借STEAM教育的東風和AI的火爆，中學生機器人競賽近年來的熱度持續上升。?
我從2005年起做機器人教學并帶領學生各處參賽，先后親歷過Lego FLL, RoboCup Jr Soccer, VEX大大小小各種賽事。因此常有家長問，參加機器人競賽，孩子到底能學到些什么？ ?這對他將來申請大學，到底有沒有用？
遺憾的是，就連FRC World Champions 這樣的世界級大獎，在藤校招生官眼里也并沒有很高含金量。因為機器人競賽是團體項目，個人的貢獻和成就很難衡量。 （注：如果有通過機器人競賽爬藤的想法，可以關注一下FIRST Robotics 的兩項個人獎項： Dean's List 和 Woodie Flowers Award。）
我這些年所帶的學生，無論考入藤校的還是留在加拿大本土讀書的，機器人競賽都只是作為她們課外活動中的一項，沒有得到特長加分。
但是機器人競賽對她們的影響卻不止于此，比如說大學所學專業選擇，這些孩子都讀的工程或計算機。畢業后返校，這些孩子都不約而同的提到參加機器人競賽的經歷讓她們發展了興趣，確立了職業方向，培養了分析問題和解決問題的能力，還學會了和他人合作。
1. ?機器人設計和STEAM學以致用的綜合分析能力
機器人設計近年來在中小學迅速普及，源于它涵蓋了STEAM教育的每個分支，物理（Science）是機器人設計的理論基礎，機器人控制離不開計算機編程和傳感器（Technology)，硬件搭建需要有機械工程和電子工程（Engineering)知識，外觀設計離不開藝術（Art）， 而數學（Mathematics）則應用在設計，搭建，編程控制，以及測試的各個階段。
在我們傳統數學或物理教學中，學生通過做大量的習題來掌握課堂所學知識和解題技巧。而這些習題往往和現實生活脫節, 以條件簡潔的數學或物理模型(如輕繩、光滑斜面、小球等)呈現。導致學生往往是為做題而做題，即使求得正確答案，也不清楚為什么要研究這樣的問題。
而機器人設計則提供了一個學以致用的絕佳平臺，舉其中最常用的計算電機變速比Gear Ratio為例。
下圖中，長為0.5米的機械臂需要提起30牛頓的負載, 已知電機可獲取最大工作電流是2.5安培，停轉電流是4.8 安培，而停轉扭距 stall current是1.67NM, 求齒輪配置Gear ratio。
要解決這個問題，學生需要聯想到求力矩的物理模型和公式應用：
除此之外, 還需要考慮到很多隱含條件，比如機械臂要提起負載，其機械臂本身重量是否能忽略不計。而停轉扭矩不能作為最大工作扭矩，需要通過最大工作電流來計算電機可提供的實際最大扭矩，然后通過齒輪變速來產生提起負載的扭矩。但是扭矩并非越大越好，因為扭矩過大，速度就會越慢，如何在速度和力量之間取得折中也是需要考慮的問題。
通過這個例子，我們可以看到，機器人設計中的問題，比教科書上剔除冗余物理量而以完美的物理模型來呈現的練習題要復雜的多，多個變量摻雜在一起，相互關聯，需要理清關系，去冗除繁，把課本上學的孤立的知識點融會貫通起來綜觀全局，找出物理和數學模型，運用相關公式來解決問題。
盡管機器人競賽經歷對我的那些學生大學升學沒有直接幫助，但是升入大學之后， 通過機器人競賽培養出來動手能力和綜合分析能力， 使她們在淘汰率很高的女生不占優勢的工程專業里依然表現可圈可點。
2. ?機器人競賽與團隊精神，開放心態和抗壓能力
團隊精神，開放心態，和抗壓能力是從事機器人競賽不可或缺的三大素質。
團隊精神，不僅是自己團隊內部成員的溝通和協作，還需要跟團隊外部成員。 像VEX， FRC 或RoboCup這類競技型競賽，都不是一支隊伍單打獨斗，而是要聯合盟友Alliance 以 2 敵 2 并肩作戰。每場比賽，盟友都是隨機組合。同一天賽事中，兩支隊伍上一場還是盟友，下一場就可能是變成敵人。
開放心態，即能夠虛心接受團隊其他成員的批評，采納合理建議，也愿意把自己的心得和體驗，和其他人分享，共同進步。?
至于抗壓能力就更不用多說了，對抗性的計時比賽，兩分鐘一場，勝負一線間，不用說的參賽選手了，就連一邊看著的吃瓜群眾都跟著緊張。?
前年，學生瑞在她大學申請的supplement里談到她第一次參加VEX比賽的經歷。當年作為菜鳥的她， 第一場比賽盟友就是聲名遠播的Team 1114（加拿大第一支也是迄今為止唯一一支躋身 the First Hall of Fame的強隊)。比賽中，由于緊張和缺乏經驗，她遙控的機器人重心不穩，失去平衡，向后仰翻，不巧倒在己方得分目標上，不僅自己一分未得，還擾亂了盟友的作戰計劃，最后連累了1114輸掉了這場比賽。
她當時難受和內疚的不行，1114 的盟友比賽結束后非但沒有埋怨她，還跟她友好握手。尤其是知道她第一次參賽后，更是鼓勵她說，這種情況在比賽中常有發生，每個人都遇到過。并教她在機器人底盤下面裝一個小機關，下次再發生重心失衡后翻的情況，這個機關會自動彈出，及時提供支撐。
1114的盟友給瑞上了生動的一課，詮釋了什么是超越輸贏的團隊精神，無私分享的開放心態，和在比賽中沉著應對突發情況的抗壓能力。這些素質是書本上學不來的，只有通過實踐鍛煉，以及團體里成員間相互影響，看樣學樣，潛移默化。
從這個意義上講，機器人競賽提供了一個和體育競賽類似的環境，鍛煉和培養了孩子內在素質。?
3. ?不忘初心，方得始終
在中學生機器人競賽里有一個大家都心知肚明卻又難以界定的問題： 成人介入。?
拿近年來越來越受關注的VEX來說吧，其比賽規則里明文規定：
All robots entered in competition need to be built and programmed by students。
但是實際上，因為機器人都是事先完成之后再帶過來參賽的，所以具體的設計和搭建過程如何，無從得知。?
每年暑假期間，國內各大城市都會舉辦VEX競賽，參賽年齡越來越小，當我看到那些初中或小學生設計做出來讓人拍案叫絕的機器人，一方面感嘆自古英雄出少年，另一方面不禁心存疑慮。
我就曾經教過一個轉學生，她原先所在的隊是區域賽的冠軍， 可是當被問到類似于上文里機械臂變速比的這樣基本問題，竟然都答不上來。?
機器人比賽的初衷是提供孩子一個發展興趣，以及和志同道合的同齡人交流和相互學習的平臺。如果一味的追求比賽成績， 只為站在領獎臺上那一刻的榮譽， 而不讓孩子自己去試錯，學習，探索，那么就完全背離了機器人比賽的初衷了。
除此之外，還有另一種情況：孩子對機器人非常感興趣，積極參加各種競賽，試圖通過獎杯來證明自己。其實這樣也沒有太大意義，有能力的話，不妨考慮怎樣把技能和時間，投入到和生活相關的應用上。?
科羅拉多的一個小鎮少年Easton LaChappelle，14歲的時候用樂高, 釣魚線和幾個控制器建造出了一個迷你機器人手臂。學校老師們推薦他去參加科技博覽會。在博覽會上，Easton遇到了生來就沒有手臂的7歲小女孩珍妮，小女孩戴著假肢很興奮地和他的機器手臂握手。Easton在與珍妮的父母交談后得知：珍妮所戴的假肢的費用是8萬美元，而且隨著小女孩不斷長大，還需要不斷地更換，為此還需要再花費幾十萬美元。
通過這次對話，Easton意識到，科技發明不是為了獲獎那一刻的風光，而是應該用來幫助人們更好的生活。于是他一頭扎進了機器手臂的研究，前后花了5年時間，發明了用腦電波控制的機器手臂，并且將成本控制在500美金之下。 更令人敬佩的是， Easton把源代碼無償的公布于眾。
Easton LaChappelle 后來在接受采訪的時候，說了這樣一句樸實的話。
“I just wanted to make something useful. This is what I’m meant to do.”
? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? --Easton LaChappell
（讓孩子）做點有用的事情，這應該才是我們讓孩子做機器人和參加機器人競賽的初心吧。?
