中小學(xué)機(jī)器人教育中的問題及思考

張世超

摘 ? 要：機(jī)器人是具有戰(zhàn)略意義的領(lǐng)域，要加強(qiáng)中小學(xué)機(jī)器人教育。通過調(diào)查，當(dāng)前河北省縣級(jí)及以下中小學(xué)機(jī)器人教育存在教師缺乏、機(jī)器人教育的硬件配置良莠不齊、機(jī)器人教育教學(xué)實(shí)效低等問題，為有效解決上述問題，學(xué)校及有關(guān)部門應(yīng)以師資、硬件及教學(xué)課程等為抓手，促進(jìn)河北省縣級(jí)及以下機(jī)器人教育的發(fā)展。

關(guān)鍵詞：機(jī)器人教育;師資建設(shè);硬件設(shè)備;課程設(shè)計(jì)

中圖分類號(hào)：G633.98 ? ?文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A ? ?文章編號(hào)：1009-010X（2019）21/24-0033-03

智能機(jī)器人技術(shù)融合了機(jī)械，電子，傳感器，計(jì)算機(jī)軟、硬件，人工智能等眾多先進(jìn)技術(shù)，體現(xiàn)了當(dāng)代信息技術(shù)多個(gè)領(lǐng)域的先進(jìn)技術(shù)，是信息技術(shù)的重要內(nèi)容。因此，在信息技術(shù)教育中滲透機(jī)器人學(xué)科知識(shí)與機(jī)器人應(yīng)用前景方面的教育是當(dāng)今科技發(fā)展的必然趨勢。2017年，國務(wù)院印發(fā)《新一代人工智能發(fā)展規(guī)劃》，明確指出應(yīng)逐步開展全民智能教育項(xiàng)目，在中小學(xué)階段設(shè)置人工智能課程。雖然，全國很多地區(qū)的小學(xué)都開展了機(jī)器人教育課程，但機(jī)器人教育在小學(xué)開展過程中遇到了些許難題，制約了機(jī)器人教育的發(fā)展。為了能更好地開展機(jī)器人教育，筆者展開了本項(xiàng)研究，主要調(diào)研了河北省縣級(jí)及以下中小學(xué)機(jī)器人教育的問題，并針對(duì)上述問題進(jìn)行了思考。

一、中小學(xué)機(jī)器人教育現(xiàn)狀及問題

（一）機(jī)器人教師現(xiàn)狀及問題

筆者對(duì)河北省機(jī)器人教育的教師現(xiàn)狀進(jìn)行了調(diào)查，調(diào)查對(duì)象來自河北省校外教育組織的機(jī)器人骨干教師培訓(xùn)中的參訓(xùn)教師和河北省電教站組織的機(jī)器人教師培訓(xùn)的參訓(xùn)教師。調(diào)查的92位教師在原單位都是從事或即將從事機(jī)器人教學(xué)工作的專任或兼任教師。在這些教師中約有59%的教師具有信息技術(shù)學(xué)科背景;約有10%的教師有物理學(xué)學(xué)科背景;有14%的教師具有數(shù)學(xué)學(xué)科背景;而約有11%的教師具有科學(xué)教育專業(yè)背景;具有人工智能和其他學(xué)科專業(yè)背景的教師占比較小，只有2%和4%（如圖1所示）。從調(diào)查結(jié)果中看，絕大多數(shù)的參訓(xùn)教師具有理工科專業(yè)背景，而具有人工智能機(jī)器人專業(yè)背景的且從事機(jī)器人教育的教師占比較少。

表1是機(jī)器人教師的從教時(shí)間，如表所示：有14.13%的教師從事機(jī)器人教育小于一年;有41.30% 的教師從事機(jī)器人教育1～2年，其對(duì)機(jī)器人教育有一定的了解，是各地在將來推廣普及機(jī)器人教育所依靠的中堅(jiān)力量;有30.43% 的教師從事機(jī)器人教育在2～3年，這部分教師是當(dāng)前機(jī)器人教育的骨干教師;而從事機(jī)器人教育大于3年的占比14.13%，這些教師具有豐富的教育經(jīng)驗(yàn)和競賽經(jīng)驗(yàn)，是當(dāng)前機(jī)器人競賽中優(yōu)秀的指導(dǎo)教師。

總的來說，機(jī)器人教師方面的主要問題表現(xiàn)在：1.教師數(shù)量欠缺，由于機(jī)器人教育是新鮮事物，在現(xiàn)有的教師培養(yǎng)系列中機(jī)器人教師屬于稀缺資源，中小學(xué)機(jī)器人教師普遍缺乏。2.教師隊(duì)伍的專業(yè)知識(shí)儲(chǔ)備有待提高，大部分機(jī)器人教師具有理工科背景，專業(yè)的人工智能方面的機(jī)器人教師少之又少，且從業(yè)時(shí)間較短，缺乏豐富的教學(xué)經(jīng)驗(yàn)和競賽經(jīng)驗(yàn)。此外，機(jī)器人教育除了程序控制外，合理的構(gòu)建也是必需的，但注重機(jī)械構(gòu)建的教師也非常少。

（二）機(jī)器人教育硬件配置現(xiàn)狀和問題

表2是對(duì)機(jī)器人專用教室配備的情況調(diào)查。如表2所示：有22.83%的教師所在學(xué)校有專用的機(jī)器人活動(dòng)教室，這些學(xué)校一般分布在經(jīng)濟(jì)較為發(fā)達(dá)的地區(qū);71.74%的教師所在學(xué)校沒有配備專用的機(jī)器人活動(dòng)教室，且機(jī)器人裝備僅配置到了縣青少年活動(dòng)中心，學(xué)校不予配置。

總的來說，機(jī)器人教育在硬件配置方面的問題為：1.機(jī)器人專用教室及機(jī)器人設(shè)備配置率低。很多縣域都沒有把機(jī)器人專用設(shè)備配置到學(xué)校，僅僅是給青少年活動(dòng)中心配置了一小部分設(shè)備，這些設(shè)備并不能滿足學(xué)校日益增長的學(xué)習(xí)及教學(xué)需要。2.機(jī)器人裝備質(zhì)量良莠不齊。很多活動(dòng)中心及學(xué)校配置的是一些流傳度極低的機(jī)器人設(shè)備，這些設(shè)備沒有資格參加一些較為正規(guī)的機(jī)器人競賽。3.機(jī)器人器材缺乏標(biāo)準(zhǔn)導(dǎo)致課程體系設(shè)計(jì)無法統(tǒng)一。各機(jī)器人廠家的機(jī)器人器材除外形不一致外，控制芯片、傳感器、數(shù)據(jù)接口等均不統(tǒng)一，這導(dǎo)致課程內(nèi)容體系的統(tǒng)一設(shè)計(jì)無從談起。

（三）機(jī)器人教學(xué)方面的現(xiàn)狀和問題

關(guān)于機(jī)器人教學(xué)層面的調(diào)查，主要涉及教學(xué)規(guī)模和教學(xué)組織形式、教材、教學(xué)方法。師資配備直接影響機(jī)器人教育的規(guī)模和教學(xué)形式，圖2是機(jī)器人教育的組織形式統(tǒng)計(jì)圖，如圖2所示：機(jī)器人教育組織形式中占主導(dǎo)地位的是活動(dòng)小組和競賽小組模式，分別占比39.68%和36.51% 。較低的機(jī)器人裝備配置率和較為缺乏的師資，不能滿足較多學(xué)生同時(shí)學(xué)習(xí)機(jī)器人課程的需要;此外，有限的教師和機(jī)器人設(shè)備使得真正接受機(jī)器人教育的學(xué)生人數(shù)非常少。而采用班級(jí)授課模式占比14.29%，這些學(xué)校的機(jī)器人設(shè)備相對(duì)較多，能夠同時(shí)滿足較多的學(xué)生進(jìn)行學(xué)習(xí)，一般是按照小組形式進(jìn)行授課，每班人數(shù)20人左右。

如表3所示，在機(jī)器人教材方面，由于開設(shè)機(jī)器人課程的學(xué)校多以校本課程的方式開設(shè)，他們或者使用自編教材，或者沒有使用教材，這兩者分別占據(jù)調(diào)查比例的52.38%和17.46% 。有25.40%的教師使用了統(tǒng)一采購的教材，所謂統(tǒng)一采購的教材也多是由機(jī)器人廠家編寫的類似產(chǎn)品說明書式的教材，即產(chǎn)品使用手冊，致使教學(xué)目標(biāo)不明確、教學(xué)重點(diǎn)不突出、課程缺乏精心的設(shè)計(jì)。

在教學(xué)方法層面，一線教師常用的教學(xué)方法是任務(wù)驅(qū)動(dòng)法、講授演示法、講練結(jié)合法，分別占調(diào)查教師總數(shù)的66.67%、63.49%、50.79%，此三種方法也是普通信息技術(shù)課堂的常用方法。但在國外，常用的機(jī)器人教學(xué)方法是項(xiàng)目教學(xué)法和實(shí)驗(yàn)法，且項(xiàng)目教學(xué)法被很多教育者認(rèn)為是非常適用于機(jī)器人教育的方法，其常常需要學(xué)生合作設(shè)計(jì)、構(gòu)造和操控機(jī)器人項(xiàng)目作品，但在我們的調(diào)查中，這兩種方法的選用率僅分別為23.81%和28.57%。

總的來說，當(dāng)前機(jī)器人教學(xué)現(xiàn)存的問題有：1.機(jī)器人教育受益人群少。機(jī)器人教學(xué)采取的是興趣小組或競賽小組模式，使真正學(xué)習(xí)機(jī)器人的學(xué)生僅占很小比例。2.缺乏課程標(biāo)準(zhǔn)，這導(dǎo)致當(dāng)前各學(xué)段的機(jī)器人教育的教學(xué)內(nèi)容、教學(xué)目標(biāo)、教學(xué)重點(diǎn)和難點(diǎn)等不明確，缺乏教學(xué)內(nèi)容的連貫性。

二、中小學(xué)實(shí)施機(jī)器人教育的建議

（一）強(qiáng)化教師培訓(xùn)，加強(qiáng)教師隊(duì)伍建設(shè)

教師的專業(yè)化水平是推動(dòng)機(jī)器人教育不斷發(fā)展并提升其實(shí)效性的必要條件。但目前教師的專業(yè)化水平不高，有些學(xué)校安排信息技術(shù)教師或者其他課程的教師來兼任機(jī)器人教育課程。針對(duì)此種情況，教育主管部門和學(xué)校要加大機(jī)器人教育的培訓(xùn)力度，組織教師參加各級(jí)機(jī)器人教師培訓(xùn)，努力培養(yǎng)一支優(yōu)秀的機(jī)器人教師團(tuán)隊(duì)。

（二）加大資金投入，規(guī)范器材配置，建立機(jī)器人器材標(biāo)準(zhǔn)

首先，加大機(jī)器人教育資金投入力度，在學(xué)校配置機(jī)器人專用教室及一定數(shù)量的高質(zhì)量機(jī)器人設(shè)備，并對(duì)這些設(shè)備實(shí)時(shí)更新，以滿足不同形式的競賽需要。其次，規(guī)范器材配置，建立機(jī)器人器材標(biāo)準(zhǔn)。機(jī)器人課程對(duì)器材具有顯著的依賴性，各廠家應(yīng)將核心部件中的控制器、傳感器、數(shù)據(jù)接口等進(jìn)行統(tǒng)一，以為課程內(nèi)容體系的建立打下物質(zhì)基礎(chǔ)。

（三）做好課程頂層設(shè)計(jì)，建立課程體系

當(dāng)前的機(jī)器人教育采用的是競賽或者興趣小組模式，受眾人數(shù)較少。要想實(shí)現(xiàn)機(jī)器人教育從小眾范疇向大眾范疇的轉(zhuǎn)變，必須做好課程的頂層設(shè)計(jì)，建立課程體系。如在時(shí)間序列上形成小學(xué)、初中、高中相互銜接的機(jī)器人課程體系;在橫向聯(lián)系上，與程序設(shè)計(jì)、物理、數(shù)學(xué)、通用技術(shù)等課程內(nèi)容合理整合、相互支持;制定全國性的機(jī)器人課程標(biāo)準(zhǔn)。只有這樣才能規(guī)范課程開設(shè)的目標(biāo)、內(nèi)容、課時(shí)、教材、師資等與課程配套的相關(guān)要素。