K-12 机器人编程学习最新方向 最全攻略

机器人技术和编程相互交织，是计算机科学的一个迷人领域。 机器人技术是让您的孩子从小接触基于 STEM 学习的好方法。 在进入机器人技术和编程之前，了解机器人很重要。

机器人是一种自主机器，能够根据传感器的输入执行某些任务。 此外，在被编程之前，机器人只是一个机械部件。

我们生活在一个机器人技术使许多人类任务实现自动化的时代。 由于人工智能和机器学习是机器人技术的关键方面，智能机器人比人类更加准确和精确。

您甚至可能会惊讶地发现现在有一个机器人正式成为沙特阿拉伯公民！ 2017 年 10 月，索菲亚成为第一个获得任何国家公民身份的机器人。 此外，索菲亚还被联合国开发计划署评为首位创新冠军，并且是第一个获得联合国称号的非人类。

如果您是一位家长，正在为您的孩子寻找引人入胜的编程课程和机器人训练营，那么您来对地方了。 加入我们由 Google 和斯坦福大学专家设计的屡获殊荣的儿童机器人项目。 您的孩子将受益于全球顶尖机器人技术和编程的学习框架和思路。

为初学者探索机器人和编程

了解为什么编程对于机器人至关重要，以及为机器人选择哪种编程语言。 并发现适合您的孩子开始学习机器人技术的最佳工具和程序。

为什么编程很重要？

编程很重要，因为我们生活在一个日益数字化的世界。 教育不是要记住事实。 由于信息唾手可得，我们需要教孩子如何思考，而不是背诵是什么。 做到这一点的最佳方法之一就是为孩子们提供工具，让他们能够找出最佳的解决方案，而编程就是其中之一。

几岁开始编程比较合适？

开始编程的最佳年龄是孩子还小的时候——通常是在小学。 为了让学生为未来做好准备，编程现在比以往任何时候都更加重要。 当学生学习编程基础知识时，它为他们打开了一个充满令人兴奋的机会的全新世界。 学习没有年龄限制，但我们相信年轻人的思维更活跃，更容易学习新事物。 孩子们开始学习阅读和写作的时候是开始编程的好时机。

机器人技术需要编程吗？

是的，机器人技术肯定需要编程。 编程是机器人可以读取和执行的一组重要指令。 机器人技术结合了电子、机械和编程软件的使用，对机器人进行编程以完成特定的工作。 机器人可以轻松地完成人类无法完成的任务。

机器人技术使用什么编程？

基于块的编程和基于文本的编程都用于机器人技术。 编程是与计算机通信的方式。 换句话说，编程是一组具有一定规则的指令。 有许多可用的编程语言：C/C++、Python、Java、Fortran 等。Python 由于其在机器学习中的使用而成为机器人技术的流行语言。

基于块的编程：基于块的编程是激发学习者编码兴趣的绝佳方法。 基于块的编程使用不同形状的块的堆叠，这些块可以很容易地相互连接。 在基于块的编码中调试错误要容易得多。 Scratch就是基于块的经典示例。
基于文本的编程：基于文本的编程基于预定义的语法：特定语言可读的代码列表。 由于您必须键入每一行代码，因此出错的可能性会更高。 这也意味着它比基于块的编程需要更多的时间。 C/C++、Python、Java 是一些示例。

机器人技术和编程教给学生哪些技能？

学习机器人技术和编程的孩子将掌握许多技能，包括强大的批判性思维能力。 解决问题的方法有多种，学习机器人技术的人学习如何选择问题的最佳解决方案。 此外，实践学习活动可以提高学生的注意力和注意力水平。 其他技能包括：

• 准备：技术每天都在变化，学生需要为技术变化做好更充分的准备。
• 团队合作：孩子们通过团队合作，让他们的机器人适应不同的动态挑战。
• 编程技能：除了学习对代码行进行编程之外，您的孩子还将发现解决问题的新方法。
• 分析思维：对于巨大的机器人问题，学生必须将问题分解，然后找到解决方案。
• 提高书面和口头沟通技巧：沟通是一生中绝对必要的技能。

全球著名的机器人编程竞赛有哪些？

参加机器人比赛不仅可以丰富视野、提升领导能力和团队合作能力等，并且机器人竞赛取得奖项的学生在申请世界级学府也会有一定的优势。

全球范围内有许多机器人编程竞赛，每年都有数百甚至数千个团队和个人参加这些竞赛。我们整理了一些具有全球影响力顶级机器人赛事，以下是一些著名的全球机器人编程竞赛：

机器人挑战赛（FRC）FIRST Robotics Competition (FRC)

• 参赛门槛：★★★★☆
• 含金量：★★★★☆

机器人挑战赛（FRC）是面向高中生的一项工业级机器人竞赛，把运动的刺激性和科学技术的精确结合在一起，旨在鼓励学生学习科学、技术、工程和数学，被称作“智力上的大学运动会”。每年都有来自世界各地的团队参加，他们需要设计、构建和编程一个大型机器人来完成特定任务。

FRC是当今世界上规模最大的高中生机器人大赛，该项赛事已经获得全球500多所高校的认可，所有参赛队员每年均可获得申请总额约3000万美元奖学金的机会，如美国麻省理工大学、哥伦比亚大学、加拿大的多伦多大学、澳大利亚的麦考瑞大学等。

该赛事在全球有3000多家赞助商，其中不乏国际知名企业，包括全球赛事启动赞助商美国国家宇航局（NASA）和美国参数技术公司（PTC）、Google、Microsoft等。

FRC的初阶版本是FTC。

官网：https://www.firstinspires.org/robotics/frc

科技挑战赛（FTC） First Tech Challenge

• 参赛门槛：★★★★☆
• 含金量：★★★★☆

科技挑战赛（FTC）是全美规模最大、规格最高的机器人赛事；同时也是针对14-18岁高中生的国际性机器人比赛，致力于推动制造业所需人才的发展。

FTC比赛不再像是FLL一样单纯的用乐高来进行拼装，而是将乐高主机和高性能电机还有金属材料进行结合，巧妙的设计结构，完成一系列更高难度的竞赛。比赛提前约半年开放题目，需用PTC提供的产品设计软件完成整个机器人甚至每版的设计，拥有科学的严谨。

FTC每年约有25万名高中生参加，据统计美国麻省理工大学每9个学生中就有1人参加过FIRST比赛项目。

竞赛要求：

• 需要以团队形式参赛，每队成员10人以上，年龄12-18周岁；
• 需要至少2位以上的成人导师全程指导团队完成比赛；
• 需要有团队成员可以开会讨论并制作一个微波炉大小机器人的地方；
• 需要有足够预算资金的计划；
• 需要在网上进行注册。

官网：https://www.firstinspires.org/robotics/ftc

国际奥林匹克机器人大赛（WRO） World Robot Olympiad

• 参赛门槛：★★★★☆
• 含金量：★★★★☆

这是一个面向青少年的机器人竞赛，要求参赛队伍解决与科学、工程和技术相关的问题。每年都有不同的主题和挑战。WRO于2003年正式成立，并于2004年举办了首届WRO国际决赛。创始国来自中国、日本、新加坡和韩国。2004年，来自中国、中华台北、香港、印度、印度尼西亚、日本、韩国、马来西亚、菲律宾、俄罗斯、新加坡和泰国的队伍参加了在新加坡举行的首届国际决赛。

世界机器人奥林匹克竞赛（WRO ）是一项面向青少年的全球机器人竞赛。世界机器人奥林匹克竞赛使用乐高教育制造的乐高 Mindstorms 。首届于 2004 年在新加坡举办，现已吸引来自超过 85 个国家的 28,000 多支队伍参赛。

比赛分为 4 个不同类别：RoboMission、RoboSports、未来创新者、未来工程师。对于 RoboMission 和未来创新者类别，它由三个不同的年龄组组成：小学、初中和高中。13岁以下的参与者被视为小学，11至15岁的参与者被视为初中，14至19岁的参与者被视为高中。

WRO 竞赛分四类：

• 1、RoboMission：分为小学组、初中组、高中组
• 2、未来创新者：分为小学组、初中组、高中组
• 3、RoboSports
• 4、未来工程师（仅限高中生或大学在校生参加）

	机器人任务	未来的创新者	机器人运动	未来工程师
年龄	小学：8-12岁 初中：11-15岁 高中：14-19岁	小学：8-12岁 初中：11-15岁 高中：14-19岁	11-19岁	14-19岁
硬件	仅乐高 + 高科技颜色传感器	乐高控制+其他材料无限制	只有乐高 + 相机模块	对材料没有限制
软件	自由选择	自由选择	自由选择	自由选择
最大尺寸	最大限度。25 x 25 x 25 厘米	展位2×2×2米	最多两个机器人 20×20×20厘米	最大限度。30×20×30厘米
特征	比赛当天的惊喜规则和机器人组装	它是如此开放，您可以尽情发挥您的创造力！	比赛当天组装机器人。
自从在WRO	2004年	2004年	2022年	2022年

官网：http://www.wroboto.cn

FIRST LEGO League FIRST乐高联赛（FLL）

• 参赛门槛：★★★☆☆
• 含金量：★★★☆☆

FIRST乐高联赛( FLL )是由FIRST组织举办的一项针对小学生和初中生（在中国大约是9-16岁）的国际竞赛。

在每年9月都会公布一个新的关注现实世界科学问题的挑战主题，竞赛的每一个环节都会围绕着这个主题。竞赛的机器人部分围绕着在乐高Mindstorms上设计和编程来完成任务。学生努力找出并提出多个问题的解决方案，接着参加区域锦标赛去分享他们的智慧、奇思妙想并展示他们的机器人。

FIRST乐高联赛是FIRST和乐高的一个合作项目，它也有一个适合6-9岁儿童参加的小型赛事FIRST少儿乐高联赛。

截至2022年5月，已有约110个国家的679000以上的青少年参加了超过3700次FLL的活动。

挑战项目公布后他们将在接下来的时间使用乐高机器人技术组件和软件加传感器、马达、齿轮、各种乐高技术积木件等来制作，并用图形化编程（最主流）或C语言（很少用）搭建程序控制机器人。

这个项目鼓励孩子们用科学的方式去调查研究以及自己动手设计机器人。孩子们将在辅导员的指导下，为机器人进行设计、搭建、编程工作来解决现实世界中的问题，赛季的高潮是举办一个运动会式的比赛。

官网：https://www.first-lego-league.org/en/challenge/home.html

Junior FIRST LEGO League FIRST少儿乐高联赛 （Jr. FLL）

• 参赛门槛：★★☆☆☆
• 含金量：★★☆☆☆

FIRST少儿乐高联赛（Jr. FLL）可以看成是FIRST乐高联赛( FLL )的少儿版，放手让6-10岁的孩子们去发现解决问题的方法。

现实世界的事物与动手做活动相结合，目的是让孩子们去发现解决问题的方法，并获得那些当今科学家和工程师们所面对的挑战。

Jr.FLL坚信，孩子们与生俱来的好奇心和创造力对于预见机遇和开发创新性方案是至关重要的。通过鼓励孩子们发挥想象力，同时利用所学到的技术检验理论，并创造出解决问题的办法。

官网：https://www.first-lego-league.org/en/explore/home.html

1. VEX Robotics Competition：这是一个为中小学生和大学生举办的国际性机器人竞赛，其中参赛队伍需要使用VEX机器人平台设计和构建机器人，以完成竞赛规定的任务。
2. RoboCup：RoboCup是一个国际性的机器人足球比赛，旨在推动机器人技术的发展。除了足球比赛，RoboCup还包括救援、家庭服务和工业等多个领域的机器人竞赛。
3. Zero Robotics：这是一个国际太空机器人编程竞赛，由NASA、MIT等机构主办。学生参赛队伍需要编写控制算法，将小型机器人在国际空间站中执行特定任务。
4. World Robot Olympiad (WRO)：
5. IEEE RAS Student Robotics Competitions：IEEE（国际电气和电子工程师协会）举办了多个面向学生的机器人竞赛，包括机器人足球、迷宫解决、救援任务等。
6. Google AI Challenge：虽然不是专门的机器人竞赛，但这个挑战赛鼓励开发人工智能程序来解决复杂的问题，有时与机器人控制和规划相关。

这些机器人编程竞赛提供了一个平台，让学生和技术爱好者能够展示他们的技能、创意和团队合作精神，并为未来的科技领域培养了许多人才。请注意，竞赛的性质和规则可能会根据不同的年份和地区而有所不同，因此建议查看各个竞赛的官方网站以获取最新信息。

VEX Robotics Competition VEX机器人挑战赛

• 参赛门槛：★★☆☆☆
• 含金量：★★☆☆☆

　　VEX机器人比赛分成初中、高中和大学三个级别。要求参加比赛的代表队自行设计、制作机器人并进行编程。参赛的机器人既能自动程序控制，又能通过遥控器控制，并可以在特定的竞赛场地上，按照一定的规则要求进行的比赛活动。

　　官网：https://www.vexrobotics.com/

孩子需要预先了解机器人技术吗？

不，本课程是为机器人初学者设计的。 然而，学生需要学习至少20小时的 Scratch 编程经验，并熟悉基本编程块。

我的孩子需要什么设备？

除了编程用的电脑而外，还需要购买机器人。虽然市面上有很多编程机器人，我们测试过几款都偏简单。特别是有比较好的Scratch编程基础后再看那些机器人编程程序太简单了。

考虑到竞赛适配度、含金量、专业性，我们推荐Lego Mindstorm 51515，自推出大受欢迎的乐高 Mindstorms 31313 EV3 套装以来已有 10 年了， 它在学校和比赛中的使用非常广泛。 2020年，Lego已经退役了 EV3 套装。 新的 MindStorm 51515 Robot Inventor 替代了EV3。但是，Lego已经宣布MindStorm系列退役了，包括MindStorm 51515 Robot Inventor，独立编程平台MindStorm会继续支持到至少2024年。

那么主流编程竞赛用Lego Spike系列和MindStorm系列，对这两个做一个对比

对比项	Spike Prime #45678	MindStorm 51515 Robot Inventor	优胜者
调色板：	亮黄黄色、亮红紫洋红色、中蓝色、中蓝色、白色	亮蓝绿色深绿松石色/青色、白色、黑色	平局——这取决于个人喜好。
电机：	1x 大，2x 小	4x 小号	机器人发明家– 大型电机很有用，但拥有更多电机就更好了。（您随时可以在 BrickLink 上以 25 美元左右的价格购买大型电机）。
传感器：	1x 颜色、1x 距离、1x 力	1x 颜色，1x 距离	Spike Prime – 专用的力传感器很有用。
其他部分：	共 533 件	共 949 件	Robot Invetor – 更多的零件选择减少了对扩展包的需求。
贮存：	包括塑料储物盒	不包含	Spike Prime – 它带有存储空间，但如果您同时购买扩展套件，则效果不佳。
应用：	乐高教育尖峰	乐高头脑风暴	平局 – Spike 应用程序有很多学习模块，但 Mindstorm 应用程序的功能更丰富，可用于构建自定义程序。 这两个应用程序都是免费的，您可以将任一应用程序与任一集线器一起使用。

更多对比请参考：

乐高教育SPIKE Prime#45678 深度介绍及与MindStorm的对比

结论：基于上面的对比，以及Lego在2023年对Spike Prime应用程序的升级，我们推荐购买Spike Prime。或者夯实编程基础，Scratch、Python以及Minecraft里面的编程，到时候编程机器人就会轻松很多。特别是Minecraft里面的编程会涉及到三位相对坐标、绝对坐标，与机器人编程的实际场景还是比较像的，但比机器人编程会简单点。有了Minecraft的编程基础再学习机器人编程会轻松很多。

请记住，您可以将 Mindstorms 应用程序与 Spike Prime 套装中的部件一起使用，也可以将 Spike Prime 应用程序与 Mindstorm 套装中的部件一起使用 – 没有理由同时购买两者！