我体验了国家科创大赛,中国小孩未来的学习方向太不可思议了!机器人编程语言智能车

我们昨天刚刚参加完其中一个项目的初赛,是一个团体赛,智慧物流挑战赛。它所属的全国青少年电子信息智能创新大赛是属于教育部认可的全国中小学正规赛事项目。

我看了一下昨天的赛事日程表现,发现还真的是五花八门,有电子控制工程赛、人形机器人开源主题赛、智慧物流挑战赛、创意编程赛、Python编程赛、图形化编程赛、无人机主题赛、物流分拣主题赛……都特别有意思。

电子科技类

电子控制工程赛(团体)

电子控制工程赛是从小学到高中都可以参加的项目,区别在于难度。

小学和 初中是基于智能硬件和编程软件两大工具,利用比赛给的结构材料,先完成外观设计,然后再通过编写程序,对搭建的作品进行控制,完成比赛项目设定的任务。

而高中组参赛选手则是综合利用单片机、软件编程、计算机通信等技术,通过自主设计,来完成一个电子控制作品,而且还需要展示和答辩。

电子控制赛是团体赛,需要组队才能报名参加。组队也是有要求的,只可以两个人组队,不能跨省跨市,成员的年龄段得契合,1-3年级一个组别,4-6年级一个组别,诸如此类。分为初赛、地区赛(地区选拔赛)和决赛(全国总决赛)三个级别。(以下的全部团体赛的成员要求都一样,不再重复)

因为里面会涉及到电压、电流、电阻的操作,常用传感器的使用,以及图形化编程、流程图的操作,高中还需要对等效电路、数组等有充分的运用能力。

看了下往期的赛事过程,还是挺丰富的。比如可以在赛事现场做一个模型,并且主动操控。

然后操作这个车模来完成比赛任务,走在比赛赛道上也是挺威风凛凛的感觉。

还有一些更高难度的挑战,都需要参赛选手现场来完成。

电子艺术挑战赛(团体)

电子艺术挑战赛和电子工程赛内容相近,都有涉及到电路操作和搭建模型这两个核心技术。

但艺术挑战赛的区别在于,它采用的材料是环保材料,通过纸皮、画笔、废弃材料等方式,比赛需要孩子能够独立利用环保材料完成艺术创意作品,并在这个基础上搭建电路,对搭建作品进行控制,完成比赛任务。

高中组则需要增加一个和交互设计有关的指标,比如动画、虚拟现实(AR),数字媒体、开源硬件和软件程序都可以,主要考察科学幻想和创意度。

智能机器人类

人形机器人开源主题赛(团体)

人形机器人开源主题赛(团体)是小学到高中都可以参加的团队赛,每队2人 。机器人是基于 STM32开源平台实现程序开发的,外形只能是类人型。孩子们需要完成机器人构建,用图形化编程让机器人通过障碍,完成“资源搬运”的任务挑战。

赛程分为了四部分内容,分别是跨越障碍、火焰识别、能量收取和搬运物资。 考察的是孩子对机器人控制技术、传感器技术、无线通信技术、运动规划以及双足步态等算法的掌握程度。

在比赛的示范视频中,我看到了一个“呆萌”又“强大”的机器人。

它的步子看上去有点笨拙↓

但搬起东西来可一点也不含糊↓

看到这么好玩的比赛,真的会忍不住心动呀~

智慧物流挑战赛(团体)

在这个比赛中,孩子需要利用智能硬件以及提供的材料完成外观设计,通过编写程序控制作品,完成比赛项目设定的任务,最后向评委展示和答辩。

比赛没有规定的机器人品牌,不过要求熟悉Mixly/萝卜兔编辑器的基本知识和操作。所以只要孩子的机器人支持Mixly或者萝卜兔编辑器,就可以报名参赛了。

决赛分为了实物比赛和作品展示两个部分。

在实物比赛环节, 选手需要在规定时间内,通过自动控制机器人的方式躲避障碍物,冲破乘风破浪区域,并将不同的物资运送至物资回收区。

下面是比赛场地的图片,小学组、初中组、高中组的场地都是一样的,但任务难度有所不同。

总结一下,实物比赛要求的是使用智能硬件和机器人结构件完成运输器硬件结构设计,考察的是孩子对自主路径规划、自主定位等AI技术的掌握和应用程度。展示环节则是对孩子的演讲能力提出了一定的要求。

最后来看一下实物比赛的演示↓

智能物联网主题赛(团体)

智能物联网主题赛和上面的比赛有点相似,也是分为了现场比赛和项目展示两个部分,下面我来给大家详细讲讲。

现场比赛部分,需要孩子对给定的主题进行分析和构思创意。和团队一起在规定的时间内制作并调试作品。

选手们在完成调试后,就会在现场展示作品,并进行简单的项目答辩。

在比赛要求中,小学组、初中组参赛选手使用的是Scratch、Mixly编程语言来设计程序,运用蓝牙、2.4G、RFID 射频传输等技术以及提供的器材,在现场完成参赛作品。 考察的是孩子的编程能力、作品搭建和设计能力、作品演示和讲解能力。

除了比赛文件,我还找到了实操示范的视频,一起来看看这些酷炫的作品吧。

第一个是遥控机械臂模型,是通过红外收发器和红外遥控器实现机械臂的远程遥控。

第二个是陀螺仪体感小车,利用的是2.4G无线通信模块进行通讯的,用陀螺仪来自由控制小车的前进和后退。

看到小车亮灯驱动的那一刻,真的有触摸到未来世界大门的感觉。

互联网+无人驾驶主题赛(个人)

这个比赛是以个人的形式报名的,同样分设了小学组、初中组、高中组。

比赛创造了一个高度仿真的虚拟城市环境,让选手设计一个机器人并模拟实现各类的无人驾驶交通行为。也就是说,孩子需要以编程为工具,扮演一个“无人驾驶汽车”的设计师,让汽车自动、安全地运行,在途中完成指定的 动作并 抵达终点。

可以看一下这个虚拟的环境,也是比较高度地还原了现实中的道路、红绿灯、车辆和行人的。

这个比赛虽然被列入了智能机器人赛项,但其实没有实体的机器人,所以可能是参赛成本最低的赛事了。不用购买开源硬件和设备,只要有比较好的编程基础就可以尝试参加。

比赛分为了三个部分:机器人构建、控制程序编写和模拟运行。

1.机器人构建部分:根据竞赛任务场景和竞赛规则,将控制器、各类驱动模块、各种传感器、各类积木块搭建成一辆可供程序控制的智能车。

2.行为程序编写部分:通过图形化编程模块或python代码,设计智能车的自动驾驶系统,使智能车在行为程序的驱动下自动行驶。

3.模拟运行部分:让车子在模拟真实的物理环境中开起来,并根据规则给实际效果打分。

比赛示范视频中的智能车,清晰地给我们展现了一辆“不用操心”的智能车是怎么做出来的。

无人驾驶车诞生后,又要做到哪些事情呢?首先是安全会车↓

然后是礼让行人↓

还有负载通行、按时到达的要求,这里就不详细讲了。总之,智能车需要完成的任务,就是我们生活中的真实情境,真的很有意义。

无人机主题赛(个人)

无人机主题赛和无人驾驶主题赛的赛制相似,不过是把机器人从虚拟空间转移到了现实世界中。

比赛分为了无人机障碍竞技赛、无人机图形化编程挑战赛、无人机C语言编程挑战赛(只有初高中组)三个项目。考察的是选手的无人机操控能力、心理素质、编程能力和随机应变能力。

无人机障碍竞技赛是在室内场地进行的。选手需要操控无人机起飞,穿越所有障碍,最后控制无人机沿着指定路线在降落区域降落。

在操作示范中我们可以看到,这个赛项需要操控无人机尽快完成“进圈”“跨栏”的动作,考验的是选手对无人机的操控能力。

在无人机图形化编程挑战赛中,分为了抽签和比赛环节。选手抽签决定起飞点以及目标物数字,需要同时完成A区、B区、C区的任务。

任务有打靶、扫码、穿越圆门、拍摄和降落共五项,比赛将会根据任务完成度打分。

在这个赛项中,无人机的表现完全取决于程序编写的精准度,考验的是选手的编程能力。

无人机C语言编程挑战赛的内容和上面的图形化编程挑战赛一样,只是编程语言有所不同,这里就不赘述了。

物流分拣主题赛(个人)

物流分拣赛的流程和上面的个人赛类似,不过在内容上更有特色一些,主题是“协助防疫”。

比赛的任务是通过程序控制传送转盘转动和暂停,并利用图像识别技术控制机械手,将传送转盘上传送过来的不同类型的防疫物资拾取出来,投放到指定的摆放区域上,完成防疫物资按类分拣任务。下面的演示就很清楚地展示了要怎么操作。

从演示中可以发现,比赛重点考察的是孩子的图像识别编程能力,以及对机械臂结构的掌握程度。

值得一提的是,这个项目中展现的智能分拣功能,对“防疫工作”有着真实且巨大的意义,看到孩子们能够把机器人编程知识运用到造福社会的工作中,真的让人心头一暖。

软件编程类

Kodu创意编程赛(个人)

Kodu编程赛分为小学低年级组、小学高年级组和初中组三个级别,没有高中组。参赛是对应年级来选组别的,不能跳级。

Kodo是微软开发的编程语言,比较简单、属于入门级语言。它是微软开发的,曾经是Xbox 360的研究项目,是基于Windows平台做的可视化游戏编程实验室。在澳大利亚,已经有儿童早期教育机构用Kodu作为教学辅助工具了。可以说是孩子们的“心头好”。

对于这个软件,了解的人可能不太多。B站有一个很火的小学生up主,叫@Vita君,他就是因为讲解可视化游戏编程而爆红的,他用的是苹果开发的可视化游戏编程实验室Swift。软件风格是相近的,只是kodu基于Windows平台,swift基于mac平台。

Vita君的出现,向我们展示了如何用简单的代码创造属于自己的世界,也让大家看到了Kodu这个没有什么门槛,入门很简单的编程工具。现在,Kodu已经有了简体版本,操作页面变得更加可爱,没有任何编程基础的孩子都可以轻易上手。

回到比赛,创意编程赛项的初赛采用在线答题的方式,主要考察编程工具和编程语言两个大方面。

1.编程工具包括了对象、地面刷具、升高/降低、路径、水工具、世界设置等等。

2.编程语言包括了WHEN DO结构和顺序执行的代码、事件、逻辑、变量、条件判断等等。

上面这些内容,是参赛的孩子们需要熟练掌握的。

因为比赛主要面向年纪小一点的孩子,所以试题的内容也比较形象和简单↓

在评分标准中,也包括了对编程工具、编程语言的灵活运用,一样是考察参赛选手的解决问题和创新能力。

Python编程挑战赛(个人)

Python也是软件编程语言之一,分为小学组、初中组两个级别,不设高中组。初赛考察python的基础知识,包括输入输出、变量、条件结构、循环、海龟库等等。

初中组则除了小学组部分的考察知识点外,还包括很重要的程序逻辑、程序执行、数据处理等内容。

比赛具体采用的是现场编写代码,提交作品,评委打分的方式。主要考察孩子的创新能力、探究协作能力、动手实践能力和解决问题能力。

Python比赛还是比较重视基础和积累的,如果只看不练不敲代码,往往会产生“脑子会了,但手还不会”的状况。所以孩子一方面可以一边学课程,一边挑战往届真题,巩固一下学习成果。

图形化编程挑战赛(个人)

图形化编程挑战赛,就是利用我们最熟悉的Scratch编程工具,通过制作创意游戏,描述故事,实用工具,制作动画等方式,来参加比赛。

也是分为小学低年级组、小学高年级组和初中组三个级别,没有高中组,按报名时的在读学段来报名比赛。

图形化编程的使用范围在赛事中是广泛的,像电子科技类和机器人智能类的项目,都是用图形化编程来支持的。

到了单独的图形化编程挑战赛,知识点考察范围就更细致了,我把考试说明贴上来,这里包含了基础语法、程序结构和数据与运算三个方面。

除了考察范围,我们还可以从评分规则中看到,想在比赛中创造“好作品”需要怎样的条件:完整、有趣、新颖、逻辑严谨和表达清晰。

我还找到了往届Scratch创意编程竞赛的一等奖作品《遇见2030》,给大家更清晰地看到这些点要怎么表现出来。

故事讲述的是四位编程少年去环游未来的科技世界,但是突然科技大厦被黑客入侵,他们受命进入核能盘找回芯片,拯救编程世界的故事。

故事天马行空,而且表达也是丰富且清晰。除了拥有丰富的情节和音效,还在其中增加了迷宫取物的小游戏,使得作品更加的有趣,更具有参与感。

图形化编程比赛的重点,你现在get到了吗~

萌芽的话

看完上面的比赛要求,你的感觉如何呢?作为一个文科老母亲,我当时的第一反应是: 这年头孩子太会玩了……我快要跟不上时代了啊!

但因为我家俩孩子真的很爱这个领域,所以我这些年也不是没做功夫,最起码学习路径和赛事路径,我是有认真去研究的。

实际上我之前给大家写过的剖析文章你应该可以感受到,科学技术是第一生产力,国家猛抓科学素养的决心是很坚决的,去年5月份颁布的科学素养就是一大信号。()

此外,新课改把科学技术提升到接近主科的位置,不仅一年级开始上了,像我家三年级哥哥的期末考,科学科目是要考试的。()

我所在的广州越秀区,区级、市级、省级的科技赛事,层出不穷,每次研究“比赛项目究竟是在说什么”,都需要费一番心思。

因为科技课程和学科课程最大的不同是前者没有标准,科技课程跨学科属性太明显,跟什么都能扯上关系,早期引导起来父母会有一种很迷茫的感觉,好像自己有做,但又好像什么都没做。孩子学得如何,其实自己心里也没底。

但去年我在旁观俩孩子参加科创比赛,有一个很大的感触是,其实比赛项目可以是五花八门,八仙过海各显神通,但是比赛核心是不会变的,那就是考察孩子的动手和解决问题能力,以及孩子的数理和编程思维水平。

每一个环节都环环相扣,共同影响了孩子在科学技术这个领域的综合水平。

就拿编程能力来说,比如python、scratch是我们都比较了解的入门级的两个编程,难度scratch< python,再往深学就是C++,参加信息学竞赛,还有过渡阶 段的Arduino、Micro:bit编程,如果再加上Solidworks 3D设计,那就是前段时间同样很火的何同学的视频描 绘的一样,简直又美又飒。

我觉得中小学孩子的科创培养路径,离不开两条主线,一个是编程,一个是动手兼设计。

动手能力早期历练其实是很重要的,早起来早受益,像弟弟去年参加机器人比赛时,小学低年级组其实就是考察动手,如何操作,并且如何解决模型设计的问题。

编程水平越往上就越重要,早点让孩子学打字,因为无论是python还是C++,还是Arduino,都是敲代码,只有图形化编程是动动手移动积木。

就好像Joshua近期用python做的一组简单作品,科创这条路真的到处都让人充满惊喜,当你可以通过一群代码创造出一个“艺术作品”的时候,你会感慨自己的双手多么有能量。

对于爱好探索、好奇心旺盛的孩子们来说,科创会让人很有成就感。期待每个孩子都能爱上科创,让科学素养成为自己的核心竞争力之一。

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