高校機器人教育發(fā)展研究

周嘉俊，倪虹，馬寶麗，林星星，章梨娜杭州師范大學錢江學院

高校機器人教育發(fā)展研究

周嘉俊，倪虹，馬寶麗，林星星，章梨娜
杭州師范大學錢江學院

機器人教學不僅是進行機械、電子、傳感器、計算機、人工智能等學科融合的有效載體，還是培養(yǎng)學生創(chuàng)新精神和綜合實踐能力的教學平臺。本文首先研究了國內外機器人教育發(fā)展歷程及現狀，在此研究基礎上，提出了推進國內大學生機器人教育的若干設想。

機器人教育；教學研究；發(fā)展綜述

在國際上，隨著政治格局的變化，機器人在反恐防暴、軍事偵察、核生化探測等領域廣泛應用；隨著人類對宇宙探索的深入，機器人在環(huán)境監(jiān)測、星際探索等廣泛應用；隨著“機器人換人”風潮的來臨,機器人在教育娛樂、社會服務家、家政服務等場合向更為廣泛的人類生活領域拓展。在我國，從“七五”科技攻關開始，機器人及應用就被作為研究開發(fā)重點之一。在我國中長期科學和技術發(fā)展規(guī)劃綱要（2006～2020）中明確提出服務機器人和危險作業(yè)機器人將是今后機器人技術發(fā)展的重點。習近平總書記在2014年兩院院士大會講話中提到，“機器人革命”有望成為“第三次工業(yè)革命”的一個切入點和重要增長點。在“十三五”科學技術發(fā)展規(guī)劃中，部署機器人為重點發(fā)展領域，并將“智能機器人技術”列為超前部署前沿技術研究。在《中國制造2025》規(guī)劃中，更是將機器人列為政府需大力推動實現突破發(fā)展的十大重點領域之一。由此可見，開展機器人教育的迫切性和重要性。而機器人即可用作為益智玩具開展家庭的早期教育，也可以作為平臺和載體開展學校的課外活動，還可以作為平臺和載體開展學校的基礎課程教育[1]。有利于學生親身接觸和體驗現代高新技術，綜合掌握各領域先進技術，如：機械、電子、傳感器、計算機、人工智能等。進而，激發(fā)他們的創(chuàng)新意識，和提高學生的動手能力。

一、國外機器人教育

在發(fā)達國家，尤其在歐洲和美國，機器人教育從基礎教育階段就已經開始普及。一方面，機器人教育以課程、主題夏令營和項目比賽的形式開展；另外一方面，機器人技術也作為平臺和載體輔助其它課程的教學。

1.1 機器人技術課程

美國作為精英教育和大眾教育并舉的代表國家，加上中小學沒有統(tǒng)一設置的國家課程，使學校在課堂教學，課程體系建設上有很大的自主性，此外，美國中小學會為學有余力或有某方面專長的學生開設選修課程，這一切都為機器人教育的開展提供了便利。

在早期家庭教育階段，美國家長會鼓勵孩子玩玩具和拆玩具，而中國家長更多的是鼓勵孩子玩玩具和愛護玩具。

在中小學階段，美國也有針對機器人技術的課程體系，旨在針對美國中小學生，開設機器人方向的相關基礎課程，例如美國加利福尼亞州高中工程與技術聯盟在為高中生開設的工程與技術選修課程中，提供了ROBOTICS課程，主要介紹機器人技術歷史，基礎，術語，微控制，傳感器，程序控制等方面的知識；有以機器人為主題的夏令營活動，主要是高校與中小學共同實現，高校負責機器人主體的篩選和具體實施，中小學負責組織。例如：CarnegieMellon大學向中小學提供的ROBOCAMP暑期機器人計劃。通過八星期的課程，使學生懂得一些基本的與機器人有關的電子，機械和計算機科學知識。大學教授在中小學的中低學段授課，體現美國機器人教育的普及性；有利用機器人技術為輔助工具來培養(yǎng)學生的能力，并學習機器人知識，例如俄亥俄州技術標準的標準三“生產應用技術”中提出把機器人模型作為一種研究工具，同時在標準七“設計世界”中，利用機器人來理解輸入與輸出操作、電子設備如何與計算機連接等概念。[2]

對于大多數美國中小學生而言，機器人技術本身是一種工具而不是學習的主體，是一種用來輔助學科課程學習和培養(yǎng)創(chuàng)新能力培工具，學習使用這一工具的目的在于強化學習、激發(fā)創(chuàng)造力、培養(yǎng)創(chuàng)新能力，同時增強協作能力。

1.2 機器人比賽設置

在美國接觸的中小學機器人教育，給我留下深刻印象的有兩點：第一、大學教授在中小學的中低學段授課，體現美國機器人教育的普及性；第二、機器人課程作為一種教學方式輔助學科課程學習。記得在Dr.Viver教授授課的過程中，我們有的學員十分關注機器人比賽項目，當詢問教授關于參賽的問題時，教授說了這樣一番話：比賽并不是我所想得到的，在四年級開這門課是一個挑戰(zhàn)，目的是想在課堂中鼓勵學生去思考，用數學思想和方法去解決問題，讓學生思考每一次操作后該如何去改進，這比比賽更重要。

以全美高中開展的FRC機器人競賽來看，它不像國內的競賽就只是以競賽為目的而且很強的功利性，FRC的比賽設置不只是和機器人有關，它相當于是一個紐帶，將擁有各種才能的學生聚到一個團隊中，共同打造比賽的產品。但在整個設計制作的過程中，每個人的才能都能得到施展。不止如此，在整個比賽的過程中，許多新聞媒體會在現場做報道以及直播，每一支隊伍都會有自己的隊服和徽章，整場比賽更像是一個大派對。

1.3 機器人教育評判標準

美國高校的機器人評價主要有如下幾個方面：

（1）常規(guī)考試；（2）通過實際成果考察動手能力。

美國的機器人競賽，在評判標準方面也具有其特點。首先是具備多重評判標準，其次大家對評判結果的重視程度也因場合而異。

（1）通過對抗性競爭評選出一個獎項。在通常的機器人比賽中，如：FRC機器人競賽（由美國FIRST非營利性機構和丹麥樂高集團合作主辦的針對9—16歲孩子的國際性機器人比賽），通過看一個機器人團隊及其作品的總體表現打出總積分，然后根據積分高低區(qū)分獎項，這個獎項在所有獎項中也是最不被大家重視的。

（2）相較于作品評判，對整個參賽團隊的態(tài)度和核心標準的評判更被看重。評判更關系團隊成員在比賽過程中學到了什么、做到了什么，整個隊伍的團隊合作對它的社區(qū)、甚至對更廣的范圍產生了什么影響，以及是否在做這個機器人的過程中啟發(fā)了更小的孩子，讓他們產生興趣。以及為了完成該作品，團隊成員付出了那些你努力，比如：拜訪了哪些公司、咨詢過哪些專業(yè)人士、通過該參賽項目獲得哪些啟發(fā)，遇到哪些困難，及解辦法，沒解決又是用怎樣的態(tài)度去對待的。這些是評判整個隊伍的核心標準。

二、國內高校機器人教育

2.1 機器人技術課程

國內機器人教育，在部分發(fā)達地區(qū)，有針對中小學的機器人的課外輔導班，但輔導班主要以動手和娛樂為主，沒有系統(tǒng)的課程設置。學校系統(tǒng)教育里面，在機器人技術方面暫時還處于真空狀態(tài)。

在大學階段機器人課程主要針對相關專業(yè)的機器人方向開設。課程的范圍和深淺程度也各不相同。多數學校都是以比賽為核心，僅限于少數參賽學生，還未能開展面向全體學生的教學活動。

對于非機器人方向的學生而言，機器人教育屬于選修課程。重在培養(yǎng)學生創(chuàng)新精神和實踐能力。因此其教學設計的基本理念是：構建有利于學生創(chuàng)新精神和文踐能力培養(yǎng)的活動環(huán)境，通過學生參加具有探索性、實踐性、創(chuàng)新性、協作性的教學活動，提高其創(chuàng)新能力。在此過程中，學生始終發(fā)揮著認知主體的作用，而教師則發(fā)揮導引、輔助和條件創(chuàng)設的作用。

2.2 機器人比賽設置

國內的機器人比賽大部分依然是由機器人廠商舉辦，教育部門的監(jiān)管也比較少，比賽的命題、獎勵辦法、評判規(guī)則等也都由投資方來覺定，沒有統(tǒng)一的標準[3]。

以浙江省機械設計大賽來看，大多都是以廠商名字命名的比賽，例如“XX杯”大學生機械設計競賽。像這樣的比賽，一般都是在本校完成作品，通過網上一二輪的篩選之后進入決賽。在決賽現場，對產品進行介紹和演示后，評委就完成效果的實際情況和效率進行打分，最終的成績也去決定現場打出的分數。在整個過程中很少會有評委去仔細了解參賽的團隊從參賽到決賽的整個過程、遇到的困難和解決方案。所以我國的整個機器人比賽設置和國外相比依然存在很多差距。

2.3 機器人教育評判標準

機器人教育所注重的是價值觀以及情感的培養(yǎng)，學生在通過學習和體驗技術應用，來激發(fā)他們對于新技術的興趣，培養(yǎng)創(chuàng)新能力[4]。

國內的機器人評價主要還是來源于常規(guī)考試和競賽結果。這樣可能導致大部分人對于機器人競賽的關注度甚至高于了機器人教育，扭曲了機器人教育最根本的意義：提高動手能力和創(chuàng)新力，促使學生全面發(fā)展，推動素質教育。甚至很多人把機器人競賽當做了機器人教育，例如許多高中生的家長會讓孩子去報各種競賽班，其目的可能就是為了高考的時候能夠通過競賽的獎項來加一定的分數。這樣就有可能導致原本的素質教育到最后發(fā)展成了“應試教育”。

三、推進大學機器人教育的幾點思考

3.1 建立課程體系

普及中小學機器人教育，建立課程內容體系，開發(fā)配套教材，并與時俱進的更新內容。就像新概念英語之于英語教學一樣的參考教材。雖然淘寶上能找到一些RCS的課程，國內做機器人教育的培訓機構（如樂高培訓機構），有自己的內部封閉教材，但教材的系統(tǒng)性和普及性都有待于提高。

McGill的研究則表明，機器人課程能夠對學生學習編程產生積極影響。國內的許多高校都開設了機器人相關的課程，其中包括專業(yè)必修、選修，以及全校的公選課等。但是機器人課程的學習需要一定的基礎積累，所以，想要推動機器人教育在高校的發(fā)展，必須要建立相對應的課程體系，循序漸進，為學生提供相應的課前輔導。以吉林大學為例，為電子學院的學生建立了三個層次的課程體系，第一層次為大學生基礎必修課；第二層次為程序設計語言；第三層為機器人創(chuàng)新實驗及網站設計制作。三層次由淺入深保證了課程之間的連續(xù)性，提高學生對課程學習的信心[5]。這樣的一套課程體系是相對科學的，在機器人課程體系的建立可以采用吉林大學的方案，層次分明，由淺入深做好導學，提高學生學習的積極性。

3.2 機器人教育資源的開發(fā)

機器人技術具有明顯的對象性和操作性，因此配套教學和實踐器材的開發(fā)和普及也是需要解決的問題。就目前國內的情況來看，性價比高、適用性較強的教育機器人產品依然比較匱乏。對于現在科技高速發(fā)展的環(huán)境中，落后、陳舊的教育機器人會讓學習者的興趣下降甚至于失去興趣。為了避免這種現象繼續(xù)僵化，就需要生產教育機器人的廠商能夠在現有的產品上推陳出新，借鑒國外教育機器人理念和優(yōu)勢，在控制好成本的基礎上研發(fā)出更適合時下機器人教育的產品。

在機器人互聯網教育資源的整合上，以作者所在的杭州師范大學錢江學院為例，學校專門打造了一個校園的機器人網站，有專門的校園組織去管理，網羅優(yōu)秀的互聯網機器人教育資源，經過編輯后再通過專業(yè)的老師篩選指導后發(fā)布到平臺上，同時也可以在網站上發(fā)布國內相關的機器人競賽資訊以及往年的獲獎成果、機器人相關課程的選課時間。通過這種方式能讓學生快速獲取到優(yōu)秀的互聯網機器人教育資源和校內有關機器人方面的信息。

四、結語

本文通過對國內外機器人教育進行廣泛的調研之后，分別論述了國內外機器人教育方面現狀以及差異，并對此進行總結分析后對國內的高校機器人教育提出了幾點建議，同時以杭州師范大學錢江學院和吉林大學為例，提出了一些可行的的實施方案。

[1]張劍平，王益.機器人教育：現狀、問題與推進策略[J].中國電化教育，2006，（12）：6

[2]王益,張劍平.美國機器人教育的特點及其啟示[J].現代教育技術,2007,17（11）∶108-112

[3]王改霞,樸姬順.國內機器人教育研究發(fā)展綜述[J].中國教育信息化,2012（12）∶14-17.

[4]張振堂.中學智能機器人教育的校本課程建設研究.西北師范大學碩士學位論文.2006.

[5]徐昊.高校機器人教育分析[J].電子測試，2013（18）

杭州師范大學錢江學院研究立項目（QJZD201503）。

周嘉?。?994-），男，漢族，浙江溫州人，學歷：本科，職稱：在校學生工作單位：杭州師范大學錢江學院，研究方向：機器人教育、互聯網+；

倪虹（1982-），女，漢族，湖北天門人，學歷：博士在讀，職稱：講師，工作單位：杭州師范大學錢江學院，研究方向：仿生機器人、自動化控制；

馬寶麗（1977-），女，漢，山東省聊城人，學歷：博士研究生，職稱：講師,工作單位：杭州師范大學錢江學院，研究方向：計算機輔助設計，精密加工與特種加工；

林星星（1995-），女，漢族，浙蒼人，學歷：本科，職稱：學生，工作單位：杭州師范大學錢江學院；

章梨娜（1996-），女，漢族，浙江紹興人，學歷：本科，職稱：在校大學生，工作單位：杭州師范大學錢江學院,研究方向：機械人。