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媒体视点|这些孩子为何能在24小时内创造出机器人?

编者按:6周时间、24课时、0起步,  搭建起了属于自己的连杆机器人!你没听错,这一切皆有可能。


         

4月14日。汇佳机器人俱乐部首次公开赛开赛了。由设计结构、分析结构、尝试制作、明确方案制作成品、到最后的调试和编程……这一切均是由我们汇佳7到10年级的学生来完成的!




橡皮虫、机器头、火龙、伐木工

还记得这些名字吗?

曾经一度火遍全球的机器人节目

没错,它就是由英国TNN电视台

组织的机器人大擂台

让很多机器迷们为之疯彺



其实,机器人并没有想象中的那么可怕。我们每个人,都可以制作一台机器人,即便你从来没有过编程经验。




虽然它不及阿尔法狗聪明,比不上机器人佳佳的美貌。但它能!走!路! 这绝对不是玩笑。不过有人也质疑地问,造机器人可不是炒个菜的工夫,这一切需要多长时间能够学会?24小时!对,就是24小时。



是不是已经猜到了接下来的内容?没错,今天给大家介绍的也是一场机器人公开赛,虽然没有机器人大擂台那么专业,但选手们也是倾尽所有。下面就分析一下他们是如何在24小时完成机器人的。




9组机器人亮相

这场公开赛程序是:首先,9组选手通过抽签决定出场顺序。之后,按照顺序进行小组ppt展示,介绍机器人“研发”过程。最后,9组机器人进行现场比拼。


如果说现在社会拼的是颜值,那机器人也是有颜值的,我们先来看看这9组机器人的颜值大比拼。



机器人:YRR   设计师:史浩 周佳成



机器人:MARVEL   设计师:吴宇轩  贾其上  耿朋



机器人:Mechanics   设计师:王一凡 高英翔



机器人:ROCK   设计师:李邦懋 宋玖霖 张嘉翔



机器人:天元   设计师:陈业明 向文靖



机器人:起名综合症   设计师:王睿宁 徐琛沣



机器人:就是帅   设计师:林时铉 张文琛



机器人:驭梦   设计师:邓子轩 罗森



机器人:不知道   设计师:郭柏成 张凯程


“状况不断”的现场

公开赛要求,每组制作一个机器人,基本要求是:必须能走路。比赛中,机器人要在指定的地毯区域完成比赛,地毯上会设置一些标线,机器人到达标线要闪灯提示,不闪灯会被扣分;同时,机器人到达终点后要自行停下脚步,一直走而无法停止的要扣分。


不过,机器人运动员都是“敏感的处女座”,场地换了、电力不足……都会影响它们现场发挥,比赛撂挑子也不是不可能。


就拿“起名综合症”小组来说吧(他们长期困扰给机器人起名的问题,最后就取个这个名字)。小组成员共有两位,一位是徐琛沣,主要负责程序设计;一位是王睿宁,主要负责搭建结构。他们的机器人身材魁梧,赛前测试时,在地面上走路稳健,表现稳定。就像这样。




问题发生在比赛前的适应场地阶段。现场到底发生了什么状况呢?



在平地上走路平稳的机器人,到了比赛的地毯上突然无法正常走路。每走两步,就会向后倾倒。请看它摔倒的瞬间。





此时,距离比赛正式开始,还有不到5分钟。徐琛沣发现问题后,又让机器人反复走了两遍,确认是摩擦力发生了变化,导致机器人摔倒。他拿着机器人回到了台下。




事实上,除了场地不适应外,机器人还出现了各种问题。例如“天元”小组的机器人,它有4只像穿着雪橇一样的脚,小组成员为它设计的步态是“翻滚型”。但因为是翻滚前进,每走一步,机器人的位置就会发生小幅偏移。




这种豪迈的走法,在广场走路不是问题,但在跑道走路则是极大挑战,最直接的问题就是:机器人可能在比赛中穿过自己的跑道,插到别人的跑道中去,甚至可能把对手掀翻在地……还能不能快乐玩耍啊? 




翻滚吧,机器宝宝!


还有的机器人因为不得不用充电器供电,而充电器的重量导致机器人身体出现平衡问题,头重脚轻、举步维艰……


不过,比赛在即,学生们面对问题并没有退缩,他们迅速到场下做出了调整。


当“起名综合症”小组把他们的机器人再次带上场时,它居然能够在地毯上稳稳地行走了……




以至于,同场竞技的其他组员都投来佩服的眼光……


它的身上究竟发生了什么?是的,它的身体前方增加了手臂——就像一个拱手作揖的机器人。徐琛沣说,下场之后,他综合分析了机器人摔倒的原因,认为是重心发生了问题,而这增加的手臂就是为机器人改变重心而设。


尽管这个机器人并不完美,因为它是一个在终点线停不下来的“小家伙”。但这种在困难面前不断尝试、随机应变、积极探索的精神,还是让这个小组获得了本次机器人公开赛的创意设计奖。


与“起名综合症”一样,“天元”小组、YRR 小组、“我就是帅”小组、MARVEL 小组、ROCK 小组等众多小组成员,都在不断尝试中,一次次获得了新的突破。也许它依然不完美,但它却距离完美又进了一步。






就像电影《铁甲钢拳》中的小男孩麦克斯,他不断地试错,不断地总结,不断地改进,最终在机器人大联盟PK中引来全场喝彩。与很多学习一样,机器人的学习过程中,孩子们会遇到很多困难和问题,他们需要不断尝试新的方法,采取新的措施,去获得更加满意的结果。




机器人教育的魅力也在于:这是一个不断试错——修正——再试——再改的过程。而探索的过程本身,就是在培养一种科学探索的精神和科学探索的能力。


学姐按:其实这场机器人公开赛,是北京市私立汇佳学校举行的“汇佳机器人俱乐部首次公开赛”。参赛者均为汇佳的9至12年级学生;此前对于机器人编程的基础为0;所有参赛者培训时长仅为24小时。


最终,9组学生创造出的9名机器人,除个别因为“身体原因”而未完成比赛,其余都成功参赛,迈开了它们在人类世界公开赛中的第一步。


上面展示的是这场比赛的高潮部分,其实比赛的幕后更为精彩。 


参与计算机选修课的汇佳学生王睿宁说,课程学习的工具并不复杂,主要是一台电脑,以及一些组装机器人零件。由于机器人完全依靠自己动手组装,编程、调试、操作、运行的过程中要不断调整,因此整个学习中,他们不仅要学习编程知识,还必须一路与各种零件、电路、螺丝、螺母打交道,既挑战又好玩。


零基础的孩子怎么学习制作机器人?

张川是机器人课程的指导老师,他说,机器人教学内容首先要考虑到孩子的兴趣,从简单易上手的部分教起。全部课程被分为6个阶段,每一阶段的学习内容,又被分成20多个“挑战”,孩子的学习过程,就像打游戏通关一样。






每完成一个挑战,就会晋级到下一关。他们这24个小时的课程,就被分成12次课和20多个挑战。张川说,老师提倡“翻转课堂”,即老师讲授的内容占课程整体内容并不太多,主要鼓励学生来问老师,老师答疑。学习中会安排课堂实验、小项目、小挑战,给学生去做。


初学者遇到故障怎么办?

当天的比赛开始前,很多学生将机器人与电脑连接,一会儿调试机器人,一会儿看看电脑。一会儿调调这个插口,一会儿动动那个舵机。





张川说,其实他们日常的学习也是如此。学生可以通过软件系统调试机器人,软件可以反应出机器人一些主要零部件的运行情况,就像开车中通过观察不同仪表盘了解车辆运行情况一样。


假设机器人LED灯不亮了,可能是编程的原因,可能是插口的原因,可能是灯本身的原因……哪个才是真正的原因?学生可以通过软件,排除一些可能的故障因素,再在其他可能的因素中寻找原因。这就逐渐引导学生不完全依赖老师的帮助,而依靠自己的观察和尝试解决问题。


机器人学习怎么分组?

和日常学习一样,机器人兴趣班的学习方式也是小组式的。所有孩子先按个人意愿自愿组队,余下的孩子,老师帮助组队。每个小组2至3人。


在完成一个阶段的课程后,以小组为单位设计一个机器人,作为结业小组项目。前文提到的机器人运动会就是此次汇佳机器人小组第一阶段的结业展示。


当然,在结课的小组项目进行中,老师还会分组指导,根据每个孩子的特点,引导他们完成这个项目。


Q&A

张川(机器人课程指导老师)


Q:今天参赛的9个机器人,每个走路的姿势都都不一样,有爬行的,有翻滚的,还有的像是游泳一样在前进的……这些都是孩子们的创意吗?


张川:确实都是汇佳孩子的创意。在刚才PPT展示阶段,学生们也提到,他们实际所想到的方案其实比最终实施的多得多,每个机器人都是在很多方案的综合优选中诞生的,这9个展示机器人,背后可能会有几十个设计方案。


汇佳有开放和长远的眼光,愿意把这个课程引进来,而这里学生创造力很强,思路很开阔,不会受限,通过这个课程,我们鼓励孩子勇敢地尝试和展现他们的想法,因此就会有这么多有创意的作品。这完全是孩子的创造。


Q:比赛中出现了一些意外情况,比如有些机器人地上走得稳稳的,挪到比赛专用的垫子上就摔倒。意外中孩子们的表现,你怎么看?


张川:机器人中尽管有些没有按照预期工作,但我们可以看到,很多队伍的反应是非常迅速的,比如有的队伍通过临时改装机器人,稳定了机器人的重心,其实这台机器人在之前几周的测试中都是可以稳定行走的。


这个过程中,我们可以看到这些孩子临时应变能力非常强,能及时面对问题,想到解决方案并解决问题。当然,有的孩子可能到最后也没有完全解决问题,但他们依然在不停尝试,我觉得这是非常好的。


Q:在学生展示PPT时,都会提到他们的时间规划。这是课程的要求吗?


张川:这是我们课程的一部分——教学生一个项目管理的概念。时间规划要求学生在做一个项目时,首先要规划好做这个项目每步需要的时间,把一个项目分成步骤去做。这是我们以后做大的工程项目也非常必要的一步,因此要学生们从小就开始培养这个。


学生们也提到,他们最初规划的时间和最终实施的时间是有差距的。遇到这类问题,他要学会根据已经运行的时间再调整后面的规划,尽量保证整个任务可以如期完成。




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