基于人工智能形勢下中小學(xué)機器人教育的探討

摘要：隨著教育的不斷改革與發(fā)展，要注重對學(xué)生創(chuàng)新精神與實踐技能的培養(yǎng)，符合當(dāng)前教育改革的要求。尤其在中小學(xué)機器人教育的過程中，要結(jié)合當(dāng)前人工智能發(fā)展的背景，對學(xué)生進行引導(dǎo)，使得機器人教育的質(zhì)量可以得到有效的提升。因此，本文闡述機器人教育的相關(guān)概念，明確在人工智能形勢下中小學(xué)機器人教育開展的重要意義，可以激發(fā)學(xué)生的學(xué)習(xí)熱情，引導(dǎo)學(xué)生形成耐心鉆研的態(tài)度，注重對學(xué)生邏輯思維能力的培養(yǎng)，增強學(xué)生的團隊意識。探討當(dāng)前中小學(xué)機器人教育過程中所存在的問題，比如缺乏對機器人教育開展的重視，機器人教具較為昂貴，在經(jīng)費投入方面存在不足，缺乏專業(yè)化的師資力量，針對所存在的問題，對中小學(xué)機器人教育發(fā)展提出若干的建議，要加強相關(guān)部門之間的密切配合，增強專項經(jīng)費的投入，注重對師資的培養(yǎng)，將機器人教育與基礎(chǔ)教育改革進行有效的結(jié)合。

關(guān)鍵詞：人工智能;中小學(xué)教育;機器人;發(fā)展趨勢

在當(dāng)前的科學(xué)技術(shù)飛速發(fā)展的時代，機器人技術(shù)融合了計算機機械等多個學(xué)科的知識，在中小學(xué)階段開展機器人教育，可以促進學(xué)生素質(zhì)教育理念的進一步落實，注重在中小學(xué)推進機器人學(xué)科的普及，要意識到機器人課程以及機器人活動開展的重要性，普及科技知識，提升青少年的科學(xué)素養(yǎng)，要引導(dǎo)青少年能夠形成科學(xué)精神，增強學(xué)習(xí)能力與實踐能力。機器人課程與我國所發(fā)布的教育政策密切聯(lián)系，可以對科技教育的潮流進行引領(lǐng)，機器人走進了更多的學(xué)校與課堂，將機器人課程納入學(xué)校的選修課向?qū)W生進行開放，幫助學(xué)生積累科學(xué)知識，引導(dǎo)學(xué)生在參加各種機器人比賽的過程中，感受到科學(xué)的魅力。但是，當(dāng)前中小學(xué)機器人教育過程中所存在的問題也不容忽視，要結(jié)合具體的問題，對于機器人課程校本化進行構(gòu)建，確保機器人教育的實效性，對學(xué)生的思維進行培養(yǎng)，加強對學(xué)生綜合素質(zhì)的提升。

一、問題的提出

（一）研究背景

眾所周知，在中國制造和工業(yè)4.0的發(fā)展背景下，對機器人技術(shù)進行進一步的優(yōu)化，有利于推動科技的創(chuàng)新。國家重大會議曾提出鼓勵各界青年投入創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)的大浪潮中，舉辦各種形式的創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)比賽，科技創(chuàng)新在其中占比較高，與機器人技術(shù)相關(guān)的產(chǎn)業(yè)占比較大。在政策資金的進一步推動下，機器人教育迎來新的高速發(fā)展時期。在當(dāng)前的中小學(xué)發(fā)展過程中，開展學(xué)生素質(zhì)教育，引導(dǎo)學(xué)生能夠全面發(fā)展，培養(yǎng)學(xué)生的科技創(chuàng)新能力。中小學(xué)機器人教育作為STEAM教育中非常關(guān)鍵的部分，要設(shè)置相關(guān)人工智能的課程，引導(dǎo)中小學(xué)生學(xué)習(xí)機器人技術(shù)為社會的發(fā)展儲備優(yōu)質(zhì)的人才。同時，全國青少年機器人技術(shù)等級考試的進一步推動也獲得家長和學(xué)校的認可，以青少年科技能力標準為建設(shè)加強對優(yōu)秀學(xué)生的選拔，青少年機器人技術(shù)等級考試在全國范圍內(nèi)開展，對中小學(xué)的機器人教育課程進行開發(fā)與研究，才能更好地推動基礎(chǔ)教育的改革與發(fā)展。

（二）研究意義

在中小學(xué)開展機器人教育結(jié)合當(dāng)前人工智能的發(fā)展形勢，了解其研究的意義。首先，對中小學(xué)機器人教育課程進行豐富，當(dāng)前各類機器人比賽的廣泛開展，參與機器人比賽的學(xué)生在逐漸地增多，但是缺乏機器人課程資源，對機器人教育的標準進行進一步的規(guī)范，明確中小學(xué)機器人發(fā)展的方向，可以進一步豐富學(xué)校的機器人教育課程，其次，對于學(xué)生的動手實踐能力進行提升，機器人教育可以有效地解決學(xué)生實踐能力培養(yǎng)不足的問題，將STEAM教育機器人教育進行融合可以推動學(xué)生整體素養(yǎng)的提升。最后，減輕機器人教師的負擔(dān)，根據(jù)機器人的教材編寫課程，制作教學(xué)資源，可以結(jié)合學(xué)生的特點，進一步引導(dǎo)學(xué)生對于機器人進行深入開發(fā)，減輕教師的負擔(dān)。

二、機器人教育

機器人技術(shù)具有較強的綜合性，在對機器人技術(shù)進行應(yīng)用的過程中，要加強對數(shù)學(xué)、機械、計算機等相關(guān)學(xué)科的綜合。利用機器人技術(shù)對實踐性課堂進行分析，培養(yǎng)學(xué)生的綜合應(yīng)用能力，使學(xué)生能夠形成科學(xué)素養(yǎng)。對機器人教育進行系統(tǒng)的研究，主要是將機器人技術(shù)應(yīng)用到教育實踐的過程中，對于課堂的內(nèi)容進行不斷地豐富，要培養(yǎng)學(xué)生對科學(xué)探索的精神。總而言之，機器人教育是指利用機器人對于教學(xué)的效果進行優(yōu)化，強調(diào)人工智能技術(shù)的應(yīng)用。引導(dǎo)學(xué)生對機器人進行組裝搭建編程運行的過程中，形成對科學(xué)探索的興趣，探究科學(xué)的良好品質(zhì)。

三、中小學(xué)機器人教育開展的意義

從中小學(xué)方面，對人工智能高新技術(shù)進行應(yīng)用，打造機器人教育的體系，有利于對學(xué)校教學(xué)的資源進行豐富，推動基礎(chǔ)教育課程的改革。機器人教育具有一定的趣味性，可以吸引學(xué)生的注意力，引導(dǎo)學(xué)生在進行機器人程序編寫、造型設(shè)計的過程中，提升實踐操作能力。

（一）激發(fā)學(xué)生對科學(xué)探索的熱情與興趣

在中小學(xué)機器人教育的過程中，對學(xué)生的動手能力要求較高，需要學(xué)生對于機器人進行模型的搭建程序的編寫，使學(xué)生在獨立探索的過程中，感受到科學(xué)的魅力。教師在教學(xué)活動中作為學(xué)生的引導(dǎo)者，要激發(fā)學(xué)生的主觀能動性，使學(xué)生能夠主動對機器人的課程進行學(xué)習(xí)。同時，機器人教育的課程與其他的課程存在較大的不同，涉及機器人的設(shè)計制作調(diào)試，在進行探索的過程中，借助問題引導(dǎo)學(xué)生進行獨立設(shè)計，可以更好地鍛煉學(xué)生的實踐動手能力。比如，在WRO機器人常規(guī)賽的項目開展過程中，綜合比賽的主題，為學(xué)生提供機器人的套件，使學(xué)生能夠形成主觀能動性，主動完成教師所布置的任務(wù)，在情境下對于機器人進行組裝，使學(xué)生的興趣得以激發(fā)，從而使得學(xué)生在探索的過程中培養(yǎng)熱情。

（二）引導(dǎo)學(xué)生形成認真嚴謹?shù)目茖W(xué)研究態(tài)度

機器人教育與科學(xué)教育存在著緊密的關(guān)聯(lián)，在對學(xué)生的研究態(tài)度進行培養(yǎng)的過程中，要注重對學(xué)生嚴謹認真態(tài)度的培養(yǎng)，增強對機器人教育的重視。教師要引導(dǎo)學(xué)生日常生活中進行細心觀察，要求學(xué)生對機器人運動的狀況進行了解。比如，在機器人運動的過程中，存在脫離軌跡的現(xiàn)象，使學(xué)生在觀察時，要排除客觀環(huán)境所造成的影響，對于機器人的運行軌道進行模擬。在開展科學(xué)運算基礎(chǔ)上，借助觀察共同探索其脫離軌道的原因。除此之外，在實踐活動中，要使學(xué)生能夠保持認真的工作態(tài)度，系統(tǒng)地了解光線變化的具體情況，涉及各方面的問題進行細致的探究。

（三）推動學(xué)生邏輯思維能力的進一步強化與訓(xùn)練

在機器人教育的過程中其具有較強的邏輯性，在組織學(xué)生進行知識探索時，要注重對學(xué)生思維的強化與訓(xùn)練，奠定學(xué)生學(xué)習(xí)的基礎(chǔ)，機器人的制作過程存在一定的邏輯，涉及對機器人制作的構(gòu)思設(shè)計步驟以及機器人結(jié)構(gòu)中齒輪的選擇。在具體組織活動中對于機器人教育進行深入研究，要注重學(xué)生在日常生活中形成邏輯思維。比如，在機器人探險項目開展時，引導(dǎo)學(xué)生在學(xué)習(xí)理論基礎(chǔ)后對于探險機器人進行設(shè)計，根據(jù)規(guī)定的軌跡進行前進，越過障礙物，到達目的地，要對機器人的程序進行編寫和調(diào)試，教師要注重對學(xué)生邏輯關(guān)系的把握，分析實踐過程中存在的問題，從而探索問題的解決路徑，使學(xué)生的創(chuàng)新實踐能力得以培養(yǎng)，提升學(xué)生的綜合能力。

（四）增強學(xué)生團隊合作的意識與能力

在傳統(tǒng)課堂教學(xué)過程中學(xué)生之間，往往沒有存在密切的聯(lián)系，忽視了對學(xué)生團結(jié)精神的合理培養(yǎng)，導(dǎo)致整體的教學(xué)質(zhì)量得不到有效的提升，而在中小學(xué)教育過程中組織機器人教育，引導(dǎo)學(xué)生以團隊為單位，共同完成機器人的設(shè)計任務(wù)，注重對學(xué)生團結(jié)合作精神的培養(yǎng)。尤其機器人制作涉及的內(nèi)容較為廣泛，教師要指導(dǎo)學(xué)生從多個角度對問題進行分析，安排不同的小組成員完成相應(yīng)的任務(wù)，在合作的基礎(chǔ)上，對教學(xué)資源進行充分利用，在老師的支持下和小組的共同努力下完成機器人的設(shè)計，從而推動學(xué)生科學(xué)素養(yǎng)的提升。

四、中小學(xué)機器人教育開展所存在的問題

在人工智能的新發(fā)展背景下，對于中小學(xué)機器人教育進行開展，要了解其中所存在的各種問題，對問題的原因進行分析。

（一）缺乏對機器人教育開展的重視

在人工智能發(fā)展背景下，基層教育活動開展，對于學(xué)生的成長發(fā)揮著非常關(guān)鍵的作用，但是，部分中小學(xué)沒有形成對機器人教育的重視，機器人教育活動往往由生產(chǎn)企業(yè)和機器人俱樂部再進行推進，學(xué)校內(nèi)沒有對資源進行充分的利用。在機器人開展過程中，存在認識上的偏差，導(dǎo)致缺乏專項的資金，所配備的多種類型的機器人教具，得不到有效的應(yīng)用部分教具，僅為參加競賽的學(xué)生準備，使得其他學(xué)生的機器人學(xué)習(xí)受到阻礙。

（二）機器人教育應(yīng)用教具較為昂貴

在當(dāng)前的機器人教育過程中，要對機器人教具進行配備，但是由于教具較為昂貴，缺乏專項的經(jīng)費。在后續(xù)設(shè)備升級方面存在阻礙，同時，零部件更換成本較高，會增加中小學(xué)的經(jīng)濟壓力，也使得機器人教育走進校園課堂的難度在逐漸地增加。因此，對機器人教育的普及要在經(jīng)費方面進一步對路徑進行探索，降低經(jīng)費不足，對機器人教育開展所形成的影響。

（三）缺乏專業(yè)化的師資力量

機器人教育開展的過程中，要注重對多項學(xué)科知識的融合，涉及自動化、計算機、網(wǎng)絡(luò)智能控制等多個方面，對機器人的教學(xué)指導(dǎo)教師方面要求較高，但是，由于部分中小學(xué)的機器人教育與師資隊伍較為薄弱，部分教師由信息技術(shù)老師擔(dān)任，沒有接受過機器人教育的培訓(xùn)，使得教師隊伍難以對學(xué)生進行有效的指導(dǎo)。同時，機器人教育配備的教材較為缺乏，沒有對教學(xué)方法進行創(chuàng)新，也制約了機器人在中小學(xué)的進一步普及。

五、人工智能形勢下中小學(xué)機器人教育開展的具體策略

在人工智能形勢背景下，對中小學(xué)機器人教育開展提出若干意見，要加強對問題的解決，形成機器人教育實施的方案。

（一）加強機器人專項經(jīng)費投入力度的加大

由于機器人的器材購買較為昂貴，缺乏專項經(jīng)費，影響到中小學(xué)中機器人教育的進一步開展。因此，在購置機器人器材時，要合理地選擇機器人的供應(yīng)商，對于不同品牌的機器人器材進行甄別，滿足教學(xué)的需求，同時，要保證價格適中;其次，對專項教育經(jīng)費的投入力度進行加大，要拓展資金來源的渠道，可以向財政部門申請相關(guān)的教育經(jīng)費。最后，與企事業(yè)單位之間進行合作，不斷拓展經(jīng)費來源渠道，加強企業(yè)的參與，使學(xué)生能夠受益，切實保障機器人器材的購置和配套設(shè)備配置。

（二）促進專業(yè)化機器人教育師資隊伍的構(gòu)建

在當(dāng)前的機器人教育開展的過程中，專業(yè)化的機器人教育師資是其中非常關(guān)鍵的部分。一方面，中小學(xué)要選拔年輕教師，作為機器人的指導(dǎo)教師隊伍，增強對機器人專業(yè)知識和操作技能的學(xué)習(xí)，在培訓(xùn)的過程中進一步打造專業(yè)化的設(shè)計力量。另一方面，要針對機器人教師制定培養(yǎng)的計劃與師范院校進行合作，共同建立專業(yè)課程體系，對后備力量進行培養(yǎng)。最后，對教師教學(xué)的方法進行更新，要結(jié)合當(dāng)前人工智能的發(fā)展趨勢，對學(xué)生的身心特點進行考慮綜合，對學(xué)生進行教育。除此之外，為了進一步提升機器人教師教育質(zhì)量，要引導(dǎo)本校機器人教師積極向其他優(yōu)秀學(xué)校進行學(xué)習(xí)，了解其課堂實際操作的做法，形成符合學(xué)生學(xué)習(xí)特點的機器人教學(xué)模式。

（三）機器人教育與基礎(chǔ)教育改革的結(jié)合

機器人教育面向全體的學(xué)生，要引導(dǎo)學(xué)生在機器人探索的過程中更好地激發(fā)學(xué)生對于科學(xué)探究的精神。要促進機器人教育與素質(zhì)教育基礎(chǔ)教育的結(jié)合。尤其針對于部分學(xué)校把機器人教育作為競賽型的教育，只針對于少數(shù)學(xué)生存在過度商業(yè)化的問題，要解決這一問題，要加強對基礎(chǔ)教育的融合。建立中小學(xué)機器人教育的校本課程，圍繞當(dāng)前的課程資源進行深入研究，形成完善的機器人教育體系，同時，機器人教育也要與信息技術(shù)、數(shù)學(xué)、物理的過程進行有效的結(jié)合，才能更好地推動中小學(xué)機器人教育質(zhì)量的提升。

（四）推動機器人課程校本化的合理構(gòu)建

在機器人教育的過程中，要對學(xué)生的思維進行鍛煉，通過對機器人執(zhí)行任務(wù)的驗證，達到執(zhí)行結(jié)果與目標結(jié)果差異的探索。增強學(xué)生的學(xué)習(xí)動機，對學(xué)生進行有效的學(xué)習(xí)評價。首先，要立足于學(xué)生的實際，激發(fā)學(xué)生參與的熱情，人工智能隨著技術(shù)的發(fā)展在不斷地轉(zhuǎn)變，在智能機器人課程構(gòu)建時，要結(jié)合學(xué)生身心發(fā)展以及認知經(jīng)驗作為基礎(chǔ)觸發(fā)學(xué)生的深度學(xué)習(xí);其次.人工智能課程數(shù)量較少，趣味性不強，教師在進行校本課程開發(fā)的過程中，要注重個性化和立體化的設(shè)計。最后對于課程設(shè)計進行深入挖掘，要注重對學(xué)生思維的培養(yǎng)，利用學(xué)生已學(xué)的3D建模打印設(shè)計以及打印機器人的機械傳動設(shè)備等方面的知識，引導(dǎo)學(xué)生能夠進行深度探索，增強對智能機器人的了解。

六、結(jié)語

總而言之，在當(dāng)前的人工智能的發(fā)展背景下，加強中小學(xué)階段的教育改革，對機器人教育進行深入探索，要實現(xiàn)學(xué)生創(chuàng)新意識和創(chuàng)新能力的發(fā)展，加強對人才的合理培養(yǎng)。在新時期，要意識到機器人教育的重要性，在未來的研究過程中，結(jié)合當(dāng)前機器人教育的現(xiàn)狀，對機器人教育進行系統(tǒng)的探究，為中小學(xué)的教育改革提供參考。同時，要推動機器人教育基礎(chǔ)教育新課程的有效融合，使學(xué)生在參與活動的過程中，進一步增強合作意識與綜合能力，鍛煉邏輯思維能力，形成對科學(xué)認真嚴謹?shù)难芯繎B(tài)度。

作者簡介：賈曉昕（1970— ），男，漢族，本科，揚中市第二高級中學(xué)信息技術(shù)中學(xué)一級教師，信息技術(shù)教研組組長，揚中市機器人教育培訓(xùn)基地教練員，揚中市科普金牌講師，江蘇省青少年機器人大賽優(yōu)秀科技輔導(dǎo)員，全國青少年科技輔導(dǎo)員，連續(xù)三年來，一直奮斗在科技普及、推廣第一線，連續(xù)多次帶領(lǐng)基地學(xué)生參加各級各類機器人大賽，連續(xù)多年包攬鎮(zhèn)江市機器人大賽冠軍、亞軍、季軍，研究方向：機器人和人工智能。