教育機器人與機器人教育：未來教育的工具和方法

陳染

2017年5月，中國圍棋烏鎮峰會在烏鎮互聯網國際會展中心召開，重出江湖的人工智能程序AlphaGo以4：0的戰績再一次戰勝人類頂尖棋手。據AlphaGo的開發者DeepMind表示，經過升級的AlphaGo的版本比1年前的版本提高二子水平，這再次標志著人類的“智慧堡壘”不僅被攻克，而且已經無法追趕人工智能發展的腳步了。隨著人工智能時代的來臨，越來越多的職業正在被具有人工智能的機器人所取代，給人們帶來危機的同時，也帶來了更多的機遇。作為一項面向未來的事業，只有讓學生在基礎教育階段掌握一定的機器人知識，才能在未來世界中抓住機遇，迎接挑戰。認識機器人、學習機器人的最好方式，就是通過動手，讓教育機器人幫助學生建立起自己的知識。

顧名思義，教育機器人就是應用于教育領域的機器人，有廣義和狹義之分。廣義的教育機器人是指具有輔助教學、管理教學、處理教學事務乃至主持教學等功能的機器人（彭紹東，2002）。而狹義上的教育機器人是指以面向教育領域專門研發以培養學生分析能力、創造能力和實踐能力為目標的機器人（黃榮懷，2017）。一般來說，面向基礎教育領域的教育機器人是指狹義上的教育機器人。

狹義上的教育機器人有不同的形態、技術和面向群體。從形態上看，由主板、傳感器、運動模塊和功能模塊組成，它的形態可以是有定型的，也可以是無定型的積木式機器人；從技術上看，機器人融合了機械設計、單片機、傳感器、人工智能等方面的技術，學生在參與機器人活動的時候能夠得到多項知識技能的鍛煉和提升。

作為使用教育機器人的方法，機器人教育培養學生對機器人的設計和操作。它的使用群體涵蓋了小學、中學、大學，以及成人群體，每一個使用群體包含不同的教育主題。在基礎教育階段，不同類型的教育機器人的培養重點各不相同，有的著重培養學生的動手制作能力，有的著重培養編程能力，還有的著重于人工智能、人機交互等不同方面。

教育機器人50年：從一枝獨秀到百花齊放

20世紀40年代末期，美國生理學家、機器人專家威廉·華爾特（William Grey Walter）設計了機器人小海龜（Turtle），用于機械工程培訓。1968年，在麻省理工學院媒體實驗室工作的西摩爾·派普特（Seymour Papert）決定開發面向兒童的教育機器人套件。派普特在小海龜上加裝了一支筆，學生可以使用他開發的Logo兒童編程語言控制小海龜繪圖，成為教育機器人的起源。

1980年，派普特將他的思想寫成《頭腦風暴：兒童、計算機及充滿活力的創意》（Mindstorms：Children，Computers and Powerful ideas）一書。派普特在書中闡釋了對于“做中學”的建構主義學習理論，讓孩子去理解編程及機器人。派普特的思想啟發了時任樂高（Lego）公司首席執行官的克伊爾德·克里斯丁森（Kjeld Kirk Kristiansen），樂高決定與麻省理工學院媒體實驗室合作，開發智能積木，將計算機程序與樂高融合起來，并于1998年發布了第1代頭腦風暴（Mindstorms）教育機器人。從此，教育機器人逐漸從實驗室走進學校、社區，成為一種被教師、家長和學生廣為認同的教學工具。

隨著教育機器人技術的成熟和發展，樂高先后在2006年推出第2代Mindstorms NXT，2013年推出第3代Mindstorms EV3，進一步刺激越來越多的創業者投入到教育機器人產業的生產、研發、服務中，各家開發出不同特色的機器人，形成百花齊放的產業格局。

機器人教育15年：從方法探索到理念融合

自教育機器人誕生起，機器人教育就成了教育者致力研究的主題。從2000年到2003年，我國的少數學校開始對機器人教育進行初步嘗試和探索，取得了一定的成效。2003年4月，教育部正式發布《普通高中技術課程（實驗）標準》，首次將“簡易機器人”制作納入通用技術課程選修模塊，正式啟動了我國的教育機器人的發展。

從2003年起，我國以機器人競賽的形式推動機器人教育的發展，積極參與并承辦國際機器人比賽，如2006年在南寧舉行的國際機器人奧林匹克大賽、2008年蘇州及2015年合肥舉行的機器人大賽。在國內，面向中小學舉行機器人競賽也受到了眾多學校的歡迎，例如中國科學技術協會主辦的中國青少年機器人競賽，設立了機器人綜合技能比賽、FLL機器人工程挑戰賽、VEX機器人工程挑戰賽、機器人創意比賽、WER工程挑戰賽等比賽項目。經過十幾年探索，機器人教育得到了長足進步，一批批學生以校本課程或興趣小組的形式，得到了綜合能力的鍛煉。

近幾年，隨著創客運動的深入，越來越多的科技教師將創客教育理念與機器人教育相融合，為機器人教育賦予了多樣化的方式。學生學習機器人的動力從單純的比賽任務驅動，擴展到創客項目的學習，拓展了機器人教育的深度。

在創客運動的背景下，教育機器人成為創新課程的載體。教育機器人是學生實現創客作品智能化的工具，且能更好地服務于STEAM學習。在創客理念之下，機器人教育中教師的角色從主導者轉變為支持者；學生的學習形式更加多樣化，動手時間更充足；課程更加注重分享與交流，學生分享想法和資源，還可以在其他同學的作品基礎上繼續創作。這些教學理念上的轉變，讓教育機器人發揮更大的作用。

創客教育為機器人賦予更多可能的形式，打破了材料運用的局限。例如，運用3D打印機等工具，與機器人主板和基本構建結合起來，方便學生更好地完成機器人項目。這種理念也悄然改變了機器人比賽，比如廣州市中小學電腦機器人競賽活動的競賽項目“智能機器人垃圾分類”，就要求參賽學生必須用3D打印機完成機器人配件的制作。

教育機器人的多樣化發展產生了更加豐富的機器人教育活動，機器人教育的理念變化則挖掘了更多教育機器人的潛能，成為面向未來的工具和方法。

本文圖片提供：廣州中鳴數碼科技有限公司

參考文獻

[1]彭紹東.論教育機器人（上）.電化教育研究，2002（6）

[2]黃榮懷等.教育機器人的發展現狀與趨勢.現代教育技術，2017（1）

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[4] Fred Martin. To Mindstorms and Beyond：Evolution of a Construction Kit for Magical Machines， 2001

[5]樂高頭腦風暴機器人的歷史.https：//www.lego.com/en-us/mindstorms/history

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