教育機器人產(chǎn)業(yè)化進程中的問題探析

孔德彭 宋偉文 顧偉駟 李久勝 呂上一

摘 要：教育機器人是服務機器人中的一種，不但肩負著知識、技能與技術的傳遞與傳承，同時也是改進學習、優(yōu)化效能、促進交流的智能化工具。它在中小學、大學、研究生甚至產(chǎn)業(yè)端等人才培訓與培養(yǎng)方面發(fā)揮著重要作用。但是，隨著社會的發(fā)展，傳統(tǒng)的教育機器人產(chǎn)品功能無法與日益細分的用戶群體和多樣化的需求之間實現(xiàn)精準匹配和無縫對接。為此，在教育機器人產(chǎn)業(yè)化進程的背景下，文章對工業(yè)機器人產(chǎn)業(yè)化模式進行比較分析，然后就國內外現(xiàn)狀、未來市場定位、發(fā)展新模式新業(yè)態(tài)、產(chǎn)業(yè)化路徑等諸多問題進行了必要的探究。

關鍵詞：教育機器人；新業(yè)態(tài)；產(chǎn)業(yè)化路徑

中圖分類號：G434 文獻標志碼：A 文章編號：1673-8454（2019）03-0035-04

一、引言

教育機器人是基于教學理念并富于教學教法和教學案例而開發(fā)的教學裝備，早期歸屬服務機器人之列，現(xiàn)也有專家學者將其單獨劃分為“教育機器人”一類，它不但是工業(yè)機器人技術的延伸，更是服務機器人的功能與種類的拓展。隨著學習者所需求功能的增多，教育機器人不但應該具有更多服務資源，而且應提供以完成深度學習和復雜教學為目的的教學服務策略。[1]大數(shù)據(jù)、物聯(lián)網(wǎng)和通信技術等新技術的發(fā)展，促使科學與工程深度融合，促進了教育機器人關鍵技術的進步，這不僅是人工智能時代對機器人的“教育機器人”分支提出的新要求、新挑戰(zhàn)，也是一條探索我國工程科技復合型人才培養(yǎng)的新方法和新途徑。

二、教育機器人國內外發(fā)展現(xiàn)狀

經(jīng)過20多年的發(fā)展，教育機器人充分融合了科學、技術、工程及數(shù)學（即STEM）的屬性，已經(jīng)逐漸走進課堂、實驗室和千家萬戶，被教育界和家長接受與認可，于是教育機器人便以承載時代使命的角色登上了新時代舞臺。

1.國外教育機器人發(fā)展現(xiàn)狀

發(fā)達國家探究機器人在教育領域的應用從未停止過，不但探究中小學、大學如何開設了機器人方面的理論課程和實踐課程，而且教育機器人產(chǎn)品如何改造升級也在持續(xù)進行研究。如洛桑聯(lián)邦理工學院開發(fā)了適用于六歲以上兒童教學的低價教育機器人；意大利技術研究院開發(fā)了一個開源的認知人形機器人平臺，針對環(huán)境自動調適利用傳感器所收集到的線索來辨識物體，并接收學習任務予以執(zhí)行；郝特福德大學研究協(xié)助自閉癥兒童的教育機器人，正向影響自閉癥兒童與教育機器人進行互動，效果非常明顯；[2]麻省理工學院從機器人與周圍環(huán)境協(xié)調與互動著手，進行智慧教育感知技術研究；喬治亞理工學院研發(fā)了Simon機器人，通過學習機器人能夠靈活地掌握技能并積極運用；卡耐基梅隆大學（CORAL Group）的 CORAL 研究團隊主要研究Cobots機器人知道自己的知覺、身體和推理受到限制會主動尋求人類的幫助；宮城大學研發(fā)的機器人面向生活、學習，不但具有可愛外形，而且可以與學習者產(chǎn)生共鳴；比勒菲爾德大學的 CoR-Lab 研究機器人如何成為人類學習的助手；熱那亞大學研發(fā)的iCub人形機器人建構一個模擬人類的生態(tài)自我的過程，適用自我感知與修正學習。近年來國外積極對外開展合作，一方面商業(yè)化向全世界輸出各類教育機器人產(chǎn)品，另一方面通過行業(yè)協(xié)會、學會、產(chǎn)學研共同體開展機器人課程和教學創(chuàng)新設計、競賽，擴大其影響力。

2.國內教育機器人研究現(xiàn)狀

國內關于工業(yè)機器人核心技術的研究團隊比較多。如哈爾濱工業(yè)大學開展機器人相關的機電一體化集成、人機交互、智能技術和基礎理論研究等；國科院沈陽所側重機器人思維與動作、感知與互動、理論與方法的研究；北京理工智能機器人創(chuàng)新中心，在仿生機械、多元控制、多尺度控制及交叉融合領域解決了一系列重大前沿科學問題；浙江大學智能系統(tǒng)與控制研究所設有“機器人技術”等研究室和研究中心；浙江工業(yè)大學成立機器人協(xié)同研究中心，發(fā)揮機械、電氣控制和計算機與電子通信的優(yōu)勢，致力于工業(yè)機器人與服務機器人核心問題的探究。也有部分研究團隊專門從事教育機器人的研發(fā)，如北京師范大學黃榮懷團隊，2015年10月成立“教育機器人工程中心”，率先進行教育機器人相關領域的研究與開發(fā)；2017年7月浙江工業(yè)大學成立“機器人教育研究中心”從事機器人的教學教法、資源共建共享、教育機器人的標準體系建設等方面的研究；2016年全國科技人才培養(yǎng)工程管理中心率先批準成立全國科技人才培養(yǎng)工程物聯(lián)機器人研究發(fā)展中心，致力于物聯(lián)網(wǎng)與機器人的智能設備開發(fā)與應用、人才培養(yǎng)與培訓，采集物聯(lián)機器人的信息大數(shù)據(jù)，進行實時決策與控制管理，積極開展國際合作，提升企業(yè)的市場競爭力，促進教育機器人的產(chǎn)業(yè)化，推進機器人換人工程全面展開。

《機器人產(chǎn)業(yè)發(fā)展規(guī)劃（2016-2020年）》提出：無論是在制造環(huán)境下應用的工業(yè)機器人，還是在非制造環(huán)境下應用的服務機器人，其研發(fā)及產(chǎn)業(yè)化應用是衡量一個國家科技創(chuàng)新、高端制造發(fā)展水平的重要標志。[3]但是，市場上我國的教育機器人品牌數(shù)量較少，缺乏核心技術，多為初級創(chuàng)投企業(yè)，產(chǎn)業(yè)發(fā)展雷同嚴重，在市場競爭中不具有絕對優(yōu)勢。[4]為此，從本國教育機器人市場前景出發(fā)，結合本國的文化和環(huán)境定位，把握教育機器人發(fā)展機遇，迎接挑戰(zhàn)，開展基于產(chǎn)業(yè)發(fā)展的新業(yè)態(tài)新模式研究具有重要意義。

三、教育機器人市場前景分析

教育機器人不但豐富了教育裝備的產(chǎn)業(yè)類型，也可以促進教育智能化、智慧化和信息化發(fā)展。各國都在積極探索教育機器人產(chǎn)業(yè)化布局，例如在美國，機器人教育主要是通過理論實踐課程來進行的，其中涉及教學、技術及實踐課程等方面的機器人。隨著教育機器人種類及功能增多，教育機器人未來將達到130多億左右市場規(guī)模，如此龐大的新業(yè)態(tài)市場，無論是政府、協(xié)會還是研究院所及企業(yè)自身，探索適合教育機器人自身產(chǎn)業(yè)發(fā)展的路徑是歷史的必然。目前，銷量較好的教育機器人產(chǎn)地分布在日韓及歐美，其中我國的高端機器人產(chǎn)品也主要依賴進口。如以硬件產(chǎn)品為代表的樂高機器人，側重于機器人本身組裝與構造設計上；以美國WonderWorkshop為代表的“教育功能”派，主要偏重于機器人的教育功能；其他品牌的產(chǎn)品也有一定的市場份額，其中國外教育機器人市場排名前十的為Fischerchnik、Lego、Modular Robotics、Robotis、Tetrix Robotics、Aldebaran、WonderWorkshop、Honda Motor、LASY、Robotshop；國內教育機器人知名品牌為上海未來能力風暴、浙江開心果、深圳小西科技、奧飛動漫、深圳中科歐鵬、哈工大服務機器人和南京紫光科技等。隨著教育信息化進程的推進，教育機器人的功能發(fā)揮出越來越重要的作用，隨著對智能教育裝備需求量的逐步增加，教育型機器人市場將逐漸擴大。

四、教育機器人產(chǎn)業(yè)化路徑探析

教育機器人讓學習者獲取機械、電子、信息、傳感技術知識之外，還能培養(yǎng)技術應用、解決問題、動手能力，團隊協(xié)作以及表達能力，批判思維能力。國發(fā)[2017]35號《國務院關于印發(fā)新一代人工智能發(fā)展規(guī)劃的通知》鼓勵全國有條件的高校、研究院開設人工智能專業(yè)，在中小學開設機器人相關的課程和競賽。[5]為此，教育機器人表現(xiàn)出了其無可比擬的教育價值及實用潛質，為培養(yǎng)多學科交叉融合、高素質、復合型的工程人才提供了一個理論教學、實訓實踐和資源共享的綜合平臺。

1.破解機器人教育難題

為了更好地促進高層次人才的培訓與培養(yǎng)，一方面大力研究開發(fā)及生產(chǎn)高端合格的教育機器人產(chǎn)品，另一方面全面開展機器人教育的宣傳，但是還有一些難題亟待破解。

一是諸多教育機器人課題亟待破題。在經(jīng)濟全球化背景下，通過機器人教育促進創(chuàng)新型科技人才隊伍壯大與建設是我國人才培養(yǎng)的新途徑和新模式，為此在技術傳授的前提下，加快相關理論研究、學術探討和培養(yǎng)模式研究，激發(fā)學生的興趣，引導學生思考，加深對理論的引領、理解和人才培養(yǎng)研究，是教育機器人的主要研究問題。

二是服務于機器人教育的公共資源比較稀缺。與國外比較來看，無論是教學設備還是教學案例及教育在線資源，遠遠不能滿足教學的需求，為此實行中小學、大學課程及教學資源的開發(fā)，促進更多的教育教學資源共享，滿足機器人教育需求是前提。

三是教師隊伍的人數(shù)不多?？v觀整個發(fā)展過程，無論是中小學教師，還是大中專院校，機器人教師需求缺口較大。一方面是培養(yǎng)出口師資力量薄弱，另一方面受薪資待遇的影響，具有機器人操作技術和技能的人，就業(yè)口徑比較寬，較少人愿意去當教師，為此應加大教師隊伍建設及師資長遠規(guī)劃，將崇尚教育、樂教和施教的人聚集過來。

四是機器人教育活動的目的性不是很明確。目前機器人相關的設備推廣、大型會展、學術交流、推介會、競技比賽等教育性不太突出，商業(yè)成分過重，同時，目前的教育機器人現(xiàn)有產(chǎn)品同質化嚴重、機器人研發(fā)與教育結合不夠緊、產(chǎn)品價格和學費太高、教育形式過于封閉、細分市場發(fā)掘不充分、推廣形式單一、機器人教育需求宣傳不到位，高端缺技術、低端缺市場。以上問題應該采取相應的方法、手段及措施加以應對與解決。

2.加快行業(yè)標準研究

據(jù)了解工業(yè)機器人標準相對成熟，但從教育機器人這個角度而言，無論外國品牌，還是正在崛起的中國自主研發(fā)的品牌，都缺乏與之相適應的規(guī)范與標準約束。教育機器人是機器人產(chǎn)業(yè)細分領域的一大類產(chǎn)品，研究制定科學化、規(guī)范化的標準體系，才能促進教育機器人產(chǎn)業(yè)健康發(fā)展。所以，加快教育機器人相關標準的研究時不我待，同時需要盡快上升為國家標準，從而引領國際標準，倒逼產(chǎn)業(yè)，給產(chǎn)業(yè)發(fā)展提供方向，規(guī)范和促進產(chǎn)業(yè)發(fā)展。具體實施過程應該遵循教育機器人的安全性、可用性、互操作性、可追溯性原則，建立并完善教育機器人的基礎共性、互聯(lián)互通、行業(yè)應用、網(wǎng)絡安全、隱私保護等技術標準研究；當然在完善以上內容的同時，研究者還需要繼續(xù)研究新技術，如感應技術、辨識技術、控制語言、機器人結構、無線網(wǎng)絡、云端科技和仿生技術等與教育機器人融合后的評價與判斷準則，并從教育機器人的系統(tǒng)架構標準、教學平臺管理標準、移動設備與管理端關聯(lián)標準探究，使教育機器人標準體系更加更完備。

3.健全教育機器人法律體系

教育機器人在設計、開發(fā)、生產(chǎn)、銷售和使用過程中，關乎到國內外的道德準則、社會倫理、用戶安全和權益訴求等諸多法律方面的問題，為此從以下幾個方面進行加強。

一是探究國際規(guī)則、深化法律規(guī)范，構建風險防控機制和預警監(jiān)測體系，研判就業(yè)替代與社會倫理道德問題，[6]促使教育機器人教育資源綠色健康、安全可靠可控、造福于民。

二是研究機器人教育與教師職業(yè)崗位有機結合與協(xié)調發(fā)展問題，依托機器人智能技術發(fā)展，構建教育機器人的倫理學特性。

三是不同國界、不同文化、社會意識及宗教信仰，造成教育機器人服務對象的倫理學標準也不盡然相同，因此基本規(guī)則就是集中全社會的智慧，使其盡量建立在民主公平健康基礎之上。

四是在使用過程中，教育機器人是一個責任主體，在遵循道德規(guī)則基礎上，具有人類的基本認知能力，不斷貫徹“和諧”宗旨，延展教育機器人的倫理學深度，實現(xiàn)教育機器人與教師及學生等和睦共處。為教育機器人產(chǎn)業(yè)發(fā)展和形成區(qū)域競爭優(yōu)勢、更好地服務于“學習者”目標而不斷探索。

4.構筑機器人教育云平臺

當前，教育機器人可以應用于教學的資源很少，[7]因為每個廠家基于自己的水平開發(fā)資源平臺，彼此不兼容，不同機器人安裝不同APP程序，資源設計者從單一的角度設計教學資源，沒有考慮普眾需求，制約了產(chǎn)品的應用推廣。為此，開展機器人教育工程技術方面的研究，從教育機器人資源共享標準制定、服務技術策略及數(shù)字化資源服務設計與推送角度出發(fā)，立足自主知識品牌，促進規(guī)模及規(guī)范的產(chǎn)業(yè)化發(fā)展，充分考慮物聯(lián)網(wǎng)、大數(shù)據(jù)及云服務技術，在共建共享技術上對教育機器人進行完善與功能提升。[8]調研可知，通過智能云功能，實現(xiàn)如同真人般的口語互動與通過能力，扮演教師、學習同伴、助理多重角色，并與使用者進行互動和實時反饋，模仿人腦從事推理、證明和設計等思維活動的功能。因此，進行教育機器人資源共享云平臺開發(fā)是當務之急。再者，根據(jù)當前人工智能發(fā)展的現(xiàn)狀，深挖教育機器人在家庭服務和教育應用方面的需求，利用、整合科技資源和研發(fā)優(yōu)勢，[9]聚焦前沿技術，開展教育機器人服務體系的頂層設計，開展在線服務，建立認證與檢測一體化云服務體系，實證并完善評價標準，建立國家教育機器人評測與評定網(wǎng)上中心，開發(fā)教育機器人關鍵部件及整體系統(tǒng)檢測儀器儀表實時系統(tǒng)，實施第三方網(wǎng)上評價與異地認證。

5.構建教育機器人產(chǎn)業(yè)聯(lián)盟

為了更好地滿足多樣化的用戶需求，堅持經(jīng)濟全球化大方向，發(fā)揮高校、科研院所、企業(yè)和行業(yè)組織的作用，健全高效靈活、優(yōu)勢互補的教育機器人產(chǎn)學研用協(xié)同創(chuàng)新體系，在教育機器人產(chǎn)品試制、功能完成、系列產(chǎn)品打造和產(chǎn)業(yè)鏈塑造等方面進行全方位一體化設計；根據(jù)科技部、財政部等六部委《關于推動產(chǎn)業(yè)技術創(chuàng)新戰(zhàn)略聯(lián)盟構建的指導意見》的精神，有條件的產(chǎn)業(yè)園、經(jīng)濟帶依托省市縣區(qū)域，[10]成立教育機器人方面的產(chǎn)業(yè)聯(lián)盟或行業(yè)協(xié)會，致力于產(chǎn)學研綜合體，在行業(yè)引領、產(chǎn)業(yè)定位、人才培養(yǎng)、標準制定、技術創(chuàng)新、產(chǎn)品開發(fā)、實驗室建設、課程體系開發(fā)、社會服務等方面發(fā)力引領教育機器人產(chǎn)業(yè)健康發(fā)展，解決人才供給不足的難題；同時從理論層面、學科體系和標準研究與制訂的高度開展人才培養(yǎng)體系及平臺構建方面的工作；從中國企業(yè)文化環(huán)境、全國產(chǎn)業(yè)聚合和宏觀布局層面出發(fā)，結合區(qū)域經(jīng)濟的產(chǎn)業(yè)類型、區(qū)塊特點、人才匹配和政策優(yōu)勢等方面因素，進行正確的產(chǎn)業(yè)布局，打造教育機器人特色的產(chǎn)業(yè)鏈，形成產(chǎn)業(yè)集群。鼓勵有條件的企業(yè)進行教育機器人系列品牌建設，整合區(qū)域產(chǎn)業(yè)優(yōu)勢，形成示范產(chǎn)業(yè)應用工程及基地。[11]立足有效果、關聯(lián)度高，分層次、分步驟進行市場差異化發(fā)展，促進傳統(tǒng)產(chǎn)業(yè)企業(yè)與互聯(lián)網(wǎng)及新技術企業(yè)耦合發(fā)展，借助行政手段和資本杠桿進行整合與重組，實現(xiàn)跨界融合，培育具有強勁競爭力的龍頭企業(yè)，形成教育機器人產(chǎn)業(yè)重新布局及鏈條式發(fā)展。

6.整合資源，加強統(tǒng)籌

推動教育機器人產(chǎn)業(yè)良性發(fā)展，不但需要地方政府的正確產(chǎn)業(yè)導向，還需要發(fā)展改革、工業(yè)管理、科技服務和財政稅收等不同職能部門之間的資源配合及大力支持。一是利用好中央基金及資金扶持政策，抓住重大技術裝備保險補償及免稅政策，鼓勵企業(yè)加大資金投入，提升科技生產(chǎn)水平，發(fā)揮關稅動態(tài)保護作用及優(yōu)惠措施，利用多樣化的投融資渠道，借助銀行、基金在業(yè)務范圍內支持教育機器人優(yōu)勢，采取海內外的投融資、并購及上市手段發(fā)展企業(yè)。

二是用好用活產(chǎn)業(yè)政策，在有條件、有環(huán)境、有后勁的地方，發(fā)展教育機器人產(chǎn)業(yè)集群，引導生產(chǎn)要素與產(chǎn)業(yè)鏈的聚集。[12]

三是地方政府營造一個良好守信的市場氛圍，鼓勵企業(yè)形成行業(yè)標準與體系，鼓勵教育機器人知識產(chǎn)權申請與保護，形成教育機器人行業(yè)注冊及數(shù)據(jù)統(tǒng)計制度，打造教育機器人產(chǎn)業(yè)聯(lián)盟和服務共享平臺，集中資源向高深方向發(fā)展，構建教育機器人產(chǎn)業(yè)孵化轉型及綜合服務平臺。

四是政府部門在行業(yè)管理上應更為系統(tǒng)、嚴謹，做到精準指向。財稅扶持重點要向研發(fā)環(huán)節(jié)過渡，進一步提高對核心技術的財稅扶持力度，提高對基礎理論研究和關鍵技術開發(fā)的財政補助強度，擴大研發(fā)型企業(yè)稅收優(yōu)惠政策。此外要規(guī)范應用環(huán)節(jié)的財稅政策，完善支持手段，進一步建立規(guī)范管理制度。政府部門在行業(yè)管理上應更為系統(tǒng)、嚴謹，如行業(yè)準入設立一定的門檻、標準，實施基于誠信體系前提下的注冊制。如產(chǎn)業(yè)稅收優(yōu)惠政策、補貼政策、考核指標方面，能量化就要量化，該明確就要明確。行業(yè)對知識產(chǎn)權加強保護，官方處理糾紛要嚴謹、嚴格。

五、結束語

通過對教育機器人產(chǎn)業(yè)化路徑的論述，教育機器人的教育特性與服務功能重要性得到比較完備的彰顯，無論教育工作者還是產(chǎn)品生產(chǎn)廠家，甚至是學習者，都需對教育機器人進行系統(tǒng)了解與全面認識，而且厘清教育機器人的各自產(chǎn)品屬性、產(chǎn)業(yè)特點及產(chǎn)業(yè)化的可行性，[13]這樣不但有助于適合本土的教育機器人落地生根，也可以促進外埠及國外品牌進行本土化轉型及提供更加適合中國人的教育機器人產(chǎn)品，當然也會涉及資源配置與售后服務等方面，促進機器人輔助教育的發(fā)展。在“互聯(lián)網(wǎng)+”時代，恰當發(fā)揮政府宏觀調控的杠桿優(yōu)勢，立足本國，面向國際，引導教育機器人產(chǎn)業(yè)進行科學布局，打造具有時代特色的教育機器人產(chǎn)業(yè)基地，形成中國特色產(chǎn)業(yè)集群。

參考文獻：

[1]曹祥康.關于工業(yè)機器人產(chǎn)業(yè)化問題的思考[J].機器人技術與應用，2000（1）：3-4，7.

[2]黃榮懷，劉德建，徐晶晶，陳年興，樊磊，曾海軍.教育機器人的發(fā)展現(xiàn)狀與趨勢[J].現(xiàn)代教育技術，2017（1）：13-20.

[3]李瑞峰.中國工業(yè)機器人產(chǎn)業(yè)化發(fā)展戰(zhàn)略[J].航空制造技術，2010（9）：32-37.

[4]杜壯.未來五年機器人發(fā)展十大焦點 解讀《機器人產(chǎn)業(yè)發(fā)展規(guī)劃（2016-2020年）》[J].中國戰(zhàn)略新興產(chǎn)業(yè)，2016（11）：44-45.

[5]國發(fā)[2017]35號.國務院關于印發(fā)新一代人工智能發(fā)展規(guī)劃的通知[Z].

[6]劉延東.深化國際創(chuàng)新合作 讓更多人共享機器人發(fā)展成果[DB/OL]. http：//www.xinhuanet.com/politics/2017-08/23/c_1121531921.htm.

[7]馬志誠，陳敏.教育機器人在創(chuàng)新實踐教學中的應用[J].實驗科學與技術，2008（6）：96-98.

[8]星探科技的博客.如何應對工業(yè)機器人零部件未國產(chǎn)化的問題[DB/OL].http：//blog.sina.com.cn/s/blog_ 15e5bf83a0102x2hs.html.2016-11-07.

[9]張紅霞，陳曉航.工業(yè)機器人產(chǎn)業(yè)化發(fā)展問題及對策研究[J].科技風，2015（19）：214，221.

[10]國科發(fā)政[2008]770號.六部門聯(lián)合發(fā)布《關于推動產(chǎn)業(yè)技術創(chuàng)新戰(zhàn)略聯(lián)盟構建的指導意見》[Z].

[11]張煒.為實現(xiàn)機器人產(chǎn)業(yè)化發(fā)展而努力[J].機器人技術與應用，2006（5）：7-12.

[12]澎湃新聞網(wǎng).中國將發(fā)布機器人檢測認證標志，服務機器人或實行強制性認證[EB/OL].http：//news.163.com/16/1014/19/C3C40MVU000187VE.html.2016-10-14.

[13]王越超.加速機器人產(chǎn)業(yè)化基地建設 增強遼寧裝備制造業(yè)競爭力[J].中國制造業(yè)信息化，2003（5）：35-36.

（編輯：王天鵬）