機(jī)器人教育

1 機(jī)器人教育類型

　　機(jī)器人的發(fā)明、研究及應(yīng)用實踐是以科學(xué)研究和社會生產(chǎn)為需求的，進(jìn)入到教育是其領(lǐng)域的擴(kuò)大與發(fā)展。但是，由于它所涉及知識的廣泛性和涉及技術(shù)的綜合性，這都使得機(jī)器人對教育而言具有更多的價值。根據(jù)有關(guān)機(jī)器人教育專家的研究與實踐，機(jī)器人教育的應(yīng)用可以分為五種類型。

　　第一種方式

　　機(jī)器人學(xué)科教學(xué)（RobotSubjectInstruction，簡稱RSI）

　　機(jī)器人學(xué)科教學(xué)，是指把機(jī)器人學(xué)看成是一門科學(xué)，在各級各類教育中，以專門課程的方式，使所有學(xué)生普遍掌握關(guān)于機(jī)器人學(xué)的基本知識與基本技能。其教學(xué)目標(biāo)如下。

　?。?）知識目標(biāo)：了解機(jī)器人軟件工程、硬件結(jié)構(gòu)、功能與應(yīng)用等方面的基本知識。

　?。?）技能目標(biāo)：能進(jìn)行機(jī)器人程序設(shè)計與編寫，能拼裝多種具有實用功能的機(jī)器人，能進(jìn)行機(jī)器人及智能家電的使用維護(hù)，能自主開發(fā)軟件控制機(jī)器人。

　　（3）情感目標(biāo)：培養(yǎng)對人工智能技術(shù)的興趣，真正認(rèn)識到智能機(jī)器人對社會進(jìn)步與經(jīng)濟(jì)發(fā)展的作用。

　　機(jī)器人教育成為學(xué)科課程，尤其對中小學(xué)而言師資、器材、場地及活動經(jīng)費、教學(xué)經(jīng)驗等都具有很大的挑戰(zhàn)。

　　第二種方式

　　機(jī)器人輔助教學(xué)（Robot-AssistedInstruction，簡稱RAI）

　　機(jī)器人輔助教學(xué)是指師生以機(jī)器人為主要教學(xué)媒體和工具所進(jìn)行的教與學(xué)活動。與機(jī)器人輔助教學(xué)概念相近的還有機(jī)器人輔助學(xué)習(xí)（Robot-AssistedLearning，簡稱RAL），機(jī)器人輔助訓(xùn)練（Robot-AssistedTraining，簡稱RAT），機(jī)器人輔助教育（Robot-AssistedEducation，簡稱RAE），以及基于機(jī)器人的教育（Robot-BasedEducation，簡稱RBE）。與機(jī)器人課程比較起來，機(jī)器人輔助于教學(xué)的特點是它不是教學(xué)的主體，是一種輔助。即充當(dāng)助手、學(xué)伴、環(huán)境或者智能化的器材，起到一個普通的教具所不能有的智能性作用。

　　第三種方式

　　機(jī)器人管理教學(xué)（Robot-ManagedInstruction，簡稱RMI）

　　機(jī)器人管理教學(xué)是指機(jī)器人在課堂教學(xué)、教務(wù)、財務(wù)、人事、設(shè)備等教學(xué)管理活動中所發(fā)揮的計劃、組織、協(xié)調(diào)、指揮與控制作用。機(jī)器人管理是從組織形式、組織效率等進(jìn)行發(fā)揮其自動化、智能性的特點，即屬于一種輔助管理的功能。

　　第四種方式

　　機(jī)器人代理（師生）事務(wù)（Robot-RepresentedRoutine，簡稱RRR） 機(jī)器人具有人的智慧和人的部分功能，完全能代替師生處理一些課堂教學(xué)之外的其他事務(wù)。比如機(jī)器人代為借書，代為作筆記，或者代為頂餐、打飯等。利用機(jī)器人的代理事務(wù)功能，目的是提高與學(xué)習(xí)相關(guān)的，能夠促進(jìn)學(xué)習(xí)效率、質(zhì)量的提高。

　　第五種方式

　　機(jī)器人主持教學(xué)（Robot-DirectedInstruction，簡稱RDI）

　　機(jī)器人主持教學(xué)（RDI）是機(jī)器人在教育中應(yīng)用的最高層次。在這一層次中，機(jī)器人在許多方面不再是配角，而是成為教學(xué)組織、實施與管理的主人。機(jī)器人成為我們學(xué)習(xí)的對象，這好像是遙不可及的事，但是人工智能結(jié)合虛擬現(xiàn)實技術(shù)、多媒體技術(shù)等讓它成為實現(xiàn)并非太難，只是如何要越來越符合教育的發(fā)展才是更重要的。

　　縱觀機(jī)器人進(jìn)入教育的五大方式，很多功能也是相互輔助、相互關(guān)聯(lián)、相互融合的，我們不易完全的把它們割裂開來。

2 機(jī)器人教育的重要性

　　技術(shù)融合了機(jī)械原理、電子傳感器、計算機(jī)軟硬件及人工智能等眾多先進(jìn)技術(shù)，為學(xué)生能力、素質(zhì)的培養(yǎng)承載著新的使命。機(jī)器人教育在教學(xué)中體現(xiàn)了以下幾個方面的作用：

　　1、讓學(xué)生了解機(jī)器人的發(fā)展和應(yīng)用現(xiàn)狀，理解機(jī)器人的概念和工作方式，為進(jìn)一步學(xué)習(xí)機(jī)器人技術(shù)的有關(guān)知識打下基礎(chǔ)。

　　2、讓學(xué)生了解機(jī)器人各個傳感器的功能，學(xué)習(xí)編寫簡單的機(jī)器人控制程序，提高學(xué)生分析問題和解決問題的能力。

　　3、通過機(jī)器人競賽和完成各項任務(wù)，使學(xué)生在搭建機(jī)器人和編制程序的過程中培養(yǎng)動手能力、協(xié)作能力和創(chuàng)造能力。

　　4、充分體現(xiàn)了學(xué)生的主體地位和老師的主導(dǎo)作用，有目的的培養(yǎng)學(xué)生的科學(xué)素養(yǎng)。

　　5、實現(xiàn)與國際接軌的需要。日本、美國等一些發(fā)達(dá)國家高度重視機(jī)器人學(xué)科教育對高科技社會的作用和影響，已在信息技術(shù)課與課外科技活動開設(shè)了有關(guān)機(jī)器人的課程內(nèi)容。我國要趕超世界教育先進(jìn)水平，必須大力加強(qiáng)機(jī)器人教育。

　　6、迎接機(jī)器人時代的需要。機(jī)器人的廣泛應(yīng)用將極大促進(jìn)社會生產(chǎn)力的發(fā)展與產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)的調(diào)整。開展機(jī)器人教育，有助于使我們在機(jī)器人時代走向世界前列.

3 機(jī)器人教育面臨的局限性

　　機(jī)器人已經(jīng)成為呼聲很高的創(chuàng)新教育平臺，并且正在大踏步地走向基礎(chǔ)教育。教育機(jī)器人在國內(nèi)處在起步階段，隨著各地中小學(xué)機(jī)器人實驗室的迅速建設(shè)，它作為課程，一些不成熟的表現(xiàn)也越發(fā)明顯，并且遇到了諸多方面的制約：

　　1、教育機(jī)器人產(chǎn)品缺乏規(guī)范性。國內(nèi)外機(jī)器人制造商開發(fā)的教育機(jī)器人品牌十分繁雜，且自成體系，互不兼容，開放度較低。

　　2、資金嚴(yán)重缺乏，配套組件及設(shè)施不夠，給普及增加了難度。

　　3、機(jī)器人教育缺乏科學(xué)規(guī)劃。機(jī)器人教學(xué)所使用的“教材”質(zhì)量不高，大多屬于“產(chǎn)品說明書”或“用戶指南”等，缺少課程與教學(xué)專家的參與和指導(dǎo)，且每個學(xué)校要獨立開發(fā)各自的校本教材，難度較高。

　　4、競賽活動商業(yè)化嚴(yán)重，教育發(fā)展方向偏移。機(jī)器人競賽的組織形式，大部分是由某些機(jī)器人制造商獨立或聯(lián)合舉辦，教育行政部門的監(jiān)管力度不夠，在競賽規(guī)則、裁判確定、獎勵辦法等方面存在較大差異。

　　5、教育行政部門不夠重視，缺少從教育視角進(jìn)行的研究。當(dāng)前中小學(xué)機(jī)器人教育 的開展，在一定程度上是由教育機(jī)器人企業(yè)在推動。雖然企業(yè)在初期所為此作出的貢獻(xiàn)應(yīng)當(dāng)予以肯定，但是隨著機(jī)器人教育的逐漸深入與普及，亟需教育行政部門、教學(xué)研究機(jī)構(gòu)給以充分的關(guān)注、協(xié)調(diào)與引導(dǎo)。

　　6、師資隊伍的良莠不齊。在機(jī)器人教育產(chǎn)業(yè)化的發(fā)展過程中，只有不斷培養(yǎng)大量懂得多學(xué)科知識的優(yōu)秀人才，才能跟上機(jī)器人時代的發(fā)展步伐。[1]

4 教育機(jī)器人

　　機(jī)器人技術(shù)綜合了多學(xué)科的發(fā)展成果，代表了高技術(shù)的發(fā)展前沿，機(jī)器人涉及到信息技術(shù)的多個領(lǐng)域，它融合了多種先進(jìn)技術(shù)，沒有一種技術(shù)平臺會比機(jī)器人具有更為強(qiáng)大的綜合性。引入教育機(jī)器人的教學(xué)將給中小學(xué)的信息技術(shù)課程增添新的活力，成為培養(yǎng)中小學(xué)生綜合能力、信息素養(yǎng)的優(yōu)秀平臺。

　　有專家認(rèn)為，“智能技術(shù)是信息技術(shù)領(lǐng)域的一個學(xué)術(shù)前沿，智能機(jī)器人的開發(fā)與應(yīng)用全面涉及感測技術(shù)、通信技術(shù)、智能技術(shù)和控制技術(shù)，是進(jìn)行信息技術(shù)教育的最佳載體，也是全面培養(yǎng)學(xué)生信息素質(zhì)提高其創(chuàng)新精神和綜合實踐能力的良好平臺。”

　　教育機(jī)器人則是一類應(yīng)用于教育領(lǐng)域的機(jī)器人，它一般具備以下特點：首先是教學(xué)適用性，符合教學(xué)使用的相關(guān)需求；其次是具有良好的性能價格比，特定的教學(xué)用戶群決定了其價位不能過高；再次就是它的開放性和可擴(kuò)展性，可以根據(jù)需要方便地增、減功能模塊，進(jìn)行自主創(chuàng)新；此外，它還應(yīng)當(dāng)有友好的人機(jī)交互界面。

5 國內(nèi)機(jī)器人教育狀況

　　為了適應(yīng)未來科技社會對技術(shù)型人才的需要，2003年頒布的普通高中新課程標(biāo)準(zhǔn)將“人工智能初步”與“簡易機(jī)器人制作”分別列入“信息技術(shù)課程”、“通用技術(shù)課程”選修內(nèi)容。教育部新制定的《普通高中物理課程標(biāo)準(zhǔn)(實驗)》也提到“收集資料，了解機(jī)器人在生產(chǎn)、生活中的應(yīng)用”的要求。由此可見國家對機(jī)器人教育的重視。機(jī)器人作為增強(qiáng)學(xué)生的動手能力，促進(jìn)學(xué)生思維發(fā)展，創(chuàng)新能力訓(xùn)練的有效工具，在教育界逐漸得到認(rèn)同。

　　機(jī)器人教育進(jìn)入中小學(xué)的主要表現(xiàn)在于競賽，通過競賽體現(xiàn)機(jī)器人對學(xué)生的設(shè)計能力、創(chuàng)新能力進(jìn)行拉動，以模范的力量推動它全面地進(jìn)入課程設(shè)置。觀察各地中小學(xué)機(jī)器人教育的方式大體區(qū)分以為下四種：

　　第一，通過學(xué)校、少年宮、少科站等單位吸入機(jī)器人愛好的部分學(xué)生，組成智能機(jī)器人學(xué)習(xí)小組，以學(xué)員制進(jìn)行活動，并可代表地區(qū)參加各類競賽活動。這種形式是機(jī)器人進(jìn)入中小學(xué)生視野最初、最多，也是最有效的方法。

　　第二，把智能機(jī)器人技術(shù)學(xué)習(xí)放入綜合實踐活動課中普及，在大中型的城市中非常的普遍，開設(shè)情況相對與經(jīng)濟(jì)欠發(fā)達(dá)地區(qū)較成熟。

　　第三，把智能機(jī)器人作為信息技術(shù)課的內(nèi)容之一進(jìn)入中小學(xué)信息技術(shù)教育課程，這種形式正在形成期，教材的編寫、課程的常規(guī)性開設(shè)正在起步。但是，這無疑會會為信息技術(shù)學(xué)科帶來新的活力，對今天信息技術(shù)教育重軟件應(yīng)用輕編程開發(fā)的局面會有所改善。

　　第四，智能機(jī)器人教育作為研究性課程的形式進(jìn)入中學(xué)，由于研究性學(xué)習(xí)課程越來越受到重視，由于機(jī)器人教育的長期性、個性化決定了如果通過研究性學(xué)習(xí)形式推廣會更有利于對學(xué)生創(chuàng)新能力的培養(yǎng)。但是由于研究性課程的地位決定的課時不足，以及班額過大決定的組織難度，這都會影響機(jī)器人教育的整體推進(jìn)。

　　早在上世紀(jì)70年代，中國學(xué)術(shù)界便開始對機(jī)器人教育開始研究。筆者對中國學(xué)術(shù)界所發(fā)表的相關(guān)文獻(xiàn)做了統(tǒng)計，以“機(jī)器人教育”、“機(jī)器人教學(xué)”、“機(jī)器人競賽”為關(guān)鍵字和索引，在“中國全數(shù)據(jù)期刊網(wǎng)、中國學(xué)術(shù)會議全文數(shù)據(jù)庫、中國優(yōu)秀碩士學(xué)位論文全文數(shù)據(jù)庫”進(jìn)行搜索檢索，時間為1979年到20l2年3月15日，通過篩選，剔除無關(guān)的條目，統(tǒng)計以“機(jī)器人教育”和“機(jī)器人教學(xué)”為關(guān)鍵字的文獻(xiàn)共有651篇，“機(jī)器人比賽或者機(jī)器人競賽”共有905篇。

　　通過上述數(shù)據(jù)對比可看出，研究人員從不同的角度對機(jī)器人教育進(jìn)行了研究，但在各個研究內(nèi)容的投入的力量明顯不均衡，并且中小學(xué)機(jī)器人教學(xué)在中小學(xué)開展的活躍度與研究人員在此方面的研究力度明顯不對稱。研究人員把注意力都集中在了機(jī)器人比賽上面，直接造成了機(jī)器人教育理論研究上的匱乏，最終導(dǎo)致機(jī)器人教學(xué)缺乏有效的理論指導(dǎo)，難以深入到課堂?？梢哉f，當(dāng)前“機(jī)器人教育”的發(fā)展?fàn)顩r明顯滯后于“機(jī)器人比賽”的發(fā)展。

　　同時，筆者針對有關(guān)機(jī)器人教育有關(guān)的文獻(xiàn)做了內(nèi)容分析研究，按文獻(xiàn)的內(nèi)容主旨將其分類：機(jī)器人教育的價值或意義、機(jī)器人教育中存在的問題(或者說阻礙機(jī)器人教育發(fā)展的因素)、機(jī)器人教學(xué)的開發(fā)設(shè)計、機(jī)器人教育的應(yīng)用現(xiàn)狀、機(jī)器人教學(xué)方法、機(jī)器人教育課程開發(fā)研究、國外機(jī)器人教育研究幾個方面。其中以研究“應(yīng)用狀況”和“教育問題”的內(nèi)容最多。而最為重要的課程設(shè)計方面的相關(guān)文獻(xiàn)僅有1篇。

6 國內(nèi)機(jī)器人競賽

　　中國青少年機(jī)器人競賽

　　青少年機(jī)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(jī)器人挑戰(zhàn)賽

　　未來伙伴杯中國智能機(jī)器人大賽

　　“樂博杯”國際機(jī)器人IROC大賽[3]

　　全國邁型體教機(jī)器人聯(lián)賽（M.E.S.E）

　　k'bot創(chuàng)意搭建機(jī)器人世界大賽全國選拔賽

7 國外機(jī)器人教育狀況

　　在國外，機(jī)器人教育一直是個熱點：早在1994年麻省理工學(xué)院（MIT）就設(shè)立了 “設(shè)計和建造LEGO機(jī)器人”課程(Martin)，目的是提高工程設(shè)計專業(yè)學(xué)生的設(shè)計和創(chuàng)造能力，嘗試機(jī)器人教育與理科實驗的整合；麻省理工學(xué)院媒體實驗室“終身幼兒園”項目小組開發(fā)了各種教學(xué)工具，通過與著名積木玩具商樂高公司的緊密合作，該項目組開發(fā)出可編程的樂高玩具，幫孩子們學(xué)會在數(shù)字時代怎樣進(jìn)行設(shè)計活動。同時，國外的一些智能機(jī)器人實驗室也有相應(yīng)的機(jī)器人教育研究的內(nèi)容。

　　日本,美國等一些發(fā)達(dá)國家高度重視機(jī)器人學(xué)科教育對高科技社會的作用和影響,已在信息技術(shù)課與課外科技活動開設(shè)了有關(guān)機(jī)器人的課程內(nèi)容。

　　自1992年開始,美國政府有關(guān)部門在全國高中生中推行“感知和認(rèn)知移動機(jī)器人”計劃,高中生可免費獲得70公斤重的一套零件,自行組裝成遙控機(jī)器人,然后可參加有關(guān)的比賽。

　　日本發(fā)展機(jī)器人起步比號稱“現(xiàn)代機(jī)器人故鄉(xiāng)”的美國晚了十年,但是在機(jī)器人產(chǎn)業(yè)化發(fā)展道路上,已經(jīng)走在了歐美國家的前面。這跟日本高度重視機(jī)器人教育和機(jī)器人文化的普及是分不開的。在日本,每所大學(xué)都有高水平的機(jī)器人研究和教學(xué)內(nèi)容,每年定期舉行各種不同層次的機(jī)器人設(shè)計和制作大賽,既有國際性高水平比賽,也有社區(qū)性中小學(xué)生參加的比賽。

　　新加坡國立教育學(xué)院(NIE)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(jī)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，以提高教師們開展機(jī)器人教育的科技水平與應(yīng)用能力。

8 國際機(jī)器人競賽

　　k'bot創(chuàng)意搭建機(jī)器人世界大賽，亞太區(qū)（香港），世界大賽（美國拉斯維加斯）

　　VEX機(jī)器人工程挑戰(zhàn)賽

　　IROC國際機(jī)器人奧林匹克大賽

　　FIRA機(jī)器人足球賽

　　機(jī)器人足球世界杯賽

　　機(jī)器人滅火比賽

　　FLL機(jī)器人世界錦標(biāo)賽

　　機(jī)器人走迷宮

　　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。

9 國內(nèi)機(jī)器人教育品牌

　　迪瓦機(jī)器人科技中心

　　北京樂博樂博機(jī)器人教育集團(tuán)

　　北京圖朵文化咨詢有限公司

　　上海森孚機(jī)器教育中心

　　大連博佳機(jī)器人教育

　　鳳凰機(jī)器人