機器人教育有望孕育出統整識能應用的新學習生態（下）

黃德好 劉黨生

● 我們必須重構相關生態

1.如何界定機器人教育的業內、業外？說真的不容易。

教育領域尤其是基礎教育領域，涉足機器人教育項目的經驗有限，除了社會上專注機器人教育的培訓機構外，還有眾多看似與教育關聯度不大的行業，它們對機器人教育發展的關注度倒是給了我們很多“意外”的反思。其中最出乎意料之外，又在情理之中的，恐怕就是我們將機器人教育納入到了文化的范疇，包括教育文化、校園文化和社會文化。

反思之一：機器人教育體現了國家育人的意志。在為期5天的2016世界機器人大會上，與機器人教育相關的話題貫穿了會議的各個方面（這在前幾屆的會議議程中是絕無僅有的），中共中央政治局委員、國務院副總理劉延東在致辭中指出，“當前，世界機器人技術發展開啟了人類經濟社會發展的新時代”。她倡議，各國要深入挖掘科技創新潛力，加大機器人重點領域的研發力度……推動各領域交叉融合和協同創新……加強創新人才培養，完善產學研用結合的協同育人機制和激勵評價機制，讓創新人才競相涌流……努力形成包容開放、資源共享、優勢互補的機器人發展格局。在機器人教育發展論壇上，中國教育技術協會學術委員會副主任劉雍潛等專家的演講分別圍繞“中國教育信息化的發展給機器人教育帶來的機遇與挑戰”“基于機器人技術的青少年電子信息水平能力評價體系”“面向未來的機器人人才浮華與創新”“新一代信息技術在青少年信息化人才培養中的應用與發展”“青少年機器人運動的國際化交流與實踐”“青少年機器人創客理論與實踐的融合發展”“決勝能力——青少年計算思維能力的構建”等話題展開；圓桌會議的主題也確定為“建設面向未來的青少年機器人教育體系”。

反思之二：機器人教育凸顯了新教改的變軌方向與施力重點。作為本屆大會唯一被安排了全天的一個論壇——機器人教育教學發展與標準論壇，委托中國陶行知研究會主持。中國陶行知研究會副會長、秘書長呂德雄先生稱其為機器人教學領域的一次盛會。除了教育部教育裝備研究與發展中心曹志祥主任作為論壇主席致辭外，教育部基礎司原司長鄭增儀先生也為分論壇作了“機器人教育與中小學教育相結合”的主旨報告，工業和信息化職業教育教學指導委員會秘書長兼工業與信息化部人事教育司人才工作處魏寧處長等分別作了相關發言。而在另一個機器人創客成長論壇上，教育部教育裝備發展與研究中心梁森山處長解讀了我國青少年科技教育與創客教育政策，教育部創新教育方法指導委員會陳言俊委員等分別論述了“基于大學專業實驗室的中小學教育師資培養體系”“創客時代的機器人教育”“創客教育能力培養體系及推廣模式”“普通高中技術課程標準建設”等話題。

反思之三：機器人教育也契合了中國傳統教育注重能力培育的主脈。漢朝之前的興學歷程、李約瑟筆下的《中國的科學與文明》（即《中國科學技術史》）、陶行知教育思想、近現代教育傳承，無不凸顯出東方教育人對工業、機械、工匠精神的重視與結合。不夸張地說，“陶學”的建構與推廣，有可能讓世人更全面地了解中國教育的內涵，了解華人教育的特質，了解東方教育在嚴謹與發散相結合點位上有別于官辦教育的另一面。

反思之四：機器人教育有可能成為現階段基礎教育變革歷程中得力的課程演繹“抓手”，成為深度試驗STEM教育與現行學科教材中的知識元素實現對接的有效杠桿。2016年世界機器人大會以“共創共享共贏，開啟智能時代”為主題，也恰好因應了創客教育全面孵化青少年健康成長的導引路線圖。

反思之五：機器人教育也面臨著社會各界站在自己視角上的價值評估與涉足，而這一現象最容易引起爭議。例如，某專業人才專委會主辦的“2016全球機器人人才創新設計大賽”引起了諸多觀點的碰撞。我們無意去檢測這件事情本身，但確實很期待社會各方都給予機器人教育良性的生存空間和發展前景，也期待社會各方能利用自己的專業優勢，為機器人教育添磚加瓦（而不是視這一項目為盈利機會）。機器人教育從來都是一個開放的領域，任何壟斷和短視的行為，都是對機器人教育的不理解、褻玩，甚至是誤傷。

2.我們嘗試勘探一番機器人教育有待開發的處女地。

第一，機器人教育的呈現形式，必須突破單線條的課程培訓的思維定勢。把開發、調動學生（學員）的主觀能動性放在首位?？茖W管理之父泰羅的一句話曾被很多人所熟知：“任何節約勞動、提高效率的行為都會取得最終的勝利。”浙江工業大學經貿管理學院教授王治平這樣解釋這句話：“這就是機器排斥勞動的結果。以機器人為代表的高產能智能技術來替代相對而言效率較低的人力勞動，是生產力與生產關系發展的規律，是社會進步的必然趨勢?！倍覀冋J為，來自中原的鄭州市教育局副局長的“聲音”可能更接近機器人教育的本質所在，即“創造是你來到這個世界的唯一目的，其他一切均為準備”。中國自上而下都非常重視創客教育和創客培養的國家環境可以為這句話作出背書，創客教育的表征就是基于項目、基于玩樂、基于動手的學習方式；而在這方面，機器人教育幾乎與之有著先天的契合度。

第二，機器人教育的承載架構，必須突破整機概念，而下移到套件、組件和散件的呈現形態?？萍冀逃殡S著時代發展而進步，從手工勞動課程里的折紙飛機到現在普及開展的電腦課教育是一個重要的發展階段，今天，從單純的電腦基礎課程學習進入融合多種學科知識的機器人教育學習，科技教育正迎來又一次新的飛躍。對于機器人教育而言，事實上，目前的機器人教育運作模式，乃至于運作手段，距離機器人教育應有的價值以及可以涵蓋的領域，還有非常大的空間——我們甚至可以這么斷言：機器人教育作為一種獨有的智能學習門類，其品牌意義，遠不是“搭建”“組裝”“拼器材”和“玩規則”所能涵蓋的，更不是簡單考級題庫、應知應會翻版所能囊括的。STEM教育也好，創客教育也罷，最得力的抓手乃至于最有可能實現與現行學科教學（學科知識）形成彼此照應的綜合實踐形式，機器人項目都是最佳選擇之一。

第三，機器人教育的舞臺形制，必須走開源兼容之路。機器人教育提供了一種素質教育、創新教育與前沿科技緊密結合的生動形式，系統專業地將素質教育落實到位，著重培養科學態度、科學方法、科學知識，這些正是科學素質教育的初衷所在。機器人教育具有實踐性強、探索性強和綜合性強的特點，有利于迅速接觸前沿研究，并有利于提高學生的創新能力和科學素養。機器人學習不只是組織課堂授課，開展一次專題學生活動或參加一次全國性、地區性的機器人競賽，而是利用科學的手段、科學探究的方法去研究科學本身，進而利用機器人課程上所學的知識和培養的科學方法來研究更多的領域。相信這次科學進程，將會讓中小學以前所未有的熱情期待即將到來的機器人教育時代。

第四，機器人教育的核心要義，必須緊跟機器人產業的步伐，注重傳感器應用和機械設計，乃至于融入工程規劃的思想。經過四十多年的發展，機器人技術已經取得長足發展，隨著機器人技術的進一步發展，機器人除了智能程度在持續提高外，其應用范圍也從工業向各個行業滲透。專家認為：智能機器人將成為繼家電和個人電腦后，第三個以超常規速度走向我們日常生活的產品。比爾·蓋茨在2007年就預言：“機器人將重復個人電腦的崛起之路，邁入家家戶戶，改變人類的生活方式。我們掌握的不再是高端技術，而是必須技能。提前學習，你就是走在時代最前列的人?！蔽覀冞€應該記住另一位名人凱文·凱利的類似思考：“技術給教育帶來了改變的精神。”

第五，機器人教育的游戲規則，必須擺脫企業定制或產品捆綁的功利烙印，走與學科知識單元滲透融合、與識能工匠意識無縫嫁接、與工程創造意識孵化并軌的新路。在拓展的進程中，創客教育最大的瓶頸是與現有學科教學的互聯互通，而機器人教育恰好因應了杠桿兩端的需求與期待，并且由于機器人教育本身的內涵和外延的特質效應，使得兩端資源的疊加產生出1+1>2的復合效應。光這一點，就已經突破了現有機器人產品設計的初衷，更挑戰著機器人競賽規則的功利短視特性。機器人產業必須形成聯動優勢，及早重構與社會大教育的多交叉生態環境，實現機器人教育可以達成的最大外延，并經由機器人教育促進新教改與深度學習的高度匹配。科技是第一生產力，對于教育來說，發現和激發每一個人的潛能，既是自我終身發展的需求，也是滿足社會進步的需要。我們有必要打破工業革命后形成的教育體系（采用一種流程化、線性、大規模地培養人才的方式）。

第六，機器人教育的課程設置，要借鑒教育機器人的開發理念，更多地、自如地游弋于教育自有的經驗教學與文化自有的時代使命感之間，形成校園與社會的良性過渡。不夸張地說，機器人項目有可能是現階段教育領域中不多的幾條緊密鏈接科技最新發展的紐帶之一，機器人技術是綜合了計算機、控制論、機構學、信息和傳感技術、人工智能、仿生學等多學科而形成的高新技術，是當代研究十分活躍、應用日益廣泛的領域。教育機器人是綜合了人的特長和機器特長的一種擬人的電子機械裝置，是一種仿人操作、自動控制、可重復編程、能在三維空間完成各種作業的機電一體化自動化機器學習設備。從某種意義上說，它既是機器進化過程的產物，也是深度學習的派生物。在推進機器人教育的過程中，我們尤其要注重這樣幾大特點：機械結構向模塊化、可重構化發展；控制系統向基于PC機的開放型控制器方向發展，便于標準化、網絡化；虛擬現實技術在機器人中的作用已從仿真、預演發展到用于過程控制；特別要借鑒當代遙控機器人系統的發展特點不追求全自治系統，而是致力于操作者與機器人的人機交互控制，即遙控加局部自主系統構成完整的監控遙控操作系統，使智能機器人走出實驗室，進入實用化階段。

第七，機器人教育的評價模式，亟待脫俗。機器人教育評價免不了脫俗之嫌至少有三個方面：首先是評價形式過于功利化，無論是考級還是競賽，都過于急功近利；其次是評價系統的單一化加速了課程直奔主題的追求，仿佛機器人教育只與機器人項目相關，而忽略了機器人教育對學生潛質的調動和開發；最后是評價甚少涉及過程性觀照，導致機器人教育呼之欲出的眾多特質被機器人本身所淹沒。事實上，機器人教育之所以被看好，除了淺顯易懂的動手能力訓練、工科環境的體驗以外，它的復合型價值內涵是目前機器人教育遠未企及的。例如，挑戰批判思維與計算思維的“沖突”；對于游戲規則的理解和利用；抽象思維與具象思維的聯動；工程規劃遭遇技術壁壘的突破；對非標器件的自力更生化解；化繁為簡的優化意識；觸類旁通的自我學習能力的自覺強化；等等。至于說到與現行學科知識的嫁接和貫通，那更是機器人教育的絕活。

第八，關于機器人教育的考績（不是考級），我們的建議是必須突破所謂基本類別[如知識目標（理論測試）、能力目標（實際操作）、情感目標（演示答辯）等]的框架局限，避免應試題庫記憶陰魂的輪回。考績應用應更傾向于倡導即時反應、團隊策略，做到選拔機制（如自主招生）與長板效應（專業遴選）相結合、潛質發掘與職業導向相結合、循序漸進與不拘一格相結合等。

● 我們有望最先融合國際

工業革命初期，亨利·福特曾發出這樣的感慨：“每次只需要一雙手，來的卻是一個人?！倍搅私裉?，面對一個嶄新的時期，我們一定要警示自己，避免再犯“每次需要一個人，來的卻是一雙手”的低級過失。

1.站在國際舞臺之上，我們首先要立足于工業4.0范疇的“大規模機器學習”和教育理解層面的“深度學習”這兩個視角的夾角，來定義今天乃至未來的機器人教育。

融入路線圖之一：機器學習研究的是從數據中自動歸納邏輯或規則，并根據這個歸納的結果與新數據來進行預測的算法。在機器學習的應用上，我們接觸到的各種問題、算法、技術等看似復雜，但主要可以看成兩個方面：一方面是根據要建模的問題和應用的數據，確定模型的representation方案，另一方面是在representation的無限種可能中去尋找最優的模型的optimization方法。“大規模機器學習”所涉及的就是從這兩個方面去解決應用大規模的數據時的理論和工程上的問題。因此，大規模機器學習的知識構成，從本質上可以說是由機器學習系統、并行計算、分布式系統三個Domain的知識構成。機器學習應用的問題，本質上包括建模（representation）和求解（optimization），這就與“深度學習”初始概念（源于人工神經網絡的研究）形成了太多的交集，也因其通過組合低層特征形成更加抽象的高層表示屬性類別或特征，以發現數據的分布式特征表示特定的深度學習結構，被傳統教育所接納。

融入路線圖之二：機器人教育模式之辨。國際機器人教育研究院致力于海內外機器人教育的理念樹立與引領建構研究，致力于未來機器人教育產品開發的導向與產學研一體化推進，致力于機器人教育新思維、新課程與既有學科教學之間的滲透和融合。重點鎖定國內機器人教育企業三大流派中的中國系（另外兩個是樂高系、韓國系）產品，以及課程整體較樂高系和韓國系偏弱的現狀。在優化其看好對學生動手能力的鍛煉，選擇拼搭入門的特點基礎上，特別輔導課程向提高孩子的邏輯思維能力方向訓練。一方面，在通過硬件的方式教孩子學軟件的編程方面，更傾向于滿足圖形化的簡單編程，止步于適度參與；另一方面，在模塊化硬件的自由組配，以及軟件編程的開放度方面，研究院正在研發一款兼容性良好的低結構模塊化通用機器人產品，同時也在調研和設計中高端的通適性國際品牌（包括課程、評價系統）的孵化。

融入路線圖之三：建立開源的機器人教育實驗室。由于智能機器人幾乎集成了數學、物理、化學、生物、機械、電子、材料、能源、計算機硬件、軟件等眾多領域，所以它也派生出N+1種機器人實驗室的樣式。就其形制而言，目前市面上絕大多數的機器人教育實驗室都擺脫不了這樣三種：一是機器人展示實驗室——側重展示和表演，屬于櫥窗類；二是單一機器人類型的偽功能實驗室——學生雖然有能夠動手的環節，但是可以按照自己的意愿開發機器人的幾率非常之少；三是競技類機器人實驗室——拼的是硬件和升級，注重的是對競賽游戲規則的解析和針對性策略的研究，以及不厭其煩的訓練。鑒于此，我們給出的拓展性建議是：首先，尋找機器人教育與產品之間的最大公約數，盡快地形成機器人實驗室對各種各類機器人產品的兼容性；其次，建議在機器人教育過程中，更多地傾向于機器人項目（不是單一產品）的聯動滲透；再次，強烈建議優先武裝機器人實驗室，使之兼容3D打印、編程等創客元素，形成以機器人特色為主干的創客活動空間；最后，建議機器人實驗室優先成為教師的全科師資培訓工作室，鼓勵盡可能多的不同學科的教師來此跨界體驗，尋找與自己所熟悉的學科門類之間的交叉點。

2.可能的機器人教育實驗生態設計描述——眾籌、社群、社交式學習。需要說明的是，下面所述的機器人教育實驗生態，不再拘泥于上述的機器人教育實驗室，而是更側重于學校文化、學校特色和學校品牌的學習生態綜合規劃。針對特色教育，尤其是貼合當前時代特性的辦學特色定位的課程達成度，始終是橫亙在學校首長面前的一大難題，這里不僅包括了師資、教材、入口、出口等因素的考量，更意味著特色定位和可持續發展的遠瞻，尤其是與國家課程、地方課程相結合的空間的預留。

生態設計1.0版：眾籌。例如，由于得到了國務院公布的《關于政府向社會力量購買服務的指導意見》的政策支撐，北京、上海等地率先推行的“學校向社會購買服務”模式發展非?？旖?。各級社會建設專項資金購買社會組織服務，以滿足社會需求、解決社會問題為重點，主要支持擴大和新增公共服務，多元參與社會治理和社會公益類項目。同時，通過購買服務的方式，促使更多的社會組織參與社會事務，培育和發展社會組織，從而推動現代社會組織制度的建立，加快構建“樞紐型”社會組織工作體系。

生態設計2.0版：社群。其優勢在于能夠跨越更大的時空界限，調用更多的技術手段，為學習者的需求創造新的學習場所。雙師（主講+助教）模式就是其經典應用。最早時候，大多采用教師負責課程的研發，通過在線的方式傳播到遠端，屬于純單向輸出。目前，已經有教學培訓實體采用“遠程同步授課”模式，同時參與模式的有四個角色：教師——課程的講授者，項目經理——負責課后答疑，助教——教師講完知識點后串講這些知識點（助教和項目經理只負責一個班級），教研——研發課程教材。研發團隊除了研發標準化的課件外，還要研發一套與課程相配套的類似于“劇本”的內容。這套劇本甚至比標準化課程還要詳細，它會將教師講課的每一個細節標準化，以進一步提高教師講課的模式和標準化。結合授課過程中和學生的互動、對學生上課效果的即時反饋，教師能有針對性地開發該系統，使其涵蓋教學中的所有環節，包括教材、講義、作業、課堂練習等都會在系統上完成。對于培訓機構而言，相對于其在擴張過程中面臨的師資不平衡、線下校區房租成本高等難題，雙師模式不失為一種節約成本、規模化發揮教師最大價值的方式。

生態設計3.0版：共創。改變線性教育（它非常容易讓人們忘記教育的目的，只關注幫助學生們順利達到下一站）的主陣地依舊在學校，學校將扮演更為重要的角色。它不是課程標準、教材以及評價實施中的一個極為被動的組織環節，而是一個“為了學生”能夠按需創建課程、營造豐富多彩的人生經歷的主陣地。隨著大數據和智能時代的到來，“新計劃經濟”勢必會影響明天的教育，而機器人教育在浪潮中無疑會走在教改的前列。因此，我們在籌謀明天的發展時，一定要把機器人教育與個性教育、智能教育、資本市場、時代未來，乃至國際教育同步共振諸環節一并考慮。目前，我們正在布局機器人教育國際合作項目的一系列專項開發，希冀達成與國際教育的共振、與科技進步的共創、與時代發展的共鳴。