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2006年年底,比爾·蓋茨預測說,家家都會有機器人。繼電腦之後,機器人將滲透到人類生活的方方面面,改變我們的生活理念、生活方式和生活習慣。
由中國科協和天津市人民政府共同主辦,第12屆中國青少年機器人競賽,7月16日至20日,將在津門擺開擂臺。
爲什麼要在青少年中積極推動機器人科技活動?機器人在培養孩子動手、動腦,智力開發和創新能力上有哪些作用?
帶着讀者關心的問題,記者分別採訪了天津市科協青少年科技中心主任孫志敏、活動部部長蘇文泉,南開大學機器人與信息自動化研究所所長劉景泰教授,以及新華中學、上海道小學的教師和學生。
千人蔘與機器人五項目競技
市科協青少年科技中心主任孫志敏,是本屆大賽的操持人之一。她說,天津是開展青少年機器人科技活動最早的城市之一,2000年就開始了。中國兒童中心及天津、河南、廣東、安徽、廣西等幾個省市,大家就商量,弄個比賽吧。天津是競賽的主要倡導者之一。第一屆比賽,2001年在廣東番禺南沙科學館舉行,由中國兒童中心、霍英東基金會、中國科協青少年部主辦。第一屆只有200多名學生參加,規模不大。但是,競賽一搞,就火了,反響特別好。到了第三屆,就以中國科協的名義跟當地政府共同舉辦了。
第十二屆中國青少年機器人競賽,規模空前,有來自全國31個省、自治區、直轄市和香港、澳門地區的約500支參賽隊,1500多名隊員,還有700多名領隊、教練員、評委和裁判員,加上各省市觀摩人員,共計3000多人。比賽日期是7月16日至20日。地點在海河教育園區中德職業學院體育館。可以說,這是全國青少年機器人競賽的一次盛會。
蘇文泉老師是市青少年科技中心活動部部長、中國青少年機器人競賽委員會副主任、全國青少年創新實踐活動專家組成員,在一些競賽中擔任總裁判、裁判、指導教練等。他介紹說,競賽項目由最初的三個,發展到五個,均爲國際通行的競賽項目:
一、機器人創意比賽。每年出一個主題,今年的創意是“仿生機器人”。根據要求,由選手自己設計、搭建。天上飛的、水下游的、陸地跑的,走獸、飛禽、昆蟲等等,只要符合仿生要求,都可以。有作品介紹、實物演示,看誰的仿生創意更奇巧、更實用。
二、機器人足球比賽。2對2,每個隊兩個機器人。機器人不是人控制的,編完程序以後,放到球場,機器人自己踢。自己識別、自己判斷,完成進攻或防守。比賽緊張激烈,非常好看。2004年,本市上海道小學代表隊和新華中學代表隊,在葡萄牙舉行的Robocup機器人足球世界盃上,分別奪得小學組金牌和中學組銅牌的好成績!
三、FLL機器人功能挑戰賽。10個人爲一隊,今年的主題是“食品安全”。競賽分爲:一是場地競賽,佈置一些小設施,讓機器人完成相應的任務,要求較高。二是場下的比賽,研究報告,你要調查現實生活中,跟食品安全有關的問題,提出報告。評委提問題,然後給分。三是表演,編排一個小劇目,評委給分。以總分高低作爲成績標準。這個比賽,是機器人完成場上的任務,選手完成場下的任務。既考查機器人,又讓機器人設計者進行才能展示。
四、VEX機器人工程挑戰賽。參賽機器人既能自動控制,又能通過遙感器控制,以手動遙控爲主。2010年,在夏威夷,本市南開科技實驗小學代表隊,就拿了這個項目的亞軍。
五、機器人綜合技能比賽。要求現場搭建、現場編程,即時比賽。選手上場,所有器材都是散的,不許帶U盤、不許帶電腦(比賽備有電腦),按規定時間完成比賽。教練、指導老師不能進場。考查學生獨立、真實的能力水平。
天津這次獲獎的可能性有多大?蘇老師說,我們有些學校是很有實力的,多次在國際、國內比賽中獲獎。比如,機器人足球項目、FLL項目、機器人創意項目等等,均有獲獎實力。但比賽很難說,要看你的實力,要看場上發揮,還得看運氣。就跟踢足球一樣,一是抽籤的運氣,二是比賽的運氣。我做裁判多年,看到不少這種情況,一方的實力明顯高於對方,就是得勢不得分。對方看着不行,結果,一腳進球了。機器人足球,也有足球的共同特徵。正因爲不可預測,這纔是足球,也是機器人競賽的魅力所在。
從看到幹用機器人鍛鍊綜合能力
國家爲什麼要在青少年中推動機器人科技活動呢?孫志敏說,這對培養孩子動手、動腦及創造潛能的開發,十分重要。國家很重視,我們青少年科技中心的機器人工作室,政府就先後投入了一百多萬元。全市有30多所中小學建立了機器人工作室,開展活動的有40多所,有的學校還開了校本課。
孩子現在最大的問題,不是課業負擔重,是他沒興趣。華東師範大學一位教授,去美國看那裏的孩子上物理課。老師講密度,用一週的課時,讓孩子反覆做實驗,有關密度的問題,全解決了。咱們不是這樣,告訴你公式,做題吧。用一個月的時間反覆做題。其實,很多東西,在實驗中就解決了。爲什麼不做實驗?我問一所重點小學的校長,實驗課開齊了嗎?他說開齊了。怎麼開?看小電影。用幻燈片代替實驗課。我就問物理老師,他說我講課,帶200個學生都行。但做實驗,光有設備還不行。一般4個學生就得配一個老師。他做實驗弄錯了,或設備儀器弄壞了,拖堂,下面的學生又來了。怎麼辦?包括現在大學的實驗,也不讓學生自己調儀器,老師給調好了,讓學生做。
所以說爲什麼現在孩子唸書這麼苦?主要是方法不對,沒有興趣。比如中考,很多學生就是物理給拉分。現在,連男孩子也不喜歡物理了,我這是有調查、有數字的。根兒在哪兒?物理與化學一樣,都是以實驗爲基礎的學科,你不讓他做實驗,天天就是做題,倒騰不清楚,他就死記硬背。中考物理,有40分是跟實驗有關的,他沒怎麼做過實驗,成績肯定受影響。
如果他做過實驗,掌握了基本知識和技能,就不怕變題。所以,我們就與師範大學物電學院孫佩雄教授合作,他是研究教法的,一拍即合,他說,你一眼就看到根兒上。現在有些老師,連演示實驗也不做,就是傻講。我們合作,讓他的研究生,把初高中物理課後面“想想做做”的習題,都搞成實驗,開發了150多項器材,叫“物理好玩”探究館。去年在靜海實驗中學搞實驗,效果非常好,學生高興呀。
天天就是做題,孩子能不煩嗎?幾乎所有的孩子,都上課外補習班,這是不正常的。我們管不了應試教育的事,也不用抱怨,就從機器人這給孩子開個窗口,甚至把課上的內容也能在我們這裏做。去年,蘇老師他們走了20多所學校,孩子那個高興呀。
我們與南大機器人所合辦了“搭搭看”網站(WWW.DaDaKan.cn),孩子們可上網虛擬搭建,體驗機器人活動的快樂。
蘇老師說,興趣是最好的教師。機器人是移動的,它一動,孩子們就特別有興趣。他搭建完成了一件作品,能讓它動,能聽他的話,小孩就特別有成就感。機器人競賽,自由創造的空間大,你要根據要求和戰術,進行搭建和編程。程序下載之後,機器人運行,這其中肯定有問題,發現問題就要找原因,是硬件、還是軟件上的問題?還要找到解決問題的方法。整個過程,對孩子是個很好的鍛鍊,包括動手、動腦、策略、戰術,對孩子全面素質和能力的提高,的確是個很好的項目。它所涉及的知識也非常廣,機械結構,齒輪傳動,還有光電控制、傳感器等等,對孩子是一個綜合方面的鍛鍊。
機器人科技活動有這麼多好處,那麼,孩子多大年齡參加活動比較適宜呢?
蘇老師說,根據我多年從事青少年機器人科技活動的經驗,我認爲,從小學3年級參加機器人活動比較好。3年級的學生,你講機器人程序,他能很快理解。孩子太小,理解就差一些、慢一些。他搭建機器人一般沒有太大問題,5歲的小孩,就能搭建得不錯。建議家長和老師,可以分爲兩個階段:在孩子3年級之前,主要是培養動手能力,多搞搭建。3年級,對編程能理解了,慢一些沒關係,孩子的理解力很強,上手是比較快的。過去,說小學生玩機器人,簡直不可思議。現在,孩子們玩得很有水平。
機器人代表着一個國家綜合技術能力的水平。世界上機器人水平高的國家,都是綜合技術能力的強國,比如美國、日本、德國等。我們發展的速度也非常快。鄧小平說計算機要從娃娃抓起。搞機器人也要從娃娃抓起。
科普教育需用最前沿科技進行
在南開大學伯苓樓,記者拜訪了劉景泰教授。他是南大信息技術科學學院機器人與信息自動化研究所所長、博士生導師,曾任國家863計劃智能機器人主題工業機器人專業專家組成員,著名機器人專家。多年來,他實踐着“用最前沿科技進行科普教育”的理念。他讓研究生、本科生參與“搭搭看”項目(WWW.DaDaKan.cn)的建設,先後有50多個學生,夜以繼日地工作,義務地爲青少年機器人科普事業做奉獻。由國內一流機器人專家及弟子參與、指導青少年機器人活動,這是天津特色。
作爲國內一流機器人專家,科研、教學等任務繁重,爲什麼這麼熱心於“分外”的青少年機器人科普?
劉景泰教授說,是問題產生動力,讓我必須要做這件事。我帶研究生,給他們講課比較多,感到研究生的問題是在上大學時造成的。我又給本科生講一些課,在這個過程中,也給大一新生講課。我又發現,問題是上高中時造成的,就到高中去講課……就這麼一步一步地往前找原因,追根溯源,我發現目前的教育現狀有極其深刻的問題。
不客氣地說,高中不管你考了多少分,到我們大學來,有一些學生,基本已經成“半殘品”了。什麼問題呢?他在學校學習的知識量很大,但是,優良的學習習慣、學習方法和創新意識,基本上沒有了。因爲,考試不需要創新,創新不符合標準答案,不給你分。如果只記住知識點就是好學生,那還不如計算機呢,現在網絡這麼發達,上網查吧。可是,我們整個教育的根兒上,就是把學生往這方面培養的。
爲什麼我們創新人才那麼欠缺呢?根兒上是教育方向出了偏差。
2006年,我去美國加州大學伯克利分校做研究,那是美國最好的大學之一,我看他們的教育怎麼個弄法。我在美國的時候,南開還有十幾個研究生,每週要有視頻連線。他們的研究向我彙報,我也把在那邊觀察的情況,跟他們互動,然後,就寫一篇短文,放在網上,當博客文章。後來,出版社編輯發現了,認爲這是與衆不同的訪美觀察,找我聯繫,就出版了這本《伯克利札記》。我的許多觀察與思考,就記在書裏。
我經常問我的學生,高中是怎麼學習的?感到他們跟我們那時的學習明顯不同。我1979年上大學,高中複習時沒有天天做卷子。到了大學,同學間年齡差別很大,我們班的“老三屆”,比我大10歲,那其實是最適合學習的氛圍。大學需要社會閱歷的參性。創新需要一個環境,需要雜,不需要一律、一律正確,不需要一個絕對權威,絕對真理。大學不需要這些東西。這類東西給學生灌輸多了,就沒法創新了。
一些學校請我給學生做科技報告,那個學校是市五所的名校,大禮堂裏,十幾班的學生,坐得特別直,揹着手。我講的第一句話就是請孩子們隨便坐。沒有說板着腰那麼聽報告的。
我就跟校領導開玩笑,說不能那樣弄,否則,學生潛意識裏的很多東西就被磨滅掉了。磨滅了什麼?可能不好說得更具體。他哪兒殘了?你根本看不出來。但是,學生在思想上、情感上,那些最底層、最樸實的東西,沒了。那個東西是最根本的。你把學生弄得跟“產品”似的,太一致了,完全“工業化”了,一個模子扣出來的。
我向中國科協提出一個建議,應該用最前沿的科學開展科普活動。過去的科普,是亞科普。科普應該是最尖端的科學,讓老百姓知道。昨天最大的事情,是希格斯粒子發現了,今天上課,就應該用最簡單的語言,講講希格斯粒子。這叫科普。機器人是“最高意義下的自動化”,這話是宋健說的,他曾任國家科委主任,也是大科學家。讓孩子從小就接觸前沿科學,其意義不可估量。
我們正忙着青少年機器人夏令營的事,7月7日開營。夏令營的核心思想是我提出來的,經天津科協報到中國科協。國家決定5000個孩子進大學體驗大學文化。咱們是全國第一個開營的,中國科協認爲我們乾的這個事情非常好,讓我們做個示範。
“搭搭看”網站這套軟件是我們歷經5年開發的,免費給孩子們用,從網上可以免費下載。做這個軟件,可以讓邊遠地區的孩子也能玩機器人。實體搭建,很貴的。積木是人設計理念最重要的源泉。虛擬搭建也有它的優勢,可以回放、能夠保存,想象的空間更大。這個軟件,看着是給孩子們玩的,其實,它是頂天立地的,既能給孩子玩,又能用於上天。我們培養的研究生,就參與了神九的工作。你看,這是我們搞的2016年中國空間站仿真設計。未來空間站的設計,我們參與了。用的什麼軟件?就是這個軟件。所以,一定要用最尖端的科技做科普,這是核心理念。
學生受益實踐最有說服力
開展青少年機器人科技活動,對孩子的教育和健康成長究竟有哪些好處?老師最有發言權,學生的實踐最有說服力。
夏瑞是上海道小學科技活動指導教師,12年跟孩子們“玩”在一起,頗有心得,成績突出,榮獲“全國十佳優秀教練員”。
上海道小學是本市第一所開展少年機器人活動的學校,連續多年在國際、國內機器人比賽上摘金奪銀。
夏老師說,爲學校和天津贏得榮譽只是一個方面,更重要的是培養了孩子動手、動腦和創新的能力。不僅沒有影響學習,而且,使個人潛能得到開發,促進了學習。這方面的例子有很多。比如,某某同學,原來在班裏學習成績比較差,性格內向,不愛說話,缺乏自信心。但是,他對機器人很感興趣,我就鼓勵他參加活動。搭建機器人慢慢提高了他的自信心……2009年,他參加全國比賽獲二等獎,在天津獲一等獎……老師和家長都說,這孩子變化太大了。機器人讓他有了自信,學習也自信了、做事也自信了,學習成績自然就上去了。參加機器人活動的孩子,有的被評爲河西區“十佳少先隊員”、有的當選“天津市優秀少先隊員”、有的成爲“中國少年科學院小院士”,還有的獲“全國少年科技創新獎”……正是看到青少年機器人活動對學生全面素質培養的積極作用,上海道小學也成爲本市第一所將機器人列入校本課程的學校。
正因爲活動普及,基礎雄厚,人才衆多,他們才能多年包攬小學組機器人足球賽冠軍。說到即將參賽的第12屆中國青少年機器人競賽,夏老師說,我們準備好了,爭取再創佳績。
新華中學的李鵬老師說,我校不僅僅重視機器人競賽成績的取得,更重視如何推進素質教育,培養高素質創新人才。我們學校因參加機器人活動而成爲優秀人才的事例太多了。比如齊欣,高中畢業考入天津大學自動化專業,2007年本科畢業,被保送中國科學院瀋陽自動化研究所碩博連讀;比如韓昊,2008年考入大連海事大學電子信息工程專業,今年本科畢業,正準備赴德國深造。這樣吧,我讓他們給您打電話,談個人的感受,多好!
等到晚上22:30,電話鈴聲響起,齊欣連連道歉,說剛下課,對不起了。機器人對於他,已經由興趣變成了自己的事業。蛟龍號突破7000米,它就是一個深潛機器人。潛水員劉開周就是瀋陽所的。齊欣說自己很幸運,因爲他差一點兒與機器人失之交臂。在新華上高中,他和同桌都報名參加機器人小組,但名額有限,只能有一人蔘加。怎麼辦?石頭、剪子、布,他贏了。參加機器人活動,是動手、動腦、創新等全面素質的提高……他說,我最大的收穫,是看問題的方式改變了。那是足球機器人設計的優化課,爲了把單光電找球,改爲雙光電找球,就蹲在地上或趴在地上,反覆觀察、反覆試驗……老師讓我站起來看。我站起來一看,感覺完全不一樣了!趴着看,盯着的只是細節、只從純技術的角度看待問題。站起來,眼界就寬了,就從全局考慮局部問題了。這個收穫,讓我受益匪淺。他在大學不僅參加機器人比賽,還作爲學生科技協會的一員,參與組織了天津大學機器人比賽,並擔任主裁判。很多同學很羨慕他,因爲,許多學校高中以高考爲目的,幾乎沒有課外科技活動,他們接觸不到機器人。
談起機器人,韓昊興致勃勃,從晚上20:00聊到將近22:00,他不僅多次爲新華中學在國內外機器人競賽中贏得榮譽,後來還成爲兼職教練。他說,機器人對人的能力開發是全方位的,在限定的體積和重量要求下,如何使機器人更靈活、更機敏、更有力量,由雙馬達增加到4個馬達,而且更省電……發現問題和解決問題的過程,對人的鍛鍊是刻骨銘心的。還有團隊精神的培養,機器人競賽,最少兩個人,一般三到五人,要協同作戰互相幫助。比如,2002年到廣州參加比賽,賽前頭一天,委員會突然修改比賽規則,我們連夜修改足球機器人的編程,完成時天都亮了,很餓,只剩下一塊麪包,大家一人一點兒,分着吃了,同甘共苦的享受。帶着低年級同學去參賽,勝了,與他們分享快樂。輸了,就安慰他們,沒關係,明年再贏回來!還有榮譽感和歸屬感,參加市裏比賽,對場上的機器人高喊加油,機器人聽不見,但我們穿着新華校服是一種自豪。參加全國比賽是代表天津,參加國際比賽是代表中國,這種對學校、對家鄉、對祖國的歸屬感和自豪感足以產生強大的精神力量。
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