機器人課程開發(fā)探略

張素威

人類社會發(fā)展到今天，機器人與我們的生活密不可分，吃（食品加工行業(yè)）、穿（服裝制造業(yè)）、?。ńㄖ袠I(yè)）、行（交通制造行業(yè)）都離不開機器人。智能家居、可穿戴智能設(shè)備、智能汽車等等這些現(xiàn)在及未來我們要使用的設(shè)備，其實就是一個機器人而已。

從教育價值來說，機器人課程作為集機械設(shè)計、電腦編程及傳感器技術(shù)為一體的綜合性項目，致力于學生綜合素質(zhì)的培養(yǎng)；充分調(diào)動和發(fā)揮學生的學習積極性，建立和維護其成功感；幫助他們樹立自信心，學會與人溝通、交流，培養(yǎng)團隊合作精神；引導他們學會觀察、表達、思考、創(chuàng)新，進而成為勤奮、積極、樂觀、自信的人。

在教師的啟發(fā)下，綜合運用所學知識，通過觀察、探索、模型搭建、程序編寫，分析解決一定的問題，以完成挑戰(zhàn)任務(wù)為學習目標進行的自主研究學習。從組織機器人興趣活動兩年來，我也有許多的體會和感慨，下面著重從機器人發(fā)展現(xiàn)狀和課程開發(fā)設(shè)計方面來略談一二。

一、目前我國機器人課程開發(fā)情況

在我國機器人教育正處于起步階段，由于各個學校的條件限制，機器人教育沒有在大范圍內(nèi)開展也沒有十分明確的學科歸屬。在高校，從我國普通高等學校專業(yè)設(shè)置來看，并沒有獨立開設(shè)機器人學專業(yè)，機器人教育主要還是在其他專業(yè)中開展，在智能科學與技術(shù)專業(yè)中，開展機器人教育，在機械設(shè)計制造及其自動化專業(yè)中開設(shè)機器人教育等等。部分高等院校在公共選修課程中開設(shè)機器人課程。

2003年頒布的普通高中新課程標準將“人工智能初步”與“簡易機器人制作”分別列入“信息技術(shù)課程”、“通用技術(shù)課程”選修內(nèi)容。

2003年頒布的普通高中新課程標準將“人工智能初步”與“簡易機器人制作”分別列入“信息技術(shù)課程”、“通用技術(shù)課程”選修內(nèi)容。

目前已有5000所學校已從機器人興趣小組發(fā)展到機器人課堂，將機器人教學納入常規(guī)教學任務(wù)。

中國已有10萬中小學生參加了樂高國際機器人奧林匹克大賽（World Robot Olympiad，簡稱WRO）。

屢創(chuàng)佳績的學生，有的已經(jīng)進入哈佛、麻省等名校，機器人方面的特長給他們加分不少；而有的則通過機器人課找到了自己的職業(yè)方向。

可見我國近年來，機器人教育得到普遍關(guān)注，組織大學生走出國門參加多項國際機器人大賽，并取得了較好的成績。但創(chuàng)新教育和機器人教育的普及還很落后。因此，為了提高我國機器人技術(shù)水平和應(yīng)用能力使機器人技術(shù)更好地為經(jīng)濟建設(shè)服務(wù)，必須大力發(fā)展機器人教育，普及機器人文化，培養(yǎng)我國機器人技術(shù)開發(fā)的后備力量，為我國經(jīng)濟的騰飛和可持續(xù)發(fā)展做準備。這需要政府的投入和全社會的重視和扶植。

二、我國機器人基礎(chǔ)教育面的現(xiàn)狀

機器人已經(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。隨著各地機器人實驗室的迅速建設(shè)，它作為課程，各種活動不成熟的表現(xiàn)也越發(fā)明顯。但是，目前主要還是處于綜合實踐活動的層面，并且遇到了諸多方面的制約。

1.第一，競賽活動商業(yè)化嚴重，教育發(fā)展方向偏移 。

一方面，由于機器人競賽的組織形式，目前大部分是由某些機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。甚至有些商家通過不當競爭，人為通過競賽規(guī)則或功能實現(xiàn)等辦法來限制其他商家的產(chǎn)品，造成選手參加比賽受機型的局限性很大。另一方面，由于競賽的功利化思想和比賽的管理方法不成熟，造成了比賽的“表演”傾向，即學生比賽成績要看課下的“準備”程度和機器本身的軟件、硬件裝備程度，這就造成了比賽的即時性和激烈度受到影響，同時存在一定的“投機取巧”式的比賽準備也影響了學生創(chuàng)新能力的培養(yǎng)。所以，過度商業(yè)化的運作造成了機器人教育發(fā)展的方向發(fā)生偏移，這對機器人廣泛普及是極其不利的。

第二，2.資金嚴重缺乏，配套組件及設(shè)施不夠

機器人的價格比較昂貴，單機一般在萬元以上，各種主機模塊、傳感器及其他配件價格也不菲，少數(shù)人組隊比賽都受到資金方面的壓力都很大，課堂的普及難度就不要說了。究其原因，我想其中一個因素就是市場炒作模糊了機器人概念。尤其是對教學機器人而言，其結(jié)構(gòu)相對簡單，可開發(fā)性也有局限，甚至作為智能玩具的優(yōu)勢顯著，其造價是可以下降的。如果合理地針對市場進行分析與運作，是完全可以既實現(xiàn)盈利又實現(xiàn)普及的。但是，由于競爭的無序和商家的短期行為共同造成了原本教育資金就很欠缺的基礎(chǔ)教育對機器人的采購誤區(qū)。以至于不少地區(qū)建成了大量的機器人實驗室，但是相關(guān)配件及設(shè)施都很差，或干脆沒有，實驗室的作用大打折扣。

第三，3.教育研究欠缺，教學活動隨意性強

目前機器人進入課程或者參與學科整合的經(jīng)驗還很少，教育研究成果非常缺乏。尤其對中小學教師而言它是一種全新的事物，課程內(nèi)容、教學方法、學業(yè)檢測等都很欠缺。雖然在高中信息技術(shù)新的課程標準中增加了人工智能部分，但是理論比重較大，機器人實踐活動較少，非常不利于開展相關(guān)教學。在高中通用技術(shù)課程標準中，增加了簡易機器人選修課，但是由于受到課程地位和課時的局限，目前效果尚不明顯。雖然，有些教育較發(fā)達的地區(qū)作為地方課程或校本課程來開設(shè)，但教學內(nèi)容與活動隨意性都較強。

三、機器人課程開發(fā)導向

針對以上我國機器人教育現(xiàn)狀的分析，想就我國目前機器人課程開發(fā)提出幾個導向。

1、1.機器人的活動組織形式

在機器人教育中，應(yīng)該考慮學生在活動中的組織形式來達到良好的教育效果。在條件有限的學校，可以通過機器人活動的組織規(guī)劃來合理利用有限的機器人教育資源。

2、2.機器人課程的評價

國外有學者曾提出要降低機器人競賽的“競賽性”，注重學生在競賽過程中的自我反思。評價要注重學生的學習過程，關(guān)注學生在學習過程中的體驗。同時，機器人教育的評價方式不一定要采用常規(guī)的考試，可以從多角度進行評價，用作品或成果來評價，可以是一份報告，一個實物，也可以是一個方案。

3、3.機器人作為素質(zhì)教育的平臺

借鑒美國俄勒岡州立大學的經(jīng)驗，把機器人作為程序設(shè)計、電子技術(shù)、機械與力學等課程的學習平臺，更進一步，借助于通用型、插接式的機器人組件，可以將其作為信息技術(shù)環(huán)境下學生的創(chuàng)新設(shè)計平臺。國內(nèi)在這方面也有一些嘗試，例如應(yīng)用“慧魚”創(chuàng)意組合在本科教學實驗中，構(gòu)建大規(guī)模工程模型，提高學生的設(shè)計與創(chuàng)造能力 。

5、4.學校、企業(yè)協(xié)作推動機器人教育的健康發(fā)展

機器人產(chǎn)商是機器人教育的一個隱性推動者，在美國，部分課程的順利實施得益于產(chǎn)商的支持，產(chǎn)商提供機器人產(chǎn)品供學校使用，有些頗具實力的產(chǎn)商甚至提供配套的機器人課程。在我國，機器人產(chǎn)商也在各個地區(qū)活躍著，積極和學校聯(lián)系推，動著機器人教育的發(fā)展，利用好這股力量，可以為機器人教育提供條件。例如，產(chǎn)商提供產(chǎn)品給高校試用及研究，高校對產(chǎn)品進行分析后設(shè)計應(yīng)用形式，隨后與中小學合作開展教學實驗，同時，在分析過程中對產(chǎn)商產(chǎn)品反饋意見，提供生產(chǎn)指導，使得產(chǎn)商產(chǎn)品盡量與教育應(yīng)用需求吻合，這也是一種比較理想的合作方式。