2006年年底,比尔·盖茨预测说,家家都会有机器人。继电脑之后,机器人将渗透到人类生活的方方面面,改变我们的生活理念、生活方式和生活习惯。
由中国科协和天津市人民政府共同主办,第12届中国青少年机器人竞赛,7月16日至20日,将在津门摆开擂台。
为什么要在青少年中积极推动机器人科技活动?机器人在培养孩子动手、动脑,智力开发和创新能力上有哪些作用?
带着读者关心的问题,记者分别采访了天津市科协青少年科技中心主任孙志敏、活动部部长苏文泉,南开大学机器人与信息自动化研究所所长刘景泰教授,以及新华中学、上海道小学的教师和学生。
千人参与 机器人五项目竞技
市科协青少年科技中心主任孙志敏,是本届大赛的操持人之一。她说,天津是开展青少年机器人科技活动最早的城市之一,2000年就开始了。中国儿童中心及天津、河南、广东、安徽、广西等几个省市,大家就商量,弄个比赛吧。天津是竞赛的主要倡导者之一。第一届比赛,2001年在广东番禺南沙科学馆举行,由中国儿童中心、霍英东基金会、中国科协青少年部主办。第一届只有200多名学生参加,规模不大。但是,竞赛一搞,就火了,反响特别好。到了第三届,就以中国科协的名义跟当地政府共同举办了。
第十二届中国青少年机器人竞赛,规模空前,有来自全国31个省、自治区、直辖市和香港、澳门地区的约500支参赛队,1500多名队员,还有700多名领队、教练员、评委和裁判员,加上各省市观摩人员,共计3000多人。比赛日期是7月16日至20日。地点在海河教育园区中德职业学院体育馆。可以说,这是全国青少年机器人竞赛的一次盛会。
苏文泉老师是市青少年科技中心活动部部长、中国青少年机器人竞赛委员会副主任、全国青少年创新实践活动专家组成员,在一些竞赛中担任总裁判、裁判、指导教练等。他介绍说,竞赛项目由最初的三个,发展到五个,均为国际通行的竞赛项目:
一、机器人创意比赛。每年出一个主题,今年的创意是“仿生机器人”。根据要求,由选手自己设计、搭建。天上飞的、水下游的、陆地跑的,走兽、飞禽、昆虫等等,只要符合仿生要求,都可以。有作品介绍、实物演示,看谁的仿生创意更奇巧、更实用。
二、机器人足球比赛。2对2,每个队两个机器人。机器人不是人控制的,编完程序以后,放到球场,机器人自己踢。自己识别、自己判断,完成进攻或防守。比赛紧张激烈,非常好看。2004年,本市上海道小学代表队和新华中学代表队,在葡萄牙举行的Robocup机器人足球世界杯上,分别夺得小学组金牌和中学组铜牌的好成绩!
三、FLL机器人功能挑战赛。10个人为一队,今年的主题是“食品安全”。竞赛分为:一是场地竞赛,布置一些小设施,让机器人完成相应的任务,要求较高。二是场下的比赛,研究报告,你要调查现实生活中,跟食品安全有关的问题,提出报告。评委提问题,然后给分。三是表演,编排一个小剧目,评委给分。以总分高低作为成绩标准。这个比赛,是机器人完成场上的任务,选手完成场下的任务。既考查机器人,又让机器人设计者进行才能展示。
四、VEX机器人工程挑战赛。参赛机器人既能自动控制,又能通过遥感器控制,以手动遥控为主。2010年,在夏威夷,本市南开科技实验小学代表队,就拿了这个项目的亚军。
五、机器人综合技能比赛。要求现场搭建、现场编程,即时比赛。选手上场,所有器材都是散的,不许带U盘、不许带电脑(比赛备有电脑),按规定时间完成比赛。教练、指导老师不能进场。考查学生独立、真实的能力水平。
天津这次获奖的可能性有多大?苏老师说,我们有些学校是很有实力的,多次在国际、国内比赛中获奖。比如,机器人足球项目、FLL项目、机器人创意项目等等,均有获奖实力。但比赛很难说,要看你的实力,要看场上发挥,还得看运气。就跟踢足球一样,一是抽签的运气,二是比赛的运气。我做裁判多年,看到不少这种情况,一方的实力明显高于对方,就是得势不得分。对方看着不行,结果,一脚进球了。机器人足球,也有足球的共同特征。正因为不可预测,这才是足球,也是机器人竞赛的魅力所在。
从看到干 用机器人锻炼综合能力
国家为什么要在青少年中推动机器人科技活动呢?孙志敏说,这对培养孩子动手、动脑及创造潜能的开发,十分重要。国家很重视,我们青少年科技中心的机器人工作室,政府就先后投入了一百多万元。全市有30多所中小学建立了机器人工作室,开展活动的有40多所,有的学校还开了校本课。
孩子现在最大的问题,不是课业负担重,是他没兴趣。华东师范大学一位教授,去美国看那里的孩子上物理课。老师讲密度,用一周的课时,让孩子反复做实验,有关密度的问题,全解决了。咱们不是这样,告诉你公式,做题吧。用一个月的时间反复做题。其实,很多东西,在实验中就解决了。为什么不做实验?我问一所重点小学的校长,实验课开齐了吗?他说开齐了。怎么开?看小电影。用幻灯片代替实验课。我就问物理老师,他说我讲课,带200个学生都行。但做实验,光有设备还不行。一般4个学生就得配一个老师。他做实验弄错了,或设备仪器弄坏了,拖堂,下面的学生又来了。怎么办?包括现在大学的实验,也不让学生自己调仪器,老师给调好了,让学生做。
所以说为什么现在孩子念书这么苦?主要是方法不对,没有兴趣。比如中考,很多学生就是物理给拉分。现在,连男孩子也不喜欢物理了,我这是有调查、有数字的。根儿在哪儿?物理与化学一样,都是以实验为基础的学科,你不让他做实验,天天就是做题,倒腾不清楚,他就死记硬背。中考物理,有40分是跟实验有关的,他没怎么做过实验,成绩肯定受影响。
如果他做过实验,掌握了基本知识和技能,就不怕变题。所以,我们就与师范大学物电学院孙佩雄教授合作,他是研究教法的,一拍即合,他说,你一眼就看到根儿上。现在有些老师,连演示实验也不做,就是傻讲。我们合作,让他的研究生,把初高中物理课后面“想想做做”的习题,都搞成实验,开发了150多项器材,叫“物理好玩”探究馆。去年在静海实验中学搞实验,效果非常好,学生高兴呀。
天天就是做题,孩子能不烦吗?几乎所有的孩子,都上课外补习班,这是不正常的。我们管不了应试教育的事,也不用抱怨,就从机器人这给孩子开个窗口,甚至把课上的内容也能在我们这里做。去年,苏老师他们走了20多所学校,孩子那个高兴呀。
我们与南大机器人所合办了“搭搭看”网站(WWW.DaDaKan.cn),孩子们可上网虚拟搭建,体验机器人活动的快乐。
苏老师说,兴趣是最好的教师。机器人是移动的,它一动,孩子们就特别有兴趣。他搭建完成了一件作品,能让它动,能听他的话,小孩就特别有成就感。机器人竞赛,自由创造的空间大,你要根据要求和战术,进行搭建和编程。程序下载之后,机器人运行,这其中肯定有问题,发现问题就要找原因,是硬件、还是软件上的问题?还要找到解决问题的方法。整个过程,对孩子是个很好的锻炼,包括动手、动脑、策略、战术,对孩子全面素质和能力的提高,的确是个很好的项目。它所涉及的知识也非常广,机械结构,齿轮传动,还有光电控制、传感器等等,对孩子是一个综合方面的锻炼。
机器人科技活动有这么多好处,那么,孩子多大年龄参加活动比较适宜呢?
苏老师说,根据我多年从事青少年机器人科技活动的经验,我认为,从小学3年级参加机器人活动比较好。3年级的学生,你讲机器人程序,他能很快理解。孩子太小,理解就差一些、慢一些。他搭建机器人一般没有太大问题,5岁的小孩,就能搭建得不错。建议家长和老师,可以分为两个阶段:在孩子3年级之前,主要是培养动手能力,多搞搭建。3年级,对编程能理解了,慢一些没关系,孩子的理解力很强,上手是比较快的。过去,说小学生玩机器人,简直不可思议。现在,孩子们玩得很有水平。
机器人代表着一个国家综合技术能力的水平。世界上机器人水平高的国家,都是综合技术能力的强国,比如美国、日本、德国等。我们发展的速度也非常快。邓小平说计算机要从娃娃抓起。搞机器人也要从娃娃抓起。
科普教育 需用最前沿科技进行
在南开大学伯苓楼,记者拜访了刘景泰教授。他是南大信息技术科学学院机器人与信息自动化研究所所长、博士生导师,曾任国家863计划智能机器人主题开云电竞官网下载app专业专家组成员,著名机器人专家。多年来,他实践着“用最前沿科技进行科普教育”的理念。他让研究生、本科生参与“搭搭看”项目(WWW.DaDaKan.cn)的建设,先后有50多个学生,夜以继日地工作,义务地为青少年机器人科普事业做奉献。由国内一流机器人专家及弟子参与、指导青少年机器人活动,这是天津特色。
作为国内一流机器人专家,科研、教学等任务繁重,为什么这么热心于“分外”的青少年机器人科普?
刘景泰教授说,是问题产生动力,让我必须要做这件事。我带研究生,给他们讲课比较多,感到研究生的问题是在上大学时造成的。我又给本科生讲一些课,在这个过程中,也给大一新生讲课。我又发现,问题是上高中时造成的,就到高中去讲课……就这么一步一步地往前找原因,追根溯源,我发现目前的教育现状有极其深刻的问题。
不客气地说,高中不管你考了多少分,到我们大学来,有一些学生,基本已经成“半残品”了。什么问题呢?他在学校学习的知识量很大,但是,优良的学习习惯、学习方法和创新意识,基本上没有了。因为,考试不需要创新,创新不符合标准答案,不给你分。如果只记住知识点就是好学生,那还不如计算机呢,现在网络这么发达,上网查吧。可是,我们整个教育的根儿上,就是把学生往这方面培养的。
为什么我们创新Kaiyun官方网站app登录 那么欠缺呢?根儿上是教育方向出了偏差。
2006年,我去美国加州大学伯克利分校做研究,那是美国最好的大学之一,我看他们的教育怎么个弄法。我在美国的时候,南开还有十几个研究生,每周要有视频连线。他们的研究向我汇报,我也把在那边观察的情况,跟他们互动,然后,就写一篇短文,放在网上,当博客文章。后来,出版社编辑发现了,认为这是与众不同的访美观察,找我联系,就出版了这本《伯克利札记》。我的许多观察与思考,就记在书里。
我经常问我的学生,高中是怎么学习的?感到他们跟我们那时的学习明显不同。我1979年上大学,高中复习时没有天天做卷子。到了大学,同学间年龄差别很大,我们班的“老三届”,比我大10岁,那其实是最适合学习的氛围。大学需要社会阅历的参性。创新需要一个环境,需要杂,不需要一律、一律正确,不需要一个绝对权威,绝对真理。大学不需要这些东西。这类东西给学生灌输多了,就没法创新了。
一些学校请我给学生做科技报告,那个学校是市五所的名校,大礼堂里,十几班的学生,坐得特别直,背着手。我讲的第一句话就是请孩子们随便坐。没有说板着腰那么听报告的。
我就跟校领导开玩笑,说不能那样弄,否则,学生潜意识里的很多东西就被磨灭掉了。磨灭了什么?可能不好说得更具体。他哪儿残了?你根本看不出来。但是,学生在思想上、情感上,那些最底层、最朴实的东西,没了。那个东西是最根本的。你把学生弄得跟“产品”似的,太一致了,完全“工业化”了,一个模子扣出来的。
我向中国科协提出一个建议,应该用最前沿的科学开展科普活动。过去的科普,是亚科普。科普应该是最尖端的科学,让老百姓知道。昨天最大的事情,是希格斯粒子发现了,今天上课,就应该用最简单的语言,讲讲希格斯粒子。这叫科普。机器人是“最高意义下的自动化”,这话是宋健说的,他曾任国家科委主任,也是大科学家。让孩子从小就接触前沿科学,其意义不可估量。
我们正忙着青少年机器人夏令营的事,7月7日开营。夏令营的核心思想是我提出来的,经天津科协报到中国科协。国家决定5000个孩子进大学体验大学文化。咱们是全国第一个开营的,中国科协认为我们干的这个事情非常好,让我们做个示范。
“搭搭看”网站这套软件是我们历经5年开发的,免费给孩子们用,从网上可以免费下载。做这个软件,可以让边远地区的孩子也能玩机器人。实体搭建,很贵的。积木是人设计理念最重要的源泉。虚拟搭建也有它的优势,可以回放、能够保存,想象的空间更大。这个软件,看着是给孩子们玩的,其实,它是顶天立地的,既能给孩子玩,又能用于上天。我们培养的研究生,就参与了神九的工作。你看,这是我们搞的2016年中国空间站仿真设计。未来空间站的设计,我们参与了。用的什么软件?就是这个软件。所以,一定要用最尖端的科技做科普,这是核心理念。
学生受益 实践最有说服力
开展青少年机器人科技活动,对孩子的教育和健康成长究竟有哪些好处?老师最有发言权,学生的实践最有说服力。
夏瑞是上海道小学科技活动指导教师,12年跟孩子们“玩”在一起,颇有心得,成绩突出,荣获“全国十佳优秀教练员”。
上海道小学是本市第一所开展少年机器人活动的学校,连续多年在国际、国内机器人比赛上摘金夺银。
夏老师说,为学校和天津赢得荣誉只是一个方面,更重要的是培养了孩子动手、动脑和创新的能力。不仅没有影响学习,而且,使个人潜能得到开发,促进了学习。这方面的例子有很多。比如,某某同学,原来在班里学习成绩比较差,性格内向,不爱说话,缺乏自信心。但是,他对机器人很感兴趣,我就鼓励他参加活动。搭建机器人慢慢提高了他的自信心……2009年,他参加全国比赛获二等奖,在天津获一等奖……老师和家长都说,这孩子变化太大了。机器人让他有了自信,学习也自信了、做事也自信了,学习成绩自然就上去了。参加机器人活动的孩子,有的被评为河西区“十佳少先队员”、有的当选“天津市优秀少先队员”、有的成为“中国少年科学院小院士”,还有的获“全国少年科技创新奖”……正是看到青少年机器人活动对学生全面素质培养的积极作用,上海道小学也成为本市第一所将机器人列入校本课程的学校。
正因为活动普及,基础雄厚,Kaiyun官方网站app登录 众多,他们才能多年包揽小学组机器人足球赛冠军。说到即将参赛的第12届中国青少年机器人竞赛,夏老师说,我们准备好了,争取再创佳绩。
新华中学的李鹏老师说,我校不仅仅重视机器人竞赛成绩的取得,更重视如何推进素质教育,培养高素质创新Kaiyun官方网站app登录 。我们学校因参加机器人活动而成为优秀Kaiyun官方网站app登录 的事例太多了。比如齐欣,高中毕业考入天津大学自动化专业,2007年本科毕业,被保送中国科学院沈阳自动化研究所硕博连读;比如韩昊,2008年考入大连海事大学电子信息工程专业,今年本科毕业,正准备赴德国深造。这样吧,我让他们给您打电话,谈个人的感受,多好!
等到晚上22:30,电话铃声响起,齐欣连连道歉,说刚下课,对不起了。机器人对于他,已经由兴趣变成了自己的事业。蛟龙号突破7000米,它就是一个深潜机器人。潜水员刘开周就是沈阳所的。齐欣说自己很幸运,因为他差一点儿与机器人失之交臂。在新华上高中,他和同桌都报名参加机器人小组,但名额有限,只能有一人参加。怎么办?石头、剪子、布,他赢了。参加机器人活动,是动手、动脑、创新等全面素质的提高……他说,我最大的收获,是看问题的方式改变了。那是足球机器人设计的优化课,为了把单光电找球,改为双光电找球,就蹲在地上或趴在地上,反复观察、反复试验……老师让我站起来看。我站起来一看,感觉完全不一样了!趴着看,盯着的只是细节、只从纯技术的角度看待问题。站起来,眼界就宽了,就从全局考虑局部问题了。这个收获,让我受益匪浅。他在大学不仅参加机器人比赛,还作为学生科技协会的一员,参与组织了天津大学机器人比赛,并担任主裁判。很多同学很羡慕他,因为,许多学校高中以高考为目的,几乎没有课外科技活动,他们接触不到机器人。
谈起机器人,韩昊兴致勃勃,从晚上20:00聊到将近22:00,他不仅多次为新华中学在国内外机器人竞赛中赢得荣誉,后来还成为兼职教练。他说,机器人对人的能力开发是全方位的,在限定的体积和重量要求下,如何使机器人更灵活、更机敏、更有力量,由双马达增加到4个马达,而且更省电……发现问题和解决问题的过程,对人的锻炼是刻骨铭心的。还有团队精神的培养,机器人竞赛,最少两个人,一般三到五人,要协同作战互相帮助。比如,2002年到广州参加比赛,赛前头一天,委员会突然修改比赛规则,我们连夜修改足球机器人的编程,完成时天都亮了,很饿,只剩下一块面包,大家一人一点儿,分着吃了,同甘共苦的享受。带着低年级同学去参赛,胜了,与他们分享快乐。输了,就安慰他们,没关系,明年再赢回来!还有荣誉感和归属感,参加市里比赛,对场上的机器人高喊加油,机器人听不见,但我们穿着新华校服是一种自豪。参加全国比赛是代表天津,参加国际比赛是代表中国,这种对学校、对家乡、对祖国的归属感和自豪感足以产生强大的精神力量。