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封面故事|從零開始 華裔少年挑戰FTC機器人賽

左起:教練王強、隊員毛雅衡、Clara Lee、王伯凱、王仲凱、陳思學、沈睿洋、王琬玉和領隊王錦江。(王錦江提供) 左起:教練王強、隊員毛雅衡、Clara Lee、王伯凱、王仲凱、陳思學、沈睿洋、王琬玉和領隊王錦江。(王錦江提供)
教練王強(左二)指導孩子設計方案。(王錦江提供) 教練王強(左二)指導孩子設計方案。(王錦江提供)

今年3月,在新澤西州楓林市哥倫比亞高中舉行的FTC機器人新州錦標賽,東布市(East Brunswick)華裔隊伍「Ro11botics697」戰勝對手,獲得2018 -2019年度冠軍,並進軍FTC世界機器人競賽(World Championship)資格。

三年前…螺絲刀都拿不好

2016年夏天,「Ro11botics697」組隊時,只有四個8至10年級的孩子參加。當時,孩子連螺絲刀都拿不好,更別談組建機器人了。然而,領隊兼教練王強一步一步帶著孩子發想、討論、動手做,終於在今年贏得參加世界賽的機會。

在說這個故事前,先要了解什麼是FTC機器人。

FTC是機器人科技挑戰賽(FIRST Tech Challenge)的簡稱。機器人全球賽分為四個級別:初級FLL JR.對象是6至10歲,FLL是9至14歲,FTC是12至18歲,也就是初中生及高中生;FRC則是針對高中生。

FTC的賽事委員會每一年會制訂賽程與要求,參與者需在指定時間內,按照要求完成機器人的設計製作,團隊需經過設計、建造、編程及操作機器人等流程,由成人教練來指導參賽者。

機器人競賽是學習科學(Science)、技術(Technology)、工程(Engineering)、數學(Mathematics)等跨領域知識與技能的平台。美國初中組FTC和高中組FRC的設計有其難度,所造的機器人可達到一公尺高,成本高達幾千元,需要學校支持或廠商贊助。

「Ro11botics697」教練王強來自北京,在一家主流大企業任職。他一直希望培養華裔少年對工程技術及人工智能的興趣,提高他們未來貼近實際工作的技能。2013年王強兒子上高中時,他創立新州南河市(South River)南河中學FRC機器人隊,並擔任領隊兼教練,2015年離開。這支隊伍繼續留在南河中學,今年還打進新州FRC錦標賽。

2016年夏天,王強組建FTC華裔隊「Ro11botics697」,參加的男生女生都有。那時候,孩子及大部分家長對「機器人」、「機器人教育」、「機器人教育和STEM的關係」,沒什麼概念。例如,從設計、選材料到組建機器人,如何組建、用什麼工具、到哪買器材等,都一片空白。但王強鼓勵他們:參加機器人競賽的過程,是「訓練自己解決問題的最好方式」。他願意帶著大家從零開始。

王強的餘暇時間都在研究機器人,研究方案、比較各廠家零部件、尋找材料配件。相關材料價格不便宜,一個電池50元,一個主控制器300元,一套練習場組件450元。王強說,建一個機器人要幾千美元。錢從哪來?

王強和家長展開募捐,王強向他工作的公司申請贊助,大幅度解決費用問題。今年他們晉級世界錦標賽,要到底特律參賽,領隊王錦江向工作的強生公司申請到贊助費。

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三年後…時有創意好默契

FTC每個季度比賽規則不一樣。在規則發布後,便著手機器人設計方案,不但要能滿足比賽規則完成高分規定動作,還要能「穩、準、快」,比賽時才能勝人一籌。王錦江說:「設計方案,是所有隊伍的第一個難題。」

機器人的編程設計和控制聯繫相關,軟件與硬件緊密結合,編程必須貫徹機器人設計的戰略意圖和比賽規則,是一個系統工程。王強先編給孩子看,講解並教他們設置組態,並逐步調整測試,不厭其煩。

第一年由王強引導,孩子按他的設計思路去做,學習、編程、組建;第二年,孩子參與設計討論,貢獻意見,許多想法得到應用;第三年,團隊討論更臻成熟,現在,孩子已經可以獨立編程,並能融會貫通,在程序控制中時有創意。另外,孩子的默契也很足,大家都很有成就感。

至於組裝機器人的場地,原先是向圖書館借,但有固定場地比較有利於訓練。王強把他家地下室整理出來,當做訓練場地,除了規定時間外,團隊什麼時候想追加訓練,跟他打聲招呼就行。

王錦江回憶,三年前,孩子連螺絲刀都拿不好,該上緊或鬆開螺絲會搞錯方向,更不用說動手建造機器人。王強一個一個教孩子如何使用工具,如何看圖、看視頻並搭配輔助材料裝配機器人。

不服輸…培養對STEM熱情

隊伍剛成立時,王強的女兒也在隊上,後來她發展方向改變,不再參加。儘管如此,王強仍帶領這支隊伍。第一年成績不錯,第二年打進新州錦標賽,第三年就是今年,晉級世界錦標賽。4月,這支隊伍到底特律參加FTC世界賽,與全球隊伍較勁,80個隊伍名列第31。

隊上的孩子說:「我們在FTC體驗中遇到無數挑戰,也真正了解STEM的重要性,因此有更多動力和願景,提高團隊合作和技能。」「我們不只是組裝機器人,而是解決問題,並擴大和社區接觸。 我們獲得的技能和能力,將永遠成為我們的一部分。」「參加這個隊,可以提升組裝機器人的技術,而且和很棒的團隊一起成長。」

王錦江則說,學生面對困難和打擊,表現出不服輸的精神,家長對孩子的學習能力和抗壓能力,也都很欣慰。

王錦江有兩個孩子在隊上,最近,有三個8至10年級的孩子申請進入隊中。這支隊伍會繼續努力參加新州的活動,王錦江說,既要爭取好成績,更會注重培養孩子對STEM的熱情。

Ro11botics697在比賽中。(王錦江提供) Ro11botics697在比賽中。(王錦江提供)

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