推進機器人教育：背景、定位及可能路徑

周進 葉俊民

摘 要：機器人教育強調手腦并用、知能并舉，是培養中小學生創新實踐能力的重要載體。首先，文章分析了機器人教育的發展背景。其次，文章將機器人教育定位為發展學生核心素養的中堅力量、基礎教育課程改革的核心抓手和推動智能教育發展的重要基石。最后，文章提出制定相關政策、強化師資隊伍建設、開發優質課程資源、加快建設教學環境、建立示范點是推進我國機器人教育普及的可能路徑，以期為我國中小學機器人教育的深入發展提供一些有益的參考。

關鍵詞：機器人教育;人工智能;教育機器人

中圖分類號：G434 文獻標志碼：A 文章編號：2096-0069（2019）03-0015-06

在人工智能和機器人技術的推動下，人機結合的教育可能是未來教育的普遍形態[1]。2018年4月，教育部頒布的《教育信息化2.0行動計劃》中明確指出，要加強智能教學助手、教育機器人、智能學伴等關鍵技術研究與應用。機器人教育作為機器人技術在教育領域的典型應用模式，對發展學生的設計思維、計算思維和創新思維具有重要價值，并逐步成為共識。可以說，機器人教育在創新人才培養上擁有無法比擬的發展前景，并將迅速在我國教育教學領域火熱起來。然而，無論是機器人教育的研究者還是一線實踐者，都應在機器人教育的熱潮中保持冷靜思考，形成對機器人教育的發展背景、戰略定位以及可能路徑的清醒認識。

一、機器人教育的發展背景

近年來，在我國基礎教育課程改革的推動下，中小學機器人教育取得了較快發展。毋庸置疑，中小學開展機器人教育與科技進步密切相關，其發展背景更為復雜和多樣。

（一）智能時代對人才培養的需求

隨著大數據、人工智能、區塊鏈等技術的不斷發展與逐步應用，預示著智能時代的來臨。《智能教育2018觀塘宣言》認為，智能教育具有豐富的內涵，既是以人工智能為知識與內容的教育，也是強調用智能技術作為環境與工具的教育，更是以培養適應智能時代的人才為目標的教育[2]。這表明人才培養已成為智能時代教育實踐的重要使命，并已成為共識。此外，根據《全球人工智能產業分布》報告，中國在人工智能項目的數量已超美國，但人才儲備方面卻遠遠落后[3]。為此，教育部于2018年4月頒布《高等學校人工智能創新行動計劃》，明確指出要不斷推動人工智能與教育深度融合，加大人才培養力度，鼓勵和支持在中小學開展人工智能普及教育。換句話說，智能時代的人才培養要以中小學開展普及教育為契機。毫無疑問，機器人教育是當前中小學開展人工智能普及教育的重要途徑，其滿足了智能時代對人才培養的需求。

（二）開源運動提供了精神引領與技術支持

開源運動是開放源碼運動的簡稱，是計算機科學領域的一種文化現象，其意義在于開放源代碼、信息共享和自由使用[4]。開源運動追求自由、分享的理念，其背后體現了一種開放精神。在全球化進程中，“開放”已成為當今世界發展的主旋律，是人類文明進程中重要的文化精神，也為機器人教育的實踐提供了精神引領。可以說，開源運動不僅為機器人教育的實施與推廣提供了技術支持，而且體現了一種開放創新的理念，讓學生體驗課程學習的快樂和分享學習中的收獲。目前，市場上常見的開源硬件開發平臺有50余種[5]，而在中小學機器人教育中使用較多的開源硬件開發平臺有Arduino、樹莓派等，這些開源硬件具有一些共同的優勢，包括價格適中、簡單易上手、兼容性強、用戶基數大等，這些優勢是推動和普及中小學機器人教育的重要保障。

（三）創客教育與STEM教育的直接推動

作為一種新型的教育形態，創客教育秉承“開放創新、探究體驗”的教育理念，以“創造中學”為主要學習方式，并以人才培養為核心目的[6]。從已有研究和實踐來看，其特點主要包括以下六個方面：第一，教育理念強調開放創新;第二，教育目標注重培養學生的綜合實踐能力與創造力;第三，學習方式側重學生自主體驗與探究創造;第四，學習工具包含了Arduino、樹莓派等開源硬件;第五，學習結果強調以作品為導向;第六，學習評價采用多元評價方式。可以發現，在教育理念、教育目標、學習方式、學習工具、學習結果、學習評價六個方面，中小學機器人教育與創客教育高度相似。換句話說，機器人教育是中小學創客教育實踐的有效載體。近年來，創客教育儼然已成為中小學探索創新教育的熱點方向，這為機器人教育的實踐與普及提供了絕佳的發展條件。

STEM教育是Science（科學）、Technology（技術）、Engineering（工程）和Mathematics（數學）四門學科的簡稱，強調多學科的交叉融合，以培養學生的創新精神與實踐能力[7]。作為一種教育理念，STEM教育強調通過跨學科整合來學習多學科知識，課程學習注重與學生實際生活相聯系。在學習方式上，STEM教育提倡項目式學習，鼓勵學生動手實踐來解決真實問題。而機器人教育涉及物理、工程、藝術、生物等多學科知識，強調應用教育機器人來解決實際問題，這與STEM教育的跨學科理念吻合。此外，STEM教育所倡導的項目式學習法也是機器人教育實踐常用的學習方式[8]。簡言之，STEM教育與機器人教育密切相關，其教育理念與學習方式相同。毋庸置疑，在STEM教育的熱潮下，機器人教育的實踐與普及也得到了迅速發展。

二、機器人教育的戰略定位

當前，人類正邁入智能時代，以人工智能為代表的智能技術正深刻影響社會生產和生活的各個方面。加快創新型人才培養和儲備，已成為世界各國應對智能時代挑戰的重要舉措，而機器人教育是落實這一舉措的必要路徑。換言之，確立機器人教育的戰略地位是加快我國創新型人才培養和推動我國基礎教育改革發展的必然要求。本研究認為，機器人教育是發展學生核心素養的中堅力量、基礎教育課程改革的核心抓手以及助推智能教育發展的重要基石。

（一）機器人教育是發展學生核心素養的中堅力量

21世紀以來，科技的迅速發展對當前人才培養提出了更高的要求，也對當前教育體系產生了極大的沖擊與挑戰。為此，教育界亟須思考和回答“培養什么樣的人？”這一重要問題。核心素養也許是回答該問題的一劑“良藥”。核心素養是指學生適應終身發展和社會發展需要的必備品格和關鍵能力，包括人文底蘊、科學精神、學會學習、健康生活、責任擔當、實踐創新六大素養[9]。不難發現，科學精神、學會學習以及實踐創新是機器人教育的核心價值取向。具體來講，在科學精神層面，機器人教育鼓勵學生勇于探究，并以批判質疑的態度去辯證地分析問題，進而讓學生理解和掌握基本的科學原理與方法，發展其理性思維;在學會學習層面，機器人教育能激發學生的學習興趣，通過解決實際問題來幫助學生認識和理解學習的價值;在實踐創新層面，機器人教育鼓勵學生善于發現問題和提出問題，并制定合理的解決方案，通過應用工程思維，將創意和方案轉化為成品并不斷調試和優化，以培養學生的動手實踐能力。綜上所述，可以說，機器人教育是發展學生核心素養的中堅力量。

（二）機器人教育是基礎教育課程改革的核心抓手

近年來，隨著國家基礎教育課程改革的不斷深入，中小學課程改革取得了一些成效和經驗，但也面臨諸多問題與挑戰，比如，素質教育推進困難、部分課程（主要是綜合實踐活動課）實施艱難、探究教學實施乏力、中小學課業負擔過重、學生創新能力不足等[10]。改革是解決教育難題和直面教育挑戰的唯一途徑，是落實立德樹人的根本任務、推進素質教育以及提升教育質量的必然要求。

機器人教育是一種具有鮮明時代色彩和技術特點的教育模塊，可以作為基礎教育課程改革的核心抓手。從教育理念看，機器人教育活動設計與實踐是以發展學生核心素養為指導，強調手腦并用、知能并舉，以培養學生的問題解決能力、批判精神以及創新思維。從課程結構看，機器人教育強調以模塊化的方式進行組織，通常情況下以主題或項目的形式來構建整個課程體系，以便于課程內容靈活組裝與實施個性化教學。從學習活動看，機器人教育倡導探究體驗式學習，從學生的實際生活問題出發，引導學生展開小組合作與探究。從學習內容看，機器人教育提倡跨學科整合，運用多學科知識來解決問題，為培養新時代跨學科、復合型、高素質人才提供了良好平臺。此外，在新技術、新理念的推動下，我國中小學機器人教育取得了較快發展，其課程價值已逐步獲得社會的認可。可以說，機器人教育在解決基礎教育課程改革相關問題中具有重要價值，是基礎教育課程改革的核心抓手。

（三）機器人教育是助推智能教育發展的重要基石

在人工智能浪潮的推動下，全球多個國家已將智能教育提升為國家戰略的高度。新加坡在“IN2015計劃”中提出，要著重推進智能教育，以助推教育深化改革[11]。韓國2011年頒布了推進智能教育戰略實施計劃，描繪了一幅未來教育的嶄新圖景[12]。美國2016年相繼頒布了兩個人工智能相關的政策報告，掀起了智能教育研究與實踐的熱潮[13][14]。我國在2017年頒布的新一代人工智能發展規劃中明確指出，要推動人工智能在教學、管理、資源建設等全流程應用，大力推動智能教育發展[15]。智能技術對人類生活方式、思維方式正產生深刻影響，而智能教育是智慧教育的實踐路徑[16]，也正成為全球教育發展的重要趨勢。

智能教育兼具教育屬性與技術屬性之雙重屬性。從教育屬性來看，智能教育是促進人類智能發展的教育，以培養適應智能時代發展的人才為目標;從技術屬性來看，智能教育是強調將智能技術作為工具或環境，以支持或輔助教育教學實踐。當前，機器人教育是智能教育實踐的新形態，推動和普及機器人教育是助推智能教育發展的重要基石，其作用主要體現在以下四個方面：其一，人才培養從“粗放工廠式”生產轉變為“精細個性化”培養，教育質量逐步提升;其二，學習方式從教師講授轉變為學生探究體驗，課堂活力進一步釋放;其三，活動過程從“重靜不重動、重腦不重手”轉變為“手腦并用、知能并舉”，學習效率顯著改善;其四，學習評價從單一固化轉變為多形態、多主體，評價結果走向全面、真實。

三、機器人教育的可能路徑

毋庸置疑，機器人教育在發展學生社交技能、批判性思維、計算思維等方面具有重要價值，同時在構建個性化學習環境和開發趣味性學習課程方面擁有巨大潛能[17]。近年來，中小學機器人教育的發展雖然取得了一定成效和影響，但在推廣和普及的過程中仍面臨諸多問題，如理論體系不完善、師資力量薄弱、課程體系缺乏、教育機器人標準不統一等[18][19]。因此，需要從多個角度和不同層面來探索中小學機器人教育發展和普及的可能路徑。

（一）制定發展機器人教育的相關政策

在中小學普及機器人教育是一項較為復雜和極具時代意義的教育工程項目，需要政府、社會、學校和企業的廣泛關注。為拓寬機器人教育的發展之路，政府需牽頭制定相關政策和保障機制。一方面，應加快構建“政企學研”多方協同合作機制，共同推動中小學機器人教育實踐和發展。政府要高度重視中小學機器人教育的普及與發展，建立健全制度保障體系，加大對中小學機器人教育的經費扶持力度。企業要積極與學校、科研院所開展合作，加緊研發高質量、易推廣的教育機器人產品。學校要開設機器人教育課程，并積極探索機器人教學模式，以培養智能時代所需的高素質、復合型的創新人才。科研院所要關注機器人教育的發展前沿，構建相對完善的機器人教育理論體系。通過多方協同合作，為中小學機器人教育實踐和發展提供外部保障。另一方面，應加緊研制較為完善的機器人教育標準體系，加速中小學機器人教育的推廣與普及。機器人教育標準體系涵蓋課程標準和教育機器人標準。課程標準是中小學開展機器人教育實踐的重要依據，高中新課程標準雖然對此留有空間，但小學和初中缺乏對應的課程標準，這極大阻礙了機器人教育的普及之路。因此，應加強機器人教育的頂層設計，構建中小學機器人教育課程體系，并將其正式納入中小學教育體系中，以此規范課程設置的目標、內容及教材，解決學段銜接不暢、內容五花八門等問題，保障中小學機器人教學質量。教育機器人是開展機器人教育實踐的載體，研制教育機器人的統一標準可以減少經費的投入[20]。目前市場上教育機器人產品種類繁多、標準不一，這造成了教育資源的極大浪費。為此，政府應牽頭，建立科研院所、學校以及企業組成的多方協作共同體，加緊研制教育機器人統一標準。該標準既要充分考慮中小學校的實際情況，也要符合學生的認知發展規律。

（二）強化機器人教育師資隊伍建設

優秀的師資隊伍是中小學機器人教育質量的根本保證。相比于傳統的信息技術課程，機器人教育課程對一線教師的專業素養提出了更高的要求，不僅體現在教學模式和方法上的差異，更重要的是要求教師具備科學、技術、工程、數學等多學科知識，需要教師具備跨學科整合的能力。因此，強化機器人教育師資隊伍建設迫在眉睫。具體而言，可以從以下三個方面著手：一是在信息技術教師對口的大學專業設置機器人專業課程，從源頭把關機器人教育的師資力量和質量，形成專業化的師資培養。二是各級教育主管部門應聯合高校和企業力量，為在職教師提供有針對性的機器人教育課程培訓，在轉變教師觀念的同時，拓展教師的跨學科視野。三是各區域的教研部門應積極發揮教研和統籌的功能，開展常態化的機器人教育教研活動，主動籌建區域機器人教育聯盟，協同促進區域機器人教育均衡發展。

（三）開發優質的機器人教育課程資源

優質的課程資源是機器人教育普及和推廣的堅實基礎。當前，我國多個地方（如北京、上海、廣州、江蘇等地）開設了機器人校本課程或地方課程，這對推進機器人教育課程的普及具有重要的現實意義。遺憾的是，優質的機器人教育課程較少，大多數課程以競賽驅動為主，其教學過程充斥著大量重復性實驗、機械性模仿的學習活動[21]。為此，開發優質的機器人教育課程資源顯得尤為重要。首先，應開展機器人教育課程研究，探索中小學機器人教學的有效模式和方法，為開發優質的機器人教育課程提供指導。其次，應組建由工程、生物、技術、航空等多領域專家、一線教師、高校科研工作者以及學校管理人員構成的開發團隊，以社會需求為導向，緊密聯系學生的實際生活，以此來設計和開發優質的機器人教育課程。最后，學校可以與校外機器人教育機構展開合作，在課程開發方面進行深度交流，并以開發優質課程資源為出發點，推進學校與機構的協同合作。

（四）加快建設機器人教學環境

機器人教育涉及軟件、硬件、編程、電路以及機械，并強調“做中學”，因而課程實施需要良好的教學環境。換句話說，教學環境的建設是推動中小學機器人教育普及的必要條件。然而，機器人教學環境的建設不是大刀闊斧的改革，更不是“隔空建樓”，應秉持開源節流、因地制宜的建設理念。其一，學校可以繼承和改造已有的創客空間。比如，溫州中學利用已有的創客空間來積極開展機器人普及教育。其二，應充分利用已有的計算機教室，選用性價比較高的開源機器人硬件。比如，受到一線教師歡迎的Arduino開源機器人硬件，不僅價格低廉，而且能結合已有的計算機教室展開教學。其三，要充分利用既有的網絡平臺和移動終端，搭建課程學習和管理平臺。比如，借助電子書包和在線學習社區搭建課程管理平臺，一方面支持學生在線交流和資料收集，另一方面便于教師實施和管理機器人教育課程，從而極大提升中小學機器人教育普及的可行性與便捷性。

（五）建立機器人教育示范點

為推進中小學機器人教育普及，依據“試點先行，以點帶面，逐步推廣”的原則，在經濟條件較好的地區或學校，建立機器人教育示范點，探索機器人教育應用模式，進而逐步向全國推廣。比如，我國教育改革前沿省份浙江省已明確提出，到2020年浙江省將建成100所特色鮮明、具有示范引領作用的教育機器人應用試點示范學校[22]。這一創新舉措為機器人教育示范點的建設提供了經驗借鑒，具體來講，示范點要積極與科研院所和企業展開協同合作，積極組建由一線教師和行業專家組成的專業團隊。同時，定期對管理者和教師展開機器人教育培訓，轉變學校管理者對機器人教育的認識，提升一線教師開展機器人教學實踐的能力。此外，加大經費投入，建立健全體制、機制保障體系，確保示范建設工作穩定運行。最后，制定有效的激勵措施，鼓勵各學科教師積極展開機器人教學創新應用。

四、小結

創新人才培養是基礎教育課程改革的內在核心。當前，我國中小學機器人教育的實施依然停留在以競賽模式為主，其普及率仍然很低[23]。因此，亟須厘清機器人教育的發展背景、戰略定位以及可能的路徑，才能有助于推進我國中小學機器人教育的普及與深入發展。需要指出的是，在推進機器人教育的普及過程中，難免會遇到各種問題與挑戰，這需要研究者和實踐者協同合作，共同譜寫我國中小學機器人教育發展的新篇章。

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（責任編輯 喬磊）