借STEAM教育的东风和AI的火爆，中学生机器人竞赛近年来的热度持续上升。
我从2005年起做机器人教学并带领学生各处参赛，先后亲历过Lego FLL, RoboCup Jr Soccer, VEX大大小小各种赛事。因此常有家长问，参加机器人竞赛，孩子到底能学到些什么？ 这对他将来申请大学，到底有没有用？
遗憾的是，就连FRC World Champions 这样的世界级大奖，在藤校招生官眼里也并没有很高含金量。因为机器人竞赛是团体项目，个人的贡献和成就很难衡量。 （注：如果有通过机器人竞赛爬藤的想法，可以关注一下FIRST Robotics 的两项个人奖项： Dean's List 和 Woodie Flowers Award。）
我这些年所带的学生，无论考入藤校的还是留在加拿大本土读书的，机器人竞赛都只是作为她们课外活动中的一项，没有得到特长加分。
但是机器人竞赛对她们的影响却不止于此，比如说大学所学专业选择，这些孩子都读的工程或计算机。毕业后返校，这些孩子都不约而同的提到参加机器人竞赛的经历让她们发展了兴趣，确立了职业方向，培养了分析问题和解决问题的能力，还学会了和他人合作。
1. 机器人设计和STEAM学以致用的综合分析能力
机器人设计近年来在中小学迅速普及，源于它涵盖了STEAM教育的每个分支，物理（Science）是机器人设计的理论基础，机器人控制离不开计算机编程和传感器（Technology)，硬件搭建需要有机械工程和电子工程（Engineering)知识，外观设计离不开艺术（Art）， 而数学（Mathematics）则应用在设计，搭建，编程控制，以及测试的各个阶段。
在我们传统数学或物理教学中，学生通过做大量的习题来掌握课堂所学知识和解题技巧。而这些习题往往和现实生活脱节, 以条件简洁的数学或物理模型(如轻绳、光滑斜面、小球等)呈现。导致学生往往是为做题而做题，即使求得正确答案，也不清楚为什么要研究这样的问题。
而机器人设计则提供了一个学以致用的绝佳平台，举其中最常用的计算电机变速比Gear Ratio为例。
下图中，长为0.5米的机械臂需要提起30牛顿的负载, 已知电机可获取最大工作电流是2.5安培，停转电流是4.8 安培，而停转扭距 stall current是1.67NM, 求齿轮配置Gear ratio。
要解决这个问题，学生需要联想到求力矩的物理模型和公式应用：
除此之外, 还需要考虑到很多隐含条件，比如机械臂要提起负载，其机械臂本身重量是否能忽略不计。而停转扭矩不能作为最大工作扭矩，需要通过最大工作电流来计算电机可提供的实际最大扭矩，然后通过齿轮变速来产生提起负载的扭矩。但是扭矩并非越大越好，因为扭矩过大，速度就会越慢，如何在速度和力量之间取得折中也是需要考虑的问题。
通过这个例子，我们可以看到，机器人设计中的问题，比教科书上剔除冗余物理量而以完美的物理模型来呈现的练习题要复杂的多，多个变量掺杂在一起，相互关联，需要理清关系，去冗除繁，把课本上学的孤立的知识点融会贯通起来综观全局，找出物理和数学模型，运用相关公式来解决问题。
尽管机器人竞赛经历对我的那些学生大学升学没有直接帮助，但是升入大学之后， 通过机器人竞赛培养出来动手能力和综合分析能力， 使她们在淘汰率很高的女生不占优势的工程专业里依然表现可圈可点。
2. 机器人竞赛与团队精神，开放心态和抗压能力
团队精神，开放心态，和抗压能力是从事机器人竞赛不可或缺的三大素质。
团队精神，不仅是自己团队内部成员的沟通和协作，还需要跟团队外部成员。 像VEX， FRC 或RoboCup这类竞技型竞赛，都不是一支队伍单打独斗，而是要联合盟友Alliance 以 2 敌 2 并肩作战。每场比赛，盟友都是随机组合。同一天赛事中，两支队伍上一场还是盟友，下一场就可能是变成敌人。
开放心态，即能够虚心接受团队其他成员的批评，采纳合理建议，也愿意把自己的心得和体验，和其他人分享，共同进步。
至于抗压能力就更不用多说了，对抗性的计时比赛，两分钟一场，胜负一线间，不用说的参赛选手了，就连一边看着的吃瓜群众都跟着紧张。
前年，学生瑞在她大学申请的supplement里谈到她第一次参加VEX比赛的经历。当年作为菜鸟的她， 第一场比赛盟友就是声名远播的Team 1114（加拿大第一支也是迄今为止唯一一支跻身 the First Hall of Fame的强队)。比赛中，由于紧张和缺乏经验，她遥控的机器人重心不稳，失去平衡，向后仰翻，不巧倒在己方得分目标上，不仅自己一分未得，还扰乱了盟友的作战计划，最后连累了1114输掉了这场比赛。
她当时难受和内疚的不行，1114 的盟友比赛结束后非但没有埋怨她，还跟她友好握手。尤其是知道她第一次参赛后，更是鼓励她说，这种情况在比赛中常有发生，每个人都遇到过。并教她在机器人底盘下面装一个小机关，下次再发生重心失衡后翻的情况，这个机关会自动弹出，及时提供支撑。
1114的盟友给瑞上了生动的一课，诠释了什么是超越输赢的团队精神，无私分享的开放心态，和在比赛中沉着应对突发情况的抗压能力。这些素质是书本上学不来的，只有通过实践锻炼，以及团体里成员间相互影响，看样学样，潜移默化。
从这个意义上讲，机器人竞赛提供了一个和体育竞赛类似的环境，锻炼和培养了孩子内在素质。
3. 不忘初心，方得始终
在中学生机器人竞赛里有一个大家都心知肚明却又难以界定的问题： 成人介入。
拿近年来越来越受关注的VEX来说吧，其比赛规则里明文规定：
All robots entered in competition need to be built and programmed by students。
但是实际上，因为机器人都是事先完成之后再带过来参赛的，所以具体的设计和搭建过程如何，无从得知。
每年暑假期间，国内各大城市都会举办VEX竞赛，参赛年龄越来越小，当我看到那些初中或小学生设计做出来让人拍案叫绝的机器人，一方面感叹自古英雄出少年，另一方面不禁心存疑虑。
我就曾经教过一个转学生，她原先所在的队是区域赛的冠军， 可是当被问到类似于上文里机械臂变速比的这样基本问题，竟然都答不上来。
机器人比赛的初衷是提供孩子一个发展兴趣，以及和志同道合的同龄人交流和相互学习的平台。如果一味的追求比赛成绩， 只为站在领奖台上那一刻的荣誉， 而不让孩子自己去试错，学习，探索，那么就完全背离了机器人比赛的初衷了。
除此之外，还有另一种情况：孩子对机器人非常感兴趣，积极参加各种竞赛，试图通过奖杯来证明自己。其实这样也没有太大意义，有能力的话，不妨考虑怎样把技能和时间，投入到和生活相关的应用上。
科罗拉多的一个小镇少年Easton LaChappelle，14岁的时候用乐高, 钓鱼线和几个控制器建造出了一个迷你机器人手臂。学校老师们推荐他去参加科技博览会。在博览会上，Easton遇到了生来就没有手臂的7岁小女孩珍妮，小女孩戴着假肢很兴奋地和他的机器手臂握手。Easton在与珍妮的父母交谈后得知：珍妮所戴的假肢的费用是8万美元，而且随着小女孩不断长大，还需要不断地更换，为此还需要再花费几十万美元。
通过这次对话，Easton意识到，科技发明不是为了获奖那一刻的风光，而是应该用来帮助人们更好的生活。于是他一头扎进了机器手臂的研究，前后花了5年时间，发明了用脑电波控制的机器手臂，并且将成本控制在500美金之下。 更令人敬佩的是， Easton把源代码无偿的公布于众。
Easton LaChappelle 后来在接受采访的时候，说了这样一句朴实的话。
“I just wanted to make something useful. This is what I’m meant to do.”
--Easton LaChappell
（让孩子）做点有用的事情，这应该才是我们让孩子做机器人和参加机器人竞赛的初心吧。
