王兴
济南市历下实验小学
可编程机器人，在之前的教育教学和青少年各类比赛中，都已经有了广泛的开展和应用，可以说已经大量普及。在目前国内外的新形势下，人工智能（AI）作为研究、开发用于模拟、延伸和扩展人的智能的理论、方法、技术及应用系统的一门新的技术科学，引起了社会广泛的关注，各国政府也高度重视这一系统的产业。
我国教育部一再提出要“在中小学阶段引入人工智能普及教育；不断优化完善专业学科建设，构建人工智能专业教育、职业教育和大学基础教育于一体的高校教育体系；鼓励、支持高校相关教学、科研资源对外开放，建立面向青少年和社会公众的人工智能科普公共服务平台，积极参与科普工作”。
而人工智能教育核心要素就是编程，编程是培养学生计算思维的有效途径，可以开发多元智能、培养创造力、改进沟通力、增强学习力。人工智能教育是深化教育改革，创新教育发展的必由之路。人工智能教育的发展无论从教育教学模式还是学生思维方式等都将带来颠覆性的变革，促进教学由“灌输式知识传授”到“引导性自主学习”，促进学生以“应试教育思维”过渡到“素质教育思维”，这必将极大地推动教育改革，构建创新教育生态体系。
在目前形势下，在广大一二三线城市的中小学中，可编程机器人的操作在大部分学校的创客、STEM教育中，已经有较为广泛的普及开展。同样，在各类比赛中也是主流设备。这类机器人兼顾了部分人工智能的作用，但是在本质上仍然缺乏足够的主观主动性，受限制的地方比较多，也没有办法完全体现人工智能的特点。
在之前的各类比赛中，可编程机器人往往都是通过小组对战、仿照《Dota》类（小队合作）或者《红色警戒》类（即时战略）等游戏性质的比赛模式。这些机器人都是由各类学校派出的代表，进行DIY组装，组装之后，进行光学或者水弹、电子干扰对方信号之类的对抗。判定方式是有一方全灭或者是占据据点时长等决定的。这种比赛的目的是，通过硬件组装，软件设计（编程），软硬结合，寓教于乐。在这一过程中，比如图传，无刷电机和驱动电机的技术都在一种高压的竞争对抗模式中，得到充分的测试和体现。与此同时，参与的学生可以把自己的想法完全贯彻的进行执行，可以激发创新思路的迸发，
2019年上半年，大疆公司把之前各类参与比赛的学生DIY的可编程机器人，按照统一的标准，进行了很大程度的量产化，诞生了机甲大师（RoboMaster）S1型号，目的并不是单纯地去参加比赛，更多的是通过这样一种寓教于乐的平台，让我们的学生可以把更多的创新，包括更多的想法，应用在这样的机器人上。从而充分激发学生的研究兴趣，为学生今后的发展，提供一个明确的方向。
硬件方面该设备出厂状态为散件，第一步就是组装，组装过程本身就是一种探索学习的过程。不同于以往乐高科技组包括EV3编程组的搭配，比如机甲大师本身搭配的驱动方式为麦克纳姆轮，学生在组装的过程中就可以对这种结构的轮子是如何实现机器人保持同一方向，前后左右水平移动的原理有一个非常清晰的认知。车头可以实现一个滚转的角度，可以应用比较复杂的地形，而省去了普通车辆复杂的悬挂结构。
车身底盘前后左右，搭配有四个感应器，可应用于物理和光学的信号感应，同时每一组感应器都搭配有迷你型麦克风，同样可以放大和传输声音信号。然后塔台部分采用的是一组三轴云台系统，炮台可以发射水弹或者光线信号，作为两种不同的“作战”方式，尤其是在发射水弹的时候，相对较长的弹道系统（包括初速度传感器），可以提供稳定的初速度，从而保持发射的准确一致性。塔台的最上方，就采用了最新的图传系统，能够保障相对稳定的传输速率，从而使操作者的掌上监控平台（手机、ipad等）的延迟降为极低。另外通过FPV的主视角镜头，对比赛环境（战场）进行一个观察，通过编程可以“低头”尽心观察，达到一种寻找道路的目的。另外还搭配有PWM的拓展接口，从而连接其他外挂模块进行拓展。综上所述，这是一套集合了当前各种技术的完备的载体，同时又能够执行你想法的机器人。
软件方面则是通过pad、手机里当前流行的scratch、python等语言，进行一种编程。随着学生编程水平的提高，可以执行更加复杂的代码。在移动端“RoboMaster”app 的实验室内，我们可以找到“大师之路”、“机甲学院”、“我的程序”这三个功能。其中“大师之路”是一个项目式教程，通过从易到难学习预设的关卡，能够掌握基本的图形编程知识，并且通过不同的任务启蒙用户的编程思维。比如在“大师之路”中，有一个“扭腰反击”的编程项目教学，在应用中详细的教程中，学生可以编写出一个“机器人底盘和云台分别向相反方向旋转”的指令，该指令可以让机器人在战斗过程中降低被攻击的概率。这些创意，其实最早来自 2016 年华南理工大学参加 RoboMaster 大赛所使用的战术。2017 年，这个技术点迅速被其他参赛队伍使用。在 2018年RoboMaster大赛上，中国矿业大学让机器人从“扭腰”进化为 360 度旋转，并为此研发了一个新的电机。这就是学生自主研发的优秀个例。
在进行图形编程学习时，我们可以结合实时的 FPV 画面和参数显示，很方便地实时观察程序运行的过程，并进行代码调试。在“机甲学院”板块中则有着详尽的编程指南和视频视频课程，内容囊括数学、物理和编程基础知识，可以让用户完成编程和机器人知识的入门。在掌握了编程知识后，用户可以在“我的程序”中尝试自由编程，为 S1 编写独门绝技。比如编写掌声识别指令，可以让 S1 识别到掌声并完成相应的动作；编写姿态识别指令，让 S1 在识别到人体“V”和拍照手势后，可以脱离控制界面完成自定义的动作。
像这种新型可编程机器人，目前作为人工智能的前端，已经慢慢的出现在社会各行各业中，在人力成本逐渐提高的情况下，会逐渐替代较低的粗放型工种人员，如医院、学校，仓储物流，小型制造中心，甚至是快递配送、饭店传菜等场景。
该类新型人工智能可编程机器人的出现将大大拉低人们接触和拥有竞技、教育机器人的门槛。而这台机器兼备更多当年的新技术，会逐渐出现在更多机器人比赛、校园兴趣小组这些场景里，启发和激励对科学技术感兴趣的青少年。机器人行业由于在需求层面和技术方面都已取得成功，加上人工智能已快速发展，后面的时间里机器人的需求只会越来越多，所以，在当前包括未来的人工智能教育中，大力推进和普及此类型的教育，用这样一种跨学科、体验式、趣味性和协作性强、知识能力并重、能够培养创新能力的载体，通过开展个性化的学习与教学活动，才能避免被机器所替代的命运，才能培养出适应未来社会发展的人才。