在過去的 50 年里，麻省理工學(xué)院機械工程專業(yè)的學(xué)生們在校園里舉行了一場熱鬧的機器人比賽。自 1970 年代已故名譽教授 Woodie Flowers 首次挑戰(zhàn)學(xué)生使用“垃圾套件”建造機器以來，2.007 班(設(shè)計與制造 I)的學(xué)生已經(jīng)設(shè)計并建造了自己的機器人，以參加班級最后的機器人比賽競賽。對于許多學(xué)生來說，課堂和比賽是他們決定入讀 MIT 的驅(qū)動因素。

“每年，學(xué)生們都告訴我們，他們來到麻省理工學(xué)院是為了參加 2.007 并參與創(chuàng)造這些機器人和進行這項有趣的比賽的混亂，”機械工程副教授兼 2.007 聯(lián)合首席講師阿莫斯溫特說。

朱莉安娜·羅德里格斯 (Julianna Rodriguez) 就是這種情況，她是一名正在學(xué)習(xí)機械工程的大四學(xué)生。“對我來說，2.007 是我在麻省理工學(xué)院最期待的課程。它是我參加的技術(shù)課程與實際能夠構(gòu)建有形東西之間的橋梁，”羅德里格斯說。

與許多實踐課程一樣，2020 年 3 月，2.007 的教職員工不得不取消面對面元素的計劃，包括標志性的決賽機器人比賽。雖然該團隊迅速轉(zhuǎn)向?qū)Ｗ⒂谟嬎銠C輔助設(shè)計 (CAD) 和分析的課程版本，但包括 Winter 在內(nèi)的許多人都因?qū)W生無法按照他們的希望建造和與他們的機器人競爭而傷心欲絕。

“我真的覺得學(xué)生們失去了從動手工作中獲得的與機械工程的物理聯(lián)系。他們沒有學(xué)到在現(xiàn)實世界中構(gòu)建某些東西的所有重要課程，讓它失敗，然后想辦法修復(fù)它，”溫特說。

Winter 和 2.007 的聯(lián)合首席講師、機械工程教授 Sangbae Kim 立即開始設(shè)想 2.007 在 2021 年春季的樣子。

“作為一名教育工作者，這是一個很好的學(xué)習(xí)機會。挑戰(zhàn)迫使我們以不同的方式思考并更具創(chuàng)造力，”金補充道。

知道為學(xué)生提供 2.007 通常提供的動手、建立信心的經(jīng)驗會帶來許多挑戰(zhàn)，Winter 帶頭努力重新構(gòu)想課程并考慮任何可能發(fā)生的情況。他從麻省理工學(xué)院機械工程系獲得了資源，包括聘請了 Antoni Soledad '21，他在 Winter 的指導(dǎo)下參加了本科研究機會計劃 (UROP)。Winter 取消了秋季學(xué)期的教學(xué)，因此他可以專注于開發(fā)全新的 2.007 課程，該課程保持了課程的核心原則，包括團隊如何開展現(xiàn)場、面對面的遠程機器人比賽。

一個 130 磅的交貨

在集思廣益如何重新構(gòu)想 2.007 時，該團隊制定了一份“必備”清單。首先也是最重要的是保留學(xué)生提出自己的設(shè)計并用自己的兩只手構(gòu)建它的信心建立元素，同時學(xué)習(xí)核心機械工程原理。

“對于我們今年的課程來說，提供來自我們正常實踐經(jīng)驗的所有魔法和深度工程學(xué)習(xí)至關(guān)重要，但要在遠程環(huán)境中進行，”溫特補充道。

圖片來源：麻省理工學(xué)院

所有教學(xué)人員目標的核心是公平。由于一些學(xué)生可能完全遠程參與，教學(xué)團隊必須想出對每個人都公平的解決方案，無論他們住在宿舍、公寓還是全國各地的家里。

該團隊的解決方案是向班上所有 130 名學(xué)生發(fā)送一套材料。該套件的第一代是去年夏天由 Soledad 開發(fā)的。到了秋天，Winter 和 Soledad 與助教 Georgia Van de Zande 和其他四名 UROP 一起繼續(xù)迭代套件。

“因為學(xué)生不能來 Pappalardo 實驗室，我們決定將 Pappalardo 實驗室送到他們那里，”Van de Zande 說。

該團隊對這些“Pappalardo-in-a-Box”套件的尺寸、重量和組成進行了大量思考。結(jié)果是一個 130 磅重的工具包，里面裝滿了學(xué)生可以用來在整個學(xué)期在家中構(gòu)建自己的機器人的工具和材料。材料有足夠的多樣性，以確保每個學(xué)生都可以提出自己的創(chuàng)意和獨特的設(shè)計。

Van de Zande 補充說：“這些學(xué)生開始他們的機械工程之旅真的很令人興奮，他們的工具箱里裝滿了他們將在整個職業(yè)生涯中使用的工具。”

該團隊還為今年的比賽確定了一個合適的主題：“小鬼當(dāng)家：在一起”。主題是對經(jīng)典假日電影的致敬，以及學(xué)生在整個學(xué)期主要在家里進行設(shè)計、建造和比賽的事實。

混合學(xué)期

將套件交付給學(xué)生后，Winter、Kim 和他們的團隊專注于如何實際教授學(xué)生的核心設(shè)計和制造原則，無論他們身在何處。

所有正式的實驗室練習(xí)都是虛擬完成的。學(xué)生通常會通過 Zoom 與教師和實驗室工作人員進行一對一的會面。這種遠程設(shè)置實際上增加了每個學(xué)生從工作人員那里得到的個人關(guān)注。

“在很多情況下，虛擬比我們的正常格式要好，”溫特說。“在我們的實驗室部分，我們與學(xué)生進行了非常有意義的一對一會議，因為不會像在物理實驗室那樣分散注意力。”

該課程還提供了一個可選的面對面元素，向可以進入校園的學(xué)生開放。這些學(xué)生會以小組形式參觀 Pappalardo 實驗室，與實驗室工作人員互動。Pappalardo 商店的工作人員設(shè)置了與社會保持距離的工作站，學(xué)生可以在那里安全地在實驗室工作并獲得工作人員的反饋。這些工作站配備了每個學(xué)生在家中擁有的完全相同的工具和材料。工作人員確保無法來校園的學(xué)生可以通過 Zoom 訪問它們。

圖片來源：麻省理工學(xué)院

今年課程的一個新功能是“Bill's Build Demos”——一系列視頻，由 Pappalardo 實驗室的項目技術(shù)員 Bill Cormier 帶頭，由車間工作人員制作。這些視頻展示了機器人設(shè)計中的常見元素以及制造和組裝中的細微差別。事實證明，演示對于加深學(xué)生對機構(gòu)設(shè)計的理解至關(guān)重要;這反映在他們?yōu)樽罱K比賽生產(chǎn)的機器人的質(zhì)量和可靠性上。

2.007 教學(xué)團隊在整個學(xué)期中表現(xiàn)出的個人關(guān)注和奉獻精神對學(xué)生產(chǎn)生了切實的影響。

“在我看來，2.007 的教職員工一直是我遇到過的最有教養(yǎng)和理解力的教職員工之一，”機械工程專業(yè)的大三學(xué)生 Megan Ngo 說。“我學(xué)到了很多東西：制造零件背后的物理原理，如何從頭到尾開始一個項目，以及機械工程在現(xiàn)實世界中有多酷。”

麻省理工學(xué)院首屆虛擬機器人競賽

學(xué)生將他們在整個學(xué)期學(xué)到的技能用于測試。憑借獨特的機器人設(shè)計、自己的游戲板和相機，學(xué)生們已經(jīng)準備好參加已知的第一個現(xiàn)場、面對面、遠程物理機器人比賽。

比賽的設(shè)置各不相同。本·歐文·布洛克(Ben Owen Block)和他的室友也參加了班級，圍繞比賽組織了宿舍的布局。高級朱莉安娜羅德里格斯在馬薩諸塞州西羅克斯伯里的一套公寓里建造了她的機器人。約翰馬洛伊在科羅拉多州開始這個學(xué)期，然后搬到佛羅里達州的家中，在那里他在他童年的臥室里建造了他的機器人。

身著“小鬼當(dāng)家”的哈利和馬夫、溫特和金主持了比賽，學(xué)生們的機器人在一系列淘汰賽中正面交鋒。雖然每個機器人都在不同的位置進行比賽，但每輪比賽中的兩名參賽者同時進行比賽，并將他們的視頻輸入混合到網(wǎng)絡(luò)直播中。機器人在游戲板上執(zhí)行任務(wù)，模仿電影中的麥卡利斯特房子。獲得最多積分的機器人將存活到下一輪。

最終，喬丹·安布羅休的機器人成為了冠軍。但根據(jù)溫特的說法，今年每個人都是贏家。

“從這個學(xué)期出來，看看學(xué)生們?nèi)〉昧耸裁闯煽?，知道課堂的教育經(jīng)歷得到了保留，感覺很成功，”溫特說。

對于 Kim 來說，今年的一項關(guān)鍵改進是學(xué)生可以輕松使用他們的機器人。學(xué)生們不僅可以在實驗室里研究他們的機器人，還可以在業(yè)余時間擺弄他們的機器人。

“我們發(fā)現(xiàn)，當(dāng)學(xué)生在房間里備有工具和材料時，他們可以更好地管理他們的時間，”Kim 說。

雖然 2022 年的機器人比賽有望重返約翰遜溜冰場，但 2.007 教學(xué)團隊計劃將針對大流行做出的許多積極變化納入未來學(xué)期。