青少年機器人教育的研究與探索

翁大弟 張鋒 鄭鎮(zhèn)海

摘 要：本文從中小學(xué)機器人競賽、機器人教學(xué)，分析了我國目前機器人教育的現(xiàn)狀，同時對機器人教育進行探索。目前，全國范圍內(nèi)的機器人教育，教學(xué)水平差別較大。針對當前教學(xué)內(nèi)容的不足，這篇文章從課程設(shè)置和教學(xué)方法提出更佳的模式，相信提高總體課程體系水平后，機器人教育行業(yè)會有更好的發(fā)展，將為社會提供更多的優(yōu)秀人才。

關(guān)鍵詞：機器人教育;機器人競賽;教學(xué)模式

一、引言

隨著科學(xué)技術(shù)的發(fā)展，機器人也開始走向了各家各戶，智能掃地機器人、智能洗碗機器人等，已越來越貼近我們的生活，并在我們的生活中起到重要的作用。隨著教育事業(yè)的發(fā)展，開展機器人教育已愈來愈受到人們的重視，教育機器人開始走進教育的領(lǐng)域了。為了培養(yǎng)更多有創(chuàng)新能力的優(yōu)秀人才，讓這種創(chuàng)新意識潛移默化地去影響他們，我國最近開始加快推進中小學(xué)的機器人教育。

二、現(xiàn)狀分析

如今的機器人教育，一般是指學(xué)習(xí)機器人的基本知識，通過熟悉他們的原理和功能，或者利用機器人教育來促進教學(xué)內(nèi)容的改進和優(yōu)化教育教學(xué)的實踐。未來的社會，需要更多熟悉機器人的人才。由于教育部將“簡易機器人的制作”列為中學(xué)生選修，這在一定程度上將會促進青少年機器人教育的發(fā)展。

1、中小學(xué)機器人競賽

舉辦這樣的比賽，主要的目的是為了促進中小學(xué)階段學(xué)生們對機器人的知識掌握和運用，推動機器人教育的普及和發(fā)展。自從2001年中國科協(xié)舉辦了第一屆中國青少年電腦機器人競賽后，我國的機器人比賽就如雨后春筍一般噴涌而出。發(fā)展相當迅速，如今比賽的規(guī)格和項目要求已經(jīng)與國際接軌了，有著不錯的水平。

目前，在國內(nèi)比較有名、有影響力的中小學(xué)機器人比賽有以下：青少年電腦機器人競賽&FLL（http：//robot.xiaoxiaotong.org/）、全國中小學(xué)信息技術(shù)創(chuàng)新與實踐活動機器人比賽（www.noc.net.cn/）等;除了國內(nèi)的一些比賽，我們還可以參加一些國際的賽事：WRO（www.wroboto.org）、RoboCup（www.robocup.org）等等。舉辦這些比賽是為了讓學(xué)生在學(xué)了基礎(chǔ)理論知識后，能夠盡快地參與到科學(xué)研究與科學(xué)實踐活動。

但比賽中也有一定的問題，比如說，機器人賽事由于教育部門監(jiān)管較少、獎勵制度方面也無統(tǒng)一而明確的規(guī)定?？赡軙猩贁?shù)參賽者通過投機取巧，來進行不正當競爭。耿慧君提出：“機器人競賽如果想要良性發(fā)展，就必須禁止這種投機取巧的行為，加強監(jiān)管”[1]。

2、機器人教學(xué)

機器人教學(xué)，就是在教授學(xué)生們一些機器人的理論和基本的制作流程后，讓他們開展團隊合作學(xué)習(xí)模式。比如趙加興等學(xué)者提出，通過“組內(nèi)互助”及三三一組的合作學(xué)習(xí)模式[2]，共同探討，共同學(xué)習(xí)，可以幫助學(xué)生更好的學(xué)習(xí)這些知識。但現(xiàn)在的大多數(shù)課程，沒有統(tǒng)一的教材和教學(xué)標準，難以整體統(tǒng)籌發(fā)展。大部分開設(shè)機器人教育和比賽的學(xué)校，都是以機器人模板的產(chǎn)品說明書[3]，和一些編程語言基礎(chǔ)為核心，結(jié)合興趣小組的形式來開設(shè)課程。所以，現(xiàn)在需要相關(guān)領(lǐng)域的學(xué)者，就教材課程的編寫進行相應(yīng)的研究，并結(jié)合教材所需，進行相關(guān)的實驗。

而對于目前機器人的程序編寫，在一次青少年機器人踢足球比賽中，張琪等人提出了一種新型的、直觀的利用圖形化編程的辦法[4]。具體的內(nèi)容為，把大量重復(fù)的代碼封裝起來，人們只需修改圖形自身的屬性，就能搭建一套完整的機器人程序來控制機器人，這樣參加機器人比賽就顯得簡單多了。

三、機器人教育的探索

1、機器人的成本控制

當前，機器人教育也存在著一定的局限性：國產(chǎn)的機器人雖然價格比國外便宜，但卻不支持遠程操作功能、控制系統(tǒng)中所采用的處理器性能也有限。它的擴展性還不能夠支持多用戶程序在線編程等問題。并且機器人還是有一定的成本，在資金方面，一般學(xué)校組織少數(shù)學(xué)生比賽還可以承受的，若想要課堂普及化，難度還是比較大的，這也是機器人教育推廣的一個較大的阻力。

針對這種情況，現(xiàn)在有些開發(fā)人員新開發(fā)了一批虛擬機器人，它們可運行在純軟件的環(huán)境，普通的電腦就可以運行，配置要求不高。而且，現(xiàn)在網(wǎng)上有很多免費的仿真平臺，我們通過相應(yīng)的連接設(shè)備，可以操作簡單的機器人。這些平臺的出現(xiàn)讓學(xué)校解決了經(jīng)費問題，促進了機器人教育的發(fā)展。

2、師資力量的補充

還有另一個問題，就是我國的機器人教育尚在初始階段，還處于一種較為邊緣化的教學(xué)位置，無法得到有效的推廣。而且?guī)熧Y力量也有所不足，目前師范院校開設(shè)機器人指導(dǎo)培訓(xùn)老師的依然是少數(shù)，在基本的能力和素質(zhì)上，相應(yīng)的教師資源還沒準備到位。而一個優(yōu)秀的指導(dǎo)老師，將直接影響著中小機器人教育的發(fā)展。所以，要在本科師范院校，切實進行機器人指導(dǎo)老師的培訓(xùn)。

當指導(dǎo)老師的人數(shù)和水平都顯著提高后，全國范圍內(nèi)的青少年機器人教育事業(yè)，也能因此登上一個更高的臺階，吸引更多學(xué)生對于機器人的關(guān)注與關(guān)注。

3、機器人教育模式的優(yōu)化

對于教育機器人事業(yè)的開展，我們將以“以點帶面”的方式來運營，通過吸引一部分學(xué)生，用優(yōu)質(zhì)的服務(wù)、實惠化的教育以及良好的教學(xué)效果，讓他們對我們的教學(xué)有良好的評價，并通過他們?nèi)ヂ?lián)系更多的用戶。我們將在校內(nèi)、校外和教育基地開展多種多樣的教學(xué)活動。在校內(nèi)，可以利用創(chuàng)新小比賽和一些小社團，宣傳和開展機器人教育;校外在中小學(xué)開設(shè)直營門店，由專門的老師來進行課程培訓(xùn);利用培訓(xùn)基地開展親子活動，與校方建立良好的合作關(guān)系，組織開展夏令營活動，融教與樂。通過和利用機器人教學(xué)，可以極大地激發(fā)學(xué)生們對于科學(xué)和未知領(lǐng)域的興趣，鍛煉了他們的動手能力的同時，也鼓勵他們將自己的創(chuàng)意做出來。

機器人教育在不久的未來會大放光彩，一方面它使得學(xué)生們的創(chuàng)新思維得到發(fā)展、創(chuàng)新能力得到提升;另一方面，機器人產(chǎn)業(yè)的快速發(fā)展，也給社會帶來了巨大的經(jīng)濟效益，它將在未來影響我們的工作、交流、學(xué)習(xí)和玩樂等領(lǐng)域。通過培養(yǎng)更多的學(xué)生，能反過來促進機器人產(chǎn)業(yè)的發(fā)展，這是相輔相成的。

參考文獻：

[1]耿慧君.“ 機器人”能否走好信息技術(shù)路？[N].中國教育報，2006年11月6日：1-2.

[2]趙加興，楊改學(xué).合作學(xué)習(xí)在中小學(xué)機器人教學(xué)中的應(yīng)用[J].軟件導(dǎo)刊，2010年3月：40-42.

[3]王小根，張爽. 面向創(chuàng)客教育的中小學(xué)機器人教學(xué)研究[J].現(xiàn)代教育技術(shù)，2016年8月： 116-121

[4]張祺，楊宜民，陳紅英.機器人足球比賽決策程序的圖形化編程[J].計算機工程與應(yīng)用，2005年23日：98-101.

作者簡介：

翁大弟（1999-），男，本科，研究方向為人工智能和大數(shù)據(jù)方向;張鋒（通訊作者）（1979-），男，碩士，高級實驗師，研究方向為人工智能、工業(yè)物聯(lián)網(wǎng);鄭鎮(zhèn)海（1996-），男，本科，研究方向為嵌入式開發(fā)。通訊作者：張鋒

創(chuàng)新訓(xùn)練項目：廣東博樂科機器人教育中心（733788）;茂名市STEAM&創(chuàng)客教育工程技術(shù)研究中心建設(shè)項目（518125）

（廣東石油化工學(xué)院電子信息工程學(xué)院?廣東省茂名市茂南區(qū)? 525000）