從機(jī)器人項(xiàng)目的開展與評(píng)價(jià)看中美兩國(guó)機(jī)器人教育的差異

摘 要:中學(xué)機(jī)器人教育在中美國(guó)兩國(guó)都有十余年的開展歷史。本文試圖分析兩國(guó)教育背景對(duì)機(jī)器人教育的影響，并進(jìn)一步尋求一種對(duì)學(xué)生發(fā)展切實(shí)有益的機(jī)器人教育的模式。

中圖分類號(hào):G631 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼:A 文章編號(hào):1673-1875(2009)20-076-02

機(jī)器人教育的發(fā)展背景

機(jī)器人是一種通過(guò)程序控制，能自主完成某類任務(wù)的機(jī)器系統(tǒng)。隨著社會(huì)科技的發(fā)展，其應(yīng)用范圍十分廣泛，在工業(yè)、農(nóng)業(yè)、醫(yī)療、教育、社會(huì)服務(wù)、環(huán)境保護(hù)、空間探測(cè)等幾乎人類生活的所有領(lǐng)域都有應(yīng)用。機(jī)器人技術(shù)對(duì)社會(huì)的發(fā)展具有重要的影響，在美國(guó)，機(jī)器人教育一直是個(gè)熱點(diǎn)，機(jī)器人教育早已進(jìn)入大學(xué)教育，列入了人工智能、自動(dòng)化等相關(guān)專業(yè)的課程之中，從課程理論到課程實(shí)踐已漸成熟。一些著名的機(jī)器人制造公司與實(shí)驗(yàn)室合作進(jìn)行了相應(yīng)的機(jī)器人教育的研究。1994年，麻省理工學(xué)院就設(shè)立了 “設(shè)計(jì)和建造LEGO機(jī)器人”課程，目的是提高工程設(shè)計(jì)專業(yè)學(xué)生的設(shè)計(jì)和創(chuàng)造能力，嘗試機(jī)器人教育與理科實(shí)驗(yàn)的整合;麻省理工學(xué)院媒體實(shí)驗(yàn)室“終身幼兒園”項(xiàng)目小組開發(fā)了各種教學(xué)工具，通過(guò)與著名積木玩具商樂(lè)高公司的緊密合作，開發(fā)出可編程的機(jī)器人(Mind-storms)套件，幫孩子們學(xué)會(huì)在數(shù)字時(shí)代怎樣進(jìn)行設(shè)計(jì)活動(dòng)。讓機(jī)器人制造變得跟搭積木一樣，相對(duì)簡(jiǎn)單又能任意拼裝，使機(jī)器人開始走入個(gè)人世界，從而使機(jī)器人教育得到了充分的普及。

2003年我國(guó)教育部公布的《普通高中技術(shù)課程(實(shí)驗(yàn))標(biāo)準(zhǔn)》就明確將機(jī)器人內(nèi)容列入了通用技術(shù)課程之中，它是基于計(jì)算機(jī)技術(shù)的學(xué)習(xí)平臺(tái)、將機(jī)械傳動(dòng)與單片機(jī)的應(yīng)用有機(jī)組合的一個(gè)選修課程，與此同時(shí)，新的高中課程標(biāo)準(zhǔn)在“信息技術(shù)”科目中也設(shè)立了“人工智能初步”選修模塊，邁出了我國(guó)高中階段開展人工智能教育的第一步，這也意味著我國(guó)的人工智能教育在大眾化、普及化層面上躍上了一個(gè)新的臺(tái)階。

中美兩國(guó)中小學(xué)機(jī)器人教育特點(diǎn)

美國(guó)中小學(xué)課程設(shè)置與我國(guó)有很大的不同，美國(guó)中小學(xué)沒(méi)有統(tǒng)一設(shè)置的國(guó)家課程，學(xué)校在如何實(shí)施課堂教學(xué)，如何豐富學(xué)校課程體系上有很大的自主性，在基礎(chǔ)教育領(lǐng)域，機(jī)器人教育主要有以下四種類型:1、機(jī)器人技術(shù)課程;2、與各種機(jī)器人競(jìng)賽相結(jié)合為特點(diǎn)的課外活動(dòng);3、以機(jī)器人為主題的夏令營(yíng)活動(dòng);4、利用機(jī)器人技術(shù)作為輔助性工具來(lái)輔導(dǎo)其它課程的教學(xué)(或者作為一種研究工具來(lái)培養(yǎng)學(xué)生能力)并同時(shí)學(xué)習(xí)機(jī)器人知識(shí)。

以學(xué)生為中心開展活動(dòng)，學(xué)生有較大的自主發(fā)揮空間。學(xué)生自主性強(qiáng)，增加了學(xué)生學(xué)習(xí)的主動(dòng)參與意識(shí)。

由于機(jī)器人活動(dòng)的普及，機(jī)器人已經(jīng)作為一用以加強(qiáng)課程聯(lián)貫性幫助學(xué)生理解各學(xué)科之間的聯(lián)系，讓學(xué)生綜合自己所學(xué)知識(shí)，提供理解課程的情境，通過(guò)學(xué)習(xí)平臺(tái)，使概念變具體，并提供學(xué)生可以解決復(fù)雜問(wèn)題的情境，有共同興趣的同學(xué)形成學(xué)習(xí)共同體，為學(xué)生提供動(dòng)手空間、增加動(dòng)手經(jīng)驗(yàn)，同時(shí)提供了一個(gè)工程實(shí)踐的模擬環(huán)境有利于同學(xué)模擬相關(guān)的工程實(shí)踐。

從以上美國(guó)中小學(xué)開展機(jī)器人教育的形式來(lái)看與我國(guó)的一些中學(xué)名校機(jī)器人教育相比較，雖然推廣的形式有所不同，但其效果并無(wú)太大的差距。以我們調(diào)查了解的北京十二中為例，該校機(jī)器人項(xiàng)目是作為學(xué)?？萍嫉囊恢匾M成部分，承擔(dān)著全校(4000余學(xué)生)機(jī)器人選修課教學(xué)、競(jìng)賽、以及學(xué)生以機(jī)器人為平臺(tái)的科技創(chuàng)新活動(dòng)，為了適應(yīng)教學(xué)并滿足不同學(xué)生的要求，學(xué)校采取課程選修與機(jī)器人俱樂(lè)部，以及寒暑假夏(冬)令營(yíng)活動(dòng)相結(jié)合的組織方式，并與部分高校以及校外教育機(jī)構(gòu)協(xié)作開展科研講座、合作訓(xùn)練和比賽，在校內(nèi)亦積極倡導(dǎo)并開展了利用機(jī)器人進(jìn)行學(xué)科課程的整合。承擔(dān)了全國(guó)教育技術(shù)“十一五”重點(diǎn)課題《信息技術(shù)與學(xué)科教學(xué)整合的策略研究》等研究工作。

根據(jù)我們調(diào)查了解了北京的部分機(jī)器人項(xiàng)目開展學(xué)校，能夠?qū)⑦@一項(xiàng)目普及并作為選修課程面向全體學(xué)生的仍是少數(shù)幾所學(xué)校。多數(shù)中小學(xué)開展這一活動(dòng)僅局限于動(dòng)員幾個(gè)學(xué)生去參加一些比賽，投入的設(shè)備并不足以開展面向全體學(xué)生的教學(xué)活動(dòng)，學(xué)校滿足于在比賽中獲獎(jiǎng)以提高學(xué)校的知名度，至于如何通過(guò)這一項(xiàng)目的開展為學(xué)生提供一個(gè)新的學(xué)習(xí)的環(huán)境，培養(yǎng)創(chuàng)新思維，引發(fā)學(xué)習(xí)的變革，一些學(xué)校領(lǐng)導(dǎo)對(duì)此亦無(wú)充分的認(rèn)識(shí)。筆者在調(diào)查時(shí)某中學(xué)一教師曾表示，雖然現(xiàn)在有一些好的設(shè)備，適合教學(xué)使用，但在申請(qǐng)購(gòu)買時(shí)會(huì)有顧慮，如果買了設(shè)備卻拿不出成績(jī)就難以交差。這種情況其實(shí)已經(jīng)影響了機(jī)器人項(xiàng)目的開展。

相比較面言，中美兩國(guó)中學(xué)機(jī)器人教育各有特點(diǎn)，雖然開展的形式并無(wú)太大差異，但普及程度則有明顯的差距。

我國(guó)機(jī)器人教育的現(xiàn)狀與存在的偏差

功利性的影響

我們調(diào)查了在京的部分高中示范校機(jī)器人開展的情況，這些學(xué)校在每年的各項(xiàng)機(jī)器人比賽中都有十分優(yōu)秀的成績(jī)。以北京十二中為例，機(jī)器人教育以選修課、機(jī)器人俱樂(lè)部的形式開展、集教學(xué)、比賽、科技創(chuàng)新以及研究性學(xué)習(xí)為一體，每年約有150余人進(jìn)行學(xué)習(xí)和訓(xùn)練，開設(shè)了幾乎國(guó)內(nèi)所有的機(jī)器人項(xiàng)目，在課程內(nèi)容上一方面圍繞各個(gè)比賽項(xiàng)目，同時(shí)兼顧機(jī)器人理論與實(shí)驗(yàn)的教學(xué)。每年在機(jī)器人俱樂(lè)部中選拔學(xué)生參加各種比賽，由于要讓更多學(xué)生有比賽的機(jī)會(huì)，所以每年都用新生參加比賽，使比賽成績(jī)受到很大的影響。而另外一些被調(diào)查的學(xué)校則以機(jī)器人小組的形式開展活動(dòng)，以每年某個(gè)比賽為目標(biāo)，在學(xué)生中并不具有普及性，甚至幾個(gè)學(xué)生連續(xù)幾年參加某項(xiàng)比賽。在我們調(diào)查的學(xué)校中這一情況是比較常見的現(xiàn)象。

機(jī)器人比賽異化

每年全美(包括加拿大)高中生機(jī)器人俱樂(lè)部舉行的比賽，由全美俱樂(lè)部每年統(tǒng)一發(fā)布一個(gè)機(jī)器人比賽內(nèi)容和規(guī)則(每年都不一樣)，統(tǒng)一購(gòu)置并發(fā)放一批器件材料。而我國(guó)教育部所舉辦的機(jī)器人比賽，近10年在項(xiàng)目要求和規(guī)則沒(méi)有大的改動(dòng)，對(duì)于選用器材卻未加限制，這就使得眾多的機(jī)器人制造商成為了比賽的主角。為了在比賽中具備優(yōu)勢(shì)，機(jī)器人更新成為了眾多機(jī)器人制造商的首要任務(wù)。針對(duì)比賽任務(wù)改進(jìn)軟硬件，已經(jīng)成為能否占領(lǐng)市場(chǎng)的重大課題，因此很大程度上機(jī)器人比賽成為了制造商的競(jìng)爭(zhēng)。以學(xué)生的知識(shí)很難對(duì)現(xiàn)有比賽用機(jī)器人加以改進(jìn)，學(xué)生也失去了自主思考設(shè)計(jì)反復(fù)嘗試的機(jī)會(huì)，他們的任務(wù)退化為被動(dòng)地接受廠商提供的機(jī)器和訓(xùn)練，違背了機(jī)器人教育開發(fā)學(xué)生潛能、為學(xué)生提供創(chuàng)新的發(fā)展空間這一初衷，而很多學(xué)校的機(jī)器人教學(xué)僅僅圍繞比賽而展開，智能機(jī)器人教育作為一種全新的教學(xué)平臺(tái)，它在學(xué)科教學(xué)中的作用遠(yuǎn)遠(yuǎn)沒(méi)有發(fā)揮出來(lái)。在比賽中，由于過(guò)分追求比賽結(jié)果，造成學(xué)生學(xué)習(xí)的主動(dòng)性和思維的開放性、創(chuàng)造性沒(méi)有得到充分的體現(xiàn)。。

比賽影響教學(xué)內(nèi)容

機(jī)器人教育是一個(gè)系統(tǒng)工程，雖然機(jī)器人在不斷更新，其教育內(nèi)容應(yīng)保持相對(duì)的穩(wěn)定性，由于目前我國(guó)中小學(xué)機(jī)器人教育是以各種比賽形式進(jìn)行推動(dòng)，這就使得比賽成為了決定教育過(guò)程的一個(gè)重要的指標(biāo)，因此在很大程度上影響了教育內(nèi)容的選擇，有些學(xué)校實(shí)行比賽與教學(xué)分離，以保證在教學(xué)中能系統(tǒng)的開展機(jī)器人的研究，盡可能不受比賽的影響，或只將比賽作為一個(gè)實(shí)踐的案例來(lái)進(jìn)行探討。但是我們調(diào)查的大多數(shù)學(xué)校卻很大的受制于比賽。由于各廠家提供的器材在操作系統(tǒng)上相差很大，產(chǎn)品更新快，學(xué)生很難有一個(gè)深入的了解，教師也難以認(rèn)真研究各種產(chǎn)品的性能，造成教學(xué)難度大，內(nèi)容龐雜。為應(yīng)付每年的各項(xiàng)比賽，一些學(xué)校在課程上犧牲內(nèi)容深度和難度，僅僅是圍繞比賽而開展培訓(xùn)。

對(duì)機(jī)器人教育的幾點(diǎn)設(shè)想和建議

隨著中國(guó)教育改革的深入，機(jī)器人教育也將得以健康地發(fā)展，機(jī)器人比賽無(wú)疑會(huì)對(duì)機(jī)器人項(xiàng)目開展起到推動(dòng)的作用，但是我們更應(yīng)了解到機(jī)器人將對(duì)于學(xué)生、對(duì)于教師、對(duì)于教育內(nèi)容、對(duì)于教育方式都將產(chǎn)生的重要影響。更多吸引學(xué)生加入到這一項(xiàng)目中來(lái)無(wú)疑是為學(xué)生提供了一個(gè)可以充分發(fā)展的空間。

不要急功近利，要通過(guò)教材編寫、課題研究、使機(jī)器人教育真正完善起來(lái)，植根于中小學(xué)基礎(chǔ)教育之中，將機(jī)器人交給學(xué)生，不僅是交給他們一個(gè)好的比賽成績(jī)，而且是教給他們一個(gè)思考習(xí)慣。

針對(duì)目前機(jī)器人中所存在的問(wèn)題，筆者認(rèn)為可以采取以下一些措施加以改進(jìn):

1.建立一個(gè)多元的價(jià)值評(píng)價(jià)系統(tǒng)

由于目前各學(xué)校所采用的教材不同、設(shè)備不同，通過(guò)限定任務(wù)進(jìn)行比賽不足以體現(xiàn)教學(xué)與活動(dòng)的真正水準(zhǔn)。因此美國(guó)中小學(xué)對(duì)機(jī)器人活動(dòng)的評(píng)價(jià)方法就非常值得提倡和采用，針對(duì)不同形式的活動(dòng)設(shè)定不同的目標(biāo)和考核方法，使教學(xué)活動(dòng)、競(jìng)賽中每一學(xué)生的亮點(diǎn)都會(huì)得以展示，真正做到重在學(xué)生的參與、過(guò)程與體驗(yàn)、對(duì)形為的影響與反思，樹立他們自信心、培養(yǎng)其價(jià)值觀和良好的習(xí)慣，使他們?cè)诨顒?dòng)中培養(yǎng)自己的獨(dú)立思考能力、動(dòng)手能力、協(xié)作溝通能力、對(duì)新事物的好奇心并使?jié)撃艿靡猿浞值匕l(fā)揮。

2、開展校際的協(xié)作教學(xué)研究

目前由于競(jìng)賽已經(jīng)成為評(píng)價(jià)機(jī)器人活動(dòng)水平唯一指標(biāo)，學(xué)校之間充滿了相互間的競(jìng)爭(zhēng)，極大的妨礙校際間教學(xué)合作的開展，對(duì)教師業(yè)務(wù)的提高起著消極的作用，現(xiàn)在對(duì)學(xué)校機(jī)器人項(xiàng)目的推動(dòng)、對(duì)教師的培訓(xùn)主要由機(jī)器人廠家在進(jìn)行，而機(jī)器人廠家的技術(shù)人員對(duì)于專業(yè)的教學(xué)活動(dòng)往往是難以勝任的，這就使得原本可以通過(guò)校間協(xié)作、教研活動(dòng)形成的對(duì)教學(xué)的促進(jìn)難以開展。以我區(qū)少年宮和北京十二第中學(xué)等學(xué)校倡導(dǎo)的校間協(xié)作不僅使校間資源得以共享，而且避免了協(xié)作校教師間的競(jìng)爭(zhēng)關(guān)系，使得教研活動(dòng)得以開展，促進(jìn)了機(jī)器人項(xiàng)目的健康開展。

3.重視課堂教學(xué)與機(jī)器人項(xiàng)目的普及

目前大多數(shù)學(xué)校機(jī)器人活動(dòng)停留于課外興趣小組的階段，為參加各種比賽而開展各種活動(dòng)和訓(xùn)練，并沒(méi)有得到真正意義上的普及，普及仍然是需要一個(gè)過(guò)程并有一些問(wèn)題需要解決。如何在開展《簡(jiǎn)易機(jī)器人制作》這一課程之后協(xié)調(diào)與各種比賽的關(guān)系、《簡(jiǎn)易機(jī)器人制作》課程內(nèi)容與俱樂(lè)部培訓(xùn)課程的關(guān)系都是應(yīng)該加以考慮的。

4.以校外俱樂(lè)部的形式取代現(xiàn)在的以學(xué)校為單位的比賽制度

筆者多年來(lái)致力于機(jī)器人教學(xué)工作，特別是近年來(lái)我單位機(jī)器人項(xiàng)目得到了北京十二中學(xué)等學(xué)校的大力支持，在師資、設(shè)備、信息等方面實(shí)現(xiàn)了資源共享，在工作中優(yōu)勢(shì)互補(bǔ)充分發(fā)揮了各人、各校、各實(shí)驗(yàn)室之所長(zhǎng)，為學(xué)生提供了一個(gè)良好的環(huán)境。開展了更多的項(xiàng)目，提供了更多的參賽機(jī)會(huì)。目前這種校間協(xié)作的形式正受到更多的關(guān)注，得到了周邊學(xué)校的充分肯定和積極響應(yīng)和，我區(qū)現(xiàn)已有一些學(xué)校加盟到這一合作之中，我們認(rèn)為這一合作模式是值得推廣的。