我國兒童課外機器人教育特點及發展建議

王葉 郭培才 陳炎輝 戴程

摘要：為了了解福州市課外機器人教育發展現狀，特別是在實際教學過程中存在的問題和困境，我們對福州市五家課外機器人培訓機構教學進行了一系列的調查分析，結果顯示，盡管我國機器人教育產業由來已久，發展仍然不盡完善，存在專業師資匱乏、課程體系混亂、影響小眾等諸多問題。由此提出一些應對措施及發展建議，包括加強校企合作，培訓優秀師資；重視思維培養，明確機器人教育定位；成立機器人教育協會，推進行業標準制定；創新教育形式，推動機器人教育普及化；開發網絡線上課程等。

關鍵詞：機器人教育；課外機器人教育；普及化

中圖分類號：{G40-01} 文獻標志碼：A 文章編號：1674-9324（2018）47-0220-03

一、幼兒機器人教育市場特點

在人工智能發展背景下，伴隨著我國基礎教育課程改革的不斷深化，我國青少年兒童機器人教育迎來了很好的發展機會，只有開展機器人教育，才能使我們不在人工智能時代落后。“機器人作為一個平臺能使學生全面綜合地了解現代工業設計、機械、電子、傳感器、計算機軟件、硬件、人機交互、人工智能等諸多領域的先進技術，并親身接觸和體驗現代高新技術，在學生獲得科技知識和實踐能力的同時激發他們的創新意識和創造發明的潛能。”[1]在實際教學中，機器人教育的工程思維理念和教育價值正逐漸被社會認可接受。然而，機器人教育作為必修課程進入中小學課堂是一個長期的發展歷程，扶持機器人教育市場發展就成為解決教育需求，實現社會效益和經濟效益的有效手段，也為機器人教育、創客教育進課堂做出了有益探索。盡管機器人教育作為教育形式引入我國已有十多年的時間，最開始是一些培訓機構作為課外培訓內容來培養孩子的動手能力和創新能力，后來被一些學校作為信息技術教育的載體列入選修課程，但實驗室及教具等硬件投入過大以及專業師資匱乏一直是機器人教育正式進入必修課的障礙，到目前流行的創客空間和創客教育，又讓機器人教育發展打開了一片天地。那么，具有如此強烈時代色彩和技術意義的教育板塊，機器人教育市場現狀如何，發展方向又在哪里。為了得到一手信息，我們調查了福州市的五所開設有機器人教育課程的幼兒園及托管機構，共142名學員。對學生情況，家長情況以及教師情況進行了調查分析，得到了如下數據：在實際調查中，我們發現盡管采用分班制度，調查對象的年齡差異仍然較大，分別在4-12歲不等，有的班級年齡差最多達到了6歲（4歲-10歲）。學員性別也略為失衡，男生占比63%，女生占37%，由此看來，融合了機械原理、電子傳感器、計算機軟硬件及人工智能等眾多先進技術的機器人教育對女生學員的吸引力相對較低。如何讓機器人教育能吸引更多的女孩子，促進創客教育的公平，是機器人教育研究的重要課題。在機器人教育吸引因素的調查中，機器人外觀設計46%，編程設計為27%，綜合知識占比17%，其他因素占比10%，說明在幼兒園及小學階段，機器人的外觀搭建和設計是吸引孩子最重要的因素，這符合該階段孩子的喜好和接受力，但是目前課堂采用的教具以樂高玩具為主，通常都是設計定型的既成產品，且在教學活動中由現成的造型事例，學員只需要模仿或者局部調整，實際上限制了學員創造力的發揮。

我們還以問卷形式調查了家長對機器人教育的態度，參加調查的一共有83位學員家長，認為自己十分了解機器人教育的只有5位，占總人數比例僅為6%，基本了解的為37，占比45%，略有了解的為41，占比49%。可見盡管很多家長選擇送孩子參加機器人教育培訓，大部分家長卻不清楚機器人教育的內涵和本質，對機器人教育能帶給孩子的也一知半解。但令人欣慰的是，大部分家長對機器人教育都持開放的心態，認為孩子應該接受此類教育，并相信能帶來有益效果。

那么，作為機器人教育的課堂實施者和主導者，教師又是怎樣看待課外機器人教育的發展狀況的呢？受訪的12名教師各自談了自己的想法以及機器人教育課外培訓機構發展的困境。我們將觀點整理起來，主要以下幾個方面：一是缺少完整規范的課程體系。教師們拿到的多是零碎的教學內容，沒有根據學員學齡和機器人知識體系編訂的系統性教材，到底什么樣的知識適合教授給什么年齡的孩子，這讓非專業出生的教師們也不自信；二是機器人教師的專業培訓不足，在12名教師中，計算機相關專業的有5人，教育學專業的4人，其他專業3人，均只接受過短期的崗前培訓，這樣就難以建立機器人系統知識體系，更談不上課堂上的融會貫通。

二、對策與建議

1.加強校企合作，培訓優秀師資。與傳統信息技術課程相比，機器人教育對教師的知識技能和教育技能要求更高，不僅需要掌握更多的機器人學科知識，更要掌握綜合的教學方法，作為Steam教育的重要代表，機器人教育融合了科學、技術、工程、數學以及藝術等綜合知識，而現在的大學教育中還沒有設置專門的機器人教育專業，無論是出身于計算機、信息技術還是教育專業的教師，都沒有建立完善的學科知識體系概念，這樣的機器人教育很難達到預想的教學效果。所以要從高校源頭抓起，培養機器人教育師資。當然，最好的解決方法是高校自身適應社會需要在專業設置及課程安排方面進行調整。從企業的角度來講，企業可以尋求政府教育部門的幫助，與企業、高校三方合作，通過訂單式培養或者專業培訓等途徑，解決機器人教育的師資問題。

2.重視思維培養，明確機器人教育定位。現有的機器人教育“缺乏科學素養的培養，科學素養不僅包含科學知識，更包含了科學的思維過程和方法，且后者更為重要，機器人教育作為具有一定智能的現代科技產品，能夠支持學生進行科學建模和開展各種探究活動，培養其科學素養，但在教學實踐中尚未引起足夠重視。”[2]很多機器人教育機構僅僅將機器人技術知識作為課程的核心或者全部內容，教學內容比較單一，不僅會降低課程的趣味性，在孩子思維開拓方面也沒有過多的幫助。隨著機器人教育產業的發展，市場上同類品牌的競爭會日漸加大。家長及孩子在課程甄別方面會更加準確，企業要想長期存活，就必須從客戶角度出發，滿足用戶需求，所以機器人教育僅僅作為知識的載體是不夠的，還必須教會孩子發現問題解決問題的方法，用創新思維和科學思維去思考、解決現實問題。所謂兒童創客教育，就是教會孩子善用一切資源創造美好生活的方法，這也是機器人教育的意義所在。

3.成立機器人教育協會，推進行業標準制定。由于缺乏小學和初中學段的技術課程國家標準，機器人課程的定位、目標、內容、評價、課時都缺乏依據。[3]在現有機器人教育參差不齊的發展狀況下，更需要的是行業意識和全局眼光，單靠某個企業的力量難以推動整個行業的發展，這時候，一些比較有影響力的企業可以站出來組織成立機器人教育協會，不僅可以抱團取暖，整合資源，促進技術和人才方面的交流合作，還可以通過行業標準制定和監管規范市場，促進整個產業的發展。例如科學的課程學齡安排，不同的學齡接觸不同層次的知識。統一規范機器人教育的硬件教材，現在市場上采用的硬件主要有樂高、開源、中鳴、納英特等，不同品牌的機器人不僅外觀各異，而且控制芯片、數據接口、傳感器等都差異明顯，只有先實現硬件的規范，才能逐步實現課程內容體系的統一。硬件的準入標準除了要統一相關教學術語，最低技術標準，還要滿足課堂教學的需要。除了行業教學標準，還可以舉辦和規范一些機器人賽事。目前國內青少年機器人賽事魚龍混雜，商業性過重，難以形成具有全民知名度的大型賽事，也就難以形成全民參與的規模和氣氛。在推進行業標準制定前，需要統一賽事標準，劃分賽事等級，與政府部門合作，充分調動社會力量，營造機器人學習的良好環境。

4.創新教育形式，推動機器人教育普及化。教育的平等是社會公平的重要體現，普及化則是實現教育公平的重要途徑，也是實現大規模商業化的條件。作為素質教育的新物種，強調培養孩子創造力的創客教育并不像音樂美術等藝術課程一樣直接走入中小學課堂，受限于經濟、地域甚至是性別等原因，能夠接觸到的孩子只有少數，那么，從商業角度分析，如何實現機器人教育的普及化呢？一方面是降低成本，動輒幾千的教具投入成為限制孩子接觸機器人教育的重要原因，首先可以選擇性能較好、價位較低的國產機器人，比如開源機器人硬件等。[4]其次是技術的創新，例如將機器人教育與現在的VR技術相結合，用虛擬機器人取代現實的機器人硬件，降低成本。另外，還可以受共享經濟的啟發，進行教具共享，學員只需在課上使用，不需完全購買下來，教育機構可以重復利用，不失為一種很好的解決方法。另一方面是完善服務，一般而言，多數孩子以及學生家長是通過機器人比賽對機器人形成最初的認識。因此，目前多數小學的機器人教育往往針對少數擁有興趣的學生開設。[5]在競賽性基礎之上加強教育性是吸引更多幼兒家長的重要因素。另外，在實際調查中發現，機器人教育對男孩子的吸引力明顯要高于女孩子，那么，如何吸引更多的女生加入到機器人教育課堂呢？首先可以在課程設計中多融入一些藝術內容，另外可以從教具的形狀色彩，教師的課堂教態等方面做出調整，讓女孩子也愛上機器人。

5.開發網絡線上課程。線上教育一直是教育產業的重要部分，據調查顯示，現在有相當比例的人更愿意選擇網絡課程的方式學習相關學科知識。在知識經濟時代，網絡課程與線上直播結合，與基礎教育課堂互補，有效解決因材施學和教學互動性的問題。因此，作為具有濃厚時代色彩的機器人教育要想不斷發展，就必然要開發線上領域，那么誰來做，什么時候做，怎么做，可能決定著我國機器人教育產業的未來。

6.家長積極參與促使兒童由玩到學。目前，由于兒童機器人教育還未普及，據調查顯示，目前有相當大比例的家長并未意識到機器人教育的必要性，因此，對家長進行相關方面的普及和引導具有必要性。機器人可以成為兒童綜合能力提升和創新實踐能力發展的重要工具，同時是機器人教育教學的載體，只有教師和家長共同努力，為兒童營造良好的學習氛圍，兒童機器人教育的實施才能取得成效。因此，兒童機器人教育學校搭建的平臺，要適當地給予兒童家長訪問的權限，讓家長和兒童能夠一同進行機器人的學習與操作，讓家長能夠在課外給予孩子充分的發揮空間，并鼓勵孩子在學習實踐的過程中解決問題、進行創新。[6]

參考文獻：

[1]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）：108-112.

[2]張敬云，鐘柏昌.中小學機器人教育的核心理論研究[J].電化教育研究，2017，（10）：106-111.

[3]鐘柏昌，張祿.我國中小學機器人教育的現狀調查與分析[J].中國電化教育，2015，（7）：101-107.

[4]曾祥潘.步入開源硬件智能機器人教育時代[J].中小學信息技術教育，2012，（1）：76-78.

[5]吳蓉.小學機器人教育的思考與分析[J].中小學電教，2017，（9）：46.

[6]徐多，胡衛星，趙苗苗.困境與破局：我國機器人教育的研究與發展[D].遼寧：渤海大學教育與體育學院，2017：98.