機器人教育有望孕育出統整識能應用的新學習生態（上）

劉黨生+王珂

我們正遭遇發展的瓶頸

隨著國家基礎教育新課程改革的不斷深入實施，我國中小學機器人教育有了較快發展，其教育價值已逐步獲得社會的認可，特別是《國家中長期教育改革和發展規劃綱要（2010—2020年）》將培養學生的創新能力提升到了國家戰略的高度，為中小學機器人教育的普及開展提供了新的契機。最近，創客空間與創客教育備受社會各界關注，其基本內容也是圍繞機器人的設計與創作展開的，這為中小學機器人教育提供了新的發展平臺和外在動力。我們可以毫不夸張地說，機器人教育是今天科技教育、創新教育、創客教育的鼻祖，它與三模（車模、航模、船模）一起，在過去的十余年里成就了大陸校外特色教育的半壁江山，也最先引進了大批量的相關賽事。中國青少年在這些競賽中所取得的驕人成績不僅為祖國爭了光，也讓世界領略到了中國青少年素質教育的水平；即便是校外眾多面向中小學生的培訓機構，也贏得了焦慮的家長們的認可，成為家長們在學業功課之外舍得投入的選擇之一。即使到了多元教育大發展的今天，機器人教育不僅仍然被定位為創客教育的基本三件套（編程、3D打印和機器人）之一，而且就創客元素的綜合體現，創客思維的全面架構，以及創客課程和創客課程資源的多元化而言，它都立于編程與3D打印之首，成為最熟悉又最具有挑戰性的項目！

然而，我們嘗試通過七個緯度來揭示機器人教育的現狀及其短板（需要聲明的是，本篇引用的有關調研數據，將以《中國機器人教育藍皮書》的形式正式向外發布，這里只是引出某些相關的議論，下同）。

1.就機器人校內課程而言，作為一種具有鮮明時代色彩和技術特點的教育模塊，以課程為載體開展機器人普及教育的進展如何？面臨何種困難？為了獲得一手數據，我們主要圍繞機器人教學的現狀、教師對機器人教學的認知兩個方面展開調研，具體內容涉及教師的基本情況、教師對機器人進課堂的態度、機器人教學的基本情況、學生對機器人的態度、教師對所用機器人的態度，以及對中小學機器人進課堂的意見和建議。

調研結果顯示，在機器人走進學校這么多年后，機器人課程走進課堂卻成了一種期待。機器人教育是否應該以課程的形式開設，以便讓廣大學生都有學習的機會？或者機器人教育是否應該進入課堂？來自教師們的呼聲表明，認為每位學生都有必要（或非常必要）學習機器人課程的教師占被調查教師總數的83.8%；然而，我們不該為此高興得太早，因為調研樣本均來自正在從事機器人教育的一線師資人群，所以比重數據難免耐人尋味。綜觀大家的擔心不外乎是擔心機器人進課堂的可行性。一方面，在影響機器人進課堂的主要障礙中，認為機器人價格高的教師有79.5%，接下來是缺乏國家政策和課程標準，占到51.4%；在機器人課程的開設方式方面，68.6%的教師認為應該以選修課的方式開設，只有29.5%的教師認為應該以必修課的方式開設；34.8%的從業教師認為校領導對此不夠重視或不重視；等等。另一方面，教師們普遍反映機器人教學缺乏積淀，雖有嘗試但尚待規范和改進，主要涉及教材、教學方法、小組規模和教學評價，尤其是在使用了統一采購的教材后，有26.8%的教師反映，所謂統一采購的教材多是機器人廠家編寫的類似產品說明書式的教材，缺乏精心的設計，有別于一般意義上的課堂教材。顯然，這是缺乏課程標準的一種必然反應。

2.針對社會較為聚焦的機器人競賽話題，RoboCup青少年機器人世界杯中國組委會主席李實博士曾經這樣總結到：“經過長達十年左右的發展，機器人競賽的狀態已經和其他傳統競賽完全一樣了，主要特點：是注重成績，忽視過程；為達目的，不擇手段；商業氣息過濃，比賽被公司所操縱。”

的確，由于商業功利的驅動，使得原本充滿活力的機器人教育，異變成某種交易。競賽這一本應是最佳的創新平臺，卻被錦標主義所蒙蔽，在競賽現場，我們不止一次地觀察到有不少只會按動機器人的開關鍵，其他一概不知的“按鍵學生”。然而，要是一味把板子打在商業公司的介入上，我們反倒覺得有欠公允，因為我們不能忽略一個事實：各類教育機器人公司的產品，大多數都是從早期設計和開發教育機器人，逐步發展到競賽機器人，經過策劃、設計、組織賽事這樣一步一步走過來的。利益驅使的作用力方向一定不是廠家（賽事組織方）一廂情愿的事情，來自家長的要挾、來自學校采購的前提條件、來自相關部門對錦標的過于看重，甚至于成績對學生升學的影響，都構成了賽事市場混亂的影響因子綜合體，其結果可想而知。

同樣，我們無法茍同李實博士關于“我國的機器人教育，是完全脫胎于機器人競賽”的說法。我國中小學機器人教育的實踐可以追溯到2000年，當時北京市景山學校以科研課題的形式將機器人教育納入到信息技術課程中，在國內率先開展了中小學機器人課程教學。2001年，上海市西南位育中學、盧灣高級中學等學校開始以校本課程的形式進行機器人普及教育的探索和嘗試。我們只能說，在星火燎原之后，國內基礎教育領域有關機器人教育的現狀是，競賽模式或興趣小組模式依然占據絕對的主導地位，這多少辜負了當前這樣一個絕好的時機。讓我們欣慰的是，同樣是競賽，正有越來越多的跡象表明，真正的國際項目正在被引進到國內，他們先進的競賽設計理念，正在影響著真正的國內賽事組織機構的辦賽思想，反倒是一些原本就是“偽國際”的賽事，因為與海外合作者的利益糾葛而掉頭不易。

3.我們認可在機器人教育領域，校外相關培訓機構風生水起的現象客觀存在。調查發現，目前全國約有一萬家機器人培訓機構。數據表明，2011年至2016年期間，“機器人培訓”媒體搜索指數在2015年曾經達到峰值，但進入2016年以后，這個數值明顯被“創客教育”的風頭所壓制，進入到第四季度，這樣的指數變化又有峰回路轉的跡象……

我們注意到，相關認證考級機構的數量在今年有較大增長，但全國尚沒有一個得到市場公認的考級體系。目前，主要有以下幾類考級體系：全國青少年機器人等級考試、山東省機器人等級考試、2016年全國青少年機器人等級考試、2016年WTRA國際青少年機器人等級考試、全國青少年機器人技術等級考試和LUPA青少年機器人創客培訓等級。

再從機構的全國分布規律來看，明顯呈現出東部、中部、西部三級遞減的差異度。其中，上海、江蘇的占有率最高，北京、浙江、廣東等地緊隨其后，而遼寧、河南、湖南，以及隨后的黑龍江、河北、山西、四川、貴州、湖北、福建等地彼此分布均勻。

在“與公辦學校合作聯手”的相關調查中，接近60%的機構已經達成合作，還有超過30%的機構正在著手合作，只有8%的機構表示“難以合作”。多數廠商已經在和公辦學校合作推廣自己的產品，每年也在積極參與政府或公辦學校的招標活動，參與的招標金額多在50萬元以內。如此高的達成度直接得益于越來越多的地方教育行政部門的松綁，以及“向社會購買服務”政策的推出。

培訓機構的連鎖規模，往往決定了其生存質量和品牌效益，因此，機構學校數量的多少往往左右著機構的活力。從數據上看，擁有10家以上分校規模的機構約占調查樣本的6%，5～10家規模的約在11%左右，3～4家分校業態的比例在28%，其余55%的機構屬于新辦（1～2家）。并且我們注意到，大區域覆蓋的機構少之又少；這種規模在一定程度上決定了（或反映出）現階段教育培訓機構整體發展還處在初級階段。關于“機構辦學最大難點”的調研結果似乎也印證了以上判斷，數據表明，難易程度依次遞減的原因分別是招生難、教師教學水平低、活動器材貴、課程與器材配套不理想等。

4.再來梳理一番統領機器人教育的業務條塊這根暗線。

首先是政策層面的導向。2001年，教育部對以“分數論英雄”的高考制度改革，實行高校自主招生試點，包括北大、清華、人大等名校在內的80多所高校擁有自主招生權，紛紛青睞有科技創新潛質的學生；2002年，出版了《信息技術-智能機器人》小學、初中、高中版，以及華東師范大學著名教授編寫了《小學信息科技》《初中信息科技》教材，首次在中國把機器人教育編入到中小學課程中；2006年，《國家中長期科學和技術發展規劃綱要（2006—2020年）》正式發布；2012年，《服務機器人科技發展“十二五”專項規劃》正式發布；2013年，國家發改委、財政部、工業和信息化部共同發布《關于組織實施2013年智能制造裝備發展專項的通知》；2014 年，北京市海淀區擁有“2014小升初特長生招生計劃”的16所招收科技特長生的學校中，有13所均顯示招收機器人專業；2015年3月，國務院總理李克強在第十二屆全國人大三次會議政府工作報告上提出中國制造2025規劃；2016年，關于創客教育的兩個大文件，一個來自教育部，一個來自國務院，其主要任務都是深化信息技術與教育教學的融合發展，從服務教育教學拓展為服務育人全過程。

其次是鼓勵多元介入方面。剛剛三審通過的《民辦教育促進法》（修正案）就明確允許民辦教育可以以經營性模式介入培訓領域；而上海等地陸續出臺的鼓勵學校向社會（當然也包括機構和企業）購買服務的政策，還有北京等地把有關學生素質教育的社會實踐大門向社會開放，形成了全社會共營、共贏的局面。

5.再來看看作為機器人教育重要推手之一的器材廠商。

首先，從機構器材使用品種分布情況來看，我們發現，市場占有率最高的是“樂高”（當然也包括了眾多“仿樂高”“類樂高”市場），約占到了近50%的份額，然后“樂博士”與“韓瑞”平分秋色，余下來依次遞減的產品分別是“中鳴”“慧魚”“未來伙伴”等。

在教具市場份額占比分析中，“樂高”所占比重最高，為27.53%，“樂博士”約為18%，“韓瑞”接近14%，“優必選”接近7%，而LASY、趣星人等眾多開源教具在市場的占有率達到了接近35%的響應度。群雄爭霸或者百花齊放的局面正在形成。另外，數據也表明，2016年的器材教具需求周期呈現出與學校學期（假期）分布同振的態勢，值得注意的是，截止到今年9月的統計，其最高峰值出現在8月份（約百萬規模），而9月份也并未隨著開學而明顯下跌；在利益方面，產品面向主要地區分布，除了上海的數值明顯偏高外，北京、江蘇、深圳、山東等地區的發貨量幾乎旗鼓相當。

其次，從產品年產值考核來看，超過2000萬元的約占17%，1000萬元～2000萬元之間的約為17%，但半數的企業規模在100萬元以下（以上數值與產品是不是獨立產權，還是屬于代工、貼牌有關）。產品銷售難度原因依次為渠道拓寬力度不夠、課程研發與配套不及時（盡管課程配套率達到了60%）、同行價格競爭激烈等。

6.對家長的調研數據也不容忽視。產品面向客戶群體年齡表明，6～12歲是熱衷機器人教育的主力軍，而3～6歲的接觸比例也接近20%，反倒是15歲以上的群體響應度表現不盡如人意，還不足10%。與之有著明顯聯動作用的另一組“校外培訓家庭決策人”數據顯示，父母在決定孩子報班的過程中起著絕對重要的作用（約占到了95%），其中母親與父親的決定比例，出乎意料地呈現出接近3∶1的局面，母親的決定因素是不是影響家庭決策的因素我們不得而知，但是固有的男性偏愛機器機械的思維定勢正被顯示數據所挑戰，卻是不爭的事實。另外，我們遺憾地發現，在所有決策人群中，家庭都幾乎忽略了來自學校和教師的導向和建議，這不得不讓人深思。所幸的是，在“希望孩子接受機器人培訓后，哪些方面能力得以提高”的調查中，我們發現，動手能力、編程能力、表達能力和管理能力都成為家長報班的初始動機（另一項調查也顯示了類似的結果，“鍛煉能力”成了第一選擇，然后是“放松為主，順便鍛煉能力”，選擇“幫助學習”的家長也不在少數，而“參加競賽有助于升學”的比重反倒是有限）。這表明，至少在子女的學前階段和小學階段，家長還是比較理智的，心中非常明白機器人教育的內涵與外涵覆蓋是當今不多的素質教育、素養教育、成長教育的上佳選擇之一。只不過，受到學業壓力的影響，約有42%的家長止步于初中之前的相關學習，好在只投入1～2年就淺嘗輒止的比例只有14%，而在高中之前的比重約為26%，高中階段的選擇人群比重繼續降低至18%。

如同我們預期的一樣，在已經從事機器人教育的教師群體中，有93.1%的教師認為學生對機器人感興趣。學生喜歡上機器人課主要表現在如下幾個方面：61.1%的教師認為學生喜歡的是編寫程序與調試機器人，51.4%的教師認為學生更喜歡探究機器人的硬件組裝，44.4%的教師認為學生喜歡探究機器人的功能，29.2%的教師認為學生喜歡創造有智能的人造物。當然，機器人教育涉及多門學科知識，側重于學生的動手實踐能力，因此讓學生的學習過程充滿挑戰性。

7.最后，我們環顧一番國內外鎖定精英取向的機器人高端教育。

有這樣幾條主線在提醒我們國際機器人教育的發展趨勢：1992年開始，美國政府有關部門在全國高中生中推行“感知和認知移動機器人”計劃；1994年麻省理工學院（MIT）設立了“設計和建造LEGO機器人”課程（Martin）；1998年英國開始嘗試在小學生中開設機器人課堂；2001年以色列開設了高中機器人教育課程；2006年智利研究應用在大學中引進機器人教育；2009年第19屆國際機器人展覽會在日本召開；2010年韓國將服務類機器人技術列為未來國家發展的十大“發動機”產業；2011年，奧巴馬宣布啟動《先進制造伙伴計劃》，提出通過發展工業機器人提振美國制造業；2013年自動化和人工智能技術已經可以承擔美國47%的工作崗位；2014年全球工業機器人銷售額約為95億美元，其中在亞洲的銷量占到三分之二；2015年，升級版Atlas面世，最先進的機器人誕生；2016年世界機器人大會在北京召開。

在國際上比較熱門的競賽賽事，如RoboCup Junior（機器人青少年世界杯）、APRC（亞太青少年機器人競賽）、機器人教育與競賽基金會舉辦的VEX機器人競賽、CARC（China Adolescent Robotics Competition）中國青少年機器人競賽、FIRST LEGO League（FIRST機構與樂高集團組成的一個聯盟組織）、全國大學生機器人大賽（Robocon）等中，大陸團隊或學校均有涉獵。

我們正巧遇成長的機遇

說到這里，機器人教育的真正價值究竟在哪里呢？或者說我們應該將學生往哪個方向引導呢？對此，我們的指導思想和看法是：

首先，必須重新定義機器人教育，細分在體制內的校內、校外，社會層面的培訓機構等不同的定位、邊界和優勢。社會都認可機器人教育是一個極佳的科學研究平臺，蘊含了豐富的科學價值，在機器人平臺上進行各種科學研究，特別是在數學和計算機科學領域，可以涉獵非常廣泛和深入；對于青少年來說，機器人教育應盡量深入挖掘機器人平臺的科學價值，讓中小學生在機器人平臺上完成科學任務，這樣不僅能培養他們的動手能力，更能培養他們的科學研究能力，提升他們的科學計算與理解能力。這既是對我國現有教育現狀的尊重，又契合了近年來各教育主管部門對多元教育力量整合的號召，更因應了國際通行的施力于青少年成長不同作用點位的優勢和所長設計。

其次，機器人必須要與時俱進，我們不能滿足于機器人對青少年所具有的吸引力。至少就目前的運作模式來說，機器人教育與十年之前剛剛興起之時的表征形式沒有大幅度升級；與日新月異的機器人產業發展相比，機器人教育的模式、教學風格，乃至機器人品種的變形等都缺少系統的規劃和求新求變的開發，以至于機器人在內行看來，在曾經經歷過的父母看來，在堅守教育行業的教師們看來，都顯得單薄。大家心里都在思考：為什么不能在機器人平臺上加載更多的教育目標呢？未來機器人教育的發展，能不能讓學生享受到機器人教育的真正樂趣，體悟到機器人教育特有的教育價值？

最后有必要強調的是，在創客教育、STEAM教育、做中學、個性化教育等各路紛呈的情勢下，怎樣去凸顯機器人教育在其中所具有的復合效應，特別是有沒有可能動一動學科教材的奶酪，全新建構起以機器人教育為引領的學科成長模式、大學科綜合教研模式、PBL項目解構模式的校內課程支撐系統，或是高起點地開發設計出以機器人綜合實驗為抓手的學科融合試驗平臺、學生潛力（能力）體驗和展示平臺等，這些將有助于打造出一個與新教改相匹配的深度學習生態。

好在我們現在處于機器人教育發展的最好時機，擁有著太多直接或間接的“尚方寶劍”，也取得了來自校內外、社會上下，乃至國內、國際各方面的理解、支持和援手。

1.機器人教育得到了來自包括教育部、中央電化教育館、科委科協、相關產業部等各方面的大力支持。在教育部頒布的《普通高中技術課程標準（實驗稿）》中，將“人工智能初步”和“簡易機器人制作”作為選修模塊加以規定，對人工智能和機器人教育的普及和推廣具有明確的導向作用；教育部新制定的《普通高中物理課程標準（實驗稿）》也提到“收集資料，了解機器人在生產、生活中的應用”的要求。在今年10月剛剛結束的第二屆世界機器人大會上，得到國家授權的中國陶行知研究會新成立的校園文化專委會就授命承辦了大會期間的機器人教育專題論壇；中國機器人教育聯盟也在10月成立了“國際機器人教育（中國）研究院”；而北京師范大學智慧學習研究院正式發布了《2016全球教育機器人發展白皮書》，這是全球首次由教育權威機構針對教育機器人領域發布的白皮書；去年以來，但凡論及創客教育、STEM教育的正式文件，都并列地把機器人教育列入其中。

2.機器人實驗室項目作為實施機器人教育課程的重要配套，很早就被列入教育部裝備中心（現稱教育部教育裝備與發展中心）的目錄，始終是各地學校創建創新實驗室的優選項目。而教育部教育裝備研究與發展中心定點幫扶寧洱已經三年，以消除素質型貧困、開發人力資源示范區為目標，把對滇西連片貧困地區的教育扶貧列為中心的重要工作，堅持問題導向、創新扶貧的工作方式，以科技支持、智力幫扶、項目支撐、人才培養為重點進行幫扶，做了大量卓有成效的工作，有效提升了當地的辦學條件和教育教學水平。還有西部欠發達地區（如甘肅），也早在2005年就向全省中小學校發出了《關于選拔教師參加機器人比賽培訓》的通知、江西省于都縣等戴帽地區教育局也在2012年開始籌建機器人創新實驗室……

3.2016年1月21日，由教育部組織召開的《機器人學中小學課程教學指南》專家論證會在北京成功舉行，所有專家一致同意由教育部在全國學校范圍內頒布《機器人學中小學課程教學指南》。該會議為今后全國中小學校開展機器人基礎教育提供了教學規范、教學標準、教學大綱等，也為驗證廣大青少年的動手動腦能力提供了檢驗標準。2013年，教育部正式批準成立了全國學校體育機器人聯盟，隨后國家體育總局加以借鑒，總結了國際機器人運動的先進經驗、先進理念，并將機器人運動納入國家體育運動項目，制定了《中國素質體育機器人運動通用競賽規則》，該規則在全國范圍內頒布實施，標志著機器人運動的各級各類賽事在中國舉辦有了法律規范。

4.“機器人學中小學系列教材”分為機器人學小學教材（上下冊），由空中機器人教材和陸地機器人教材組成；機器人學中學教材（上中下冊），由空中機器人教材、陸地機器人教材、水中機器人教材組成。正如教育部政策法規司司長孫霄兵教授所指出的，“機器人運動是科技與教育的典范結合。推進機器人教育、編寫機器人課程教學指南，對國家的科技發展、學生的教育都非常有意義，有助于將國家教育教學與社會發展、國家經濟乃至國防等各方面結合在一起。讓學生從小培養機器人意識、認識到機器人的重要作用非常重要”。

5.在國外，機器人教育一直是個熱點：早在1994年麻省理工學院（MIT）就設立了“設計和建造LEGO機器人”課程（Martin），其目的是提高工程設計專業學生的設計和創造能力，嘗試機器人教育與理科實驗的整合；麻省理工學院媒體實驗室“終身幼兒園”項目小組開發了各種教學工具，通過與著名積木玩具商樂高公司的緊密合作，該項目組開發出可編程的樂高玩具，幫助孩子學會在數字時代如何進行設計活動。同時，國外的一些智能機器人實驗室也有相應的機器人教育研究內容。自1992年開始，美國政府有關部門在全國高中生中推行“感知和認知移動機器人”計劃，高中生可以免費獲得一套零件，然后自行組裝成遙控機器人，參加有關比賽。日本每所大學都有高水平的機器人研究和教學內容，每年定期舉行各種不同層次的機器人設計和制作大賽。新加坡國立教育學院（NIE）和樂高教育部于2006年6月在新加坡舉辦了第一屆亞太ROBOLAB國際教育研討會，通過專題報告、論文交流、動手制作等方式，對機器人教育及其在科技、數學課程中的應用進行了交流，以提高教師們開展機器人教育的科技水平與應用能力。