教育機器人進(jìn)入規(guī)范化時代

唐任

2019年11月15日，全國教育娛樂機器人標(biāo)準(zhǔn)工作組在重慶舉行標(biāo)準(zhǔn)啟動會，正式啟動國家推薦性標(biāo)準(zhǔn)——《娛樂機器人安全要求及測試方法》及全國教育娛樂機器人團(tuán)體標(biāo)準(zhǔn)。在剛剛過去的一年中，從上海到新疆，國內(nèi)多省市舉辦由不同主辦方組織的教育機器人比賽。在國家指導(dǎo)層面，教育機器人已進(jìn)入學(xué)校規(guī)范化時代，機器人課程進(jìn)入中小學(xué)并形成體系的時期已經(jīng)成熟。

教育機器人已有長足發(fā)展

教育機器人（Robot-Based Education，

又名教學(xué)機器人），使用目的是激發(fā)學(xué)生學(xué)習(xí)興趣、培養(yǎng)綜合能力。目前，我國企業(yè)生產(chǎn)教育機器人已成批量生產(chǎn)。

機器人教學(xué)上，從國際公認(rèn)的角度，機器人教育主要體現(xiàn)在機器人學(xué)科教學(xué);機器人輔助教育，又可細(xì)分為：機器人輔助教學(xué)、機器人管理教學(xué)、機器人輔助測試、機器人輔助學(xué)習(xí)、機器人代理（師生）事務(wù);機器人與傳統(tǒng)學(xué)科相互滲透。

教育機器人分為面向大學(xué)的學(xué)習(xí)型機器人，面向中小學(xué)的比賽型機器人。學(xué)習(xí)型機器人提供多種編程平臺，并能夠允許用戶自由拆卸和組合，允許用戶自行設(shè)計某些部件;比賽型機器人一般提供一些標(biāo)準(zhǔn)的器件和程序，只能夠進(jìn)行少量的改動，適用于初學(xué)愛好者使用，也可參加各種競賽。教育機器人多用于教學(xué)。

聯(lián)合國教科文組織亞太教育局信息技術(shù)部主任、全國中小學(xué)計算機教育研究中心主任、全國“中小學(xué)機器人實驗”項目發(fā)起人苗逢春表示：機器人教學(xué)正在進(jìn)入中小學(xué)信息技術(shù)課程體系。機器人教學(xué)集中承載中小學(xué)信息技術(shù)教育的諸多核心價值。中小學(xué)機器人教學(xué)是最具持續(xù)發(fā)展?jié)摿Φ闹行W(xué)信息技術(shù)領(lǐng)域之一。推廣教育機器人對中小學(xué)信息技術(shù)教育的發(fā)展具有歷史意義。

國內(nèi)已有一些企業(yè)可以生產(chǎn)教育機器人或提供教學(xué)平臺運營。不同種類的進(jìn)口和國產(chǎn)教育機器人不斷涌現(xiàn)，如Smart Car、SUUNY618、博思威科教育機器人等均已投入市場。

教育機器人雖然已經(jīng)有了一定普及，但是對于廣大的機器人愛好者來說，這并不是他們的首選。他們喜歡自己選擇零件，自己設(shè)計電路板，自己編寫程序，從頭到尾自己搞出一套機器人來。

以一款網(wǎng)龍教育機器人STEAM教育解決方案為例。該教學(xué)平臺是以“讓孩子們創(chuàng)造自己的人工智能”為主題的STEAM教育解決方案。平臺設(shè)計了AI+教育工具，由人工智能擔(dān)任主講教師，通過機器人、電腦屏幕等多種界面，對學(xué)生進(jìn)行教學(xué)。除了AI教育機器人外，網(wǎng)龍還研發(fā)了101教育PPT-AI助教，它擁有李白、阿基米德、拿破侖等千變?nèi)f化的“人設(shè)”，學(xué)生能夠與AI助教直接對話。

在AI+教學(xué)資源方面，網(wǎng)龍聚合AI、3D等技術(shù)，研發(fā)了3D電子課本，它是集閱讀、釋義、評測、互動于一體的數(shù)字化課本，搭載了趣味的AI NPC形象，獨創(chuàng)自學(xué)模式和學(xué)習(xí)系統(tǒng)，幫助學(xué)生自主學(xué)習(xí)。學(xué)生可以直接與電子課本中的人物、動物等進(jìn)行對話，AI技術(shù)，實現(xiàn)課本與學(xué)生之間的互動學(xué)習(xí)。

國家有引導(dǎo)，比賽有規(guī)則

新加坡國立教育學(xué)院和樂高教育部，于2006年6月在新加坡舉辦了第一屆亞太ROBOLAB國際教育研討會，通過專題報告、論文交流和動手制作等方式，就機器人教育及其在科技、數(shù)學(xué)課程里的應(yīng)用進(jìn)行交流，以提高教師開展機器人教育的科技水平與應(yīng)用能力。

目前，國際幾項影響較大的機器人競賽是：FIRA機器人足球賽，始于1995年;機器人足球世界杯賽RoboCup （RCJ）;機器人滅火比賽;FLL機器人世界錦標(biāo)賽;機器人迷宮;樂博杯國際機器人奧林匹克競賽。每年都有來自加拿大、中國、丹麥、以色列、新加坡和美國等的100多支代表隊參加上述比賽。

國內(nèi)目前較有影響的競賽項目有：中國青少年機器人競賽、青少年機器人世界杯、全國中小學(xué)電腦制作活動、全國中小學(xué)信息技術(shù)創(chuàng)新與實踐活動（NOC）、中國城際家庭機器人挑戰(zhàn)賽。

近年來，在全國中小學(xué)計算機教育研究中心、眾多知名專家以及一些發(fā)達(dá)省市有關(guān)方面的大力推動下，教育機器人逐步成為中小學(xué)技術(shù)課程和綜合實踐課程的良好載體。新的高中課程標(biāo)準(zhǔn)在“信息技術(shù)”科目中也設(shè)立了“人工智能初步”選修模塊，邁出了我國高中階段開展人工智能教育的第一步。這也意味著我國的人工智能教育在大眾化、普及化層面，上了一個新臺階。

我國目前兩大主要研究部門：全國中小學(xué)計算機教育研究中心北京部、全國中小學(xué)計算機教育研究中心上海部，共同舉辦了兩屆“全國中小學(xué)程序設(shè)計與機器人教學(xué)研討會”。2005年啟動了“全國中小學(xué)機器人教學(xué)實驗區(qū)、實驗學(xué)校”項目，由苗逢春主任擔(dān)任項目負(fù)責(zé)人，打造了機器人教育交流的全國性網(wǎng)絡(luò)平臺：機器人教育在線。

在2019年12月15日，剛剛降下帷幕的教育機器人大賽（WER）2019賽季世界錦標(biāo)賽中，河南省開封市十四中教學(xué)副校長楊凱、信息技術(shù)教師張瑩、孟俊鋒帶領(lǐng)本校5名同學(xué)組成的兩支隊伍，分別榮獲了本屆大賽的亞軍和一等獎。

上海智位機器人股份有限公司（DFRobot）CEO葉琛表示，隨著STEM教育理念的出現(xiàn)，教育機器人正在變得越來越重要。2017年英國的一份研究報告表明，88%的學(xué)生認(rèn)為：micro：bit（一款英國BBC公司推出的用于青少年編程學(xué)習(xí)的單片機開發(fā)板，現(xiàn)已廣泛應(yīng)用于英國中小學(xué)）讓他們意識到編程沒有想象中的那么難。于是，學(xué)生想要選修計算機科學(xué)科目的比例由之前的36%上升到45%，而女生選修者與之前相較，提升幅度高達(dá)70%。

教育機器人將達(dá)到更大規(guī)模

2019年12月，2019世界機器人大會在北京舉行。北京師范大學(xué)智慧學(xué)習(xí)研究院與互聯(lián)網(wǎng)教育智能技術(shù)及應(yīng)用國家工程實驗室在大會上聯(lián)合發(fā)布了《2019全球教育機器人發(fā)展白皮書》，預(yù)估至2023年，教育機器人市場規(guī)模將達(dá)到841億美元。

中國電子學(xué)會在大會上發(fā)布的《中國機器人產(chǎn)業(yè)發(fā)展報告2019》顯示：2019年全球機器人市場規(guī)模達(dá)到294.1億美元。其中，中國機器人產(chǎn)業(yè)表現(xiàn)搶眼。2019年，中國機器人市場規(guī)模達(dá)到86.8億美元，2014年至2019年的平均增長率達(dá)到20.9%。

隨著機器人產(chǎn)業(yè)的飛速發(fā)展，教育領(lǐng)域的機器人應(yīng)用將在未來幾年呈現(xiàn)爆發(fā)態(tài)勢。《白皮書》分析，與工業(yè)機器人相比，教育機器人在形態(tài)、構(gòu)成和功能上更加復(fù)雜，加之發(fā)展時間較短，仍然處于早期的探索階段。現(xiàn)有產(chǎn)品主要集中在家庭和學(xué)校場域中使用，部分產(chǎn)品仍處于概念階段——如課堂機器人“助教”、機器人“教師”等。

機器人作為實踐人工智能教育理念的有效載體，正越來越多地滲透到教育的多領(lǐng)域中。在2019世界機器人大會上，教育機器人不僅有主攻學(xué)齡前兒童的產(chǎn)品，也有貫穿K12學(xué)段、面向?qū)W校提供人工智能教育整體解決方案的機器人，還有面向?qū)W生個人以提升編程能力為主的多款機器人。同時，職教領(lǐng)域，也出現(xiàn)了賦能院校人才培養(yǎng)的智能制造機器人。

隨著人工智能被寫入國策，AI、編程教育開始逐漸走入課堂和家庭，并不斷向低齡延伸。在政策與市場的雙重驅(qū)動下，AI技術(shù)公司、機器人公司等紛紛涌入這一市場，推動教育機器人不斷走高。

在2019世界機器人大會上，一款名為“小勇”的安全教育機器人針對0歲起的嬰幼兒及低齡兒童，“小勇”設(shè)有居家安全、運動與游戲、外出安全、身體與飲食、災(zāi)害與自救和心理與性教育等安全場景，通過競技游戲、安全故事和百科知識等內(nèi)容對孩子進(jìn)行安全教育。廠商勇藝達(dá)公司工作人員介紹說：“現(xiàn)在兒童的意外傷亡率在逐年上升，全世界每年死于意外傷害的14歲以下兒童近100萬人，而中國0至14歲兒童意外傷害的傷亡率是韓國的1.5倍、美國的2.5倍。我國獨家研發(fā)了安全教育主題機器人所需的有關(guān)資源，目前主要對C端。”

在廠商康力優(yōu)藍(lán)的展區(qū)，不少小朋友圍著一個“hello kitty機器人”。據(jù)悉，該機器人是面向C端4至10歲孩子的陪伴型機器人。康力優(yōu)藍(lán)戰(zhàn)略項目二部負(fù)責(zé)人黃文表示，hello kitty機器人除了搭載基礎(chǔ)編程教育資源外，還可以拆卸，可以用英語跟孩子對話，并模擬記錄爸爸媽媽的聲音，通過App跟孩子進(jìn)行互動。

在規(guī)范中快速發(fā)展

教育機器人和一般所說的機器人教育最大的不同在于，教育機器人在教學(xué)場景中擔(dān)當(dāng)起教師工作，甚至能獨自完成自動教學(xué)任務(wù)。

在K12階段，教育機器人主要分為to B和to C兩大類。據(jù)黃文介紹，康力優(yōu)藍(lán)B端主要為中小學(xué)和教育職能單位建設(shè)人工智能實驗室，配備智能模塊化教育機器人。黃文說：“從發(fā)展趨勢來說，我們認(rèn)為，機器人未來可能會替代學(xué)校某些基本工種，包括擁有在線教育助教的新身份，教育機器人將會重構(gòu)教育形態(tài)。”

優(yōu)必選科技也面向K12學(xué)校及大學(xué)，提供更加完備的人工智能和機器人教育解決方案——包括教學(xué)用具、課程體系、AI實驗室設(shè)計、師資培訓(xùn)與認(rèn)證和活動競賽——已落地國內(nèi)上百所中小學(xué)。據(jù)優(yōu)必選相關(guān)負(fù)責(zé)人介紹，公司面向高中和大學(xué)生開發(fā)了一款開源人形機器人教學(xué)平臺Yanshee，該機器人內(nèi)置800萬像素攝像頭、陀螺儀及多種通信模塊，配套多種開源傳感器包，提供專業(yè)開源學(xué)習(xí)軟件，支持BLockly、Python、Java、C/C++等多種編程語言學(xué)習(xí)及多種AI應(yīng)用的學(xué)習(xí)和開發(fā)。

在to C端，優(yōu)必選科技的Jimu Robot教育機器人展臺前也圍了不少青少年。該機器人是針對小學(xué)及以上學(xué)段的入門級編程機器人，孩子可以充分鍛煉動手能力搭建出多種造型，機器人教學(xué)生學(xué)習(xí)編程，讓模型實現(xiàn)不同功能。

目前，多數(shù)學(xué)校的做法，是由學(xué)校購買若干套機器人器材，由信息技術(shù)課程教師或綜合實踐課程教師進(jìn)行指導(dǎo)，組織學(xué)生進(jìn)行機器人組裝、編程的實踐活動，然后，參加一些相關(guān)的機器人競賽。目前，只有極少數(shù)的地區(qū)和學(xué)校將機器人教學(xué)納入了正規(guī)課堂教學(xué)。

早在2000年，北京景山學(xué)校以科研課題的形式，將機器人普及教育納入到信息技術(shù)課程中，在國內(nèi)率先開展了中小學(xué)機器人課程教學(xué)。2001年，上海市西南位育中學(xué)、盧灣高級中學(xué)等學(xué)校，開始以“校本課程”的形式，進(jìn)行機器人活動進(jìn)課堂的探索和嘗試。2005年，哈爾濱市正式將機器人引入課堂教學(xué)，在哈爾濱師范附小、60中、省實驗中學(xué)等41所學(xué)校開設(shè)了“人工智能與機器人”課程，用必修課形式對中小學(xué)生進(jìn)行機器人科學(xué)方面的教育。此外，香港在高中及高等教育新學(xué)制的改革中，也在高中“設(shè)計與應(yīng)用科技”課程中增設(shè)了機器人制作的課程。

目前，北京、上海、廣東、山東、湖北、黑龍江、浙江等省市已經(jīng)開展較大規(guī)模的機器人教學(xué)實驗。這說明，我國青少年的機器人普及教育正在迎來規(guī)范化時代與快速發(fā)展的新時期。