重新构想远程学习的标志性设计课程

在过去的 50 年里，麻省理工学院机械工程专业的学生们在校园里举行了一场热闹的机器人比赛。自 1970 年代已故名誉教授 Woodie Flowers 首次挑战学生使用“垃圾套件”建造机器以来，2.007 班(设计与制造 I)的学生已经设计并建造了自己的机器人，以参加班级最后的机器人比赛竞赛。对于许多学生来说，课堂和比赛是他们决定入读 MIT 的驱动因素。

“每年，学生们都告诉我们，他们来到麻省理工学院是为了参加 2.007 并参与创造这些机器人和进行这项有趣的比赛的混乱，”机械工程副教授兼 2.007 联合首席讲师阿莫斯温特说。

朱莉安娜·罗德里格斯 (Julianna Rodriguez) 就是这种情况，她是一名正在学习机械工程的大四学生。“对我来说，2.007 是我在麻省理工学院最期待的课程。它是我参加的技术课程与实际能够构建有形东西之间的桥梁，”罗德里格斯说。

与许多实践课程一样，2020 年 3 月，2.007 的教职员工不得不取消面对面元素的计划，包括标志性的决赛机器人比赛。虽然该团队迅速转向专注于计算机辅助设计 (CAD) 和分析的课程版本，但包括 Winter 在内的许多人都因学生无法按照他们的希望建造和与他们的机器人竞争而伤心欲绝。

“我真的觉得学生们失去了从动手工作中获得的与机械工程的物理联系。他们没有学到在现实世界中构建某些东西的所有重要课程，让它失败，然后想办法修复它，”温特说。

Winter 和 2.007 的联合首席讲师、机械工程教授 Sangbae Kim 立即开始设想 2.007 在 2021 年春季的样子。

“作为一名教育工作者，这是一个很好的学习机会。挑战迫使我们以不同的方式思考并更具创造力，”金补充道。

知道为学生提供 2.007 通常提供的动手、建立信心的经验会带来许多挑战，Winter 带头努力重新构想课程并考虑任何可能发生的情况。他从麻省理工学院机械工程系获得了资源，包括聘请了 Antoni Soledad '21，他在 Winter 的指导下参加了本科研究机会计划 (UROP)。Winter 取消了秋季学期的教学，因此他可以专注于开发全新的 2.007 课程，该课程保持了课程的核心原则，包括团队如何开展现场、面对面的远程机器人比赛。

一个 130 磅的交货

在集思广益如何重新构想 2.007 时，该团队制定了一份“必备”清单。首先也是最重要的是保留学生提出自己的设计并用自己的两只手构建它的信心建立元素，同时学习核心机械工程原理。

“对于我们今年的课程来说，提供来自我们正常实践经验的所有魔法和深度工程学习至关重要，但要在远程环境中进行，”温特补充道。

图片来源：麻省理工学院

所有教学人员目标的核心是公平。由于一些学生可能完全远程参与，教学团队必须想出对每个人都公平的解决方案，无论他们住在宿舍、公寓还是全国各地的家里。

该团队的解决方案是向班上所有 130 名学生发送一套材料。该套件的第一代是去年夏天由 Soledad 开发的。到了秋天，Winter 和 Soledad 与助教 Georgia Van de Zande 和其他四名 UROP 一起继续迭代套件。

“因为学生不能来 Pappalardo 实验室，我们决定将 Pappalardo 实验室送到他们那里，”Van de Zande 说。

该团队对这些“Pappalardo-in-a-Box”套件的尺寸、重量和组成进行了大量思考。结果是一个 130 磅重的工具包，里面装满了学生可以用来在整个学期在家中构建自己的机器人的工具和材料。材料有足够的多样性，以确保每个学生都可以提出自己的创意和独特的设计。

Van de Zande 补充说：“这些学生开始他们的机械工程之旅真的很令人兴奋，他们的工具箱里装满了他们将在整个职业生涯中使用的工具。”

该团队还为今年的比赛确定了一个合适的主题：“小鬼当家：在一起”。主题是对经典假日电影的致敬，以及学生在整个学期主要在家里进行设计、建造和比赛的事实。

混合学期

将套件交付给学生后，Winter、Kim 和他们的团队专注于如何实际教授学生的核心设计和制造原则，无论他们身在何处。

所有正式的实验室练习都是虚拟完成的。学生通常会通过 Zoom 与教师和实验室工作人员进行一对一的会面。这种远程设置实际上增加了每个学生从工作人员那里得到的个人关注。

“在很多情况下，虚拟比我们的正常格式要好，”温特说。“在我们的实验室部分，我们与学生进行了非常有意义的一对一会议，因为不会像在物理实验室那样分散注意力。”

该课程还提供了一个可选的面对面元素，向可以进入校园的学生开放。这些学生会以小组形式参观 Pappalardo 实验室，与实验室工作人员互动。Pappalardo 商店的工作人员设置了与社会保持距离的工作站，学生可以在那里安全地在实验室工作并获得工作人员的反馈。这些工作站配备了每个学生在家中拥有的完全相同的工具和材料。工作人员确保无法来校园的学生可以通过 Zoom 访问它们。

图片来源：麻省理工学院

今年课程的一个新功能是“Bill's Build Demos”——一系列视频，由 Pappalardo 实验室的项目技术员 Bill Cormier 带头，由车间工作人员制作。这些视频展示了机器人设计中的常见元素以及制造和组装中的细微差别。事实证明，演示对于加深学生对机构设计的理解至关重要;这反映在他们为最终比赛生产的机器人的质量和可靠性上。

2.007 教学团队在整个学期中表现出的个人关注和奉献精神对学生产生了切实的影响。

“在我看来，2.007 的教职员工一直是我遇到过的最有教养和理解力的教职员工之一，”机械工程专业的大三学生 Megan Ngo 说。“我学到了很多东西：制造零件背后的物理原理，如何从头到尾开始一个项目，以及机械工程在现实世界中有多酷。”

麻省理工学院首届虚拟机器人竞赛

学生将他们在整个学期学到的技能用于测试。凭借独特的机器人设计、自己的游戏板和相机，学生们已经准备好参加已知的第一个现场、面对面、远程物理机器人比赛。

比赛的设置各不相同。本·欧文·布洛克(Ben Owen Block)和他的室友也参加了班级，围绕比赛组织了宿舍的布局。高级朱莉安娜罗德里格斯在马萨诸塞州西罗克斯伯里的一套公寓里建造了她的机器人。约翰马洛伊在科罗拉多州开始这个学期，然后搬到佛罗里达州的家中，在那里他在他童年的卧室里建造了他的机器人。

身着“小鬼当家”的哈利和马夫、温特和金主持了比赛，学生们的机器人在一系列淘汰赛中正面交锋。虽然每个机器人都在不同的位置进行比赛，但每轮比赛中的两名参赛者同时进行比赛，并将他们的视频输入混合到网络直播中。机器人在游戏板上执行任务，模仿电影中的麦卡利斯特房子。获得最多积分的机器人将存活到下一轮。

最终，乔丹·安布罗休的机器人成为了冠军。但根据温特的说法，今年每个人都是赢家。

“从这个学期出来，看看学生们取得了什么成绩，知道课堂的教育经历得到了保留，感觉很成功，”温特说。

对于 Kim 来说，今年的一项关键改进是学生可以轻松使用他们的机器人。学生们不仅可以在实验室里研究他们的机器人，还可以在业余时间摆弄他们的机器人。

“我们发现，当学生在房间里备有工具和材料时，他们可以更好地管理他们的时间，”Kim 说。

虽然 2022 年的机器人比赛有望重返约翰逊溜冰场，但 2.007 教学团队计划将针对大流行做出的许多积极变化纳入未来学期。

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