我國基礎(chǔ)教育中機(jī)器人教育的現(xiàn)狀與對策研究

[摘要]近年來，機(jī)器人教育越來越受到人們的關(guān)注，國內(nèi)外的教育專家提出，教育機(jī)器人在基礎(chǔ)教育中可作為實(shí)施創(chuàng)新教育、素質(zhì)教育、技術(shù)教育的有效載體。從中小學(xué)機(jī)器人競賽、機(jī)器人教學(xué)、機(jī)器人教育研究三方面闡述了我國基礎(chǔ)教育中機(jī)器人教育的發(fā)展?fàn)顩r，分析了發(fā)展中存在的問題，并提出了若干解決問題的對策。

[關(guān)鍵詞]機(jī)器人教育；機(jī)器人競賽；虛擬機(jī)器人；基礎(chǔ)教育；對策

[中圖分類號]G436 [文獻(xiàn)標(biāo)識碼]B [論文編號]1009－8097(2008)05－0092－03

一 引言

隨著科學(xué)技術(shù)的發(fā)展，機(jī)器人不僅僅局限于工業(yè)應(yīng)用和研究所內(nèi)，它已經(jīng)進(jìn)入了教育領(lǐng)域。一些學(xué)者已經(jīng)宣稱利用機(jī)器人來開展實(shí)踐學(xué)習(xí)，有利于學(xué)生理解科學(xué)、工程學(xué)和技術(shù)等領(lǐng)域的抽象概念。近年來，機(jī)器人價(jià)格的下降和簡易性的提高，使得學(xué)生能夠有機(jī)會接觸這個(gè)“高科技產(chǎn)品”。因此，在發(fā)達(dá)國家，尤其是英、美、日等國家，已經(jīng)將機(jī)器人作為一種教學(xué)工具，應(yīng)用于中小學(xué)的課外科技活動(dòng)或技術(shù)課堂教學(xué)中。近年來，我國已逐步開始在中小學(xué)推廣機(jī)器人教育，我國的機(jī)器人教育主要包括機(jī)器人競賽和機(jī)器人教學(xué)。文章從中小學(xué)機(jī)器人競賽、教學(xué)、教學(xué)研究情況三部分來介紹當(dāng)前基礎(chǔ)教育中機(jī)器人教育的發(fā)展情況，分析了這一階段所存在的問題，提出了相應(yīng)的解決策略。

二 基礎(chǔ)教育中機(jī)器人教育的現(xiàn)狀

所謂機(jī)器人教育，通常是指學(xué)習(xí)機(jī)器人的基本知識與基本技能，或利用教育機(jī)器人優(yōu)化教育教學(xué)效果的理論與實(shí)踐。為了適應(yīng)未來科技社會對人才培養(yǎng)的需要，教育部從2003年起把中小學(xué)機(jī)器人比賽納入全國中小學(xué)電腦制作活動(dòng)中，2003年頒布的普通高中新課程標(biāo)準(zhǔn)又將“人工智能初步”及“簡易機(jī)器人制作”列入選修內(nèi)容。教育部新制訂的《普通高中物理課程標(biāo)準(zhǔn)(實(shí)驗(yàn))》也提出“收集資料，了解機(jī)器人在生產(chǎn)、生活中的應(yīng)用”的要求。目前，我國已有近百所中小學(xué)成為機(jī)器人教學(xué)實(shí)驗(yàn)學(xué)校。機(jī)器人作為增強(qiáng)學(xué)生動(dòng)手能力、促進(jìn)學(xué)生思維發(fā)展的有利工具，在中小學(xué)教育中逐漸得到認(rèn)同。

1 中小學(xué)機(jī)器人競賽

舉辦機(jī)器人比賽的主要日的是通過競賽促進(jìn)中小學(xué)階段機(jī)器人教育的普及和發(fā)展。中國機(jī)器人競賽相比國際上來說較晚，2001年中國科協(xié)舉辦了首屆中國青少年電腦機(jī)器人競賽，從此拉開了國內(nèi)中小學(xué)機(jī)器人比賽活動(dòng)的序幕。之后，機(jī)器人競賽發(fā)展迅速，比賽規(guī)則和項(xiàng)目也逐步與國際接軌。目前，中國比較有影響力的中小學(xué)機(jī)器人競賽有青少年電腦機(jī)器人競賽FLL(http：//robot．xiaoxiaotong．org/)、中國機(jī)器人人賽暨RoboCup公開賽(www．rcccaa．org)、全國中小學(xué)信息技術(shù)創(chuàng)新與實(shí)踐活動(dòng)機(jī)器人比賽(www．noc．net．cn/)、全國中小學(xué)電腦制作活動(dòng)(http：//computer．cbem．gov．cn/index．html)：除了國內(nèi)賽事之外，我國中小學(xué)生參加的國際賽事主要有WRO(www．wroboto．org)、FLL(www．firstlegoleague．org)、FIRA(www．fira．net)、RoboCup(www．robocup．org)、ABURobocon(www．a(chǎn)bu．org．my/public/index．cfm)、機(jī)器人滅大賽(www．trincoll．edu/events/robot)等。

2 中小學(xué)機(jī)器人教學(xué)

在機(jī)器人競賽的有力推動(dòng)下，許多有條件的中小學(xué)校正逐步將智能機(jī)器人引入校園，并開展了一系列豐富多彩、形式各樣的機(jī)器人教學(xué)活動(dòng)，其形式主要有：課外科技小組、選修課、綜合實(shí)踐活動(dòng)課、信息技術(shù)課等。以下為近年來中小學(xué)機(jī)器人教學(xué)中的一些重要事件：

(1)2000年北京景山學(xué)校將機(jī)器人的普及教育以科研課題的方式納入到信息技術(shù)課程中，在國內(nèi)率先開展了中小學(xué)智能機(jī)器人課程教學(xué)：

(2)2001年上海西南位育中學(xué)、盧灣高級中學(xué)等學(xué)校開始以“校本課程”的形式進(jìn)行了機(jī)器人活動(dòng)進(jìn)課堂的探索和嘗試；

(3)2005年北京師范大學(xué)苗逢春教授組織開展了“全國中小學(xué)機(jī)器人教學(xué)實(shí)驗(yàn)學(xué)校”；

(4)2005年9月份，哈爾濱首次在全市范圍內(nèi)正式將機(jī)器人引入課堂教學(xué)，在師范附小、省實(shí)驗(yàn)中學(xué)等41所學(xué)校開設(shè)了“人工智能與機(jī)器人”課程，以必修課形式對小學(xué)、初中、高中等三個(gè)學(xué)段的學(xué)生進(jìn)行機(jī)器人科學(xué)方面的教育。

隨著機(jī)器人教學(xué)在中小學(xué)的逐步鋪開，課程教材越來越引起各方的關(guān)注與重視。但是目前的機(jī)器人教學(xué)中還沒有統(tǒng)一的教材，適合中小學(xué)教學(xué)使用的教材也不多。綜合各教材內(nèi)容，機(jī)器人教學(xué)的模塊大致可分為四塊(參見表1)：

3 中小學(xué)機(jī)器人教學(xué)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(jì)分析，以“機(jī)器人教育”、“機(jī)器人教學(xué)”、“機(jī)器人比賽”為關(guān)鍵詞和索引，在“中國期刊網(wǎng)、中文期刊數(shù)據(jù)庫(維普)、中國學(xué)術(shù)會議全文數(shù)據(jù)庫(萬方)”進(jìn)行上述關(guān)鍵詞的搜索，檢索時(shí)間為1999．1．1到2007．12．31。通過篩選，剔除無關(guān)的條目，統(tǒng)計(jì)到以“機(jī)器人教育”為關(guān)鍵詞的文獻(xiàn)共28篇，“機(jī)器人教學(xué)”共21篇，“機(jī)器人比賽”或“機(jī)器人競賽”的有578篇。三部分內(nèi)容的文章分布參見圖1所示：

通過上圖的數(shù)據(jù)對比可看出，研究人員從不同角度對機(jī)器人教育進(jìn)行了研究，但各個(gè)研究內(nèi)容所投入的力量明顯不均衡，并且中小學(xué)機(jī)器人教學(xué)在目前中小學(xué)開展的活躍性與研究人員在此方面投入的研究力度明顯不對稱。研究者把注意力都集中在機(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)，難以深入到學(xué)校課堂中?？梢哉f，當(dāng)前“機(jī)器人教學(xué)”的發(fā)展?fàn)顩r明顯滯后于“機(jī)器人比賽”的發(fā)展。

三 存在的問一與解決策略

1 機(jī)器人教育開展中存在著認(rèn)識上的偏差。

在機(jī)器人教育被引入中小學(xué)之后，有條件的學(xué)校投入了大量資金興建了高檔次的實(shí)驗(yàn)室，配備了各類型的機(jī)器人。但這些舉措大多是為競賽而準(zhǔn)備，很少在日常教學(xué)中使用，只有參加競賽的同學(xué)才有機(jī)會接觸。事實(shí)上，在基礎(chǔ)教育階段，機(jī)器人教育不能只局限于競賽，應(yīng)該和當(dāng)前的基礎(chǔ)教育課程改革相結(jié)合，這樣才能使機(jī)器人教育得以持續(xù)的開展和普及，使所有的學(xué)生從中真正受益。

例如，在小學(xué)和初中階段，可以將機(jī)器人教學(xué)與“綜合實(shí)踐活動(dòng)”、“信息技術(shù)課”有機(jī)結(jié)合；在高中階段，可以將教育機(jī)器人與“人工智能初步”、“算法與程序設(shè)計(jì)”、“簡易機(jī)器人制作”、“電子控制技術(shù)”等技術(shù)類課程進(jìn)行結(jié)合。有條件的學(xué)?？梢蚤_設(shè)“人工智能與機(jī)器人”校本課程。事實(shí)上，教育機(jī)器人所體現(xiàn)的知識的綜合性使它不僅能成為信息技術(shù)教育的載體，也可以成為信息技術(shù)與中小學(xué)課程整合的載體。經(jīng)濟(jì)薄弱的地區(qū)和學(xué)校，可以通過虛擬機(jī)器人開展機(jī)器人教育；經(jīng)濟(jì)實(shí)力較好的學(xué)校，可以在課堂中直接使用實(shí)體機(jī)器人進(jìn)行教學(xué)，也可以先采用虛擬機(jī)器人教學(xué)再進(jìn)行實(shí)體機(jī)器人教學(xué)。這種方式既可以擴(kuò)展機(jī)器人教育的普及基礎(chǔ)，同時(shí)可以減少零部件的損耗，增加機(jī)器人的使用率。隨著虛擬機(jī)器人競賽的開展(例如，國內(nèi)的NOC虛擬機(jī)器人競賽、國際上的Robocupiunior competition等)為虛擬機(jī)器人進(jìn)入課堂教學(xué)提供了可能。

2 競賽活動(dòng)的教育目的不夠突出、普及面不夠廣泛

目前機(jī)器人競賽活動(dòng)中存在的主要問題是機(jī)器人競賽的教育目的不夠突出，普及度不高。商業(yè)因素對競賽項(xiàng)目的設(shè)立和評價(jià)干擾過度；一些競賽內(nèi)容固定缺乏創(chuàng)造性、科技含量不高，學(xué)生的創(chuàng)新能力得不到發(fā)揮：一些競賽活動(dòng)的參賽者動(dòng)機(jī)不端正，急功近利，有的甚至弄虛作假，靠廠家提供的技術(shù)人員直接幫助選手取勝等等。通過分析，總結(jié)普及度不高的主要原因?yàn)椋?)政策支持和社會支持力度不高，在應(yīng)試教育的大背景下，“中考、高考是教育的生命線”，領(lǐng)導(dǎo)、家長擔(dān)心機(jī)器人競賽活動(dòng)會占用學(xué)生的學(xué)習(xí)時(shí)間，從而堅(jiān)決抵制：2)機(jī)器人需要高額的資金投入，致使一些經(jīng)濟(jì)條件較差的學(xué)校對機(jī)器人教育“望而卻步”。

為了體現(xiàn)競賽的教育意義，推廣機(jī)器人競賽。首先，應(yīng)該構(gòu)建一個(gè)真正能體現(xiàn)學(xué)生的能力和水平的比賽環(huán)境和社會環(huán)境，加大宣傳，最大程度的去求得社會的支持(包括參賽經(jīng)費(fèi)、指導(dǎo)力量等等)，舉辦機(jī)器人親子教育等活動(dòng)，加強(qiáng)學(xué)校、學(xué)生、家長之間的交流，更為廣泛地開展校際、社區(qū)、地區(qū)之間的競賽；其次，研制低價(jià)實(shí)用、兼容性強(qiáng)、開放性好的機(jī)器人教育產(chǎn)品，降低參賽的門檻；設(shè)立更多體現(xiàn)學(xué)生創(chuàng)新能力的、有教育意義的項(xiàng)目，加強(qiáng)虛擬機(jī)器人競賽的推廣；最后，在評價(jià)機(jī)制上，進(jìn)行多元評價(jià)，設(shè)立更為務(wù)實(shí)的獎(jiǎng)勵(lì)制度。

3 機(jī)器人產(chǎn)品缺少規(guī)范

機(jī)器人產(chǎn)品是機(jī)器人教育的實(shí)施載體。目前國內(nèi)外教育機(jī)器人的品牌較多(參見表2)，并有不同特色。但總體而言，教學(xué)適用性強(qiáng)、性價(jià)比高的教育機(jī)器人產(chǎn)品仍然比較匱乏。由于沒有制定機(jī)器人產(chǎn)品的統(tǒng)一標(biāo)準(zhǔn)。在利益的驅(qū)逐下，一些公司較多地從商業(yè)角度出發(fā)而較少考慮教育因素，造成教育機(jī)器人品牌繁雜，自成體系，互不兼容，開放性差。我們認(rèn)為，研制教育機(jī)器人標(biāo)準(zhǔn)可以從以下兩個(gè)方面考慮：①對教育機(jī)器人產(chǎn)品的規(guī)范：教育機(jī)器人企業(yè)生產(chǎn)的產(chǎn)品應(yīng)適合于不同年齡段兒童的認(rèn)知水平，對不同的使用者提供合適的功能、配件以及人機(jī)界面，該標(biāo)準(zhǔn)可供企業(yè)研發(fā)教育機(jī)器人產(chǎn)品、學(xué)校選用教育機(jī)器人設(shè)備時(shí)參考；②對教育機(jī)器人教育教學(xué)活動(dòng)的引導(dǎo)：闡述對于不同層次學(xué)習(xí)者的不同教學(xué)內(nèi)容，應(yīng)選用的機(jī)器人類型和規(guī)格，適合他們參加的比賽，以及通過這些活動(dòng)可以達(dá)到的預(yù)期教學(xué)目標(biāo)，該標(biāo)準(zhǔn)可供學(xué)校開展教育機(jī)器人課程教學(xué)、課外活動(dòng)時(shí)參考。

4 基于教育視角的研究很不夠

機(jī)器人這個(gè)優(yōu)秀的平臺要想能充分發(fā)揮它的價(jià)值離不開對機(jī)器人教育的分析與定位、尤其是對機(jī)器人教育各個(gè)要素的分析。但從教育研究的現(xiàn)狀分析可知，教育角度研究的不足導(dǎo)致了以下幾個(gè)后果：教學(xué)目標(biāo)的科學(xué)性不強(qiáng)，小學(xué)、初中、高中機(jī)器人教學(xué)的分階段目標(biāo)劃分不夠明確與合理；缺乏科學(xué)規(guī)劃與教學(xué)設(shè)計(jì)，機(jī)器人教材的編寫不夠規(guī)范，教材質(zhì)量不高，缺少課程與教學(xué)專家的參與和指導(dǎo)；缺乏對機(jī)器人教育教學(xué)模式及評價(jià)方式的研究。

加強(qiáng)機(jī)器人教育的研究，除了教師的努力以外，還需教育研究機(jī)構(gòu)或機(jī)器人公司來進(jìn)行相關(guān)的機(jī)器人教學(xué)教程開發(fā)，機(jī)器人教學(xué)實(shí)踐案例的收集，網(wǎng)絡(luò)虛擬機(jī)器人教學(xué)平臺的研發(fā)等等。同時(shí)，在師范院校加強(qiáng)機(jī)器人教育相關(guān)學(xué)科的建設(shè)，唯有從培養(yǎng)今后從事該領(lǐng)域教學(xué)的教師做起，才能從源頭上擴(kuò)充機(jī)器人教育研究的隊(duì)伍。

四 結(jié)論

我國中小學(xué)機(jī)器人教育的深入開展，需要教育政府、中小學(xué)學(xué)校、機(jī)器人廠商的協(xié)作與努力。探索機(jī)器人教育的理論與實(shí)踐問題，更好的服務(wù)于廣大學(xué)生，是教育工作者責(zé)無旁貸的使命。機(jī)器人教育要與信息化教學(xué)相結(jié)合，全面體現(xiàn)課改精神，更好地培養(yǎng)21世紀(jì)人才的創(chuàng)新能力。