大疆機(jī)甲大師 S1 編程體驗(yàn)：這張卡讓小學(xué)生也能學(xué)會(huì)寫(xiě)代碼（大疆機(jī)甲大師s1編程教程）

畫(huà)具、樂(lè)器、臺(tái)式電腦，當(dāng)讀小學(xué)初中時(shí)，父母總是會(huì)選擇其中一兩件，用來(lái)培養(yǎng)孩子的興趣愛(ài)好。

近年來(lái)，隨著人工智能的發(fā)展，機(jī)器人從少數(shù)人的專屬玩物進(jìn)入到了主流消費(fèi)市場(chǎng)，教育機(jī)器人也逐漸成為了「家用教具老三樣」以外的一種新選擇。

但就像你所了解的那樣，現(xiàn)在的教育機(jī)器人往往都噱頭大于實(shí)際，或許還不如 Siri。不過(guò)，這樣的想法在真正了解機(jī)甲大師 S1（即大疆小車(chē)）后，是時(shí)候發(fā)生變化了。

去年 6 月，我們已經(jīng)對(duì)大疆小車(chē)做了全方位評(píng)測(cè)，而今天，我們將借著大疆在教育方面新增不少舉措的機(jī)會(huì)，圍繞小車(chē)的「編程教育」屬性進(jìn)行更加深入的體驗(yàn)。

入門(mén)：30 張編程卡

依舊從拼裝開(kāi)始。即便集成度相當(dāng)高，說(shuō)明書(shū)內(nèi)對(duì) 74 個(gè)步驟也有詳細(xì)圖解，這一過(guò)程還是稱不上「輕松」。

各種專業(yè)的機(jī)械組件，甚至一顆螺絲釘都不容馬虎。但正因如此，就算只是完成一個(gè)麥克納姆輪，也極易獲得成就感。

大概 4 個(gè)小時(shí)，組裝就完成了，一切就緒后，大疆小車(chē)便能在電腦軟件或手機(jī) App《RoboMaster》的控制下開(kāi)始「單機(jī)駕駛」，以 FPV（第一人稱視角）操作實(shí)現(xiàn)移動(dòng)、瞄準(zhǔn)發(fā)射、拍照錄像、鎖定行人跟蹤等功能。

▲ 單機(jī)駕駛演示

當(dāng)然，僅有駕駛操作，大疆小車(chē)只是款制作精良的「遙控坦克」，還稱不上「機(jī)器人」，而支持 Python、Scratch 編程實(shí)現(xiàn)指令才是最大驚喜。

為此大疆準(zhǔn)備了全面生動(dòng)的編程指導(dǎo)，包括配套編程環(huán)境與近期發(fā)布的編程卡。

編程卡即一套全新的游戲化闖關(guān)編程卡片，由 1 張編程引導(dǎo)卡和 30 張編程挑戰(zhàn)卡組成，每一張編程卡都是一個(gè)簡(jiǎn)單、有趣的小項(xiàng)目，包括環(huán)繞掃射、十連拍、彈鋼琴等，用戶可以通過(guò)顏色、形狀、文字、前后代碼等信息引導(dǎo)思考。

將物理、數(shù)學(xué)知識(shí)緊密結(jié)合，把書(shū)本上的知識(shí)融入觸手可及的機(jī)器人中，即便是對(duì)編程一竅不通的人，也能在《RoboMaster》App 中的「實(shí)驗(yàn)室 > 我的程序」中通過(guò)「搭積木」的方式輕松入門(mén)。

以最基礎(chǔ)的「走個(gè)正方形」為例，其中就涉及了正方形、方向、角度等數(shù)學(xué)知識(shí)，以及底盤(pán)控制、順序結(jié)構(gòu)等編程知識(shí)。10 分鐘之內(nèi)，小學(xué)生也能完成一個(gè)簡(jiǎn)單任務(wù)，在挑戰(zhàn)過(guò)程中浸潤(rùn)知識(shí)。

▲ 走個(gè)正方形

再比如第 9 招「回馬槍」，這個(gè)卡片任務(wù)需要大疆小車(chē)實(shí)現(xiàn)底盤(pán)向前平移，同時(shí)云臺(tái)向底盤(pán)后方射擊。按照編程挑戰(zhàn)卡，在《RoboMaster》App 中先尋找每一個(gè)積木塊同色的類別，再拖動(dòng)相應(yīng)的模塊到腳本區(qū)域，依次排列吸附即可。

因?yàn)楦黜?xiàng)技術(shù)已經(jīng)被包裝成了方便使用的編程 API，因此在編程過(guò)程中，隨時(shí)能夠運(yùn)行程序，讓大疆小車(chē)完成現(xiàn)有指令下的動(dòng)作，便于及時(shí)查看效果。

▲ 在「實(shí)驗(yàn)室」中，依照「回馬槍」編程卡完成腳本

有意思的是，每張編程卡底部，大疆還加上了「小思考」環(huán)節(jié)，以幫助用戶擴(kuò)展思路，創(chuàng)造更多玩法，學(xué)習(xí)編程知識(shí)的同時(shí)快速獲得快樂(lè)與成就。

在「回馬槍」編程挑戰(zhàn)卡中，留有一個(gè)問(wèn)號(hào)積木塊，結(jié)合「小思考」中「如何讓發(fā)射器連續(xù)發(fā)射水彈」的問(wèn)題，可以想出 2 種解決方案：

1. 抓住「發(fā)射器」關(guān)鍵詞，在對(duì)應(yīng)的類別下，將「連續(xù)發(fā)射水彈」替換原本的「單次發(fā)射水彈」；

2. 抓住「連續(xù)」關(guān)鍵詞，在「控制語(yǔ)句」類別下，往「單次發(fā)射水彈」外套一個(gè)「一直」循環(huán)模塊，同樣實(shí)現(xiàn)「一直單次發(fā)射水彈」的效果。

跟隨編程卡在 Scratch 腳本區(qū)實(shí)現(xiàn)拍手點(diǎn)頭、S 形倒退等幾個(gè)簡(jiǎn)單操作后，我的文科生同事就已經(jīng)能夠舉一反三進(jìn)行動(dòng)作混搭了，還編排了一段「加速前進(jìn)時(shí)突然回頭唱歌」的才藝展示。

目前這套卡片可以在大疆官網(wǎng)上免費(fèi)下載，新購(gòu)機(jī)用戶還將免費(fèi)獲贈(zèng)實(shí)體卡包。

不僅模塊多樣，要知道，大疆小車(chē)包含了 31 個(gè)傳感器，6 個(gè)人工智能模塊，46 個(gè)可編程部件，和云臺(tái)、圖傳等 DJI 領(lǐng)先技術(shù)，每一個(gè)輪子的馬達(dá)、每一塊裝甲下的擊打檢測(cè)傳感器等都是獨(dú)立安裝的，可控部件的數(shù)量之多，這意味著只要你愿意，可以創(chuàng)造出無(wú)數(shù)種組合。

傳統(tǒng)教育是一件非常延時(shí)滿足的事情，你可能小時(shí)候常聽(tīng)說(shuō)「板凳要坐十年冷」，總是今天在學(xué)習(xí)上付出的努力，得等到幾月甚至幾年之后才能給予正向反饋。對(duì)于學(xué)生來(lái)說(shuō)，他們的忍耐力和自我控制力，天生不如成人，讓孩子在書(shū)桌前枯坐讀書(shū)，多多少少與天性有所不符。

而「編程挑戰(zhàn)卡」這種 PBL（項(xiàng)目式學(xué)習(xí)）的概念，正是傳統(tǒng)教育所缺少的，它的一大特點(diǎn)就是短和快。學(xué)生在十分鐘之內(nèi)就可以快速學(xué)習(xí)，將自己的成果向家長(zhǎng)或老師展示出來(lái)，獲得即時(shí)反饋。

上個(gè)世紀(jì)五十年代起，西方開(kāi)始探索 PBL 的概念。它以驅(qū)動(dòng)問(wèn)題（driving question）為基礎(chǔ)，學(xué)生在一個(gè)真實(shí)的情境中對(duì)驅(qū)動(dòng)問(wèn)題展開(kāi)探究，而在探究過(guò)程學(xué)習(xí)及應(yīng)用學(xué)科思想，教師與學(xué)生需以合作的形式尋找解決方法，從而學(xué)習(xí)隱藏在問(wèn)題背后的知識(shí)并提升能力，最后，學(xué)生要?jiǎng)?chuàng)造出一套能解決問(wèn)題的可行產(chǎn)品（products）。

這種教育方式，曾經(jīng)造就過(guò)科學(xué)史上的黃金一代，即科學(xué)史上曾經(jīng)一群非常特殊的群體，外號(hào) Martians（火星人）。他們?cè)?span id="gg8g4gg" class="candidate-entity-word" data-gid="202716">匈牙利接受了中小學(xué)教育，然后去世界各地接受了大學(xué)教育，最后很多人移居到了美國(guó)。

其中包括諾貝爾經(jīng)濟(jì)學(xué)獎(jiǎng)的 John Harsanyi、曼哈頓計(jì)劃的最早推動(dòng)者者 Leo Szilard、氫彈之父 Teller、建造漫游火星的勇氣號(hào)和好奇號(hào)火星車(chē)的噴氣動(dòng)力實(shí)驗(yàn)室 JPL 創(chuàng)始人 Von Karman 等，以至于有人開(kāi)玩笑說(shuō)匈牙利是火星人在地球的前線，讓這些人得到了外星科技。

▲ 噴氣動(dòng)力實(shí)驗(yàn)室 JPL 創(chuàng)始人 Von Karman

什么樣的教育取得了如此碩果？Von Karman 對(duì)自己父親的評(píng)價(jià)原話是：

我父親相信教育是應(yīng)該和日常生活融為一體，不管教的是拉丁文還是數(shù)學(xué)或歷史。開(kāi)始學(xué)習(xí)拉丁文的時(shí)候，學(xué)生要在城市里游走觀察，抄寫(xiě)博物館和雕塑里出現(xiàn)的拉丁碑文；研習(xí)數(shù)學(xué)的時(shí)候，學(xué)生們需要去收集匈牙利當(dāng)?shù)氐男←湲a(chǎn)量、做計(jì)算、畫(huà)圖表。所以我們根本沒(méi)有浪費(fèi)時(shí)間去死記硬背公式，而是自己研究推導(dǎo)出了他們。還有比這更好的方式來(lái)培養(yǎng)科學(xué)家么？

大疆小車(chē)當(dāng)然不可能代替?zhèn)鹘y(tǒng)的課堂和老師，讓孩子自學(xué)成才。但是這種問(wèn)題導(dǎo)向、鼓勵(lì)主動(dòng)獲取知識(shí)和快速激勵(lì)的思路，提供了教育的更多可能。不必苦讀教材，甚至無(wú)需從編程語(yǔ)言基礎(chǔ)語(yǔ)法學(xué)起，「技術(shù)」被弱化了，從而帶來(lái)更有條理的「思維方式」。

進(jìn)階：實(shí)驗(yàn)室中的「大師之路」

初學(xué)乍道后，就可以進(jìn)入「實(shí)驗(yàn)室 > 大師之路」這個(gè)新天地，開(kāi)啟闖關(guān)訓(xùn)練了。

如果說(shuō)編程卡帶來(lái)的是對(duì)基礎(chǔ)單一拳法的理解，大師之路則是教授一套套「組合拳」，且大多都出自 RoboMaster 機(jī)甲大師賽五個(gè)賽季積累的實(shí)戰(zhàn)招式。

過(guò)了新手引導(dǎo)，之后的漂移甩尾、視覺(jué)標(biāo)簽跟隨、巡線出擊等，每一個(gè)項(xiàng)目式教程都涉及了多類知識(shí)點(diǎn)，難度遞增，帶你漸入佳境，完善知識(shí)網(wǎng)絡(luò)和技能體系。

編程卡是「知其然」，大師之路更講究「知其所以然」。不同于死記硬背、填鴨式的課程，大疆小車(chē)「實(shí)驗(yàn)室」的課程更具有開(kāi)放性和創(chuàng)造性。通過(guò)對(duì)應(yīng)用場(chǎng)景、任務(wù)流程、知識(shí)點(diǎn)的剖析，循序漸進(jìn)，將一個(gè)項(xiàng)目分成了不同環(huán)節(jié)。

以大師之路中的「扭腰反擊」為例，這套動(dòng)作以 2016 年 RoboMaster 機(jī)甲大師賽中華南理工大學(xué)「華南虎戰(zhàn)隊(duì)」的「戰(zhàn)術(shù)扭腰躲避敵方彈道」技術(shù)為原型，目的是將機(jī)器人的底盤(pán)和云臺(tái)分別向反方向旋轉(zhuǎn)，從而降低機(jī)器人受到攻擊的概率。

▲「扭腰反擊」示意圖

看似復(fù)雜，實(shí)際在大師之路中已經(jīng)被分解為了「底盤(pán)運(yùn)動(dòng)」、「扭腰運(yùn)動(dòng)」兩個(gè)環(huán)節(jié)，每個(gè)環(huán)節(jié)同樣對(duì)目標(biāo)、步驟、所需知識(shí)點(diǎn)、編程引導(dǎo)、注意要點(diǎn)、實(shí)現(xiàn)效果等多方面進(jìn)行了翔實(shí)描述，其中不乏生動(dòng)形象的抽象結(jié)構(gòu)示意圖、流程圖、動(dòng)圖等。

如同每張編程卡有「小思考」，大師之路的每一課同樣有「獎(jiǎng)勵(lì)關(guān)卡」作為課后拓展，將引導(dǎo)把學(xué)會(huì)的「組合拳」融入到實(shí)際對(duì)戰(zhàn)場(chǎng)景，而非局限于代碼片段的執(zhí)行。

值得一提的是，隨著課程的深入，覆蓋知識(shí)面更廣，你或許還能將在大學(xué)四年都沒(méi)搞明白的知識(shí)融會(huì)貫通。

比如「使用 PID 控制實(shí)現(xiàn)自動(dòng)跟隨」，對(duì)于自動(dòng)化和電子等專業(yè)的大學(xué)生來(lái)說(shuō)，這個(gè)概念不陌生，但真正掌握且應(yīng)用并不容易。

▲ 視覺(jué)標(biāo)簽跟隨演示，卡片 1 即「視覺(jué)標(biāo)簽」

大疆小車(chē)就是一個(gè)很好的教具。

在「視覺(jué)標(biāo)簽跟隨」項(xiàng)目中，你能通過(guò)圖示來(lái)學(xué)習(xí) P 控制、PI 控制、PD 控制、PID 控制分別是什么，也能通過(guò)提高云臺(tái)瞄準(zhǔn)精度和優(yōu)化跟隨效果直接調(diào)試反饋控制。

寓教于樂(lè)，鼓勵(lì)學(xué)生脫離教材、課本的限制，主動(dòng)去獲取更多科學(xué)知識(shí)，無(wú)疑是更高效的學(xué)習(xí)方式。

高級(jí)：實(shí)戰(zhàn)與擴(kuò)展

只會(huì) Scratch 當(dāng)然是不夠的，事實(shí)上《RoboMaster》App 中還能夠進(jìn)行 Python 編譯，實(shí)現(xiàn)更多復(fù)雜操作。

Python 是一種易上手的腳本語(yǔ)言，語(yǔ)法簡(jiǎn)潔清晰，擁有豐富且強(qiáng)大的類庫(kù)，應(yīng)用范圍廣，既適合新手學(xué)習(xí)，也適合其他編程語(yǔ)言的學(xué)習(xí)者快速上手。

在「實(shí)驗(yàn)室 > 我的程序」中，Scratch 與 Python 可隨時(shí)點(diǎn)擊右上角 <|> 符號(hào)切換，便于對(duì)照著每個(gè)模塊的效果理解代碼；也可以通過(guò) Python 編輯器直接寫(xiě)入。不過(guò)，Python 學(xué)習(xí)難度遠(yuǎn)大于 Scratch，語(yǔ)言的學(xué)習(xí)更多需要自行摸索。

▲ 兩種 Python 學(xué)習(xí)方式

除了自己敲代碼，分享或使用他人的程序也是大疆小車(chē)的擴(kuò)展玩法之一。

大疆社區(qū)機(jī)甲大師討論區(qū)中，擁有豐富的開(kāi)源例程可供學(xué)習(xí)，包括讓大疆小車(chē)打地鼠、成為鬧鐘、識(shí)別于謙郭德綱等。

▲ 大疆社區(qū)用戶 bakedkids 設(shè)計(jì)的「打地鼠」. 大疆小車(chē)共有 6 個(gè)擊打檢測(cè)傳感器，當(dāng)傳感器上亮燈時(shí)敲打相應(yīng)裝甲，若敲打正確云臺(tái)將「點(diǎn)頭示意」

車(chē)尾部分預(yù)留的幾個(gè)空接口，還能進(jìn)行配件擴(kuò)展。

比如，搭個(gè)機(jī)械爪，加個(gè)寫(xiě)字機(jī)械臂，用羅技無(wú)線鍵鼠連接手機(jī)控制大疆小車(chē)，改造成消毒機(jī)器人等。

▲ 大疆社區(qū)用戶 灰灰機(jī)呦 為大疆小車(chē)安上了機(jī)械爪來(lái)抓取物體

單機(jī)駕駛不夠玩，與朋友進(jìn)行多人競(jìng)技更有樂(lè)趣。

大疆小車(chē)有個(gè)特殊的「設(shè)定」，能在物理世界中根據(jù)傷害來(lái)結(jié)算系統(tǒng)計(jì)算攻擊值，并實(shí)時(shí)顯示生命值，由此奠定了「對(duì)戰(zhàn)」的基礎(chǔ)，這可能也是唯一一款將電子競(jìng)技的樂(lè)趣與理論知識(shí)學(xué)習(xí)合二為一的機(jī)器人。

在多人競(jìng)技之上，就是機(jī)器人大賽。大疆的「RoboMaster 大學(xué)生機(jī)器人大賽」連續(xù)舉辦 5 年，現(xiàn)已成為全球規(guī)模最大的機(jī)器人賽事之一。但年齡不符合條件，沒(méi)有合適的隊(duì)友組團(tuán)往往會(huì)成為一道坎，讓不少機(jī)器人愛(ài)好者無(wú)緣參與。

而就在前幾天，我們獲知了一個(gè)消息：大疆又為普通用戶開(kāi)辟了一片土壤，將舉辦「機(jī)甲大師全民挑戰(zhàn)賽」。不限制報(bào)名年齡、專業(yè)背景，任何希望體驗(yàn)機(jī)器人賽事的用戶都能參加。既可以拉上 2 位好友或家人，組成一個(gè)戰(zhàn)隊(duì)參賽，也可以讓大疆為你匹配合適的隊(duì)友。

門(mén)檻低，規(guī)則也很簡(jiǎn)單，與王者榮耀類似，全民挑戰(zhàn)賽直接采用了大疆小車(chē)的征服模式：選手將在一個(gè) 6 米 × 9 米的場(chǎng)地中，操作機(jī)器人掃描「視覺(jué)標(biāo)簽」，占領(lǐng)據(jù)點(diǎn)。率先占領(lǐng) 4 個(gè)據(jù)點(diǎn)的隊(duì)伍，將獲得比賽勝利。

在這樣一場(chǎng)比賽中，選手需要互相配合、掩護(hù)、設(shè)計(jì)戰(zhàn)術(shù)和自定義技能。如果選手腦洞夠大，他們就可以把小車(chē)變成「間諜」，釋放程序技能，將自己的車(chē)燈顏色通過(guò)編程偽裝成對(duì)方戰(zhàn)隊(duì)，從而偷偷拿下?lián)c(diǎn)。

▲ 圖中的 D 標(biāo)簽代表一個(gè)據(jù)點(diǎn)

大疆透露，這一全新的機(jī)器人賽事將在 2020 年在北京、上海、廣州、深圳率先落地，再推廣到南京、杭州、成都等眾多城市。

和賽事相結(jié)合的，是一項(xiàng)「機(jī)甲大師俱樂(lè)部」計(jì)劃。大疆官方授權(quán)的「機(jī)甲大師俱樂(lè)部」也將在近期落地上海和深圳。這一俱樂(lè)部將提供「積分賽」、「賽事培訓(xùn)」和「預(yù)選賽」服務(wù)。只要是對(duì)機(jī)器人和無(wú)人機(jī)感興趣的用戶，就可以在俱樂(lè)部中體驗(yàn)大疆小車(chē)，接受培訓(xùn)，最終參與到賽事中去。

對(duì)各種創(chuàng)新玩法的支持，貫徹著機(jī)甲大師團(tuán)隊(duì)對(duì)科技教育深刻理解：自由、開(kāi)放、在實(shí)踐中學(xué)習(xí)與檢驗(yàn)。

總結(jié)

教育是一個(gè)慢行業(yè)，大疆深諳這個(gè)道理。

從 2013 年起每年舉行大學(xué)生機(jī)器人主題夏令營(yíng)，2015 年起每年舉辦 RoboMaster 機(jī)甲大師賽，再到 2016 年起每年的高中生夏令營(yíng)、2017 年起每年的高中生冬令營(yíng)，大疆一直在直接面向一線學(xué)生教學(xué)，積累起足夠的教學(xué)經(jīng)驗(yàn)。

事實(shí)上，就在 2017 年，機(jī)甲大師 S1 項(xiàng)目已經(jīng)開(kāi)始孵化，卻耐心打磨了兩年半，直到 2019 年才正式發(fā)布。

包括為了大疆小車(chē)特別推出的編程卡，以及將要舉辦的全民挑戰(zhàn)賽、俱樂(lè)部，這些舉措都表明了大疆要在教育領(lǐng)域深耕的決心。令我很受觸動(dòng)的是機(jī)甲大師 S1 團(tuán)隊(duì)去年寫(xiě)給首批用戶的信，從中你能感受到他們對(duì)這件事的敬畏，以及對(duì)大疆小車(chē)寄予的熱切希望：

它首先應(yīng)該是一臺(tái)真正的「機(jī)器人」，擁有機(jī)器人所應(yīng)有的硬件和功能；

其次，它應(yīng)該有深度和可擴(kuò)展的空間，從而讓用戶能孜孜不倦的「搗鼓」和鉆研；

它應(yīng)當(dāng)是傳遞知識(shí)的載體，能用深入淺出的方式，教授物理、數(shù)學(xué)和機(jī)器人知識(shí)；

最后，它足夠酷，足夠好玩，能夠在抓人眼球的虛擬世界面前，對(duì)現(xiàn)代人依舊有足夠的吸引力，把他們拉回現(xiàn)實(shí)世界。

我覺(jué)得它完成得很好。