教育機器人在教育產業發展進程中的應用研究

譚偉美 梁遠君

【摘要】文章簡要介紹了教育機器人的構成及發展情況，在此基礎上論述了教育機器人產業化發展的意義，進而分析了目前產業化發展中遇到的難題，并尋找出幾個破解難題的對策。

【關鍵詞】教育機器人;教育產業;應用

【基金項目】2020年廣西中等職業學校品牌專業建設廣西玉林農業學校數控技術應用項目建設資金。

一、引言

近年來，人工智能技術在教育領域逐步擴大其落地應用場景，但大多數應用場景仍然很難真正滲透到教學的核心環節并對學生的學習效果起到關鍵性作用。由于可以在不同教學環節提供人性化交互方式及個性化智能輔導與教學，基于人工智能技術的教育機器人受到越來越多的重視和發展，因此有必要對教育機器人在教育產業發展中的應用進行研究。

二、教育機器人的簡介

提起機器人，我們馬上就會聯想到科幻小說和電影中的機器人。近一個世紀以來，機器人在娛樂和虛構的世界中有著重要的地位，甚至“機器人”這個詞本身就來自一部科幻作品——1920年，前捷克斯洛伐克作家卡雷爾·恰佩克的科幻小說中第一次出現“機器人（Robot）”這個詞，它被用于指代人類創造的用來代替人工的物體。隨著計算機網絡、機械制造、人工智能等技術的不斷發展，機器人已經從一個虛擬的名詞發展成一項蓬勃的產業，并從工業領域向醫療救援、教育、娛樂、勘測、探險、救援等領域迅速擴展。

本文所論的機器人主要是指教育產業中的教育機器人。教育機器人主要由硬件平臺和軟件平臺組成，硬件平臺主要包含教育機器人的硬件規格以及提供硬件之間的通信，完成某些動作或者輸入輸出某些信號，它相當于機器人的手腳;軟件平臺主要包含教育機器人的各種輸入信號的處理和開發，完成某種可預期的場景的實現及表述，它相當于機器人的大腦。教育機器人是面向教育領域專門研發的，以培養學生的分析能力、創造能力和實踐能力為目標的機器人[1]，它具有教學適用性、交互性、開放性、可擴展性等特點[2]。教育機器人的出現為機器人教育提供了載體。

三、教育機器人產業化發展的意義

當前，國外教育機器人的發展集中在青少年陪伴與輔助教學、特殊教育、機器人競賽等領域，也更加注重實踐性研究與課堂中的實際應用。相比于國外，國內教育機器人總體上還處于起步階段，在理論與實踐研究上都存在一定差距。但隨著人工智能教育、STEM教育、創客教育等的興起，國內對于教育機器人技術的研究及大規模實踐應用在迅速增長，產學研相結合的模式也促進了該領域的市場化進程。因此，產業化發展具有一定意義。

1.對教育創新的推進

教育機器人產業化有助于對教育創新的推進，包括創客教育、STEAM教育、素質教育、STS教育（科學、技術、社會）和教學改革。Chris Rogers認為，教育機器人產業化教育能夠將“Engineering”帶進基礎教育中，培養學生的STEM素養，推動基礎教育改革[3]。

2.對教學模式和策略的改進

對教學模式和策略的改進，包括教學目標、教學模型、教學策略、教學設計、課程開發等。王雪雁等認為，教學形式的多元體驗是教育的重點，而將體驗教學法融入機器人教育中進行研究，也在一定程度上促使其他科目在教學改革中形成較有前景的發展方向[4]。

3.對學生綜合素養的提升

對學生綜合素養的提升，包括創新精神、實踐能力、科學素養以及綜合能力。D Alimisis在調研了目前教育機器人領域現狀的基礎上，對當前教育機器人領域熱點問題發表了自己的看法，他肯定了機器人在培養學生創造力和 “21世紀技能”方面的重要作用[5]。

四、教育機器人在教育產業化進程中的遇到的難題

教育機器人除了讓學習者獲取機械、電子、信息、傳感技術知識，還能培養技術應用、解決問題、動手能力、團隊協作以及表達能力、批判思維能力?！秶鴦赵宏P于印發新一代人工智能發展規劃的通知》鼓勵全國有條件的高校、研究院開設人工智能專業，在中小學開設機器人相關的課程和競賽。為此，教育機器人表現出了其無可比擬的教育價值及實用潛質，為培養多學科交叉融合、高素質、復合型的工程人才提供了一個理論教學、實訓實踐和資源共享的綜合平臺。

為了更好地促進高層次人才的培訓與培養，一方面，我們要大力研究開發及生產高端合格的教育機器人產品，另一方面，我們要全面開展機器人教育宣傳，但是還有一些難題亟待破解。

一是諸多教育機器人課題亟待破題。在經濟全球化背景下，通過機器人教育促進創新型科技人才隊伍壯大與建設是我國人才培養的新途徑和新模式。為此，在技術傳授的前提下，加快相關理論研究、學術探討和培養模式研究，激發學生的興趣，引導學生思考，加深對理論的引領、理解和人才培養研究，是教育機器人的主要研究問題。

二是服務于機器人教育的公共資源比較稀缺。與國外相比，無論是教學設備還是教學案例及教育在線資源，遠遠不能滿足教學的需求。為此，實現中小學、大學課程及教學資源的開發，促進更多的教育教學資源共享，滿足機器人教育需求是前提。

三是教師隊伍的人數不多?？v觀整個發展過程，無論是中小學還是大中專院校，機器人教師需求缺口較大。 一方面是培養出口師資力量薄弱，另一方面受薪資待遇的影響， 具有機器人操作技術和技能的人才就業口徑比較寬，較少人愿意去當教師。為此，應加強教師隊伍建設及師資長遠規劃，將崇尚教育、樂教和施教的人聚集過來。

五、破解教育機器人產業化難題的對策

1.構筑機器人教育云平臺

當前，教育機器人可以應用于教學的資源很少，因為每個廠家基于自己的水平開發資源平臺，彼此不兼容，不同機器人安裝不同的APP程序，資源設計者從單一的角度設計教學資源，沒有考慮普眾需求，制約了產品的應用推廣。為此，開展機器人教育工程技術方面的研究，從教育機器人資源共享標準制定、服務技術策略及數字化資源服務設計與推送角度出發，立足自主知識品牌，促進規模及規范的產業化發展，充分考慮物聯網、大數據及云服務技術，在共建共享技術上對教育機器人進行完善與功能提升。

2.健全教育機器人法律體系

教育機器人在設計、開發、生產、銷售和使用過程中，關乎國內外的道德準則、社會倫理、用戶安全和權益訴求等諸多法律方面的問題。一是探究國際規則，深化法律規范，構建風險防控機制和預警監測體系，研判就業替代與社會倫理道德問題，促使教育機器人教育資源綠色健康、安全可靠可控、造福于民。二是研究機器人教育與教師職業崗位有機結合與協調發展問題，依托機器人智能技術發展，構建教育機器人的倫理學特性。

3.加快行業標準完善

據了解，工業機器人標準相對成熟，但從教育機器人這個角度來說，無論外國品牌還是正在崛起的中國自主研發的品牌，都缺乏與之相適應的規范與標準約束。教育機器人是機器人產業細分領域的一大類產品，研究制定科學化、規范化的標準體系，才能促進教育機器人產業健康發展。所以，加快教育機器人相關標準的研究時不我待，同時需要盡快上升為國家標準，從而引領國際標準，倒逼產業，給產業發展提供方向，規范和促進產業發展。

4.構建教育機器人產業聯盟，提高教育產業轉化度

為了更好地滿足多樣化的用戶需求，堅持經濟全球化大方向，發揮高校、科研院所、企業和行業組織的作用，健全高效靈活、優勢互補的教育機器人產學研用協同創新體系，在教育機器人產品試制、功能完成、系列產品打造和產業鏈塑造等方面進行全方位一體化設計。以筆者所在中職學校為例，可以聯合當地的高校、政府和其他企業單位建設產學研平臺，豐富教學實踐手段，提高教育機器人在教育產業中的轉化度。

5.強化產品開發，增強教師參與度和教學應用度

機器人教育產業鏈涉及硬件制造、平臺開發、應用服務提供等幾類廠商，但目前很多機器人公司只負責教育機器人硬件的開發、制造、組裝及測試，提供簡單的產品說明和操作手冊，并不參與課程開發和教學設計。這樣的產業模式顯然不利于機器人教育發揮最大的作用。只有當教育機器人的制造商與學校教師共同參與課程開發和教學設計，設計開發出豐富的教學情境應用程序、服務與內容，才能使教育機器人真正滿足教與學的需求。

總之，教育機器人的產業化應該結合當地經濟社會和文化特點，真正有力有效服務于地方教育和經濟文化。同時要注意在“互聯網+”時代，恰當發揮政府宏觀調控的杠桿優勢，立足本國，面向國際，引導教育機器人產業進行科學布局，打造具有時代特色的教育機器人產業基地，形成中國特色產業集群。

【參考文獻】

黃榮懷，劉德建，徐晶晶，等.教育機器人的發展現狀與趨勢[J] .現代教育技術，2017，27（01）：13-20.

張劍平，王益.機器人教育：現狀、問題與推進策略[J].中國電化教育，2006（12）：65-68.

Rogers C，Portsmore M. Bringing Engineering to Elementary School[J] .Journal of Stem Education Innovations & Research，2004（05）.

王雪雁，楊冬梅.樂高機器人教育與體驗教學法的融合[J] .教育教學論壇，2017（24）：132-134.

Alimisis D. Educational Robotics Open Questions and New Chal-lenges[J] .Themes in Science and Technology Education，2013（01）：63-71.