借STEAM教育的東風(fēng)和AI的火爆，中學(xué)生機(jī)器人競(jìng)賽近年來(lái)的熱度持續(xù)上升镣陕。?
我從2005年起做機(jī)器人教學(xué)并帶領(lǐng)學(xué)生各處參賽谴餐，先后親歷過(guò)Lego FLL, RoboCup Jr Soccer, VEX大大小小各種賽事。因此常有家長(zhǎng)問(wèn)呆抑，參加機(jī)器人競(jìng)賽岂嗓，孩子到底能學(xué)到些什么？ ?這對(duì)他將來(lái)申請(qǐng)大學(xué)鹊碍，到底有沒(méi)有用厌殉？
遺憾的是，就連FRC World Champions 這樣的世界級(jí)大獎(jiǎng)侈咕，在藤校招生官眼里也并沒(méi)有很高含金量公罕。因?yàn)闄C(jī)器人競(jìng)賽是團(tuán)體項(xiàng)目，個(gè)人的貢獻(xiàn)和成就很難衡量耀销。 （注：如果有通過(guò)機(jī)器人競(jìng)賽爬藤的想法楼眷，可以關(guān)注一下FIRST Robotics 的兩項(xiàng)個(gè)人獎(jiǎng)項(xiàng)： Dean's List 和 Woodie Flowers Award。）
我這些年所帶的學(xué)生熊尉，無(wú)論考入藤校的還是留在加拿大本土讀書(shū)的罐柳，機(jī)器人競(jìng)賽都只是作為她們課外活動(dòng)中的一項(xiàng)，沒(méi)有得到特長(zhǎng)加分狰住。
但是機(jī)器人競(jìng)賽對(duì)她們的影響卻不止于此张吉，比如說(shuō)大學(xué)所學(xué)專業(yè)選擇，這些孩子都讀的工程或計(jì)算機(jī)转晰。畢業(yè)后返校芦拿，這些孩子都不約而同的提到參加機(jī)器人競(jìng)賽的經(jīng)歷讓她們發(fā)展了興趣，確立了職業(yè)方向查邢，培養(yǎng)了分析問(wèn)題和解決問(wèn)題的能力，還學(xué)會(huì)了和他人合作酵幕。
1. ?機(jī)器人設(shè)計(jì)和STEAM學(xué)以致用的綜合分析能力
機(jī)器人設(shè)計(jì)近年來(lái)在中小學(xué)迅速普及扰藕，源于它涵蓋了STEAM教育的每個(gè)分支，物理（Science）是機(jī)器人設(shè)計(jì)的理論基礎(chǔ)芳撒，機(jī)器人控制離不開(kāi)計(jì)算機(jī)編程和傳感器（Technology)邓深，硬件搭建需要有機(jī)械工程和電子工程（Engineering)知識(shí)，外觀設(shè)計(jì)離不開(kāi)藝術(shù)（Art）笔刹， 而數(shù)學(xué)（Mathematics）則應(yīng)用在設(shè)計(jì)芥备，搭建，編程控制舌菜，以及測(cè)試的各個(gè)階段萌壳。
在我們傳統(tǒng)數(shù)學(xué)或物理教學(xué)中，學(xué)生通過(guò)做大量的習(xí)題來(lái)掌握課堂所學(xué)知識(shí)和解題技巧。而這些習(xí)題往往和現(xiàn)實(shí)生活脫節(jié), 以條件簡(jiǎn)潔的數(shù)學(xué)或物理模型(如輕繩袱瓮、光滑斜面缤骨、小球等)呈現(xiàn)。導(dǎo)致學(xué)生往往是為做題而做題尺借，即使求得正確答案绊起，也不清楚為什么要研究這樣的問(wèn)題。
而機(jī)器人設(shè)計(jì)則提供了一個(gè)學(xué)以致用的絕佳平臺(tái)燎斩，舉其中最常用的計(jì)算電機(jī)變速比Gear Ratio為例虱歪。
下圖中，長(zhǎng)為0.5米的機(jī)械臂需要提起30牛頓的負(fù)載, 已知電機(jī)可獲取最大工作電流是2.5安培栅表，停轉(zhuǎn)電流是4.8 安培实蔽，而停轉(zhuǎn)扭距 stall current是1.67NM, 求齒輪配置Gear ratio。
要解決這個(gè)問(wèn)題谨读，學(xué)生需要聯(lián)想到求力矩的物理模型和公式應(yīng)用：
除此之外, 還需要考慮到很多隱含條件局装，比如機(jī)械臂要提起負(fù)載，其機(jī)械臂本身重量是否能忽略不計(jì)劳殖。而停轉(zhuǎn)扭矩不能作為最大工作扭矩铐尚，需要通過(guò)最大工作電流來(lái)計(jì)算電機(jī)可提供的實(shí)際最大扭矩，然后通過(guò)齒輪變速來(lái)產(chǎn)生提起負(fù)載的扭矩哆姻。但是扭矩并非越大越好宣增，因?yàn)榕ぞ剡^(guò)大，速度就會(huì)越慢矛缨，如何在速度和力量之間取得折中也是需要考慮的問(wèn)題爹脾。
通過(guò)這個(gè)例子，我們可以看到箕昭，機(jī)器人設(shè)計(jì)中的問(wèn)題灵妨，比教科書(shū)上剔除冗余物理量而以完美的物理模型來(lái)呈現(xiàn)的練習(xí)題要復(fù)雜的多，多個(gè)變量摻雜在一起落竹，相互關(guān)聯(lián)泌霍，需要理清關(guān)系，去冗除繁述召，把課本上學(xué)的孤立的知識(shí)點(diǎn)融會(huì)貫通起來(lái)綜觀全局朱转，找出物理和數(shù)學(xué)模型，運(yùn)用相關(guān)公式來(lái)解決問(wèn)題积暖。
盡管機(jī)器人競(jìng)賽經(jīng)歷對(duì)我的那些學(xué)生大學(xué)升學(xué)沒(méi)有直接幫助藤为，但是升入大學(xué)之后， 通過(guò)機(jī)器人競(jìng)賽培養(yǎng)出來(lái)動(dòng)手能力和綜合分析能力夺刑， 使她們?cè)谔蕴屎芨叩呐徽純?yōu)勢(shì)的工程專業(yè)里依然表現(xiàn)可圈可點(diǎn)缅疟。
2. ?機(jī)器人競(jìng)賽與團(tuán)隊(duì)精神分别，開(kāi)放心態(tài)和抗壓能力
團(tuán)隊(duì)精神，開(kāi)放心態(tài)窿吩，和抗壓能力是從事機(jī)器人競(jìng)賽不可或缺的三大素質(zhì)茎杂。
團(tuán)隊(duì)精神，不僅是自己團(tuán)隊(duì)內(nèi)部成員的溝通和協(xié)作纫雁，還需要跟團(tuán)隊(duì)外部成員煌往。 像VEX， FRC 或RoboCup這類(lèi)競(jìng)技型競(jìng)賽轧邪，都不是一支隊(duì)伍單打獨(dú)斗刽脖，而是要聯(lián)合盟友Alliance 以 2 敵 2 并肩作戰(zhàn)。每場(chǎng)比賽忌愚，盟友都是隨機(jī)組合曲管。同一天賽事中，兩支隊(duì)伍上一場(chǎng)還是盟友硕糊，下一場(chǎng)就可能是變成敵人院水。
開(kāi)放心態(tài)，即能夠虛心接受團(tuán)隊(duì)其他成員的批評(píng)简十，采納合理建議檬某，也愿意把自己的心得和體驗(yàn)，和其他人分享螟蝙，共同進(jìn)步恢恼。?
至于抗壓能力就更不用多說(shuō)了，對(duì)抗性的計(jì)時(shí)比賽胰默，兩分鐘一場(chǎng)场斑，勝負(fù)一線間，不用說(shuō)的參賽選手了牵署，就連一邊看著的吃瓜群眾都跟著緊張漏隐。?
前年，學(xué)生瑞在她大學(xué)申請(qǐng)的supplement里談到她第一次參加VEX比賽的經(jīng)歷碟刺。當(dāng)年作為菜鳥(niǎo)的她锁保， 第一場(chǎng)比賽盟友就是聲名遠(yuǎn)播的Team 1114（加拿大第一支也是迄今為止唯一一支躋身 the First Hall of Fame的強(qiáng)隊(duì))。比賽中半沽，由于緊張和缺乏經(jīng)驗(yàn)，她遙控的機(jī)器人重心不穩(wěn)吴菠，失去平衡者填，向后仰翻，不巧倒在己方得分目標(biāo)上做葵，不僅自己一分未得占哟，還擾亂了盟友的作戰(zhàn)計(jì)劃，最后連累了1114輸?shù)袅诉@場(chǎng)比賽。
她當(dāng)時(shí)難受和內(nèi)疚的不行榨乎，1114 的盟友比賽結(jié)束后非但沒(méi)有埋怨她怎燥，還跟她友好握手。尤其是知道她第一次參賽后蜜暑，更是鼓勵(lì)她說(shuō)铐姚，這種情況在比賽中常有發(fā)生，每個(gè)人都遇到過(guò)肛捍。并教她在機(jī)器人底盤(pán)下面裝一個(gè)小機(jī)關(guān)隐绵，下次再發(fā)生重心失衡后翻的情況，這個(gè)機(jī)關(guān)會(huì)自動(dòng)彈出拙毫，及時(shí)提供支撐依许。
1114的盟友給瑞上了生動(dòng)的一課，詮釋了什么是超越輸贏的團(tuán)隊(duì)精神缀蹄，無(wú)私分享的開(kāi)放心態(tài)峭跳，和在比賽中沉著應(yīng)對(duì)突發(fā)情況的抗壓能力。這些素質(zhì)是書(shū)本上學(xué)不來(lái)的缺前，只有通過(guò)實(shí)踐鍛煉蛀醉，以及團(tuán)體里成員間相互影響，看樣學(xué)樣诡延，潛移默化滞欠。
從這個(gè)意義上講，機(jī)器人競(jìng)賽提供了一個(gè)和體育競(jìng)賽類(lèi)似的環(huán)境肆良，鍛煉和培養(yǎng)了孩子內(nèi)在素質(zhì)筛璧。?
3. ?不忘初心，方得始終
在中學(xué)生機(jī)器人競(jìng)賽里有一個(gè)大家都心知肚明卻又難以界定的問(wèn)題： 成人介入惹恃。?
拿近年來(lái)越來(lái)越受關(guān)注的VEX來(lái)說(shuō)吧夭谤，其比賽規(guī)則里明文規(guī)定：
All robots entered in competition need to be built and programmed by students。
但是實(shí)際上巫糙，因?yàn)闄C(jī)器人都是事先完成之后再帶過(guò)來(lái)參賽的朗儒，所以具體的設(shè)計(jì)和搭建過(guò)程如何，無(wú)從得知参淹。?
每年暑假期間醉锄，國(guó)內(nèi)各大城市都會(huì)舉辦VEX競(jìng)賽，參賽年齡越來(lái)越小浙值，當(dāng)我看到那些初中或小學(xué)生設(shè)計(jì)做出來(lái)讓人拍案叫絕的機(jī)器人恳不，一方面感嘆自古英雄出少年，另一方面不禁心存疑慮开呐。
我就曾經(jīng)教過(guò)一個(gè)轉(zhuǎn)學(xué)生烟勋，她原先所在的隊(duì)是區(qū)域賽的冠軍规求， 可是當(dāng)被問(wèn)到類(lèi)似于上文里機(jī)械臂變速比的這樣基本問(wèn)題，竟然都答不上來(lái)卵惦。?
機(jī)器人比賽的初衷是提供孩子一個(gè)發(fā)展興趣阻肿，以及和志同道合的同齡人交流和相互學(xué)習(xí)的平臺(tái)。如果一味的追求比賽成績(jī)沮尿， 只為站在領(lǐng)獎(jiǎng)臺(tái)上那一刻的榮譽(yù)丛塌， 而不讓孩子自己去試錯(cuò)，學(xué)習(xí)蛹找，探索姨伤，那么就完全背離了機(jī)器人比賽的初衷了。
除此之外庸疾，還有另一種情況：孩子對(duì)機(jī)器人非常感興趣乍楚，積極參加各種競(jìng)賽，試圖通過(guò)獎(jiǎng)杯來(lái)證明自己届慈。其實(shí)這樣也沒(méi)有太大意義徒溪，有能力的話，不妨考慮怎樣把技能和時(shí)間金顿，投入到和生活相關(guān)的應(yīng)用上臊泌。?
科羅拉多的一個(gè)小鎮(zhèn)少年Easton LaChappelle，14歲的時(shí)候用樂(lè)高, 釣魚(yú)線和幾個(gè)控制器建造出了一個(gè)迷你機(jī)器人手臂。學(xué)校老師們推薦他去參加科技博覽會(huì)。在博覽會(huì)上宝恶，Easton遇到了生來(lái)就沒(méi)有手臂的7歲小女孩珍妮矿辽，小女孩戴著假肢很興奮地和他的機(jī)器手臂握手璃饱。Easton在與珍妮的父母交談后得知：珍妮所戴的假肢的費(fèi)用是8萬(wàn)美元，而且隨著小女孩不斷長(zhǎng)大，還需要不斷地更換，為此還需要再花費(fèi)幾十萬(wàn)美元猪狈。
通過(guò)這次對(duì)話，Easton意識(shí)到辩恼，科技發(fā)明不是為了獲獎(jiǎng)那一刻的風(fēng)光雇庙，而是應(yīng)該用來(lái)幫助人們更好的生活。于是他一頭扎進(jìn)了機(jī)器手臂的研究灶伊，前后花了5年時(shí)間疆前，發(fā)明了用腦電波控制的機(jī)器手臂，并且將成本控制在500美金之下聘萨。 更令人敬佩的是峡继， Easton把源代碼無(wú)償?shù)墓加诒姟?/p>
Easton LaChappelle 后來(lái)在接受采訪的時(shí)候，說(shuō)了這樣一句樸實(shí)的話匈挖。
“I just wanted to make something useful. This is what I’m meant to do.”
? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? --Easton LaChappell
（讓孩子）做點(diǎn)有用的事情碾牌，這應(yīng)該才是我們讓孩子做機(jī)器人和參加機(jī)器人競(jìng)賽的初心吧。?
