化深奥为通俗 变枯燥为有趣一本简明易懂的机器人读本
●江长胜
随着社会的发展，机器人与我们的生活越来越密不可分。由江铁炜主编的《机器人的结构设计与程序逻辑》（兰州大学出版社2016年5月出版，以下简称《机器人》）既是一本高中通用技术课程选修教材，也是一本关于乐高机器人的入门读物。这本教材含关于机器人、基于乐高零件的结构设计、基于乐高零件的程序逻辑、附录共四个部分。图文并茂，结构严密，语言流畅。此书的目的是使学生掌握一定的机器人结构设计原理和程序设计思维，进一步了解机器人智能化的奥秘。变深奥为通俗，化枯燥为有趣，融抽象为具体，是这本书的显著特征。
应天时，占地利，抓住机遇，是这本教材及时出版的重要原因。一本教材性质的学术成果的获得，是多种要素作用的结果，不是单一的个人行为。《机器人》出版，是一个很生动的例子。江铁炜编写这本教材时，恰逢2014年他带领兰大附中学生获得中国青少年机器人FLL工程挑战赛冠军，并正在备战参加在美国举办的2015年世界青少年机器人冠军锦标赛。后来获得此项目的金牌。此时对机器人的教学实践正处于成长与升华阶段，对人工智能、创新教学与实践抱有极大热情，这是推动此书写作的重要主观原因。其次，恰逢兰州市教育科学研究所举办全市优秀校本教材评比工作，这是客观上推动此书写作的重要原因。后来这本教材在评比中获得二等奖。无论是参加机器人比赛，以及学校对这些工作特别的重视和支持，还是参加优秀校本教材评比，都在精神上和实践上给了他极大的动力，这种天时之好和地利之优，是大背景、大基础，是教材编写的大环境。如果没有这些条件和机遇，这本教材的编写成功和出版时间，肯定要往后推的。他的幸运，是教育改革的幸运，是教学实践的幸运，是创新教育的幸运，是兰大附中重视的幸运。
化深奥，求通俗，简明易懂，是这本教材为学生接受的重要原因。这本教材是教学过程及其成功经验的具体总结，是经过实践检验并获得重要成果的教学理论，不是那种从书本到书本的空对空的想象和推演。江铁炜深知理论必须与实践相结合，并通过实践发展和产生新理论的真谛。尽管机器人早在春秋时期的著名木匠鲁班就制造过，但现代意义上的工业机器人，是57年前美国制造的。从国外引进的关于机器人的理论著作，有一个准确地翻译和汉语化的问题。那些翻译的机器人著作，高中学生不易接受，太生涩和深奥，让人敬而远之。显然，机器人理论有个简明易懂的问题。这不仅要重新整合已经获得的机器人基础理论，而且要创造性地构思出一套机器人高中教学教材，让学生在一定的时间内能学到手，会操作，并由此生发出更强的爱好和科学想象，提高他们不仅仅是在机器人方面的创新思维能力。通读《机器人》教材，我深切地感受到编者的用意和出发点。一是深入浅出，用通俗简洁的语言，讲清乐高机器人的本质特征。如对机器人定义的问题：编者定义为“机器人（Robot）是自动执行工作的机器装置。”而翻译过来的美国机器人协会给的定义是“一种可编程和多功能的用来搬运材料、零件、工具操作机；或是为了执行不同的任务而具有的可改变和可编程动作的专门系统。”显然，前者是一句话概括的。定义，宜简不宜繁，宜直不宜弯。他的提炼和概括体现了学术的功力和用心。二是结构严谨，逻辑性强。一本理科性质的科技教材，一定要主线突出，主题集中，思路清晰，切忌节外生枝，不着边际，看似丰富博学，实则分心干扰，严重影响学生接受效果。如《机器人》第三章《基于乐高零件的程序逻辑》，无论是讲EV3编程的基础知识，还是讲它常用的传感器及其变成模块和算法举例，都是做到环环相扣，脉络了然，文、图、表紧紧围绕一个中心，使人学习后有不弄清、不学完绝不放下的决心。如第一节编程的基础知识，把“入门”作为第一项，给人一种亲切感，可学和能学的启示。单是这一项里就有文件组织、编程画布工具栏，注释等内容。之后才是程序、连接到EV3、硬件页面、端口选择、数据线、数据类型等项目及其具体内容。其中的每一个具体内容，既有简洁的文字表述，又有清晰的图像和表格相配合。三是将大型的机器人项目小型化、学校化。编者通过参与有关项目的学习与培训，结合自己在算法设计与程序编写方面的优势，总结几年来对机器人的理论思考、教学与竞赛实践，内容上设计出乐高机器人各方面最基础的知识，把最有用的知识展示给学生。通过《机器人》教材，使他们学习一定的工程设计和搭建、技术使用和表达、计算机科学、科学预测和分析、编程系统和监控事件、数学计算、画图和解释数据等知识。
去枯燥，多趣味，引人入胜，是这本教材使人爱不释手的魅力之一。“科技改变生活”是人们非常熟悉的话。但深究一下不难发现，包括“机器人”在内的现代科技知识，有相当修养水平的人却没有过半。原因是多方面的，其中之一是读科技书不同于读小说，没有环环相扣的精彩故事和鲜明生动的人物形象。有一种说法是科技教材读物太枯燥，不好懂。江铁炜作为技术类课程的专业教师和科技辅导员，深知科技知识入脑入心的奥妙。这本《机器人》教材就是最好的体现。一是从易到难，从简到繁，吸引和调动读者的兴趣。在《机器人的分类》项目中，先讲“家务型”机器人和“操作型”机器人，既是有趣的，又是比较简单的，机器人做家务，一下子把高科技与大众拉近了，确立了人人可操作的简易感。之后再深入到程控型机器人、示教再现型机器人、智能型机器人等比较复杂和技术难度大的领域进行讲授。二是语言平易通畅，尽量少用拐弯多、修饰多的长句子，让人一看就明白。如“1998年，丹麦乐高公司推出了机器人（Mind-stromes）套件，让机器人制造变得跟积木搭建一样，相对简单又能任意拼装，使机器人开始进入个人世界。”。这种生动形象的比喻，把机器人的拼装和使用表述得简易和普通了。再如讲述“机器人结构的稳定”中有这样一段话：“重心是由结构的重量和形态共同决定的，所以当重量集中于某个部位时，结构的重心就会偏移，在形态不规则的结构中，远离中心的部分要比靠近中心的部分起决定作用。”这段话不仅揭示了机器人的一种现象和规律，而且富有哲学性，用它来说明某些社会现象和规律，也是完全合适的。三是文与图表结合，注重从抽象到具象的表述，增强可感性、可观性、可读性。在行文中，每一节的若干小项中，基本上都有图形或者表格相配合，使视线所及和思维所转有一个交换场，给人一种轻松感。
识现状，谋发展，启人心智，是这本教材培养学生高瞻远瞩的重要目的。随着信息技术的发展，机器人的概念和应用领域正在不断扩大。现阶段除了制造环境下的工业机器人外，非制造环境下的特种机器人也获得了长足发展，如人型机器人、军用机器人、水下机器人、空间机器人、服务机器人、微型机器人、运动型机器人以及多姿多彩的娱乐机器人等等。让进入高中阶段的少年，在文史地和数理化的包围中认识当下创新技术发展的现实，无疑是在炎热的夏天得到一股清风。它的作用不仅是让人清爽醒脑，更在于激发学生的勇立雄心壮志、敢攀科技高峰的创新意识和想象能力，使国家的未来具有超越发展的科技基因。《机器人》的旗帜作用是非常鲜明准确的。编者的年轻人意识、攻关意识、新锐意识等等，具体地融进了字里行间。该教材中“机器人可自行组队技术”有以下表述：“哈佛大学的工程师们仍打造出这样的系统。研究团队使用了一千个组装简易的小型机器人，每个造价20美元……现在这套系统更多的像是机器人对自己的编程控制，而不是执行一个可让人类受益的任务。”这些“可自行组队”的机器人，转过身来不就是“可自行组队”的机器人军队方阵吗？这使我想到几十年前看到的科幻文学作品中和科幻影片中机器人大战的场面。从这个意义上来说，机器人技术的普及和提高，已不是什么杞人忧天了。
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