一种新的探索方式——自制机器人教育(上篇)

　　研究生导师：柏毅

　　作者： Pedro Plaza, Elio Sancristobal, German Carro , Manuel Castro

　　摘要

　　机器人教育在当今日益流行，STEM(科学，技术，工程和数学)教育中使用的简单机器人成为简化STEM知识教学的有力工具。 同时，机器人技术能够将枯燥概念转变为趣味学习过程。本文探讨了一种新的机器人技术使用方法，将Crumble作为一种工具，用于在家庭中展开成人和儿童协作的STEM知识教育。

　　关键词：机器人技术;教育;STEM

　　一、概述

　　随着技术越来越多的渗透到人们的生活当中，互联网、社交网络与移动设备正将我们引向一个日益互联的世界，人类在联系和沟通方式上已经产生了重大变革。这种超连接情景正在影响着个体之间的关系，并且带来了新的机遇与挑战。

　　互联网和视频游戏通常用于新生代的儿童时期，孩子们几乎凭直觉就可以使用它们，并且在他们很小的时候就能处理广泛的信息技术知识。这种现象各有利弊。一方面，技术通过新渠道(例如Skype，WhatsApp和社交网络等)简化了沟通过程，从而以数字化方式使拉近人们的距离。另一方面，这些新的通信方式也产生了一种依赖性，使得物理上的沟通活动减少。

　　本文旨在提出一种可以简化家庭STEM教育环境中的学习过程的工具——Crumble，以便为父母和孩子之间提供沟通渠道，同时Crumble机器人套件有助于学生轻松建立STEM学科之间的联系。文章分五个部分，第二部分介绍不同的Crumble作为一种简单而强大的STEM工具。第三部分详细说明了如何使用Crumble将机器人引入成人和儿童的协作学习课程。第四部分提出了相关的讨论。 最后一部分进行总结。

　　二、简单而又强大的CRUMBLE

　　Crumble是一款简易的可编程控制器。它的编程接口使用区块编程语言，可以降低14岁以下儿童的使用难度。同时，Crumble应用板连接器，可以轻松实现基于机器人技术的教育。它也可以控制电机和伺服(即以一定的准确度响应控制信号)系统，并且可以连接不同的传感器，例如超声波距离传感器，红外距离传感器和线路检测器传感器。此外，Crumble使用16位的色彩分辨率，并能独立控制32个RGB发光二极管。图1为安装的Crumble机器人套件示例。该机器人平台包括Crumble控制器，两个带轮直流电机，一个闪烁灯，带集成开关的电池座，以及各种的机械元件和电气连接组件的电缆。

　　图1.组装的Crumble机器人套件

　　1.Crumble硬件

　　Crumble控制器包含以下特征：

　　(1)两个输入电源端口，分别作电源上的“+”、“-”极;

　　(2)一个用于编程的USB Type-C端口;

　　(3)两个输出端口，可以控制1A的直流电机;

　　(4)四个输入或输出端口(可用作模拟或数字端口)。

　　2.Crumble软件

　　该软件能够提供一种图形化拖放系统而无需编程经验，其灵感来自MIT Scratch。编程接口是区块编程软件，分为三个区域：程序启动/程序停止按钮，命令面板和编程面板。该软件共有六个命令组：Basic，Input/Ouput，Sparkles，Control，Variables and Operators，每个分类下都包含了相关的命令。图2展示了Crumble软件快照和一个简单的程序。

　　图2. Crumble软件快照

　　3.将设备连接到Crumble

　　闪烁灯是包含红、绿、蓝原色的LED板。伺服电机可由Crumble控制器管理，同时，Crumble板可以读取超声波距离传感器样本值。最后，将接线连到Crumble的焊盘上即可。

　　(未完待续)

　　审核：林娉婷

　　责编：张骁妹