淺析機器人與創客教育

郭瀚成

摘要：本文圍繞機器人創客教育這一概念，分析了機器人創客教育在國內外的研究現狀，提出了創客與機器人教育相結合展開學習的注意事項，以期能夠改進中小學機器人教學模式，催生機器人教育新課堂。

關鍵詞：機器人教育；創客

中圖分類號：G434 文獻標識碼：A 論文編號：1674-2117（2017）02-0106-03

引言

在經濟全球化的背景下，社會競爭空前激烈，各級學校都加強了對學生綜合素質的培養，紛紛開設了機器人課程，但目前我國的機器人教育還處在以傳授技能為核心的初步發展階段，大部分學校在機器人教學活動的設計中并沒有過多地關注學生的思維發展及思維能力的培養，因此，機器人教學的課堂模式亟待改進。所以，在教學中，筆者采用樂高機器人與人形機器人相結合的方法，對機器人課堂進行探索及改進，以期能夠幫助每位學生都成為創客，并擁有自己獨立的思考。

相關概念

1.樂高機器人

樂高機器人玩具（Lego Mindstorms）是集合了可編程Lego磚塊、電動馬達、傳感器、Lego Technic部分（梁、磚、板、齒輪、輪軸）的統稱。樂高機器人玩具套件的核心是一個稱為RCX或NXT的可程序化的積木或者也可以說是電腦的主機。它具有7個輸出或輸入口，其中4個用來連接感應器等輸入設備，另外3個用來連結馬達等輸出設備。它不是一個普通的機器人，而是具有“娛樂性、教育性、安全性、互動性”的特殊的樂高機器人。它最吸引人之處是不僅具有機器人的高科技傳輸設備和電腦中樞，還繼承了傳統的樂高積木的無限的創造性，讓玩家可以自由發揮創意，拼湊各種模型，使它真正動起來，像機器人一樣工作，完成玩家所需要的任務。

2.人形機器人

人形機器人又稱仿人機器人。1886年法國作家利爾亞當在他的小說《未來夏娃》中將外表與人相似的機器起名為“安德羅丁”（android），這就是一種人形機器人。按照其描述，人形機器人由4部分組成：生命系統（平衡、步行、發聲、身體擺動、感覺、表情、調節運動等）；造型解質（關節能自由運動的金屬覆蓋體，一種盔甲）；肌肉（在上述盔甲上有肉體、靜脈、性別等身體的各種形態）；人造皮膚（含有膚色、輪廓、頭發、視覺、牙齒、手爪等）。[1]人形機器人可以隨音樂起舞，可以行走、起臥，可以進行武術表演、翻跟頭等雜技以及各種奧運競賽動作。一般人形機器人還配有設計優良的控制系統，通過自身智能編程軟件便能自動完成整套動作。

國內外機器人教育研究現狀

隨著社會對人才標準的重新定位，用人單位對學生的綜合素質提出了更高的要求，而如何開設機器人課堂，采取什么樣的形式進行教學，則是提高學生的綜合素質首先要考慮的問題。目前，國外已經有一些相對比較成熟的機器人教育方案，而國內在這方面的研究并不多。筆者通過對現有文獻進行梳理，將國內外機器人教育的現狀進行了對照。

1.美國

美國基礎教育領域中的機器人教育主要有四種形式：一是機器人技術課程，一般開設在技術類課程中，其中教育計劃與項目占大多數；二是課外活動，類似我國的綜合實踐活動課程；三是機器人主題夏令營等定期活動；四是利用機器人技術作為輔助性工具來輔助其他課程的教學或者作為一種研究工具來培養學生能力，與此同時學習機器人技術知識，也可以歸為特殊的機器人教育形式。[2]

2.日本

在2014第十一屆上海教育博覽會教育國際化展上，日本蘿卜人科普俱樂部帶來了東京大學尖端科學研究中心特聘副教授高橋智隆開發的機器人課程，而機器人課程就是日本家長培養孩子動手解決問題的途徑之一。在這個課程中，孩子先聚在一起，討論搭什么樣的機器人、怎么搭，然后學習相應的物理知識，如齒輪怎樣結合能讓機器人跑得更快。

日本許多機器人的理念都是來自孩子自己的觀察，他們找到生活中的問題，教師再通過機器人課程，引導他們動手解決問題。掃地機器人、搬運機器人、爬繩機器人等都是日本的兒童在發現問題后發明的，并且這種能力的獲得是終身受益的，2015年8月，高橋智隆研發的“KIROBO”機器人順利登上了國際空間站，“KIROBO”的任務是陪宇航員聊天，而這個創意也是為了減少宇航員長期駐守空間站感受到的寂寞。

“附近有學校和居住小區，能不能建人行天橋？”在日本，這個看似應該是政府職能部門討論的問題，卻是小學三年級學生社會課上的一個研究課題。日本的爸爸媽媽很少讓孩子在周末上語、數、外等補習班，而是鼓勵他們去跳舞、搭機器人，培養他們的興趣和能力。除了學習和討論“怎樣解決問題”，如今，日本更注重培養孩子自己動手解決問題能力。[3]

3.中國

盧燕與趙曉聲在《中小學機器人教育的現狀與對策》一文中提到，近幾年，我國中小學機器人教育有了較快的發展，但整體尚處于起步階段。機器人教育仍有許多問題，主要有以下四點：

①教育行政部門的激勵機制不夠完善。

雖然機器人教育已經得到了國家的高度重視，也形成了良好的社會效應，但總體而言，教育行政部門的引導作用還不夠顯著，尤其是教育部和各省級教育行政部門還沒有出臺切實可行的機器人教育推動辦法。市、縣級教育行政部門既缺少國家和省級教育部門的政策支持，也缺少資金支持，所以往往處于心有余而力不足的被動局面。

②課程標準和評價機制缺失，機器人教學難以走進課堂。

教育部于2003年頒布的《普通高中技術課程標準（實驗）》首次在“通用技術”科目中設立了“簡易機器人制作”這一選修模塊，并在“信息技術”科目中也以選修的形式設立了“人工智能初步”模塊。雖然這一舉措在課程標準建設上算是邁出了第一步，但十幾年過去了，國家一直沒有對機器人課程或人工智能課程做進一步的完善和修改，尤其是沒有將機器人課程列入考試范圍，學校開展機器人教育既缺少明確的課程大綱指導，也缺少必要的考試評價機制，這都極大地制約著機器人課堂教學的開展。

③沒有統一的機器人教材，機器人產品各自為政。

國家課程標準的缺失和地方課程的滯后，導致機器人教育缺少統一的教材支持。目前，使用的機器人教材大多由機器人廠家提供，由于編寫過程缺乏科學規劃和教育工作者的參與，此類教材沒有明確的教學目標，更像是“產品說明書”或“產品用戶指南”，在實際教學中難以發揮作用。國家課程標準的缺失也導致市場上的機器人產品缺少統一規范，自成體系、互不兼容，開放共享程度很低。尤為重要的是，在投入生產前，對這些產品的論證沒有教育工作者的參與，換言之，這樣的機器人產品沒有教育理念的支持，嚴重降低了其教育價值。

④機器人競賽的價值導向存在誤區。

機器人競賽是普及機器人教育的重要途徑，它是一種任務設計導向的教育活動，其根本目的是教育。由于目前機器人教育沒有相應的考試評價機制，機器人競賽成了唯一的“顯性”測評手段，機器人教育的“投入產出效益”很大程度上只能通過競賽來體現。這直接影響了機器人競賽的價值取向——教育價值淡化，競賽成績高于一切。這導致機器人競賽存在商業化運作傾向，學生自主設計的程度降低，比賽中也經常見到惡性競爭。[4]

開展機器人創客教育的注意事項

教育創客對教育者來說，其中創客精神與學生旺盛的求知欲和在實踐中教學的教育思想不謀而合。雖然創客教育不會直接教授學生基礎知識，但在當“創客”的過程當中，學生將有機會運用到數學、物理、化學甚至藝術等多學科的知識。在創客教育中，學生不再是知識的被動接受者，而是身兼數學家、科學家、發明家等多重角色。創客教育所倡導的提出問題并利用自己的創造力解決問題的過程，對學生能力的培養至關重要。

1.創客選取

鑒于國內機器人教育的現狀，機器人創客教育可能無法在所有學生中實行。那么應如何選取適合的學生來參與機器人創客教育呢？只有一點，即必須出于學生自愿，真正有興趣的學生，才能自主地參與到課程中來，發揮自己的想象力，動手開發制作。

2.課堂開展

機器人創客教育的課堂應該是比較開放的。首先由教師向學生介紹機器人的相關知識、實驗室中工具的使用方法以及機器人常用的一些結構。隨后便由學生自行思考、創作。教師則作為一名點撥者、解惑者，幫助學生解決一些難以解決的問題。創客教育的課堂中，信息資源的分享也極為重要，教師可以讓學生在每節課的中間進行一次簡短的階段性作品展示及小結，并在課程臨近結束時做最終成果展示以及總結。

3.材料工具

機器人創客教育課堂中使用的材料以樂高機器人和人形機器人為主。在課程開設的初期，主要采用樂高機器人。樂高積木式機器人擁有非常多的零件，可供學生搭建成千上萬種不同的結構，滿足學生自主設計的基本要求。當然，樂高機器人也有局限性，許多的結構是樂高機器人無法完成的。因此，在課程中后期，教師可以引入人形機器人，與樂高機器人結合。人形機器人的可設計性更強，只要有一臺電腦、一臺雕刻機，學生就可以根據自己意愿來設計零件，完成組裝，設計出自己的作品。

總結

機器人教育雖已逐漸開展，但仍存在諸多的問題，如教學內容單一等。通常只進行機器人組裝、機器人調試兩方面的教學，無法取得較好的教學效果。機器人課堂的初衷，是讓學生在課堂中提升自己的綜合素質。因此，機器人創客教育概念的引入，可以拓寬學生的思維，引導學生進入更廣闊的創客、創造活動中。

參考文獻：

[1]孫學儉，于國輝，周文喬，等.對世界工業機器人發展特點的分析[J].機器人技術與應用，2002（3）.

[2]王益，張劍平.美國機器人教育的特點及其啟示[J].現代教育技術，2007（11）.

[3]東京大學“機器人課程”傳遞日本教育理念[EB/OL].http：//www.shedunews.com/zhuanti/xinwenzhuanti/2014expo11th/2014expo11th_zhrd/2014/04/11/632979.html.

[4]盧燕，趙曉聲.中小學機器人教育的現狀與對策[J].中小學信息技術教育，2011（11）.