福州市中小學(xué)機(jī)器人教育面臨的問題與推進(jìn)建議

邱雅番 袁小春

摘要 為了了解福州市機(jī)器人教育的發(fā)展?fàn)顩r，對(duì)福州市開展機(jī)器人活動(dòng)的中小學(xué)教師進(jìn)行問卷調(diào)查和訪談。在調(diào)查結(jié)果和相關(guān)文獻(xiàn)的基礎(chǔ)上，結(jié)合自身參與機(jī)器人教學(xué)的經(jīng)歷，闡述福州市機(jī)器人教育面臨的問題，并提出推進(jìn)機(jī)器人教育發(fā)展的幾點(diǎn)建議。

關(guān)鍵詞 中小學(xué)；機(jī)器人教育；機(jī)器人指導(dǎo)教師

中圖分類號(hào)：G630文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：B文章編號(hào)：1671-489X(2012)12-0022-03

Problems of Robot Education in Fuzhous Primary and Secondary Schools and Its Suggestions//Qiu Yafan, Yuan Xiaochun

Abstract In order to know the development of Robot Education in primary and secondary schools of Fuzhou, the author conducted a questionnaire survey and interviews towards teachers in charge of their schools robot education. On the base of findings and related literature, with the authors own robot teaching experience, it describes the problems of Fuzhou robot education, and put forward several suggestions to promote robot education development.

Key words primary and secondary school; robot education; robotics instructor

Authors address School of Education, Fujian Normal University, Fuzhou, China 350007; the Affiliated High School of Fujian Normal University, Fuzhou, China 350007

1 引言

據(jù)福州市科協(xié)統(tǒng)計(jì)，福州市在十一屆全國青少年機(jī)器人競賽中獲得的4個(gè)單項(xiàng)冠軍，占該項(xiàng)賽事全國冠軍總數(shù)（18個(gè)）的22.2%，是參加該競賽8年來獲得的歷史最好成績。在這之前，福建師大附中、鼓山中心小學(xué)等學(xué)校都曾多次走出國門，前往日本、美國參加世界級(jí)機(jī)器人競賽并屢獲佳績。雖然福州市機(jī)器人競賽在近幾年的探索與實(shí)踐中取得較大的成就，但是機(jī)器人教學(xué)研究與實(shí)踐仍然比較缺乏。筆者對(duì)福州市近30名從事機(jī)器人活動(dòng)的教師進(jìn)行了問卷調(diào)查和訪談，從調(diào)查結(jié)果來看，福州市機(jī)器人教育存在諸多問題。本文針對(duì)這些問題及相應(yīng)建議進(jìn)行闡述。

2 福州市機(jī)器人教育面臨的問題

2.1 機(jī)器人教師專業(yè)背景復(fù)雜，專業(yè)能力參差不齊

筆者針對(duì)機(jī)器人指導(dǎo)教師的學(xué)科背景進(jìn)行了數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)，如圖1所示，大多數(shù)教師來自（小學(xué)、初高中）信息技術(shù)、（小學(xué)）科學(xué)、（高中）通用技術(shù)這3個(gè)相關(guān)性較強(qiáng)的學(xué)科。這些教師的專業(yè)知識(shí)與機(jī)器人教學(xué)所需的知識(shí)與能力吻合度較高。除此之外，一些數(shù)學(xué)、物理等理科教師也加入到機(jī)器人教學(xué)活動(dòng)中來。除部分校外培訓(xùn)機(jī)構(gòu)之外，公立校幾乎沒有專職機(jī)器人指導(dǎo)教師。還有一些學(xué)校表示，由于校內(nèi)缺乏師資，只能通過外聘廠家技術(shù)工程師、地區(qū)銷售協(xié)助開展相關(guān)活動(dòng)。然而機(jī)器人學(xué)科是一門交叉性極強(qiáng)的綜合性學(xué)科，它涉及機(jī)械制造、自動(dòng)控制、傳感器技術(shù)、計(jì)算機(jī)軟硬件技術(shù)等許多學(xué)科[1]。來自不同專業(yè)背景的教師在從事機(jī)器人教育時(shí)勢必遇到知識(shí)和技能上的難題，因此無論是何種教育背景出身的教師，由于機(jī)器人教育的綜合性和專業(yè)性，在從事機(jī)器人教育時(shí)都有自身的優(yōu)勢與不足。

2.2 機(jī)器人教育學(xué)習(xí)資源分散，教學(xué)研究資源匱乏

新老教師在獲取機(jī)器人相關(guān)知識(shí)和技能的途徑上存在差異。從圖2的數(shù)據(jù)中可以看出，新教師主要通過參加科協(xié)舉辦的相關(guān)培訓(xùn)進(jìn)行學(xué)習(xí)，學(xué)習(xí)途徑顯得比較單一、被動(dòng)。而一年以上經(jīng)驗(yàn)的教師，學(xué)習(xí)途徑就顯得更加多樣。除參與培訓(xùn)之外，他們還主動(dòng)地通過網(wǎng)站、博客、QQ群、自主研究等多渠道獲取相關(guān)信息。這說明機(jī)器人指導(dǎo)教師在成長初期，由于缺乏豐富的機(jī)器人教學(xué)資源、有效的信息交流平臺(tái)，只能通過為數(shù)不多的培訓(xùn)活動(dòng)接受學(xué)習(xí)，靠自身慢慢積累，摸索尋找到其他的學(xué)習(xí)資源與渠道，才得以逐步成長。從國內(nèi)幾大機(jī)器人相關(guān)網(wǎng)站顯示的信息來看，大部分都是關(guān)于競賽的通知、報(bào)道和技巧分析，或者愛好者的自娛自樂，而關(guān)于機(jī)器人教育、教學(xué)的討論與研究、資源的共享是極其缺乏的。

2.3 機(jī)器人教育缺乏健全的體制、經(jīng)濟(jì)規(guī)范的器材、系統(tǒng)的學(xué)科建設(shè)

從表1“機(jī)器人教育開展過程中存在的最大困境”調(diào)查結(jié)果來看，有17%的教師認(rèn)為缺乏適用、經(jīng)濟(jì)的教育機(jī)器人器材是目前開展機(jī)器人教育的首要“攔路虎”。其次是缺乏高素質(zhì)的機(jī)器人指導(dǎo)教師，缺乏相對(duì)應(yīng)的教師獎(jiǎng)勵(lì)、評(píng)職稱機(jī)制，缺乏適合普及的教學(xué)模式。最后是缺乏相關(guān)部門和領(lǐng)導(dǎo)的支持，以及缺乏完善的教學(xué)內(nèi)容、教學(xué)目標(biāo)和教學(xué)評(píng)價(jià)。

這里反映出下面一些問題。

首先，缺乏經(jīng)濟(jì)適用的機(jī)器人器材。長期以來，機(jī)器人產(chǎn)品存在價(jià)格昂貴、開放度低、種類繁多、標(biāo)準(zhǔn)不一、互不兼容的問題。由于缺乏教育機(jī)器人設(shè)計(jì)相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)和明確的機(jī)器人教育目標(biāo)，各廠家機(jī)器人“各自為政”，開發(fā)出的機(jī)器人產(chǎn)品雖各有所長，卻互不兼容。這樣不僅造成了資源的巨大浪費(fèi)，而且使得教育機(jī)器人的教學(xué)適用性和性價(jià)比大大降低。

其次，缺乏健全的激勵(lì)體制。由于缺乏與之相對(duì)應(yīng)的評(píng)職稱、績效政策，教師參與機(jī)器人競賽的積極性大大降低。加之缺乏豐富的學(xué)習(xí)資源和提升自身素質(zhì)的平臺(tái)，使得機(jī)器人指導(dǎo)教師的素質(zhì)得不到迅速的提升。同時(shí)，一些教育行政領(lǐng)導(dǎo)和校長對(duì)機(jī)器人進(jìn)入中小學(xué)的意義認(rèn)識(shí)不足，加之在應(yīng)試教育束縛下，對(duì)開展機(jī)器人活動(dòng)所需的經(jīng)費(fèi)、場地不予支持，使得機(jī)器人教育無法得到有序、廣泛的開展。

最后，缺乏系統(tǒng)的學(xué)科建設(shè)。雖然我國新課程改革以來，高中通用技術(shù)課程中設(shè)立了“簡易機(jī)器人制作”的選修模塊，但從調(diào)查來看，目前在福州僅有21.48%的學(xué)校開設(shè)這個(gè)模塊[2]。因此在機(jī)器人教育實(shí)踐層面，機(jī)器人學(xué)科教學(xué)以及機(jī)器人與傳統(tǒng)學(xué)科整合的實(shí)踐力度還不夠。在機(jī)器人教育理論研究上，當(dāng)前研究者大多來自人工智能、信息技術(shù)背景，教育專家隊(duì)伍比較單薄。在教材建設(shè)上，廠家說明書、課程方案以及地方校本教材因機(jī)器人產(chǎn)品不同而缺乏通用性，教學(xué)教程、實(shí)踐案例等資源也比較匱乏。

3 推進(jìn)機(jī)器人教育的幾點(diǎn)建議

3.1 結(jié)合自身學(xué)科特點(diǎn)開展機(jī)器人教學(xué)，促進(jìn)機(jī)器人指導(dǎo)教師的專業(yè)化發(fā)展

機(jī)器人指導(dǎo)教師專業(yè)背景復(fù)雜，在進(jìn)入機(jī)器人教育時(shí)，也都存在各自的優(yōu)勢和不足，因此建議教師應(yīng)發(fā)揮各自的優(yōu)勢，正視自身的差距，結(jié)合自身的學(xué)科特色進(jìn)行機(jī)器人課程開發(fā)與設(shè)計(jì)。將機(jī)器人教育以競賽為主導(dǎo)的形式轉(zhuǎn)向以機(jī)器人學(xué)科教學(xué)以及與傳統(tǒng)學(xué)科相互滲透的研究和實(shí)踐上來，以此改變機(jī)器人教育“少眾化”的局面，從而促進(jìn)機(jī)器人指導(dǎo)教師的專業(yè)化成長。

例如，數(shù)學(xué)教師可以在樂高教育平臺(tái)上設(shè)計(jì)出自動(dòng)測距、計(jì)時(shí)、測速機(jī)器人等課程，使學(xué)生通過做中學(xué)，掌握并應(yīng)用圓的周長、路程、速度等數(shù)學(xué)知識(shí)；通用技術(shù)教師可以在教育部——樂高“技術(shù)創(chuàng)新人才培養(yǎng)計(jì)劃”項(xiàng)目提供的教學(xué)資源基礎(chǔ)上，進(jìn)行大膽嘗試，不斷豐富和創(chuàng)新機(jī)器人在通用技術(shù)教育中的應(yīng)用。物理教師也可以利用機(jī)器人的各種傳感器進(jìn)行教具設(shè)計(jì)、實(shí)驗(yàn)?zāi)M等。

3.2 虛實(shí)結(jié)合開展機(jī)器人教學(xué)，促進(jìn)機(jī)器人教育多元化發(fā)展

目前，由于機(jī)器人器材開發(fā)成本高、難度大等原因，高昂的價(jià)格很難使機(jī)器人教育普及。因此，虛擬機(jī)器人在中小學(xué)中的應(yīng)用成為一種新的教學(xué)活動(dòng)方式。虛擬機(jī)器人克服了實(shí)體機(jī)器人數(shù)量少，維護(hù)管理費(fèi)用大的不足，提高設(shè)備的可用性、靈活性；同時(shí)虛擬機(jī)器人系統(tǒng)中融入環(huán)境編輯工具和機(jī)器人部件創(chuàng)建工具，極大地拓展了用戶的創(chuàng)作空間和自由度[3]。

例如在中小學(xué)比較常見的樂高機(jī)器人，就擁有兩款不錯(cuò)的虛擬平臺(tái)：二維搭建軟件LEGO Digital Designer（http://ldd.lego.com）、三維搭建軟件SR 3D Builder（http://sr3dbuilder.altervista.org/）。LEGO Digital Designer能夠進(jìn)行仿真搭建、自動(dòng)繪圖，具有不受時(shí)間、空間限制輔助作品設(shè)計(jì)、保留有價(jià)值的作品、為編寫教材提供工具等應(yīng)用功能[4]。三維SR 3D Builder功能就更加強(qiáng)大，可以演示齒輪、曲柄、連桿結(jié)構(gòu)的動(dòng)態(tài)過程，對(duì)于復(fù)雜的結(jié)構(gòu)還可以通過調(diào)節(jié)透明度突出相互帶動(dòng)的零件，直觀、方便地進(jìn)行結(jié)構(gòu)原理的講解。還有其他一些虛擬平臺(tái)可以開展虛擬機(jī)器人足球賽、虛擬機(jī)器人迷宮賽、程序的仿真演示等教學(xué)活動(dòng)，如Webots（http://www.cyberbotics.com）、Simbad（http://simbad.sourcefore.net）、TeamBots（http://www.teambots.org/）、VJC仿真版（http://www.xpartner.cn/）等。當(dāng)然要正確認(rèn)識(shí)虛擬機(jī)器人與實(shí)體機(jī)器人的關(guān)系，虛擬機(jī)器人不能完全代替實(shí)體機(jī)器人，建議廣大教師、專家開發(fā)以實(shí)體機(jī)器人為主、虛擬機(jī)器人為輔的機(jī)器人課程體系，促進(jìn)機(jī)器人教育的多元化發(fā)展。

3.3 政府、高校、廠家、中小學(xué)多方結(jié)合，促進(jìn)機(jī)器人教育全面發(fā)展

政府在政策、資金、場地、教師獎(jiǎng)勵(lì)機(jī)制上提供大力支持，多組織以開展機(jī)器人輔助教學(xué)、機(jī)器人學(xué)科教學(xué)為主題的培訓(xùn)活動(dòng)和研討會(huì)，從而提高教師參與機(jī)器人教育的積極性，吸引更多的教師加入到機(jī)器人教育領(lǐng)域中，在交流和學(xué)習(xí)中促進(jìn)機(jī)器人指導(dǎo)教師的健康成長。高校專家引領(lǐng)，形成研究團(tuán)隊(duì)，在機(jī)器人教學(xué)模式、教學(xué)內(nèi)容、教學(xué)目標(biāo)、教學(xué)評(píng)價(jià)等教學(xué)體系方面提供理論與實(shí)踐指導(dǎo)，加強(qiáng)機(jī)器人教育的學(xué)科化發(fā)展，同時(shí)師范院校加強(qiáng)專業(yè)機(jī)器人教師培養(yǎng)，為中小學(xué)輸送師資。廠家技術(shù)指導(dǎo)，設(shè)計(jì)開發(fā)出符合中小學(xué)開展機(jī)器人教學(xué)活動(dòng)要求的產(chǎn)品，提供機(jī)器人操作培訓(xùn)。學(xué)校開展教學(xué)，根據(jù)學(xué)校現(xiàn)有條件、根據(jù)教師隊(duì)伍特色，開設(shè)校本特色的機(jī)器人課程。四方共同努力合作，政府提倡、專家引領(lǐng)、廠家支持、學(xué)校主辦，建立起一個(gè)基礎(chǔ)性的教與學(xué)信息平臺(tái)，以便在此基礎(chǔ)上通過各種方式強(qiáng)化師師間、校企間的交流，相信機(jī)器人教育可以獲得更美好的明天。

參考文獻(xiàn)

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