我國機器人教育研究熱點分析*
——基于詞頻分析和社會網絡分析

盧曉琦，秦 健

（陜西師范大學 教育學院，陜西 西安 037009）

一、引言

隨著人工智能、創客教育和STEM教育的發展，機器人教育有了新的發展方向，并成為近年來教育領域的研究熱點。機器人教育如何在中小學落地，成為研究者關注的焦點。王珂[1]等人從當前機器人教育存在的問題的角度梳理了機器人教育的發展趨勢及未來把握。李俊港、李呈玉[2]等人也紛紛結合機器人教學現狀和教學實踐對機器人教育現狀進行思考和分析。但總的來說，目前對于機器人教育的研究方法單一、研究者局限、研究熱點和未來發展趨勢不明確等問題。本研究綜合采用詞頻分析、社會網絡分析等可視化方法，梳理并闡釋了我國機器人教育研究的熱點和趨勢，并對存在的問題提出可行性的建議。以期為機器人教育的實踐與研究提供參考。

二、數據、方法與工具

1.數據來源

在中國知網（CNKI）的高級檢索中，分別以期刊和博碩士為來源，以主題 =“機器人教育”或含“機器人教學”，時間限定為2012－2017，檢索出349篇文章 ，包括期刊論文321篇，博碩士論文28篇。除去會議通知 、征稿說明等與本研究無關的內容，剩余可用文獻為 333篇。保存成NoteFirst格式的文件。

2.研究方法

本文主要采用詞頻分析和共詞分析法。

詞頻分析主要對反映文獻核心內容關鍵詞出現的頻次進行統計。如果一個關鍵詞在該領域文獻中反復出現，那么該詞就能反映這一領域的研究熱點和發展態勢。

共詞分析法指的是當兩個可以代表某一學科領域研究主題的關鍵詞在一篇文獻中同時出現時，表明這兩個詞之間具有一定的關系，出現的次數越多，代表它們的關系越緊密。

將國內機器人教育相關論文中的關鍵詞加以提取、修改、統計，從而歸納出該領域的研究熱點、主題與發展趨勢。

3.研究工具與思路

首先將與主題相關的文獻在中國知網的文獻管理中心中輸出為NoteFirst格式；然后導入書目共現分析系統Bicomb中進行關鍵詞、發表年份、所屬期刊等和相應的共詞矩陣的提取和統計分析；最后把關鍵詞共現矩陣導入社會網絡分析軟件Ucinet中，繪制機器人教育相關文獻中關鍵詞的社會網絡關系圖譜。把發表年份和所屬機構等統計結果導出到Excel中，并繪制相應的折線圖和柱形圖。

三、數據統計與結果分析

1.論文發表年份分布

機器人教育領域每年的文獻發表數量能在側面反映出機器人教育研究的發展速度和理論水平。如圖1所示，2012～2017年國內共發表機器人教育相關文獻333篇，由于2017年的時間節點的限制，目前僅有18篇相關文獻，2012年發表文獻52篇，2016年發表文獻數量為76篇。文獻數量保持相對平穩；但可以從這些數據中看出機器人教育的相關研究還沒有受到足夠的重視，機器人教育的理論研究不足，導致機器人教育發展速度緩慢。近幾年為提高國人的創造力、問題解決能力等綜合素質，創客教育、STEM教育的不斷興起，機器人教育作為創客教育和STEM教育的一部分，也將從以前的機器人教育中不斷變革，以機器人教學和機器人競賽相結合的方式，成為新時代的一大發展趨勢。

圖1 2012-2017機器人教育發文量統計

2.作者所屬機構分布

通過論文的所屬機構體現領域研究的主要機構和團隊力量的分布。如圖2所示，從論文所屬機構分布圖中得出發表論文2篇及以上的機構有12個；發文量最多的是蘭州大學教育學院，有5篇。從研究機構來看，有關機器人教育的研究大多存在于各大高校，且多為師范大學和工程類大學，同時也有一部分職業技術院校開展了相關研究，中小學校的研究力量相對薄弱。但目前研究力量中知名大學相對較少，有的大學才剛剛引進機器人教育。機器人教育是學校對學生進行工程教育的重要抓手,在各類學校開展機器人教育,研究機器人的教育價值,對加快教育改革和機器人教育的發展,提高學生的創新能力和跨學科整合能力的發展具有重要的現實意義。[3]因此，由高校研究機構帶頭研究，與中小學校合作，深入中小學一線進行跟蹤研究。同時中小學校也要積極組織相關教師進行機器人教育的研究，共同促進機器人教育的發展。

3.高頻關鍵詞分析

圖2 論文所屬機構分布

某個領域的熱點可以通過高頻關鍵詞反映出來。某一研究領域在一段時期的很多研究成果的關鍵詞集合，可以反映出該領域的研究主題、發展走向以及熱點等[4]。本文通過B icomb書目共現分析系統提取關鍵詞，并在提取過程中修改并刪除部分意義相同或者無效的關鍵詞。高頻關鍵詞選擇的標準一般為高頻詞累計頻次達到總頻次的40%左右的部分[5]，但由于本研究各方面條件的限制，40%左右的關鍵詞出現頻次較低，且數量較多。因此，本研究選擇詞頻大于等于6的27個關鍵詞作為高頻關鍵詞，代表了國內近年來機器人教育研究的熱點，如表1所示。

表1 我國機器人教育高頻關鍵詞表

除去“機器人教育”主要檢索詞外，排在前10位的高頻關鍵詞依次為:機器人教學（52次）、創新（36次）、中小學（27 次）、信息技術（21 次）、智能機器人（18 次）、機器人競賽（18次）、基于項目的學習（12次）、校本課程（10 次）、Arduino（10 次）、職業教育（10 次）。 這 10 個核心高頻關鍵詞反映了國內機器人教育研究所關注的焦點。可以得出目前各類研究者所關注的焦點已從對機器人教育基本概念和理論基礎的探討，過渡到了機器人教育在具體教育領域的實踐應用、教學模式設計及教學效果評價等。

4.社會網絡分析

為了進一步分析近年來我國機器人教育研究熱點的聯系，本研究在書目共現分析系統中通過對關鍵詞的提取、統計最終形成共現矩陣，并保存成txt格式的文件，隨后用社會網絡分析軟件Ucinet打開此文本，最終描繪出基于中介中心度（Betweenness）的高頻關鍵詞社會網絡關系圖譜，如圖3所示。

圖3 高頻關鍵詞社會網絡關系圖譜

圖3中的正方形節點越大表示該節點在整個網絡中作用越大，表示節點之間關系的實線越粗，這兩個節點所代表的關鍵詞的關系越緊密。因此，從節點大小來看，我們能夠得出近年來對機器人教育的研究主要集中在對機器人教學的研究。機器人教育由機器人教學和競賽組成，目前機器人競賽非?；鸨?，但是由上圖可以看出，機器人競賽相關研究卻不是很多，原因在于機器人競賽主要是由公司企業等非研究機構發起和組織。除此之外，機器人教育的研究主要針對的是中小學機器人教育，并且機器人教育大多是作為中小學信息技術課程創新的一個方面；從節點之間的關系來看，與機器人教育關系最緊密的是中小學，而與中小學關系最緊密的是機器人教學和創新，與機器人教學關系最密切的是信息技術、自主學習等?？梢钥闯鰢鴥葘W者比較認同將機器人教育引進中小學，作為目前提升學生創造力的一項內容；同時還關注基于項目的學習、創客教育背景下的機器人教學模式和教學方法的研究；從圖中的自主學習、合作學習等詞可以看出，機器人教育在培養學生自主學習、合作學習等方面的能力功不可沒。

四、國內機器人教育研究熱點和趨勢分析

通過查閱相關文獻，以及機器人教育研究的高頻關鍵詞表和社會網絡關系圖譜，本研究對機器人教育領域目前的研究熱點和研究趨勢進行了如下分析。

1.中心節點——目前的研究熱點

（1）中小學機器人教育——信息技術課程創新

目前機器人教育不斷被引進中小學，以興趣班或者社團的形式展開，作為信息技術課程創新的一部分。很多研究者也認為，以社團形式而非必修課程的形式開展的機器人教育更符合機器人教育的初心。通過社團學習，多樣化的學習者合作完成任務，集思廣益，各自發揮優勢，并最終完成可以分享的機器人作品。

（2）創客教育、STEM教育和機器人教育相互融合

隨著創客教育和STEM教育理念的提出，傳統的機器人教育有了新的發展思路，創客視域下的機器人教育，對機械結構的要求并沒有傳統的機器人競賽要求那么高。設計一個完成特定任務的機器人，可以成為創客教育的一個教學情境。這就為機器人教學過程中的教學模式、活動、評價等各方面的都提供了很多思路。鐘博昌等研究者也指出，技術類課程尤其是機器人課程是開展創客教育先導課程[6]。同時通過創客教育和STEM教育融合理念的指導，機器人教學過程將各學科知識整合，進而培養學生的跨學科整合思維以及分享精神。

（3）機器人教育與競賽相互促進

機器人競賽平臺是對傳統課堂教育的完美補充。目前研究比較熱的，參與度比較高的機器人競賽多為輔助教學類的，這類比賽的主要路徑是把機器人競賽作為機器人教育中間重要的模塊或環節，通過這種機器人比賽可以讓學生充分的把機器人競賽當成項目化教學目標，培養他們的綜合實踐能力。

2.邊緣節點——未來的研究熱點

（1）更加個性化的機器人教育課程——校本課程

機器人教育校本課程強調以學生為主體，以培養學生的創新實踐能力為目標，充分帶動學校、社會、公司的各類資源，一起完成課程建設[7]。機器人教育校本課程的建立，不僅使學校的機器人教育各具特色，還為機器人創業者提供與學校合作的機會，為機器人教育提供了更寬闊的發展空間。

（2）更高領域的研究機構——高等教育、職業教育

創業團隊的紛紛成立，相對應的是更加多樣化的教育機器人產品，為什么有這種機器人又有那種機器人，是因為不能讓孩子輸在起跑線上，有些機器人適合高中生用，而另外一些機器人適合8-12歲的小學生用。機器人教育要不僅要在中小學開展，高等教育和職業教育也可以因地制宜地引進機器人教育，為在校大學生提供更多的發展機會，同時也為機器人教育注入更多的研究力量，共同促進機器人教育的發展。

（3）更多新興技術與機器人教育的融合

“互聯網+”在給我們帶來便利的同時，也為教育帶來了很多的發展機遇。同樣，“互聯網+機器人教育”無疑為機器人教育的帶來新的發展思路。隨著微課、慕課不斷發展，國內也有少部分研究者開始研究微課在機器人教育中的應用，提出微課作為機器人教育的導學部分，同時也有部分研究者針對中小學機器人課程實操性較強的特點，構造了基于“微課”和“研學案”的機器人教學模式。其次，目前很多機器人可以通過手機控制，機器人與手機的配合越來越流暢，機器人與手機的兼容性越來越好例如，編程貓手機App的獎勵機制?？上攵苿訉W習支持下的機器人教育的相關研究將會成為今后的研究熱點。

（4）更加寬廣的機器人教育應用領域

機器人教育不斷向殘疾人教學引進。隨著智能社會的來臨，國家越來越重視機器人教育的普及，倡導“普惠教育”，機器人教育也不斷降低門檻。從3歲少兒開始感知機器人到高等研究機構對機器人高端技術的研究，機器人教育的研究領域不斷擴展，并逐漸關注到對殘疾人群的教育，通過機器人與智障兒童的互動來鍛煉其交流溝通能力。機器人教育如何在殘疾人群中開展應收受到更多研究者的重視。

五、建議

1.加強機器人教育的相關理論研究

目前的機器人教育由于公司企業的推動，多以機器人競賽的形式為主。雖然機器人教學也在進行，但最終目的依然會定位到比賽。不可否認機器人競賽也是機器人教育的一部分，能夠鍛煉學生各方面的能力，同時也可作為評價學生學習的一個方面。但是我們更應該重視機器人教育的理論研究，為機器人教學提供理論支持。通過回答機器人教育到底培養學生什么樣的核心素養等一系列問題，讓機器人教育走進學校和課堂中，從人才培養的角度，從素質教育的目標出發，通過學生的動手實踐，自主學習、編程等一系列教學活動培養學生的科學素養、問題解決和創新能力。

2.加強合作共享，共筑機器人教育的發展

為了響應國家政策，大部分中小學校都引進了各種設備，建立了創客空間，購買大批了機器人零件和開源硬件等。至于如何組織機器人教學，運用什么樣的課程體系等一系列的機器人教育的解決方案是目前中小學存在的問題。這就要求各個中小學、高校、職業院校企業齊努力，共同促進機器人教育的快速發展。如圖4所示，在機器人公司提供的技術、產品和平臺的支持下，各類學校合作，共同探究研發完善的機器人課程體系，促進機器人教育的發展。

圖4 機器人教育發展模式圖

3.由解決技術問題，導向實際生活問題.

目前的機器人教育教學大都是解決機器人領域的技術問題，典型的如尋跡問題，而非指向實際生活問題[8]。面對這樣的問題，機器人教學過程中應該引導學生關注現實世界中存在的問題，以項目式學習的方式，激發學生的學習動機，帶領學生自主探索解決辦法，進而提高其解決問題的能力。機器人公司也開始關注這個問題，卡耐基梅隆大學機器人學院 ROBOTC課程內容中涵蓋大量從實際工程問題提取出來的競賽任務[9]。例如某機器人競賽主題是環境保育和太空救援，讓孩子在比賽中不僅獲得機器人知識，還能正視目前的環境問題，對太空探索產生興趣，這無疑也是一個讓機器人教育導向實際生活問題的發展方向。

4.機器人教育的評價體系的建立

機器人教育的效果如何，最終還是要落實到評價這個不可缺少的環節上。機器人教育的評價與其他學科的學習評價不同。機器人教育的評價要求由教師、同學、家長、公司、社會人士和學生共同來完成。它強調對創造制品過程的評價，真正做到了多種評價方式的良好結合，重視學生的參與性[10]。機器人教學評價的內容主要包括方案制定、硬件搭建與優化、作品展示與交流等，其中表現性評價目標體現在如圖5所示的幾個方面。[11]據此，我們應該研究更為準確的機器人教育評價體系，可以建立創客教育理念下的機器人教育評價體系，例如增加創意設計等方面的評價。加快機器人教育與學校教育的深度融合。

圖5 表現性評價目標圖

5.建設供學生展示和分享的空間和平臺

目前的機器人教育過程中，由于各種條件的限制，很多孩子缺少展示的平臺。我們應該給孩子提供更多的線上和線下的展示平臺，讓孩子們盡情的展示自己，并學會和他人溝通分享。例如，像“3done”社區和“好好搭搭”社區已經完成了部分功能，但是分享還沒有形成一種習慣。我們要不斷完善類似的展示平臺和空間，培養孩子的分享意識。

六、結語

機器人作為教育信息化的新載體，正在全面走進學校課堂、家庭和社區。在中小學全面推進機器人教育與創客活動，對提升青少年的創新能力和實踐能力，具有重要的意義。隨著人工智能時代的到來，機器人教育可能會像計算機的發展一樣，潛移默化地進入人們的生活，與計算機一樣成為21世紀公民的必備技能。少年強則國強，機器人教育關乎到我國未來機器人產業接班人的培育，直接影響我國機器人行業持續發展的能力。普及機器人教育需要參照“計算機的普及要從娃娃抓起”的做法，讓機器人教育的普及也從娃娃抓起，加快機器人走進中小學課堂的步伐。政府管理部門、學校、企業、家庭也要齊心協力，提出機器人教育的相關標準，共同促進機器人教育的發展，為我國機器人的發展注入強大動力。

[1]王珂.機器人教育的發展趨勢及未來把握[J].機器人產業,2016(3):48-52.

[2]李俊港.關于中小學機器人教育的思考與分析[J].求知導刊,2016(5):53.

[3]王玉玨.我國高校工科機器人教育發展現狀及對策研究[D].蘭州大學,2013.

[4]卜彩麗,張寶輝.我國翻轉課堂研究熱點、主題與發展趨勢解析——基于共詞分析的知識圖譜研究[J].教育導刊,2015(9):48-53.

[5]陳瑜林.我國教育技術主要研究領域的歷史演進——基于CNKI“兩刊”關鍵詞、主題詞的類團分析[J].電化教育研究,2012(8):39-40.

[6]鐘柏昌.談創客教育的背景、本質、形式與支持系統[J].現代教育技術,2016,26(6):13-19.

[7]胡兵華,何少莎,王小根.中小學機器人教育的校本課程開發探討[J].中國教育信息化,2009(2):15-17.

[8]鐘柏昌.中小學機器人教育的困境與突圍[J].人民教育,2016(12):52-55.

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[10]張爽,王小根,趙康健.創客教育視域下中小學機器人教學模型構建[J].中國教育信息化,2016(12):19-22.

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