我國基礎教育中機器人教育的現狀與對策研究

[摘要]近年來，機器人教育越來越受到人們的關注，國內外的教育專家提出，教育機器人在基礎教育中可作為實施創新教育、素質教育、技術教育的有效載體。從中小學機器人競賽、機器人教學、機器人教育研究三方面闡述了我國基礎教育中機器人教育的發展狀況，分析了發展中存在的問題，并提出了若干解決問題的對策。

[關鍵詞]機器人教育；機器人競賽；虛擬機器人；基礎教育；對策

[中圖分類號]G436 [文獻標識碼]B [論文編號]1009－8097(2008)05－0092－03

一 引言

隨著科學技術的發展，機器人不僅僅局限于工業應用和研究所內，它已經進入了教育領域。一些學者已經宣稱利用機器人來開展實踐學習，有利于學生理解科學、工程學和技術等領域的抽象概念。近年來，機器人價格的下降和簡易性的提高，使得學生能夠有機會接觸這個“高科技產品”。因此，在發達國家，尤其是英、美、日等國家，已經將機器人作為一種教學工具，應用于中小學的課外科技活動或技術課堂教學中。近年來，我國已逐步開始在中小學推廣機器人教育，我國的機器人教育主要包括機器人競賽和機器人教學。文章從中小學機器人競賽、教學、教學研究情況三部分來介紹當前基礎教育中機器人教育的發展情況，分析了這一階段所存在的問題，提出了相應的解決策略。

二 基礎教育中機器人教育的現狀

所謂機器人教育，通常是指學習機器人的基本知識與基本技能，或利用教育機器人優化教育教學效果的理論與實踐。為了適應未來科技社會對人才培養的需要，教育部從2003年起把中小學機器人比賽納入全國中小學電腦制作活動中，2003年頒布的普通高中新課程標準又將“人工智能初步”及“簡易機器人制作”列入選修內容。教育部新制訂的《普通高中物理課程標準(實驗)》也提出“收集資料，了解機器人在生產、生活中的應用”的要求。目前，我國已有近百所中小學成為機器人教學實驗學校。機器人作為增強學生動手能力、促進學生思維發展的有利工具，在中小學教育中逐漸得到認同。

1 中小學機器人競賽

舉辦機器人比賽的主要日的是通過競賽促進中小學階段機器人教育的普及和發展。中國機器人競賽相比國際上來說較晚，2001年中國科協舉辦了首屆中國青少年電腦機器人競賽，從此拉開了國內中小學機器人比賽活動的序幕。之后，機器人競賽發展迅速，比賽規則和項目也逐步與國際接軌。目前，中國比較有影響力的中小學機器人競賽有青少年電腦機器人競賽FLL(http：//robot．xiaoxiaotong．org/)、中國機器人人賽暨RoboCup公開賽(www．rcccaa．org)、全國中小學信息技術創新與實踐活動機器人比賽(www．noc．net．cn/)、全國中小學電腦制作活動(http：//computer．cbem．gov．cn/index．html)：除了國內賽事之外，我國中小學生參加的國際賽事主要有WRO(www．wroboto．org)、FLL(www．firstlegoleague．org)、FIRA(www．fira．net)、RoboCup(www．robocup．org)、ABURobocon(www．abu．org．my/public/index．cfm)、機器人滅大賽(www．trincoll．edu/events/robot)等。

2 中小學機器人教學

在機器人競賽的有力推動下，許多有條件的中小學校正逐步將智能機器人引入校園，并開展了一系列豐富多彩、形式各樣的機器人教學活動，其形式主要有：課外科技小組、選修課、綜合實踐活動課、信息技術課等。以下為近年來中小學機器人教學中的一些重要事件：

(1)2000年北京景山學校將機器人的普及教育以科研課題的方式納入到信息技術課程中，在國內率先開展了中小學智能機器人課程教學：

(2)2001年上海西南位育中學、盧灣高級中學等學校開始以“校本課程”的形式進行了機器人活動進課堂的探索和嘗試；

(3)2005年北京師范大學苗逢春教授組織開展了“全國中小學機器人教學實驗學校”；

(4)2005年9月份，哈爾濱首次在全市范圍內正式將機器人引入課堂教學，在師范附小、省實驗中學等41所學校開設了“人工智能與機器人”課程，以必修課形式對小學、初中、高中等三個學段的學生進行機器人科學方面的教育。

隨著機器人教學在中小學的逐步鋪開，課程教材越來越引起各方的關注與重視。但是目前的機器人教學中還沒有統一的教材，適合中小學教學使用的教材也不多。綜合各教材內容，機器人教學的模塊大致可分為四塊(參見表1)：

3 中小學機器人教學研究

筆者對中國學術界所發表的相關文獻做了統計分析，以“機器人教育”、“機器人教學”、“機器人比賽”為關鍵詞和索引，在“中國期刊網、中文期刊數據庫(維普)、中國學術會議全文數據庫(萬方)”進行上述關鍵詞的搜索，檢索時間為1999．1．1到2007．12．31。通過篩選，剔除無關的條目，統計到以“機器人教育”為關鍵詞的文獻共28篇，“機器人教學”共21篇，“機器人比賽”或“機器人競賽”的有578篇。三部分內容的文章分布參見圖1所示：

通過上圖的數據對比可看出，研究人員從不同角度對機器人教育進行了研究，但各個研究內容所投入的力量明顯不均衡，并且中小學機器人教學在目前中小學開展的活躍性與研究人員在此方面投入的研究力度明顯不對稱。研究者把注意力都集中在機器人比賽上面，直接造成了機器人教育理論研究上的匱乏，最終導致機器人教學缺乏有效的理論指導，難以深入到學校課堂中。可以說，當前“機器人教學”的發展狀況明顯滯后于“機器人比賽”的發展。

三 存在的問一與解決策略

1 機器人教育開展中存在著認識上的偏差。

在機器人教育被引入中小學之后，有條件的學校投入了大量資金興建了高檔次的實驗室，配備了各類型的機器人。但這些舉措大多是為競賽而準備，很少在日常教學中使用，只有參加競賽的同學才有機會接觸。事實上，在基礎教育階段，機器人教育不能只局限于競賽，應該和當前的基礎教育課程改革相結合，這樣才能使機器人教育得以持續的開展和普及，使所有的學生從中真正受益。

例如，在小學和初中階段，可以將機器人教學與“綜合實踐活動”、“信息技術課”有機結合；在高中階段，可以將教育機器人與“人工智能初步”、“算法與程序設計”、“簡易機器人制作”、“電子控制技術”等技術類課程進行結合。有條件的學校可以開設“人工智能與機器人”校本課程。事實上，教育機器人所體現的知識的綜合性使它不僅能成為信息技術教育的載體，也可以成為信息技術與中小學課程整合的載體。經濟薄弱的地區和學校，可以通過虛擬機器人開展機器人教育；經濟實力較好的學校，可以在課堂中直接使用實體機器人進行教學，也可以先采用虛擬機器人教學再進行實體機器人教學。這種方式既可以擴展機器人教育的普及基礎，同時可以減少零部件的損耗，增加機器人的使用率。隨著虛擬機器人競賽的開展(例如，國內的NOC虛擬機器人競賽、國際上的Robocupiunior competition等)為虛擬機器人進入課堂教學提供了可能。

2 競賽活動的教育目的不夠突出、普及面不夠廣泛

目前機器人競賽活動中存在的主要問題是機器人競賽的教育目的不夠突出，普及度不高。商業因素對競賽項目的設立和評價干擾過度；一些競賽內容固定缺乏創造性、科技含量不高，學生的創新能力得不到發揮：一些競賽活動的參賽者動機不端正，急功近利，有的甚至弄虛作假，靠廠家提供的技術人員直接幫助選手取勝等等。通過分析，總結普及度不高的主要原因為：1)政策支持和社會支持力度不高，在應試教育的大背景下，“中考、高考是教育的生命線”，領導、家長擔心機器人競賽活動會占用學生的學習時間，從而堅決抵制：2)機器人需要高額的資金投入，致使一些經濟條件較差的學校對機器人教育“望而卻步”。

為了體現競賽的教育意義，推廣機器人競賽。首先，應該構建一個真正能體現學生的能力和水平的比賽環境和社會環境，加大宣傳，最大程度的去求得社會的支持(包括參賽經費、指導力量等等)，舉辦機器人親子教育等活動，加強學校、學生、家長之間的交流，更為廣泛地開展校際、社區、地區之間的競賽；其次，研制低價實用、兼容性強、開放性好的機器人教育產品，降低參賽的門檻；設立更多體現學生創新能力的、有教育意義的項目，加強虛擬機器人競賽的推廣；最后，在評價機制上，進行多元評價，設立更為務實的獎勵制度。

3 機器人產品缺少規范

機器人產品是機器人教育的實施載體。目前國內外教育機器人的品牌較多(參見表2)，并有不同特色。但總體而言，教學適用性強、性價比高的教育機器人產品仍然比較匱乏。由于沒有制定機器人產品的統一標準。在利益的驅逐下，一些公司較多地從商業角度出發而較少考慮教育因素，造成教育機器人品牌繁雜，自成體系，互不兼容，開放性差。我們認為，研制教育機器人標準可以從以下兩個方面考慮：①對教育機器人產品的規范：教育機器人企業生產的產品應適合于不同年齡段兒童的認知水平，對不同的使用者提供合適的功能、配件以及人機界面，該標準可供企業研發教育機器人產品、學校選用教育機器人設備時參考；②對教育機器人教育教學活動的引導：闡述對于不同層次學習者的不同教學內容，應選用的機器人類型和規格，適合他們參加的比賽，以及通過這些活動可以達到的預期教學目標，該標準可供學校開展教育機器人課程教學、課外活動時參考。

4 基于教育視角的研究很不夠

機器人這個優秀的平臺要想能充分發揮它的價值離不開對機器人教育的分析與定位、尤其是對機器人教育各個要素的分析。但從教育研究的現狀分析可知，教育角度研究的不足導致了以下幾個后果：教學目標的科學性不強，小學、初中、高中機器人教學的分階段目標劃分不夠明確與合理；缺乏科學規劃與教學設計，機器人教材的編寫不夠規范，教材質量不高，缺少課程與教學專家的參與和指導；缺乏對機器人教育教學模式及評價方式的研究。

加強機器人教育的研究，除了教師的努力以外，還需教育研究機構或機器人公司來進行相關的機器人教學教程開發，機器人教學實踐案例的收集，網絡虛擬機器人教學平臺的研發等等。同時，在師范院校加強機器人教育相關學科的建設，唯有從培養今后從事該領域教學的教師做起，才能從源頭上擴充機器人教育研究的隊伍。

四 結論

我國中小學機器人教育的深入開展，需要教育政府、中小學學校、機器人廠商的協作與努力。探索機器人教育的理論與實踐問題，更好的服務于廣大學生，是教育工作者責無旁貸的使命。機器人教育要與信息化教學相結合，全面體現課改精神，更好地培養21世紀人才的創新能力。