中小学智能机器人教学的意义

中小学智能机器人教学的意义

十堰市教科院干国胜林成军董雄鹤

自从20世纪60年代初世界第一台机器人诞生以后，机器人技术得到了迅速地发展。当今机器人技术的发展趋势主要有两个突出的特点：一个是机器人的应用领域的不断扩大；另一个是机器人的性能的不断提高。在21世纪，机器人技术的进步将会对科学与技术的发展产生重要影响。

高技术研究发展计划（“863”计划）是我国关于高技术的中长期研究发展计划，智能机器人是自动化领域的主题之一。“863”计划开始实施以来，在特种机器人、机器人应用工程、机器人基础技术等方面取得了很大成绩，组织和培养了一支数量可观的研究开发队伍，建立了一批各具特色的研究开发环境，“863”计划已成为我国发展智能机器人技术的最重要的阵地。

在世纪交替之际，我们非常庆幸有这样一个平台能使学生比较全面综合地了解现代工业设计、机械、电子、传感器、计算机软件、硬件、人机交互、人工智能等诸多领域的先进技术，并亲身接触和体验现代高新技术，在学生获得科技知识和实践能力的同时，激发了他们的创新意识和创造发明的潜能，这个平台就是------智能机器人。

一、机器人的定义

在科技界，科学家会给每一个科技术语一个明确的定义，但机器人问世已有几十年，机器人的定义仍然仁者见仁，智者见智，没有一个统一的意见。原因之一是机器人还在发展，新的机型，新的功能不断涌现。根本原因主要是因为机器人涉及到了人的概念，成为一个难以回答的哲学问题。就像机器人一词最早诞生于科幻小说之中一样，人们对机器人充满了幻想。也许正是由于机器人定义的模糊，才给了人们充分的想象和创造空间。

其实并不是人们不想给机器人一个完整的定义，自机器人诞生之日起人们就不断地尝试着说明到底什么是机器人。但随着机器人技术的飞速发展和信息时代的到来，机器人所涵盖的内容越来越丰富，机器人的定义也不断充实和创新。

在1967年日本召开的第一届机器人学术会议上，就提出了两个有代表性的定义。一是森政弘与合田周平提出的：“机器人是一种具有移动性、个体性、智能性、通用性、半机械半人性、自动性、奴隶性等7个特征的柔性机器”。从这一定义出发，森政弘又提出了用自动性、智能性、个体性、半机械半人性、作业性、通用性、信息性、柔性、有限性、移动性等10个特性来表示机器人的形象。另一个是加藤一郎提出的具有如下3个条件的机器称为机器人：

1，具有脑、手、脚等三要素的个体；

2，具有非接触传感器（用眼、耳接受远方信息）和接触传感器；

3，具有平衡觉和固有觉的传感器。

机器人的定义是多种多样的，其原因是它具有一定的模糊性。动物一般具有上述这些要素，所以在把机器人理解为仿人机器的同时，也可以广义地把机器人理解为仿动物的机器。

1988年法国的埃斯皮奥将机器人定义为：“机器人学是指设计能根据传感器信息实现预先规划好的作业系统，并以此系统的使用方法作为研究对象”。

1987年国际标准化组织对工业机器人进行了定义：“工业机器人是一种具有自动控制的操作和移动功能，能完成各种作业的可编程操作机。”

我国科学家对机器人的定义是：“机器人是一种自动化的机器，所不同的是这种机器具备一些与人或生物相似的智能能力，如感知能力、规划能力、动作能

力和协同能力，是一种具有高度灵活性的自动化机器”。

二、机器人的分类

关于机器人如何分类，国际上没有制定统一的标准，有的按负载重量分，有的按控制方式分，有的按自由度分，有的按结构分，有的按应用领域分。一般的分类方式见表：

三、智能机器人学科教学的意义

机器人学科教学，是指把机器人学看成是一门科学和一种现代社会成员应该掌握的文化，在各级各类教育中，以专门课程或学科渗透（整合）的方式，使所有学生都掌握关于机器人学的基本知识与基本技能。

加强机器人学科教学，具有如下几个方面的必要性：

（1）普及机器人知识的需要。要破除对机器人的神秘感，提高全社会对机器人的认识，促进机器人在社会各领域的应用，必须通过加强机器人学科教学，使机器人知识普及化。

（2）提高机器人应用水平的需要。机器人的应用中，存在着编程控制、管理维护、人机关系等一系有待处理的工作。只有操作者了解机器人的原理、结构、功能、使用方法、注意事项，才能提高机器人的应用效能。

（3）提高机器人研制能力的需要。机器人的研制，需要一大批懂得多学科知识的专门人才，特别是要不断学习与应用最新科研成果。这有赖于多形式多层次的机器人教育。

（4）加强机器人专业建设的需要。开展机器人学科教学，有助于为机器人

专业建设创设良好的环境。机器人学科课程、教材、教法的研究，能为机器人专业系列课程的改革提供参考。

（5）深入开展信息技术教育的需要。开展机器人教育，有助于克服信息技术教育的一些弊端。一是避免片面强调软件工具应用技能的学习而造成的程序设计思维素质培养的缺失。二是避免重“软”轻“硬”、重模仿轻创新、重实践轻理论。

（6）与国际接轨的需要。日本、美国等一些发达国家高度重视机器人学科教育对高科技社会的作用和影响，已在信息技术课与课外科技活动开设了有关机器人的课程内容。要赶超世界教育先进水平，必须大力加强机器人教育。

（7）迎接智能机器人时代的需要。据预测，21世纪中期，人类社会将全面进入以智能机器人为代表的智能时代。最近10年，有关机器人的研究与应用水平将取得重大突破。机器人的广泛应用将极大促进社会生产力的发展与产业结构的调整；机器人的制造与销售将成为一个新的经济增长点。开展机器人教育，有助于使我们不至于在机器人时代落伍。

中国工程院院长宋健指出：“机器人学的进步和应用是20世纪自动控制最有说服力的成就，是当代最高意义上的自动化”。机器人技术综合了多学科的发展成果，代表了高技术的发展前沿，它在人类生活应用领域的不断扩大正引起国际上重新认识机器人技术的作用和影响。

四、智能机器人科技活动和教学现状

1. 智能机器人竞赛，二十一世纪的科技活动。

FLL机器人世锦赛: 1998由美国非盈利组织FIRST发起, 目前有10多个国家（英国、法国、德国、北欧5国家、新加坡、韩国、中国）及美国的46个州参加该活动。每年秋天，由教育专家及科学家们精心设计的FLL挑战题目将通过网络全球同步公布。各国/区域选拔赛在年底举行，总决赛于4-5月在美国举行。竞赛内容包括主题研究和机器人挑战2个项目，参赛队可以有8～10周的时间准备比赛。

国际机器人奥林匹克竞赛：主要是亚太国家参与的一项国际机器人赛事，2002年中国北京成功举办了第四届比赛，有包括韩国、新加坡、中国大陆、香港、台湾、菲律宾、泰国在内的七个国家和地区参加了这一赛事，比赛取得圆满成功，第五届比赛于2003年月11月6-10日在韩国举行。

机器人世界杯:该赛事是科学家和研究人员交流新技术、新信息的好机会。同时，高娱乐性的比赛会为学生和广大观众传递科技知识，激发他们对科学的兴趣。ROBOCUP组织向人们提出新目标：几乎希望在涉及所有学科和领域，包括电子、机械和人工智能等方面，都必须有质的突破和创新。2002年首次引入青少年机器人杯赛事。

在国外，1980年，第一届全日本机器人走迷宫比赛；1992年，第一届美国人工智能学会移动机器人比赛；1994年，美国三一学院第一届全球家用机器人灭火比赛；1996年，第一届FIRA机器人足球比赛；1997年，第一届RoboCup 机器人足球比赛；1998年，第一届国际海洋机器人竞赛；2001年，日本政府举办第一届国际机器人节，举行了十几项各种机器人比赛。2004年，全球有一百多项各种智能机器人竞赛。参加人员从小学生、中学生、大学生、研究生到研究者。教育智能机器人是目前欧美国家流行的用于培养学生动手能力，计算机应用能力，和创新思维的学习工具。

在国内，2000年，FIRA 中国区比赛；2002年，ＣＣＴＶ杯机器人比赛；2003