)備總值9600萬元,其中智能機器人科普教育相關(guān)實驗實訓室共計320m2,擁有5箱、200余件自制便攜式Arduino智能機器人科普套件、10臺桌面級小型3D打印機和10臺手持式3D掃描儀等,實驗實訓室內(nèi)相關(guān)儀器設(shè)備極其適合到邊遠地區(qū)、社區(qū)和各類院校開展科普活動。

        擁有自主知識產(chǎn)權(quán)的Arduino智能機器人科普套件包含Arduino Uno、Arduino Mega 2560、Arduino Nano控制器,溫度、濕度、指紋、語音識別等傳感器,舵機、直流電機、步進電機等執(zhí)行器,并搭配便于攜帶的桌面級小型3D打印機,體驗者可以按照套件提供的方案或按照個性需求自主設(shè)計、組裝形成一系列智能機器人科普教育成品,包括移動機器人、四足機器人、人形機器人等。通過類似于樂高產(chǎn)品的動手教育[3]使得體驗者主動接受智能機器人結(jié)構(gòu)、原理、控制、信息采集等相關(guān)知識和體驗智能機器人學習的樂趣,與此同時,滿足個性化科普教育的需求,形成具有自由、合作、開放、包容的科普教育氛圍。

        1.2 AR智能機器人科普交互

        增強現(xiàn)實(Augmented Reality,AR)技術(shù)的研究與應用是一個典型的交叉學科高技術(shù)領(lǐng)域,涉及計算機圖形學、并行處理、計算機視覺、傳感器和人工智能等多種技術(shù)。隨著人工智能逐漸興起,搭載人工智能技術(shù)的智能終端增強現(xiàn)實裝備開始普及,增強現(xiàn)實系統(tǒng)與移動設(shè)備相結(jié)合及更多面向消費者應用領(lǐng)域的產(chǎn)品應運而生,增強現(xiàn)實技術(shù)的應用也逐漸拓展至教育、娛樂、科普等多個領(lǐng)域。

        天津中德應用技術(shù)大學機械工程學院科普基地通過增強現(xiàn)實技術(shù)自主制作智能機器人AR科普資源向體驗者全方位、多角度地展示了智能機器人的運動方式、組成形式和實現(xiàn)范式,并提供了交互式、沉浸式、探究式的學習體驗[4],使得智能機器人相關(guān)知識的學習更加生動、立體,且不再受到時間和空間的限制,與此同時,促進了體驗者的學習興趣和交流 互動。

        1.3 智能機器人科普教育微信小程序

        微信小程序與網(wǎng)站、手機APP、微信公眾號等線上科普教育平臺具有靈活性強、推廣速度快、使用便捷等特點,體驗者無需安裝并注冊APP或關(guān)注微信公眾賬號,用完即走,使用起來更加輕便靈活。對于開發(fā)者而言,微信小程序入門門檻較低,制作、維護成本亦較小,因此,是線上科普教育平臺新的發(fā)展 趨勢。

        天津中德應用技術(shù)大學機械工程學院科普基地通過自主開發(fā)的“藍天科普智能教育平臺”微信小程序提供集文字、圖片、視頻、動畫于一體的智能機器人基礎(chǔ)知識教育?!八{天科普智能教育平臺”微信小程序包括科普基地介紹、科普活動預約、智能機器人科普知識等板塊,體驗者可以通過移動設(shè)備隨時隨地進行自己感興趣的智能機器人相關(guān)知識的訪問、學習,并利用碎片化的時間吸取知識[5]?;凇八{天科普智能教育平臺”微信小程序的基礎(chǔ)知識教育是開展智能機器人科普教育的有效手段之一。

        2 智能機器人科普教育活動模式

        2.1 線下交流,助力科技育人

        體驗者可以通過電話、微信小程序進行線下科普活動的預約。天津中德應用技術(shù)大學機械工程學院科普基地的展演者包括傳感與測控技術(shù)專業(yè)社團的學生,他們利用課余時間開放智能機器人相關(guān)實驗實訓室和接待校內(nèi)外人員預約前來參觀體驗,學生通過現(xiàn)場解說、實物展演、趣味互動等形式進行智能機器人科普宣傳。一方面,可以為在校大學生提供第二課堂教學,將科學技術(shù)與科普教育相結(jié)合,提升學生的綜合素質(zhì),助力應用型創(chuàng)新型人才的培養(yǎng)[6];另一方面,可以為社會人士普及科學知識,激發(fā)科學精神,營造社會化科普新氛圍。

        與此同時,憑借科普基地智能機器人科普設(shè)備便于搬運的優(yōu)勢,結(jié)合 AR 智能機器人科普資源和“藍天科普智能教育平臺”微信小程序,組織專業(yè)社團學生到周邊的社區(qū)、學校開展智能機器人科普體驗活動和主題報告活動,將智能機器人領(lǐng)域科普教育推廣至全市,特別是面向中小學生的科普教育活動,有效助力“雙減”政策落地、落實。

        專業(yè)社團學生通過播放微視頻、動畫等聲情并茂的主題講座使體驗者了解智能機器人的定義、分類、結(jié)構(gòu)、組成等科普知識,并通過實物展示的方式向體驗者展示常見的人形機器人、爬行機器人、物流機器人的運動方式和實現(xiàn)功能。隨后,體驗者根據(jù)個人的興趣愛好選擇自己感興趣的智能機器人進行互動體驗活動。體驗者可以通過智能機器人AR科普資源交互式、沉浸式、探究式的學習活動掌握實現(xiàn)智能機器人的組裝和控制方式,并通過Arduino智能機器人科普套件完成智能機器人的安裝及調(diào)試制作屬于自己的智能機器人。

        2.2 線上引領(lǐng),突破時間和空間的壁壘

        突如其來的新冠肺炎疫情改變了人們的學習方式和思維范式,也對科普教育產(chǎn)生了一定范圍的影響。近年來,疫情在政府的有效防控和全國人民的共同努力下得到了一定的緩解,并逐步進入到“后疫情時代”。后疫情時代促進了“無接觸經(jīng)濟”的蓬勃發(fā)展,基于人工智能、大數(shù)據(jù)、物聯(lián)網(wǎng)平臺的相關(guān)服務(wù)也得到了迅速的發(fā)展,并逐漸深入人們的日常生活和學習工作中,也給科普教育帶來了新的機遇和挑戰(zhàn)。

        天津中德應用技術(shù)大學機械工程學院科普基地利用微信小程序線上踐行智能機器人科普教育,將“互聯(lián)網(wǎng)+科普教育”落地[7]。通過“藍天科普智能教育平臺”微信小程序智能機器人科普知識板塊的科普百科、科普微視頻、AR 互動體驗等欄目滿足體驗者不同的科普需求,以促進智能機器人科普教育資源的共建共享。

        值得一提的是,學生制作并在微信小程序上線的科普微視頻榮獲了首屆天津市“大學-中學”科普創(chuàng)新大賽科普微視頻賽道一等獎。

        體驗者通過訪問“藍天科普智能教育平臺”微信小程序即可根據(jù)個性化需求進行線上智能機器人科普教育活動。體驗者可以瀏覽天津中德應用技術(shù)大學機械工程學院科普基地的介紹,并在線預約線下體驗活動。與此同時,選擇關(guān)注的智能機器人觀看其文字、圖片和科普微視頻的介紹,并通過智能機器人 AR 科普資源更加生動、立體、交互地體驗智能機器人的拼裝、連接及其可實現(xiàn)的運動控制和功能。

        3 智能機器人科普教育實踐成效

        3.1 舉辦科技周、開放日,推進科普教育發(fā)展

        天津中德應用技術(shù)大學機械工程學院科普基地自獲批天津市科普基地以來,智能機器人相關(guān)實驗實訓室定期開放,先后接待了“一帶一路”瀾湄留學生、安徽國培班教師、甘肅國培班教師、天津國培班教師、兵器集團員工等體驗者前來參觀學習。如2021年 10月接待天津國培班中職院校的教師34人,2021年11月接待新疆國培班中職院校的教師35人,2021年12月接待天津國培班高職院校的教師27人,都親身參與了科普教育活動的體驗。與此同時,天津中德應用技術(shù)大學機械工程學院科普基地在2020年第34屆科技周活動中面向天津海河教育園區(qū)周邊學校的本科生、高職生和中小學生開展了科普教育體驗活動。

        天津中德應用技術(shù)大學機械工程學院科普基地成功結(jié)合科技周、開放日等舉辦智能機器人科普教育活動,向廣大公眾普及了科技文化知識,提升公眾科學文化素質(zhì)的同時向同類院校師生營造了熱愛科學的文化氛圍,帶動了全國各省市院??茖W普及教育的積極性,推進了科普教育事業(yè)的發(fā)展。

        3.2 深入社區(qū)、學校,提升社會服務(wù)能力

        天津中德應用技術(shù)大學機械工程學院科普基地響應“全域科普”的號召,積極走出去開展科普活動。自獲批天津市科普基地以來,先后到津南區(qū)社區(qū)、濱海新區(qū)社區(qū)、辛莊中學、辛莊小學、海河教育園區(qū)南開學校、雙水道中學、銀河廣場等多地開展智能機器人科普教育活動20余場。如科普基地向天津市辛莊中學提供免費課后服務(wù)活動,于2021年9月進行了2場、2021年10月進行了3場、2021年11月進行了4場、2021年12月進行了1場智能機器人科普教育相關(guān)的主題報告及互動體驗活動。

        4 結(jié) 語

        天津中德應用技術(shù)大學機械工程學院科普基地以智能機器人相關(guān)實驗實訓室為基礎(chǔ),以智能機器人科普套件為依托,以AR智能機器人科普資源為拓展,以微信小程序為延伸,以探索線下線上混合式科普教育為路徑,融合講座展演、互動體驗等多種科普模式,不斷深入挖掘智能機器人科普教育的實踐經(jīng)驗,深入社區(qū)和各大中小學校開展智能機器人科普教育活動,受到了廣泛的歡迎和認可,在提升廣大公眾科學素質(zhì)的同時實現(xiàn)了高校服務(wù)社會的目的,提升了天津中德應用技術(shù)大學機械工程學院科普基地的社會服務(wù)能力,促進了科普教育事業(yè)創(chuàng)新發(fā)展,為后疫情時代其他科普基地的建設(shè)和發(fā)展提供了經(jīng)驗?!?/p>

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