| 标题 | 浅谈中小学机器人技术教育的硬件普及 |
| 范文 | 梁远海 摘 要：先提出中小学机器人技术教育因为普及不够，整体提高也困难，然后分析了有利于普及的三类智能硬件产品，最后认为机器人技术教育只在最基本的搭建和编程上需要学校来普及。 关键词：中小学;机器人技术教育;硬件普及 一、绪论 中小学机器人技术教育发展至今，在一些发达地区很红火，而众多偏远地区还偏冷清，这种冰火两重天的现状需要改变，因为教育首先要普及，然后才是提高。而要普及机器人技术教育，可以考虑先从源头上做一番梳理。 二、中小学机器人技术教育需要什么样的硬件 要在中小学普及机器人技术教育，首先是硬件成本不能太贵。以前由于机器人配套组件的价格比较昂贵，单机价格都在数万元以上，另外传感器、主机模块等一些配件价格也非常昂贵，许多学校因为资金问题，机器人不够，很多学生共用一个机器人，这样的学习效果非常差。其次是教学门槛不能太高。最好是既整合了机械、电子方面的东西，又可以很快地上手进行软件的编程。为什么需要这样一个机器人呢？因为在传统的机械电子行业，你往往需要做大量的工作来进行基础的搭建，如元件的选型、搭配，电路板的成型、焊接等等。虽然这些事都不太难，但也不太容易。大量的工作集合在一起，就造成了一个结果，除非你有比较成熟的专业技术背景，否则会比较难以入手。但是，大部分中小学生的初衷只是想做个自己的机器人，最美好的愿望就是发出一条指令，它就动一动。谁会希望這背后还有其他不相关的一百零一件麻烦事等着你去做？ 2005年起，从有着电子积木之称的Arduino系列主板开始，众多易学易用的机器人硬件出现了，替你解决掉了这一百零一件麻烦事，让你可以很快地进入发挥想象力的空间：不再需要为电路板、机械方面的麻烦事耗费大量的精力。模块化的元件、统一易用的接口、高强度的机械部件，都让你能够很好地发挥自己的想象力，很快地组装成属于自己的机器人并为它编写程序。 三、适用于中小学机器人技术教育的三类硬件产品分析 如果不考虑一些只出售整体的机器人套件而不单独出售基础单片机板的品牌类型（因为成本偏高不利于普及），目前用于国内中小学机器人技术教育的基础单片机板，从自带功能（即自身性能及集成功能）来说大体上可分为三类产品： 第一类，Arduino系列主板; 第二类，Micro：bit/掌控板/光环板; 第三类，树莓派/虚谷号。 其中Arduino系列主板的自带功能最弱，Micro：bit/掌控板/光环板则次之，树莓派/虚谷号最强。 但这三类产品都能满足中小学机器人技术基础教育对执行功能和课程设计的需求。 1.从硬件成本的角度分析 满足同样执行功能需求下硬件成本低的产品更有利于普及。 其中Arduino系列主板成本最低、Micro：bit/掌控板/光环板则次之，树莓派/虚谷号最高。 以做一个基础的智能机器人小车为例： （1）Arduino+零配件，硬件100元左右（主板选国内厂商兼容版本可以实现，如果主板选国外原版则会贵一些），但在此成本限制下只能用低成本的红外线遥控方式。 （2）Micro：bit/掌控板/光环板+零配件，硬件200元左右，并且主板本身可以支持蓝牙或WiFi等遥控方式。 （3）树莓派/虚谷号+零配件，硬件500元左右，功能最强，当然性价比也最低。 再以做用于实际环境的感应开关、温度监测之类的传感器应用为例： 用Arduino的硬件成本只要几十元就可以了，而用Micro：bit/掌控板/光环板或者树莓派/虚谷号则成本偏高，自带功能过剩。 2.从教学门槛的角度分析 满足同样课程设计需求下教学门槛低的产品更有利于普及。 其中Micro：bit/掌控板/光环板教学门槛最低，Arduino系列主板则次之，树莓派/虚谷号最高。 （1）Arduino系列主板中，原始版本需要先了解电子电路知识，并且使用杜邦线连接，插线比较麻烦。如Makeblock、DFRobot等国内品牌做的一些改造版本，集成度更高，更易入门，当然成本也稍高一些。 （2）Micro：bit/掌控板/光环板，集成度高，裸板+电脑就可以开课一个学期以上，加上零配件又可以再开一学期以上，价格也适合，并且妙在可以作为小学编程入门。（类似Scratch的图形化编程），也可以作为中学编程入门（Python代码编程） （3）树莓派/虚谷号，自带操作系统，更像一台微型电脑而不是单片机，更适合机器人技术爱好者们用于深入研究。 四、结论 通过上面的分析比较，我认为适用于中小学机器人技术教育的硬件产品，入门首选Micro：bit/掌控板/光环板或Audino的国内品牌改造版本。入门之后，教师要教学生可实际应用的小作品设计，首选Arduino的国内厂商兼容版本，因为灵活，应用成本也较低。 我认为，机器人技术教育只在最基本的搭建和编程上是需要学校来普及的。 首先用低成本的机器人套件，如Micro：bit/掌控板/光环板等产品，在中小学最大范围普及最基本的机器人技术教育。（这其实也是BBC在英国中小学推广micro：bit的用意） 普及之后则需根据每个孩子的天赋和兴趣依托学校、少年宫、家庭、社会机构等广泛途径朝不同方面去选修和提高。 参考文献： 杨晋，傅胤荣，李梦军，等.2019中小学机器人教育调研报告[R].北京：中国电子学会普及工作委员会，2019（12）. |
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