中小學機器人教育現狀調查研究

摘" 要" 為推動教育機器人普及的進展，發現中小學機器人教育發展中的問題，以山東省德州市為例，通過問卷調查的形式，分析數據，總結發現其發展面臨教育者創新意識有待培養、硬件設備短缺、學生實踐能力不足等一系列問題，在此基礎上提出培養教學創新思維、提高資金投入、推動實踐發展等解決策略，從而促進機器人教育發展。

關鍵詞" 中小學；機器人教育；教育機器人；校本課程；機器人課程

中圖分類號：G623.58" "文獻標識碼：B

文章編號：1671-489X（2022）08-0019-04

Investigation and Research on Current Situation of Robot Education in Primary and Secondary School： Taking

Dezhou as Example//ZHANG Chunxue， ZHAO Keyun， HU Fangang

Abstract" In order to promote the progress of the spread of educational robots， find the problems in the development of"robot education in primary and secondary schools， we take the City of Dezhou， Shandong Province as an example， through the form of questionnaire survey， the analysis data summari-zes that its development is facing a series of problems such as"the education of innovative consciousness to be cultivated， the shortage of hardware and equipment， and the lack of stu-dents’ practical ability. On this basis， the solution strategies of"cultivating innovative thinking of teaching， increasing capital investment and promoting the development of practice are put"forward to promote the development of robot education.

Key words" primary and secondary schools; robot education; educating robots; school-based curriculum;" robotics courses

0" 引言

近年來，隨著國家基礎教育信息化不斷推進實施，以教育機器人為載體的機器人教育漸漸走進人們的視野。所謂機器人教育，通常是指學生學習機器人的基本知識，掌握相關的基本技能，或者利用教育機器人優化教育教學效果的理論與實踐[1]。但是就客觀而言，在一些經濟發達地區，仍然沒有出現機器人教育普遍發展的現象。有鑒于此，筆者以德州市為例，通過文獻法、問卷調查法等各種研究方法，試圖就中小學機器人教育中遇到的問題作出一些解答，對機器人教育的未來進行展望。需要指出的是，本次調查研究僅考慮到以課程為載體的機器人教育以及機器人競賽兩個方面，不涉及以興趣為導向的課外學習小組[2]。

1" 研究思路與方法

1.1" 研究方法

本研究中問卷采用李克特五級量表的形式，題項由“非常不符合”到“非常符合”，內容主要分三個模塊，分別圍繞個人情況調查、中小學機器人教育現狀調查和個人接觸中小學機器人教育學習感受情況三個模塊來開展調查。采用簡單抽樣的方法，以德州市中小學生為研究對象，研究者以線上問卷的調查方式收回有效問卷共483份。

1.2" 問卷信效度分析

調查問卷的信度，通俗來說，是指測量結果是否反映了被測量者的真實想法與特征。在調查問卷結果的信度分析中涉及α信度系數（克隆巴赫系數），若該系數大于0.7，則問卷設計的可靠性程度高。將調查問卷的量表數據結果輸入SPSS中，將所需的變量選入項，模型選擇α模型，得出問卷設計的整體α信度系數（克隆巴赫系數）已達到0.951。量表變量的信度系數如表1所示，可知所有量表變量的系數均是高于0.7且低于0.951，說明本次問卷設計具有良好的信度[3]。

調查問卷的效度是指問卷設計所獲得的數據能否達到預期目標，主要涉及KMO（檢驗統計量）系數，當KMO的數值大于0.9時適合做因子分析，表明變量之間的相關性強。將問卷調查的結果數據先做KMO檢驗和Bartlett’s球狀檢驗，可得KMO取樣適切性量數0.910，Bartlett近似卡方值為14 073.974（P=0.000＜0.001）。KMO數值大于0.9，說明非常適合做因子分析，該問卷設計的變量之間相關性非常強，效度較高。

2" 數據處理

2.1" 學生對機器人課程的興趣和趨向

從學習興趣的角度來講，在本次調查接觸過機器人教育的150位學生中，有高達81.2%的學生非常喜歡學校開展學習機器人的課程或有關機器人的活動，這也從側面反映出機器人課程對于絕大多數中小學生來講是有吸引力的，他們喜歡學校開展機器人教育的原因如圖1所示。

2.2" 學生對機器人教育實施方法的認知

從實施機器人教育的方式上來講，德州市中小學實施機器人教育的方式主要以機器人課程（包括必修課和選修課）以及其他形式（如興趣小組、社團等）存在，有64%的學生所在的學校每周只開展一節學習機器人相關課程，有22%的學生從來沒有上過機器人課程，僅有14%的學生每周有兩節及以上的機器人課程。研究者根據這一情況收集學生對于機器人教育實施方式這一現象的認知，主要是指學生對學校開展的機器人教育或是沒有開展過的機器人教育的想法。如圖2所示，超過90%的學生希望并認為學校有必要開展機器人課程，有超過一半的學生會利用機器人技術（如學習APP）進行學習，有85%的學生認為機器人技術對其學習的幫助非常大；但是有88%的學生認為機器人教育的應用不夠全面，有超一半的學生擔心機器人教育會將自己的教育信息泄露出去。

2.3" 學生對機器人教育實施障礙的認知

目前，我國中小學機器人教育的發展正面臨差異化的地區領域分布、對象涉及面過于狹小以及在具體實施教育的過程中還普遍存在流于形式和不受重視的困境[4]。如圖3所示，在問卷調查中，有超過一半的學生認為學校機器人教育發展緩慢主要是因為學校缺乏完善的機器人設備，缺乏相應的師資力量以及國家政策和課程標準；有35.82%的學生認為是因為學校不重視機器人教育。

2.4" 學生對機器人教育未來發展的展望

對于未來機器人教育的發展，學生給予一定的展望。如圖4所示，在問卷調查中，有超過70%的學生想要在未來能實施機器人學科教學，多學習有關機器人的知識，同時讓機器人充當自己的學習助手與伙伴；有近50%的學生想要享受機器人代理事務、管理教學、主持教學的服務。在各方面的大力支持下，機器人教育的應用必將迎來一個新的高潮。

3" 結論與討論

就目前來看，在中小學信息技術課程中融合機器人學科知識和應用已經成為不可阻擋的趨勢。下面針對調查問卷中呈現出來的問題，結合對問卷調查的整理以及文獻的查閱，從教育者、教育環境、教育對象、外部條件四個方面總結相應的實施策略。

3.1" 整合師資力量，培養教學創新思維

目前中小學機器人教育還處于起步發展階段，還有一部分學校尚未起步，由于地區之間的差異，機器人教育發展不均衡的問題也尤為突出。從問卷調查中可以看出：就德州市而言，從屬專業的人工智能學科的教師甚為匱乏。對此，市中心一些條件較好的學校可以適當選擇與機器人教育廠商合作，聘用培訓機構人員作為機器人課程教師，暫時解決機器人課程師資缺乏的問題，這不失為一種權宜之策[5]。另一方面，中小學校大多還是70后、80后的教師，他們在進行機器人教育過程中用得多是傳統課堂講授法，而更高效的教學方法為項目式教學，以任務驅動讓學生自己搜索資料解決問題，充分利用各種信息化資源。因此，要培養教師的教學創新思維，使機器人教育真正發揮培養學生的創新意識和能力的價值。

3.2" 健全師資發展機制，積極創設校本課程

鐘伯昌教授認為：“機器人課程至少有三個核心觀念需要提取，即自動控制理論、工程思想和發明問題解決理論（TRIZ）。”[5]在教育核心概念的過程中存在教學重復的弊端，即教師重復教導學生編程實驗問題、學生機械性模仿教師編程的行為，這就要求學校建立一整套師資發展機制，符合教師的教學方法、教學評價、教學內容等。從問卷調查中可以了解到，目前學校尚未形成完整的機器人校本課程體系，因此應以實際需求為導向，以創新意識為動力，同時積極創設校本課程，充分激發教師的教學積極性，高效解決機器人教育教學過程中存在的問題，提高中小學機器人課程的教學質量。

3.3" 融合各方力量，完善環境建設

機器人教育是融合了互聯網和人工智能的高新技術，因此，機器人教育對于教學環境要求非常高，需要有效的硬件設施給予支撐。然而在問卷調查中發現，有超過60%的學生認為機器人器材以及配套設備購買、實驗室建設等環境情況不容樂觀。一些經濟欠發達地區缺乏完善的機器人教育扶持政策，得不到充足的國家和省級教育領導部門的資金支持，就處在心有余而力不足的尷尬境地[6]。因此，一些有余力的學校可以結合社會各方支持，為機器人教育的開展提供有利的外部條件。同時，各級政府要積極支持，給予資金扶持，只有資金投入到位，機器人教育的相關設備才能完善，師資力量才能得以保證，教學質量才能穩步提升。

3.4" 樹立正確的價值觀，培養學生學習興趣

在問卷調查中發現，有超過70%的學生認為應當多開設相關的機器人課程，保證機器人教育能夠順利而有序地開展下去。這一數據表明學生對其充滿興趣，而興趣是最好的老師。因此，在機器人課程之初，教師可以運用講授法和演示法，通過PPT向學生展示機器人的發展歷程及目前的應用情況，通過視頻和圖片帶領學生盡情暢想未來機器人的變化，增強教學的趣味性，讓學生愉悅地學習機器人相關知識，提起學習欲望[7]。

3.5" 普及機器人教育，區分與機器人競賽的關系

從問卷調查中得知，一些機器人競賽存在商業化氣息過于濃重的問題，有一部分學生陷入購買價格越高的機器人越能獲得比賽勝利的思維，使得機器人競賽成為資本運作的平臺。機器人教育不應僅僅局限在機器人競賽這一形式上，而是要做到真正的普及，讓機器人課程走進中小學課堂，真正做到從橫向的角度將機器人教育與多學科融合，發揮機器人教育最大的作用；從縱向的角度使得K-12教育三個階段的課程內容相互聯系、緊密銜接[3]。

4" 結束語

總之，機器人教育的發展是一個動態長期的過程。在我國K-12教育中，機器人教育深受傳統教育模式的影響，發展不是很順利，需要融合相關部門、基層學校、教育機器人廠商等各方力量來共同推動。雖然中小學機器人教育的發展目前面臨各式各樣的困難，但是通過各方面的努力與合作，機器人教育未來必定能更好地融入中小學課堂，成為培養信息化社會人才堅實的力量。

參考文獻

[1] 彭紹東.論機器人教育（上）[J].電化教育研究，2002（6）：3-7.

[2] 鐘伯昌，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.

[3] 杜成龍，賈曉梅.新形勢下加強中小學機器人教育的若干思考[J].科技經濟導刊，2018（6）：102-103.

[4] 張世超.中小學機器人教育中的問題及思考：以河北省縣級及以下機器人教育為例[J].教育實踐與研究（C），2019（Z1）：33-35.

[5] 鐘伯昌.中小學機器人教育的困境與突圍[J].人民教育，2016（12）：52-55.

[6] 盧燕，趙曉聲.中小學機器人教育的現狀與對策[J].中小學信息技術教育，2011（11）：35-37.

[7] 鄭立新，王振強.義務教育階段機器人模塊內容標準解讀[J].中國電化教育，2012（11）：28-30.

作者：張春雪，曲阜師范大學傳媒學院，研究方向為網絡教育應用；趙可云，曲阜師范大學傳媒學院，教授，碩士生導師，研究方向為教育信息化、教師專業發展；胡凡剛，曲阜師范大學傳媒學院，教授，博士生導師，研究方向為教育虛擬社區理論與實踐、網絡教育應用（276826）。