中学生用可编程机器人对比分析

周博成

摘 要：可编程机器人是一种优秀的科技教育产品，它将模型搭建与计算机编程有效地结合在一起，越来越多的学校将教育机器人引进校园，成为培养学生科技创新能力的一个重要平台。对于不同阶段的学生而言，考虑选择可编程机器人的出发点不同。本文总结了对于不同阶段的学生考虑选择可编程机器人的出发点及市场上常见的几种可编程机器人，对比分析了不同机器人的特点及应用。

关键词：中学生 机器人 对比 分析

中图分类号：G633 文献标识码：A 文章编号：1672-3791（2018）03（b）-0004-02

隨着人工智能时代的到来，美国等先进国家提出了STEM（科学Science、技术Technology、工程Engineering、数学Mathematics）教育模式，其中编程技术是先进国家中学教育的一个重要环节，奥巴马总统甚至提出了编程从小学开始的口号。可编程机器人是一种优秀的科技教育产品，它将模型搭建与计算机编程有效地结合在一起，越来越多的学校将教育机器人引进校园，成为培养学生科技创新能力的一个重要平台。近年来，我们国家为了在先进科技领域占据领导优势，也逐步开始推行中小学编程计划，一时间市场上出现了多达几十种可编程的机器人，这些机器人有的像玩具，有的看起来高大上，为了更好地帮助学生选择和使用，对如何选择可编程机器人进行分析如下。

1 对比分析的原则

对于不同阶段的学生而言，考虑选择可编程机器人的出发点是：年龄、学习目标、机器人的技术特点以及教学资料是否齐全、购买方便等因素。

1.1 年龄因素

在学生看来，可编程机器人是市场上最先进的玩具之一。这些电子玩具提供不同的功能，既可作为宠物，还可以作为教育媒介提高同学们的科学知识水平。可编程机器人能教同学们一些基本的程序和代码，因此，为低龄同学开发的机器人应该有寓教于乐的特征，如与手机应用程序匹配，直观的（光笔）指令，声控和中级的机电一体化等[3]。这些特征可以让低龄同学在娱乐的同时学习编程知识，同样，这些机器人也应该被制造的更结实耐用，开箱就可以玩，或者只需要简单的装配就可以玩。

初高中学生喜欢自己去拼装玩具，大多数的机器人包需要工具进行组装。有些同学在自己学会定义机器人行为并且在随后进行创新的时候，感到特别兴奋，对编程知识的理解更加深刻。

1.2 学习目标

从学习目标出发，对于初学者，可编程机器人经常应用在小学的科学兴趣课程中。突然接触奇妙的机器人领域能给初学者带来很多收获，可以培养他们的想象力和创造力，学习新技术的工作原理，并且教小学生怎样进行团队工作[4]。在家里，教育机器人能启发小同学的智力发育，能培养他们在不同的生活环境下的技能并激发他们的热情，这种热情可以作为一种学习的动力，也是促使他们对机器人科学和技术产生兴趣的催化剂。

对于中、高级同学，所使用可编程机器人在玩具和实际机器人硬件之间的界限是模糊的，这些机器人的软硬件较为专业，是爱好者和学生之间的一个衔接过渡阶段，这些机器人往往使部分同学对机器人产生真正的热爱，而不是初学者阶段的好玩、有趣，这部分同学未来可能会有希望成为科学家群体中的一员。

1.3 机器人的技术特点

首先考虑的是动力源，现在大多数的可编程机器人需要某种动力才能实现它们的功能。有些采用电，它们的灯光、移动都是由内置的或者可拆卸的电池供电。这种结构的优点是它们的紧凑性，而且对学生来说是比较安全的。这些动力源（通常是锂聚合物）可以通过嵌入式太阳能板充电，也可以通过标准电源或者USB线充电。

其次考虑的是移动性，一个可编程的机器人必须有一定的移动能力，无论是采用肢体能动形式还是整体的移动，目前轮式机器人最为常见。还有一些机器人可以跳跃和飞行，使用翅膀的遥控飞机、四轴飞行器和无人机就是这类机器人的例子。

再次考虑的是能否遥控，机器人玩具最主要的特征之一是可以遥控。遥控机器人通常包括遥控器操纵的机器人，还有一些新的利用智能手机下载遥控的应用程序，利用该程序控制的机器人。遥控器一般通过频率为2.4GHz的信号通信进行控制，而智能手机一般通过蓝牙或无线网络与机器人通信。

最后考虑的因素是交互性，这个因素将可编程机器人分成了几个不同的等级，以适应不同的人群与之互动。对于初学者，可编程机器人最基本的功能是教育，比如如何通过编程改变LED灯等。中级的可编程机器人可以通过编程使其识别一些简单的单词、短语和命令等，高级机器人玩具不仅可以识别预设命令，还可以自己学习，适应不同的场景。

2 常见的几种机器人对比分析

2.1 乐高头脑风暴

乐高头脑风暴机器人是一个积木化、可灵活组态的微机控制系统。目前较好的机器人是乐高头脑风暴EV3，乐高头脑风暴让学生自己去组装机器人，并且可以控制它去做各种其能力范围内的动作，一切过程都是直观的。从精妙的拖放式编程界面、各式的控件到众多可用的模块，使乐高头脑风暴成为非常厉害的制作可编程机器人的工具。这些机器人带有预先设定的命令，让学生可以看到这些有趣的机器人可以走多远；还可以让机器人穿梭于所设的障碍物中，或者向红外目标处发射小球！每种套件都有传感器、各种组件、电机和900多块积木，一旦开始玩EV3是非常容易上瘾的。

2.2 Mbot

Mbot可能是最容易上手的程序机器人。一部分人仅仅在玩了几分钟后就能精通这款机器人。设计这个产品的公司最初的计划是把MBot做成最易编程的机器人，通过摆弄这个最初的教育工具来学习编程、机器人和Arduino作为一个整体的基本相关原理。其中Arduino是一个可选择的编程平台，新手不需要学习Mblock软件的复杂代码，这些全被一些可以拖动的图标代替，这个产品由于对各方面考虑的周全而赢得了一个最具价值奖。

2.3 机器人WowWee MiP

Wowee Mip看起来像一个小小的人，只是轮子代替了腿。Mip可以让用户在智能手机上下载一个应用软件来控制它，在公司的不断更新下，它的功能越来越好玩。它也装有一些智能传感器，可以通过这些传感器用你的手的移动和一些物体遥控Mip。挥一挥你的手，你可以让Mip运动到指定的位置。采取轮式的结构也使Wowee Mip可以用一个简单的运动就能向前或向后运动。它可以突然转向并且能原地转向而不倒；它甚至可以搬起周围的小物件而不翻倒，它眼睛里的LED三原色传感器可以让它准确地追踪物体，并为它导航以通过它路径上的障碍物。如果你已经厌倦了控制Mip平衡表演，还有一些可以通过编程设定的模式，让它跳舞或执行我们自己设定的程序，在这些玩法中，自己编程实现动作的乐趣是最大的。

3 结语

最好的可编程机器人不只是玩具，他们将创新、工程和技术融合在一起，前面介绍了3种常见的机器人，乐高的价格是最高的，Mip便宜好学，Mbot学习起来有点难度，但是如果要和全世界的学生一起娱乐和学习，笔者还是建议选择乐高EV3。乐高机器人简单易懂，上手快，在中学生中开展机器人活动，有利于拓展中学生的知识面，更为重要的是能够培养学生的综合创新能力，以适应现代社会发展的需要。

参考文献

[1] 王世宗.国内教育机器人升温市场前景看好[J].玩具世界，2016（7）：15-16.

[2] 陈染.教育机器人与机器人教育：未来教育的工具和方法[J].中国科技教育，2017（8）：56-57.

[3] 十大最受关注教育机器人品牌[EB/OL].http：//robot.ofweek.com/2017-08/ART-8321200-8500-30163731.html.

[4] 黄荣怀，刘德建，徐晶晶，等.教育机器人的发展现状与趋势[J].现代教育技术，2017，27（1）：13-20.

[5] 毛澄洁.审视青少年机器人创客教育[J].机器人产业，2016（3）：59-66.