機(jī)器人在國(guó)內(nèi)的學(xué)生課余活動(dòng)安排里，絕對(duì)是當(dāng)之無(wú)愧最熱門的一個(gè)，從小學(xué)習(xí)編程、接觸機(jī)器人更是不少國(guó)際賽道學(xué)生的“標(biāo)配”。
但不少家長(zhǎng)的顧慮也隨之到來(lái)：
● 這些“標(biāo)配”可以讓學(xué)生真正掌握機(jī)器人嗎？
● 在ChatGPT可以輕松寫代碼的現(xiàn)在，機(jī)器人研究該往什么方向“卷”才能讓孩子不被AI取代？
● 如何讓孩子對(duì)機(jī)器人的興趣“生根發(fā)芽”，和學(xué)校內(nèi)的知識(shí)互補(bǔ)？
今天我們邀請(qǐng)了機(jī)器人&人工智能領(lǐng)域的絕對(duì)大咖A老師，他有豐富的中學(xué)生科創(chuàng)帶教經(jīng)驗(yàn)，曾陪伴許多學(xué)生探深入索機(jī)器人領(lǐng)域，在學(xué)術(shù)的道路上為他們指引方向，相信他的專業(yè)回答能給大家一些啟發(fā)！
A老師 |?同濟(jì)大學(xué)與康奈爾聯(lián)合培養(yǎng)博后
💫國(guó)內(nèi)某高校人工智能專業(yè)副教授，機(jī)器人與智能制造實(shí)驗(yàn)室負(fù)責(zé)人，長(zhǎng)期從事智能機(jī)器人、人工智能相關(guān)研究工作。
💫近來(lái)年，主持和參與國(guó)家自然科學(xué)基金、上海市自然科學(xué)基金及企業(yè)委托課題等10余項(xiàng)；在國(guó)際或國(guó)內(nèi)學(xué)術(shù)期刊上發(fā)表SCI/EI論文20余篇，授權(quán)及公開(kāi)發(fā)明專利30余項(xiàng)，機(jī)器人控制專著1本；獲得上海市技術(shù)發(fā)明獎(jiǎng)一等獎(jiǎng)1項(xiàng)
💫擁有豐富教學(xué)經(jīng)驗(yàn)，講授課程獲批上海高校市級(jí)重點(diǎn)課程，團(tuán)隊(duì)指導(dǎo)的學(xué)生多次獲得全國(guó)性賽事一等獎(jiǎng)和國(guó)家大創(chuàng)項(xiàng)目資助。
01科研真正的意義
是發(fā)掘?qū)W生潛力
“編程其實(shí)和真正地去研究機(jī)器人差很多，真正要研究機(jī)器人的時(shí)候，編程能力更多是個(gè)工具。”A老師向我們坦白，“我?guī)н^(guò)不少零基礎(chǔ)的學(xué)生，比起編程能力我覺(jué)得動(dòng)手能力會(huì)更加關(guān)鍵，因?yàn)?strong>動(dòng)手的過(guò)程中學(xué)生更容易發(fā)現(xiàn)問(wèn)題，去思考并進(jìn)行一些創(chuàng)新。”
學(xué)生自己在動(dòng)手時(shí)會(huì)去發(fā)現(xiàn)問(wèn)題，通過(guò)查閱相應(yīng)的資料設(shè)計(jì)解決方案，最后在導(dǎo)師指導(dǎo)下解決問(wèn)題。這個(gè)方法論對(duì)于中學(xué)生來(lái)說(shuō)并不難，只是在國(guó)內(nèi)的教育環(huán)境下，學(xué)生一般要到研究生階段才會(huì)系統(tǒng)性地去鍛煉。所以讓中學(xué)生接觸科研其實(shí)并不是“超綱”，而是在激發(fā)他們的潛力。
我們遇到過(guò)不少家長(zhǎng)和學(xué)生決定做科研之前都會(huì)產(chǎn)生畏難的情緒，這其實(shí)很正常，其中的畏難更多是出于對(duì)科研項(xiàng)目的了解還不夠深入。
所以在正式開(kāi)始科研課程之前，A老師會(huì)設(shè)計(jì)很多基礎(chǔ)課程對(duì)學(xué)生進(jìn)行啟蒙，一步步建立起興趣和信心。這些課程通常會(huì)介紹機(jī)器人的發(fā)展史、機(jī)器人的構(gòu)成和目前的前沿技術(shù)簡(jiǎn)介等等，由廣泛的機(jī)器人概念慢慢聚焦到學(xué)生想做的機(jī)器人上，去引導(dǎo)他們思考如何將理論和動(dòng)手能力結(jié)合。
當(dāng)然“超綱”的內(nèi)容也是有的，想要完整地進(jìn)行機(jī)器人相關(guān)的科研，通常我們需要以下能力：
①編程軟件比如Python或者C語(yǔ)言
②以單片機(jī)嵌入式為主的硬件方面的知識(shí)
③電路設(shè)計(jì)
④機(jī)械設(shè)計(jì)比如3D打印等
A老師建議：如果想要嘗試科研，可以適當(dāng)在初小階段接觸這些領(lǐng)域的知識(shí)。但他也再次重申，提前學(xué)習(xí)這些知識(shí)并不是做科研的目的，提前接觸科研的思路、方法論才是中學(xué)生做科研的意義。
02具身智能的時(shí)代，
軟硬件的結(jié)合很重要
ChatGPT席卷全球，不少家長(zhǎng)開(kāi)始擔(dān)心AI在未來(lái)會(huì)取代程序員，擔(dān)心自己的孩子學(xué)了CS但“畢業(yè)即失業(yè)”，面對(duì)這樣的顧慮，A老師也從專業(yè)人士的角度給出了自己的看法。
A老師向我們介紹了一個(gè)全新的概念——具身智能，這是機(jī)器人領(lǐng)域最新的一個(gè)研究方向。相信不少讀者應(yīng)該也和我一樣是第一次聽(tīng)說(shuō)這個(gè)概念，不妨先讓我們一起看看具身智能的具體定義：
什么是具身智能？
具身智能(Embodied AI) 指的是身體并支持物理交互的智能體，具體而言，具身智能具有支持感覺(jué)和運(yùn)動(dòng)的物理身體，可以進(jìn)行主動(dòng)式感知，也可以執(zhí)行物理任務(wù)，沒(méi)有非具身智能的諸多局限性。
更重要的是，具身智能強(qiáng)調(diào)“感知—行動(dòng)回路”（perception-action loop）的重要性，即感受世界、對(duì)世界進(jìn)行建模、進(jìn)而采取行動(dòng)、進(jìn)行驗(yàn)證并調(diào)整模型的過(guò)程。
概念太抽象有點(diǎn)看不懂？A老師給我們舉了個(gè)例子。像是鼎鼎大名的AlphaGo，與排名世界第一的世界圍棋冠軍柯潔展開(kāi)過(guò)一場(chǎng)世界矚目的“人機(jī)大戰(zhàn)”，最后以3比0的總比分獲勝，它下棋就是使用了一套深度學(xué)習(xí)算法。
而具身智能更強(qiáng)調(diào)把算法放到硬件里面，機(jī)器人自己可以去感知獲取數(shù)據(jù)，進(jìn)而自主去決策，最后再操控自己的行為，例如人形機(jī)器人、無(wú)人車等。
A老師的機(jī)器人與智能制造研究團(tuán)隊(duì)專注于智能機(jī)器人的感知與控制研究，有非常廣泛的應(yīng)用場(chǎng)景。
以上是A老師設(shè)計(jì)的部分課題，其中很多課題都是基于他們研究團(tuán)隊(duì)目前在做的項(xiàng)目，然后和生活中的場(chǎng)景相結(jié)合，既保證了課題的前沿性，也非常契合目前主流科研賽事的評(píng)審風(fēng)格。
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進(jìn)一步了解這些項(xiàng)目
在科研賽事中，這類項(xiàng)目有一個(gè)得天獨(dú)厚的優(yōu)勢(shì)：給予學(xué)生展示實(shí)物的機(jī)會(huì)！尤其是像青科賽/ISEF這類學(xué)生擁有個(gè)人展臺(tái)的賽事，這個(gè)優(yōu)勢(shì)會(huì)更加顯著。
青科賽
ISEF
除此之外，做硬件也可以有助于孩子凸顯在學(xué)術(shù)上的能力，現(xiàn)在很多機(jī)器人相關(guān)的研究都是停留模擬仿真的階段，做一個(gè)純算法設(shè)計(jì)，要真正做到硬件設(shè)計(jì)的話難度會(huì)更高一些，需要融會(huì)貫通許多其他學(xué)科的知識(shí)，所以這也是個(gè)參賽的優(yōu)勢(shì)。
當(dāng)然對(duì)于中學(xué)生來(lái)說(shuō)，想要做到軟硬件結(jié)合，還需要結(jié)合每個(gè)學(xué)生自身的情況，A老師帶教時(shí)也會(huì)根據(jù)孩子的情況去及時(shí)調(diào)整。比方說(shuō)有同學(xué)只了解過(guò)軟件編程，硬件方面就可以先用簡(jiǎn)單一點(diǎn)的單片機(jī)來(lái)上手，這樣就算沒(méi)學(xué)過(guò)硬件方面的知識(shí)，也能很快學(xué)會(huì)，但我們最后的目的一定是朝軟硬件的結(jié)合方向去努力。
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進(jìn)一步了解青科賽/ISEF
03小興趣，大科研
才是成就中學(xué)生科研的關(guān)鍵
如果要讓孩子做科研，是做他感興趣的方向，還是做他擅長(zhǎng)的方向？這是讓許多家長(zhǎng)糾結(jié)的一個(gè)問(wèn)題。
在這點(diǎn)上，A老師分享了他自己的經(jīng)歷，他原先學(xué)習(xí)的是軟件和計(jì)算機(jī)這一方面，但因?yàn)閺男【拖矚g動(dòng)手搗鼓，所以選擇了研究機(jī)器人，至今依然在不斷鉆研。
所以在A老師看來(lái)，興趣對(duì)于中學(xué)生科研來(lái)說(shuō)是比擅長(zhǎng)要更加重要的。真正的興趣可以讓孩子不會(huì)考慮這件事情能給自己帶來(lái)什么，全身心地去做他想做的事情，去得到他想要的知識(shí)。
除了接觸平時(shí)接觸不到的前沿知識(shí)，中學(xué)生做科研也可以讓孩子對(duì)人生有更清晰的規(guī)劃。A老師平時(shí)也帶很多大學(xué)生，他發(fā)現(xiàn)國(guó)內(nèi)的很多孩子即使到了研究生階段對(duì)自己的人生仍然是很迷茫的，習(xí)慣于填鴨式教育，還在想著“隨大流”。
所以中學(xué)生做科研其實(shí)也是在讓孩子趁早脫離從眾的心理，鍛煉主動(dòng)獨(dú)立思考和創(chuàng)新的能力，通過(guò)實(shí)踐去選擇自己未來(lái)的學(xué)習(xí)和從事的工作方向。
對(duì)于有些學(xué)生如果還沒(méi)確定自己的方向，也可以趁著科研的機(jī)會(huì)去了解這個(gè)學(xué)科，去摸索什么才是自己真正感興趣的。
和A老師聊完，我也是受益匪淺，對(duì)于機(jī)器人科研也有了全新的認(rèn)識(shí)。就好像A老師說(shuō)的一樣，現(xiàn)在國(guó)內(nèi)的學(xué)生缺少接觸科研的思路和方法論的機(jī)會(huì)，還總將那些填鴨式課程當(dāng)成機(jī)器人科研，錯(cuò)過(guò)了興趣啟蒙發(fā)芽的好時(shí)間。
通過(guò)一對(duì)一的科研規(guī)劃來(lái)幫助學(xué)生走近科研、了解科研是我們有方的教育初衷，我們希望更多的孩子可以通過(guò)科研發(fā)現(xiàn)自己的潛力，成就不平凡的自己。從創(chuàng)立至今我們也陪伴了不同背景的學(xué)生，從“小興趣”出發(fā)，成就獨(dú)特的“大科研”，助力他們敲響了夢(mèng)校的大門。
