陕西师范大学中小学机器人实验室·园丁创客空间的学生正在调试货物运输机器人。
12月1日，天气格外寒冷，天空中飘洒着蒙蒙细雨，但位于陕西师范大学雁塔校区的中小学机器人实验室·园丁创客空间内却热闹非凡、一派生机。在这里，学生们正在紧张而有序地调试机器人，为过两天前往广东佛山参加世界机器人大赛做最后的准备工作。
“这是利用吸盘实现快速吸取方块的货物运输机器人。” 陕西师范大学教育学院的学生邓硕一边演示一边介绍，“机器人将这些方块堆放到它的倾斜托板上，再利用底部的‘Z’字形结构将托板由倾斜推到垂直于水平面的位置，并将方块堆叠到得分区使其直立站稳。”
机器人在邓硕娴熟的操作下做着一系列有趣的动作。位于货物运输机器人一旁的打旗机器人可以实现快速收球、打旗等功能，其利用颜色传感器实现全场自动精确发球打旗的程序已获得软件著作权。
搭建实训平台
让学生在实践中获得成长
在中国青少年人工智能教育的筑梦路上，陕西师范大学起着举足轻重的作用。近年来，学校面向教育技术学专业的学生开设的人工智能课程深受各位“准教师”的欢迎与喜爱，课程以机器人项目为依托进行实践教学，从搭建机器人到参加比赛，接触过人工智能与机器人教育的学生在就业方面有着很大的优势。
“中小学机器人实验室·园丁创客空间隶属陕西师范大学教育学院，由国家级教学名师傅钢善教授牵头带领十多位学校教师以及来自教育学院教育技术学专业的20余名本科生、研究生组成团队参与其中。”陕西师范大学教育学院副教授、硕士生导师，学校科学教育仪器研发中心教育机器人方向负责人秦健告诉记者。
通过多年的研究与教学，实验室在大学生创新与创业实践中取得了一定的成绩：面向大学生开设人工智能、通用技术、机器人与创客教育等实践类课程，研发各类机器人教材，直接培养本科生42名、研究生20余名；承担国家大学生创新创业计划项目、勤助科研项目、大学生开放实验项目和研究生项目19项，在公开刊物上发表论文60余篇，并在中国大学MOOC爱课程平台上开设教师能力提升慕课如何做创客教育课程。此外，实验室团队积极参与各项比赛，连续参加了4届VEX机器人世界锦标赛，并取得了不错的成绩。
“在这个飞速发展的时代，机器人教育充满十足的活力，这让集科学、技术、工程、数学多学科融合的STEM教育显得尤为重要。” 秦健说，“STEM教育是未来教育的重要发展方向，需要培养跨学科的具有工程素养与计算思维的专业人才。对此我们通过开发VEX系列机器人实训平台来开展教育教学活动，旨在培养师范生未来的STEM教育教学能力，使其能在‘做中学’‘学中做’的教学过程中有效指导中小学生，从而同步培养他们的工程素养与计算思维。”
据介绍，基于STEM教育的VEX系列机器人实训平台主要包括教学仪器实验箱、VEX机器人、课程资源三大板块。其中，教学仪器实验箱包含VEX机器人基础结构、进阶结构和拓展结构。学生能够利用基础教学中的VEX机器人零件、传感器等基础结构快速走进机器人科学、技术、工程和数学融合的大门。进阶结构主要服务于各种真实场景的挑战任务，包括底盘结构、夹子结构等通用VEX机器人结构，基于这些结构，从而实现同一结构完成不同任务、同一任务可采用不同结构搭建的过程。拓展结构则含有人工智能模块、各类开源硬件和虚拟环境模块等，实现各类结构、任务与算法的融会贯通。
“运用教学仪器实验箱，学生可以装配出VEX机器人，实现设计与搭建同步。在教学过程中，老师以真实问题或任务驱动教学，用实验装置演示并讲解机械设计、结构原理和算法分析，学生从插件模仿入手，通过小组分工合作、分析、设计、决策和搭建完成结构创造与算法设计，记录工程日志，解决真实问题。”秦健介绍，“大家在挑战与反思中实现了知识、能力、素养的有机融合，快速培养其跨学科教学能力。”
用心做科普
点亮孩子们的“科技梦”
陕西师范大学中小学机器人实验室·园丁创客空间除了致力于机器人教育教学研究、机器人教育师资培训外，还积极开展公益科普活动。从2012年到现在，实验室团队的足迹遍布三秦大地，受益人数超过10万人。
“团队经常会带上参加VEX机器人世界锦标赛的获奖机器人进入中小学，为孩子们进行讲解和演示，激发他们的科学兴趣，培养其动手动脑能力。”秦健介绍。在最近一次走进陕西师范大学铭城小学的公益活动中，为了让学生们充分感受科技的魅力、了解机械原理，实验室团队精心为他们准备了机器人创客知识讲解与机器人零距离体验活动。
“团队带着30多个机器人走进校园，孩子们特别喜欢机器人，他们轮流操控，在让数个方块堆叠成功后，大家激动的心情溢于言表。” 秦健说，“通过近距离接触机器人，学生可以感受到其中的科学原理，研究其结构，并亲手体验操控。”
梦科教育团队是实验室专门为科普活动成立的公益筑梦团队，教育技术学专业的学生宋品洁是其中的一员，她作为讲师在科普公益小课堂的Micro:bit和3D One课程中进行了两轮授课。
“通过线上授课的形式，我们结合生活中的真实情境，运用项目式学习理念设计出一系列有趣的小案例，例如‘小夜灯’‘温度报警器’‘石头剪刀布’等，这些案例主要面向中小学生，让他们在学习过程中感受到创客的乐趣，从而更有效地学到知识。”宋品洁说。
团队成员们的哪些能力和经历能够支撑他们开展公益课堂？在梦科教育团队负责人、教育技术学专业学生刘觅看来，首先团队成员大多是师范生，对于教育教学的基础理论和原理都很了解。其次团队成员们担任过学校公共选修课程VEX IQ机器人入门与实训、中国大学MOOC如何做创客教育课程的助教，在此过程中积累了开展机器人创客类教学的宝贵经验。“更重要的是，丰富的参赛经历让我们更加明白一颗螺丝、一根梁对于整台机器来说有多么重要，更加熟悉机器人技术与创客技术的综合应用。”刘觅说。
依据所学知识将经验转化为教学成果带入课堂中，丰富有趣的内容、耐心详细的讲解，梦科教育团队的公益课堂受到了不少中小学生的欢迎与认可。
“今后，我们团队会继续走进校园，特别是去更多的乡村学校，让乡村的孩子们也一样能享受到好的科技教育。我们会继续面向社会做科普公益活动，为中国青少年人工智能教育事业的发展不断贡献力量。”秦健说。
