我國機器人教育研究熱點分析

盧曉琦+秦健

摘 要：隨著教育改革的深入推進，我國的機器人教育也得到了較快發(fā)展，其教育價值已得到社會認(rèn)可。本文以2012-2017年CNKI收錄的的333篇“機器人教育”相關(guān)文獻(xiàn)為研究對象。基于詞頻分析和可視化共詞網(wǎng)絡(luò)圖，得出我國機器人教育的研究的熱點及趨勢。文章明確了機器人教育的研究熱點及發(fā)展趨勢，并立足國內(nèi)研究和自己的所見所得提出建議，以期為我國機器人教育的可持續(xù)發(fā)展提供借鑒。

關(guān)鍵詞：機器人教育；詞頻分析；可視化共詞網(wǎng)絡(luò)圖

中圖分類號：G434 文獻(xiàn)標(biāo)志碼：A 文章編號：1673-8454（2018）03-0027-05

一、引言

隨著人工智能、創(chuàng)客教育和STEM教育的發(fā)展，機器人教育有了新的發(fā)展方向，并成為近年來教育領(lǐng)域的研究熱點。機器人教育如何在中小學(xué)落地，成為研究者關(guān)注的焦點。王珂[1]等人從當(dāng)前機器人教育存在的問題的角度梳理了機器人教育的發(fā)展趨勢及未來把握。李俊港、李呈玉[2]等人也紛紛結(jié)合機器人教學(xué)現(xiàn)狀和教學(xué)實踐對機器人教育現(xiàn)狀進行思考和分析。但總的來說，目前對于機器人教育的研究方法單一、研究者局限、研究熱點和未來發(fā)展趨勢不明確等問題。本研究綜合采用詞頻分析、社會網(wǎng)絡(luò)分析等可視化方法，梳理并闡釋了我國機器人教育研究的熱點和趨勢，并對存在的問題提出可行性的建議。以期為機器人教育的實踐與研究提供參考。

二、數(shù)據(jù)、方法與工具

1.數(shù)據(jù)來源

在中國知網(wǎng)（CNKI）的高級檢索中，分別以期刊和博碩士為來源，以主題 =“機器人教育”或含“機器人教學(xué)”，時間限定為2012-2017，檢索出349 篇文章 ，包括期刊論文321篇，博碩士論文28篇。除去會議通知 、征稿說明等與本研究無關(guān)的內(nèi)容，剩余可用文獻(xiàn)為 333篇。保存成NoteFirst格式的文件。

2.研究方法

本文主要采用詞頻分析和共詞分析法。

詞頻分析主要對反映文獻(xiàn)核心內(nèi)容關(guān)鍵詞出現(xiàn)的頻次進行統(tǒng)計。如果一個關(guān)鍵詞在該領(lǐng)域文獻(xiàn)中反復(fù)出現(xiàn)，那么該詞就能反映這一領(lǐng)域的研究熱點和發(fā)展態(tài)勢。

共詞分析法指的是當(dāng)兩個可以代表某一學(xué)科領(lǐng)域研究主題的關(guān)鍵詞在一篇文獻(xiàn)中同時出現(xiàn)時，表明這兩個詞之間具有一定的關(guān)系，出現(xiàn)的次數(shù)越多，代表它們的關(guān)系越緊密。

將國內(nèi)機器人教育相關(guān)論文中的關(guān)鍵詞加以提取、修改、統(tǒng)計，從而歸納出該領(lǐng)域的研究熱點、主題與發(fā)展趨勢。

3.研究工具與思路

首先將與主題相關(guān)的文獻(xiàn)在中國知網(wǎng)的文獻(xiàn)管理中心中輸出為NoteFirst格式；然后導(dǎo)入書目共現(xiàn)分析系統(tǒng)Bicomb中進行關(guān)鍵詞、發(fā)表年份、所屬期刊等和相應(yīng)的共詞矩陣的提取和統(tǒng)計分析；最后把關(guān)鍵詞共現(xiàn)矩陣導(dǎo)入社會網(wǎng)絡(luò)分析軟件Ucinet 中，繪制機器人教育相關(guān)文獻(xiàn)中關(guān)鍵詞的社會網(wǎng)絡(luò)關(guān)系圖譜。把發(fā)表年份和所屬機構(gòu)等統(tǒng)計結(jié)果導(dǎo)出到Excel中，并繪制相應(yīng)的折線圖和柱形圖。

三、數(shù)據(jù)統(tǒng)計與結(jié)果分析

1.論文發(fā)表年份分布

機器人教育領(lǐng)域每年的文獻(xiàn)發(fā)表數(shù)量能在側(cè)面反映出機器人教育研究的發(fā)展速度和理論水平。如圖1所示，2012～2017年國內(nèi)共發(fā)表機器人教育相關(guān)文獻(xiàn)333篇，由于2017年的時間節(jié)點的限制，目前僅有18篇相關(guān)文獻(xiàn)，2012年發(fā)表文獻(xiàn)52篇，2016年發(fā)表文獻(xiàn)數(shù)量為76篇。文獻(xiàn)數(shù)量保持相對平穩(wěn)；但可以從這些數(shù)據(jù)中看出機器人教育的相關(guān)研究還沒有受到足夠的重視，機器人教育的理論研究不足，導(dǎo)致機器人教育發(fā)展速度緩慢。近幾年為提高國人的創(chuàng)造力、問題解決能力等綜合素質(zhì)，創(chuàng)客教育、STEM教育的不斷興起，機器人教育作為創(chuàng)客教育和STEM教育的一部分，也將從以前的機器人教育中不斷變革，以機器人教學(xué)和機器人競賽相結(jié)合的方式，成為新時代的一大發(fā)展趨勢。

2.作者所屬機構(gòu)分布

通過論文的所屬機構(gòu)體現(xiàn)領(lǐng)域研究的主要機構(gòu)和團隊力量的分布。如圖2所示，從論文所屬機構(gòu)分布圖中得出發(fā)表論文2篇及以上的機構(gòu)有12個；發(fā)文量最多的是蘭州大學(xué)教育學(xué)院，有5篇。從研究機構(gòu)來看，有關(guān)機器人教育的研究大多存在于各大高校，且多為師范大學(xué)和工程類大學(xué)，同時也有一部分職業(yè)技術(shù)院校開展了相關(guān)研究，中小學(xué)校的研究力量相對薄弱。但目前研究力量中知名大學(xué)相對較少，有的大學(xué)才剛剛引進機器人教育。機器人教育是學(xué)校對學(xué)生進行工程教育的重要抓手，在各類學(xué)校開展機器人教育，研究機器人的教育價值，對加快教育改革和機器人教育的發(fā)展，提高學(xué)生的創(chuàng)新能力和跨學(xué)科整合能力的發(fā)展具有重要的現(xiàn)實意義。[3]因此，由高校研究機構(gòu)帶頭研究，與中小學(xué)校合作，深入中小學(xué)一線進行跟蹤研究。同時中小學(xué)校也要積極組織相關(guān)教師進行機器人教育的研究，共同促進機器人教育的發(fā)展。

3.高頻關(guān)鍵詞分析

某個領(lǐng)域的熱點可以通過高頻關(guān)鍵詞反映出來。某一研究領(lǐng)域在一段時期的很多研究成果的關(guān)鍵詞集合，可以反映出該領(lǐng)域的研究主題、發(fā)展走向以及熱點等[4]。本文通過B icomb書目共現(xiàn)分析系統(tǒng)提取關(guān)鍵詞，并在提取過程中修改并刪除部分意義相同或者無效的關(guān)鍵詞。高頻關(guān)鍵詞選擇的標(biāo)準(zhǔn)一般為高頻詞累計頻次達(dá)到總頻次的40%左右的部分[5]，但由于本研究各方面條件的限制，40%左右的關(guān)鍵詞出現(xiàn)頻次較低，且數(shù)量較多。因此，本研究選擇詞頻大于等于6的27個關(guān)鍵詞作為高頻關(guān)鍵詞，代表了國內(nèi)近年來機器人教育研究的熱點，如表1所示。

除去“機器人教育”主要檢索詞外，排在前10位的高頻關(guān)鍵詞依次為：機器人教學(xué)（52次）、創(chuàng)新（36次）、中小學(xué)（27次）、信息技術(shù)（21次）、智能機器人（18次）、機器人競賽（18次）、基于項目的學(xué)習(xí)（12次）、校本課程（10次）、Arduino（10次）、職業(yè)教育（10次）。這10個核心高頻關(guān)鍵詞反映了國內(nèi)機器人教育研究所關(guān)注的焦點。可以得出目前各類研究者所關(guān)注的焦點已從對機器人教育基本概念和理論基礎(chǔ)的探討，過渡到了機器人教育在具體教育領(lǐng)域的實踐應(yīng)用、教學(xué)模式設(shè)計及教學(xué)效果評價等。

4.社會網(wǎng)絡(luò)分析

為了進一步分析近年來我國機器人教育研究熱點的聯(lián)系，本研究在書目共現(xiàn)分析系統(tǒng)中通過對關(guān)鍵詞的提取、統(tǒng)計最終形成共現(xiàn)矩陣，并保存成txt格式的文件，隨后用社會網(wǎng)絡(luò)分析軟件Ucinet 打開此文本，最終描繪出基于中介中心度（Betweenness）的高頻關(guān)鍵詞社會網(wǎng)絡(luò)關(guān)系圖譜，如圖3所示。

圖3中的正方形節(jié)點越大表示該節(jié)點在整個網(wǎng)絡(luò)中作用越大，表示節(jié)點之間關(guān)系的實線越粗，這兩個節(jié)點所代表的關(guān)鍵詞的關(guān)系越緊密。因此，從節(jié)點大小來看，我們能夠得出近年來對機器人教育的研究主要集中在對機器人教學(xué)的研究。機器人教育由機器人教學(xué)和競賽組成，目前機器人競賽非?；鸨?，但是由上圖可以看出，機器人競賽相關(guān)研究卻不是很多，原因在于機器人競賽主要是由公司企業(yè)等非研究機構(gòu)發(fā)起和組織。除此之外，機器人教育的研究主要針對的是中小學(xué)機器人教育，并且機器人教育大多是作為中小學(xué)信息技術(shù)課程創(chuàng)新的一個方面；從節(jié)點之間的關(guān)系來看，與機器人教育關(guān)系最緊密的是中小學(xué)，而與中小學(xué)關(guān)系最緊密的是機器人教學(xué)和創(chuàng)新，與機器人教學(xué)關(guān)系最密切的是信息技術(shù)、自主學(xué)習(xí)等。可以看出國內(nèi)學(xué)者比較認(rèn)同將機器人教育引進中小學(xué)，作為目前提升學(xué)生創(chuàng)造力的一項內(nèi)容；同時還關(guān)注基于項目的學(xué)習(xí)、創(chuàng)客教育背景下的機器人教學(xué)模式和教學(xué)方法的研究；從圖中的自主學(xué)習(xí)、合作學(xué)習(xí)等詞可以看出，機器人教育在培養(yǎng)學(xué)生自主學(xué)習(xí)、合作學(xué)習(xí)等方面的能力功不可沒。

四、國內(nèi)機器人教育研究熱點和趨勢分析

通過查閱相關(guān)文獻(xiàn)，以及機器人教育研究的高頻關(guān)鍵詞表和社會網(wǎng)絡(luò)關(guān)系圖譜，本研究對機器人教育領(lǐng)域目前的研究熱點和研究趨勢進行了如下分析。

1.中心節(jié)點——目前的研究熱點

（1）中小學(xué)機器人教育——信息技術(shù)課程創(chuàng)新

目前機器人教育不斷被引進中小學(xué)，以興趣班或者社團的形式展開，作為信息技術(shù)課程創(chuàng)新的一部分。很多研究者也認(rèn)為，以社團形式而非必修課程的形式開展的機器人教育更符合機器人教育的初心。通過社團學(xué)習(xí)，多樣化的學(xué)習(xí)者合作完成任務(wù)，集思廣益，各自發(fā)揮優(yōu)勢，并最終完成可以分享的機器人作品。

（2）創(chuàng)客教育、STEM教育和機器人教育相互融合

隨著創(chuàng)客教育和STEM教育理念的提出，傳統(tǒng)的機器人教育有了新的發(fā)展思路，創(chuàng)客視域下的機器人教育，對機械結(jié)構(gòu)的要求并沒有傳統(tǒng)的機器人競賽要求那么高。設(shè)計一個完成特定任務(wù)的機器人，可以成為創(chuàng)客教育的一個教學(xué)情境。這就為機器人教學(xué)過程中的教學(xué)模式、活動、評價等各方面的都提供了很多思路。鐘博昌等研究者也指出，技術(shù)類課程尤其是機器人課程是開展創(chuàng)客教育先導(dǎo)課程[6]。同時通過創(chuàng)客教育和STEM教育融合理念的指導(dǎo)，機器人教學(xué)過程將各學(xué)科知識整合，進而培養(yǎng)學(xué)生的跨學(xué)科整合思維以及分享精神。

（3）機器人教育與競賽相互促進

機器人競賽平臺是對傳統(tǒng)課堂教育的完美補充。目前研究比較熱的，參與度比較高的機器人競賽多為輔助教學(xué)類的，這類比賽的主要路徑是把機器人競賽作為機器人教育中間重要的模塊或環(huán)節(jié)，通過這種機器人比賽可以讓學(xué)生充分的把機器人競賽當(dāng)成項目化教學(xué)目標(biāo)，培養(yǎng)他們的綜合實踐能力。

2.邊緣節(jié)點——未來的研究熱點

（1）更加個性化的機器人教育課程——校本課程

機器人教育校本課程強調(diào)以學(xué)生為主體，以培養(yǎng)學(xué)生的創(chuàng)新實踐能力為目標(biāo)，充分帶動學(xué)校、社會、公司的各類資源，一起完成課程建設(shè)[7]。機器人教育校本課程的建立，不僅使學(xué)校的機器人教育各具特色，還為機器人創(chuàng)業(yè)者提供與學(xué)校合作的機會，為機器人教育提供了更寬闊的發(fā)展空間。

（2）更高領(lǐng)域的研究機構(gòu)——高等教育、職業(yè)教育

創(chuàng)業(yè)團隊的紛紛成立，相對應(yīng)的是更加多樣化的教育機器人產(chǎn)品，為什么有這種機器人又有那種機器人，是因為不能讓孩子輸在起跑線上，有些機器人適合高中生用，而另外一些機器人適合8-12歲的小學(xué)生用。機器人教育要不僅要在中小學(xué)開展，高等教育和職業(yè)教育也可以因地制宜地引進機器人教育，為在校大學(xué)生提供更多的發(fā)展機會，同時也為機器人教育注入更多的研究力量，共同促進機器人教育的發(fā)展。

（3）更多新興技術(shù)與機器人教育的融合

“互聯(lián)網(wǎng)+”在給我們帶來便利的同時，也為教育帶來了很多的發(fā)展機遇。同樣，“互聯(lián)網(wǎng)+機器人教育”無疑為機器人教育的帶來新的發(fā)展思路。隨著微課、慕課不斷發(fā)展，國內(nèi)也有少部分研究者開始研究微課在機器人教育中的應(yīng)用，提出微課作為機器人教育的導(dǎo)學(xué)部分，同時也有部分研究者針對中小學(xué)機器人課程實操性較強的特點，構(gòu)造了基于“微課”和“研學(xué)案”的機器人教學(xué)模式。其次，目前很多機器人可以通過手機控制，機器人與手機的配合越來越流暢，機器人與手機的兼容性越來越好例如，編程貓手機App的獎勵機制。可想而知，移動學(xué)習(xí)支持下的機器人教育的相關(guān)研究將會成為今后的研究熱點。

（4）更加寬廣的機器人教育應(yīng)用領(lǐng)域

機器人教育不斷向殘疾人教學(xué)引進。隨著智能社會的來臨，國家越來越重視機器人教育的普及，倡導(dǎo)“普惠教育”，機器人教育也不斷降低門檻。從3歲少兒開始感知機器人到高等研究機構(gòu)對機器人高端技術(shù)的研究，機器人教育的研究領(lǐng)域不斷擴展，并逐漸關(guān)注到對殘疾人群的教育，通過機器人與智障兒童的互動來鍛煉其交流溝通能力。機器人教育如何在殘疾人群中開展應(yīng)收受到更多研究者的重視。

五、建議

1.加強機器人教育的相關(guān)理論研究

目前的機器人教育由于公司企業(yè)的推動，多以機器人競賽的形式為主。雖然機器人教學(xué)也在進行，但最終目的依然會定位到比賽。不可否認(rèn)機器人競賽也是機器人教育的一部分，能夠鍛煉學(xué)生各方面的能力，同時也可作為評價學(xué)生學(xué)習(xí)的一個方面。但是我們更應(yīng)該重視機器人教育的理論研究，為機器人教學(xué)提供理論支持。通過回答機器人教育到底培養(yǎng)學(xué)生什么樣的核心素養(yǎng)等一系列問題，讓機器人教育走進學(xué)校和課堂中，從人才培養(yǎng)的角度，從素質(zhì)教育的目標(biāo)出發(fā)，通過學(xué)生的動手實踐，自主學(xué)習(xí)、編程等一系列教學(xué)活動培養(yǎng)學(xué)生的科學(xué)素養(yǎng)、問題解決和創(chuàng)新能力。

2.加強合作共享，共筑機器人教育的發(fā)展

為了響應(yīng)國家政策，大部分中小學(xué)校都引進了各種設(shè)備，建立了創(chuàng)客空間，購買大批了機器人零件和開源硬件等。至于如何組織機器人教學(xué)，運用什么樣的課程體系等一系列的機器人教育的解決方案是目前中小學(xué)存在的問題。這就要求各個中小學(xué)、高校、職業(yè)院校企業(yè)齊努力，共同促進機器人教育的快速發(fā)展。如圖4所示，在機器人公司提供的技術(shù)、產(chǎn)品和平臺的支持下，各類學(xué)校合作，共同探究研發(fā)完善的機器人課程體系，促進機器人教育的發(fā)展。

3.由解決技術(shù)問題，導(dǎo)向?qū)嶋H生活問題.

目前的機器人教育教學(xué)大都是解決機器人領(lǐng)域的技術(shù)問題，典型的如尋跡問題，而非指向?qū)嶋H生活問題[8]。面對這樣的問題，機器人教學(xué)過程中應(yīng)該引導(dǎo)學(xué)生關(guān)注現(xiàn)實世界中存在的問題，以項目式學(xué)習(xí)的方式，激發(fā)學(xué)生的學(xué)習(xí)動機，帶領(lǐng)學(xué)生自主探索解決辦法，進而提高其解決問題的能力。機器人公司也開始關(guān)注這個問題，卡耐基梅隆大學(xué)機器人學(xué)院 ROBOTC 課程內(nèi)容中涵蓋大量從實際工程問題提取出來的競賽任務(wù)[9]。例如某機器人競賽主題是環(huán)境保育和太空救援，讓孩子在比賽中不僅獲得機器人知識，還能正視目前的環(huán)境問題，對太空探索產(chǎn)生興趣，這無疑也是一個讓機器人教育導(dǎo)向?qū)嶋H生活問題的發(fā)展方向。

4.機器人教育的評價體系的建立

機器人教育的效果如何，最終還是要落實到評價這個不可缺少的環(huán)節(jié)上。機器人教育的評價與其他學(xué)科的學(xué)習(xí)評價不同。機器人教育的評價要求由教師、同學(xué)、家長、公司、社會人士和學(xué)生共同來完成。它強調(diào)對創(chuàng)造制品過程的評價，真正做到了多種評價方式的良好結(jié)合，重視學(xué)生的參與性[10]。機器人教學(xué)評價的內(nèi)容主要包括方案制定、硬件搭建與優(yōu)化、作品展示與交流等，其中表現(xiàn)性評價目標(biāo)體現(xiàn)在如圖5所示的幾個方面。[11]據(jù)此，我們應(yīng)該研究更為準(zhǔn)確的機器人教育評價體系，可以建立創(chuàng)客教育理念下的機器人教育評價體系，例如增加創(chuàng)意設(shè)計等方面的評價。加快機器人教育與學(xué)校教育的深度融合。

5.建設(shè)供學(xué)生展示和分享的空間和平臺

目前的機器人教育過程中，由于各種條件的限制，很多孩子缺少展示的平臺。我們應(yīng)該給孩子提供更多的線上和線下的展示平臺，讓孩子們盡情的展示自己，并學(xué)會和他人溝通分享。例如，像“3done”社區(qū)和“好好搭搭”社區(qū)已經(jīng)完成了部分功能，但是分享還沒有形成一種習(xí)慣。我們要不斷完善類似的展示平臺和空間，培養(yǎng)孩子的分享意識。

六、結(jié)語

機器人作為教育信息化的新載體，正在全面走進學(xué)校課堂、家庭和社區(qū)。在中小學(xué)全面推進機器人教育與創(chuàng)客活動，對提升青少年的創(chuàng)新能力和實踐能力，具有重要的意義。隨著人工智能時代的到來，機器人教育可能會像計算機的發(fā)展一樣，潛移默化地進入人們的生活，與計算機一樣成為21世紀(jì)公民的必備技能。少年強則國強，機器人教育關(guān)乎到我國未來機器人產(chǎn)業(yè)接班人的培育，直接影響我國機器人行業(yè)持續(xù)發(fā)展的能力。普及機器人教育需要參照“計算機的普及要從娃娃抓起”的做法，讓機器人教育的普及也從娃娃抓起，加快機器人走進中小學(xué)課堂的步伐。政府管理部門、學(xué)校、企業(yè)、家庭也要齊心協(xié)力，提出機器人教育的相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)，共同促進機器人教育的發(fā)展，為我國機器人的發(fā)展注入強大動力。

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（編輯：王曉明）