教育機(jī)器人在教育產(chǎn)業(yè)發(fā)展進(jìn)程中的應(yīng)用研究

譚偉美 梁遠(yuǎn)君

【摘要】文章簡(jiǎn)要介紹了教育機(jī)器人的構(gòu)成及發(fā)展情況，在此基礎(chǔ)上論述了教育機(jī)器人產(chǎn)業(yè)化發(fā)展的意義，進(jìn)而分析了目前產(chǎn)業(yè)化發(fā)展中遇到的難題，并尋找出幾個(gè)破解難題的對(duì)策。

【關(guān)鍵詞】教育機(jī)器人;教育產(chǎn)業(yè);應(yīng)用

【基金項(xiàng)目】2020年廣西中等職業(yè)學(xué)校品牌專業(yè)建設(shè)廣西玉林農(nóng)業(yè)學(xué)校數(shù)控技術(shù)應(yīng)用項(xiàng)目建設(shè)資金。

一、引言

近年來，人工智能技術(shù)在教育領(lǐng)域逐步擴(kuò)大其落地應(yīng)用場(chǎng)景，但大多數(shù)應(yīng)用場(chǎng)景仍然很難真正滲透到教學(xué)的核心環(huán)節(jié)并對(duì)學(xué)生的學(xué)習(xí)效果起到關(guān)鍵性作用。由于可以在不同教學(xué)環(huán)節(jié)提供人性化交互方式及個(gè)性化智能輔導(dǎo)與教學(xué)，基于人工智能技術(shù)的教育機(jī)器人受到越來越多的重視和發(fā)展，因此有必要對(duì)教育機(jī)器人在教育產(chǎn)業(yè)發(fā)展中的應(yīng)用進(jìn)行研究。

二、教育機(jī)器人的簡(jiǎn)介

提起機(jī)器人，我們馬上就會(huì)聯(lián)想到科幻小說和電影中的機(jī)器人。近一個(gè)世紀(jì)以來，機(jī)器人在娛樂和虛構(gòu)的世界中有著重要的地位，甚至“機(jī)器人”這個(gè)詞本身就來自一部科幻作品——1920年，前捷克斯洛伐克作家卡雷爾·恰佩克的科幻小說中第一次出現(xiàn)“機(jī)器人（Robot）”這個(gè)詞，它被用于指代人類創(chuàng)造的用來代替人工的物體。隨著計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)、機(jī)械制造、人工智能等技術(shù)的不斷發(fā)展，機(jī)器人已經(jīng)從一個(gè)虛擬的名詞發(fā)展成一項(xiàng)蓬勃的產(chǎn)業(yè)，并從工業(yè)領(lǐng)域向醫(yī)療救援、教育、娛樂、勘測(cè)、探險(xiǎn)、救援等領(lǐng)域迅速擴(kuò)展。

本文所論的機(jī)器人主要是指教育產(chǎn)業(yè)中的教育機(jī)器人。教育機(jī)器人主要由硬件平臺(tái)和軟件平臺(tái)組成，硬件平臺(tái)主要包含教育機(jī)器人的硬件規(guī)格以及提供硬件之間的通信，完成某些動(dòng)作或者輸入輸出某些信號(hào)，它相當(dāng)于機(jī)器人的手腳;軟件平臺(tái)主要包含教育機(jī)器人的各種輸入信號(hào)的處理和開發(fā)，完成某種可預(yù)期的場(chǎng)景的實(shí)現(xiàn)及表述，它相當(dāng)于機(jī)器人的大腦。教育機(jī)器人是面向教育領(lǐng)域?qū)ｉT研發(fā)的，以培養(yǎng)學(xué)生的分析能力、創(chuàng)造能力和實(shí)踐能力為目標(biāo)的機(jī)器人[1]，它具有教學(xué)適用性、交互性、開放性、可擴(kuò)展性等特點(diǎn)[2]。教育機(jī)器人的出現(xiàn)為機(jī)器人教育提供了載體。

三、教育機(jī)器人產(chǎn)業(yè)化發(fā)展的意義

當(dāng)前，國外教育機(jī)器人的發(fā)展集中在青少年陪伴與輔助教學(xué)、特殊教育、機(jī)器人競(jìng)賽等領(lǐng)域，也更加注重實(shí)踐性研究與課堂中的實(shí)際應(yīng)用。相比于國外，國內(nèi)教育機(jī)器人總體上還處于起步階段，在理論與實(shí)踐研究上都存在一定差距。但隨著人工智能教育、STEM教育、創(chuàng)客教育等的興起，國內(nèi)對(duì)于教育機(jī)器人技術(shù)的研究及大規(guī)模實(shí)踐應(yīng)用在迅速增長(zhǎng)，產(chǎn)學(xué)研相結(jié)合的模式也促進(jìn)了該領(lǐng)域的市場(chǎng)化進(jìn)程。因此，產(chǎn)業(yè)化發(fā)展具有一定意義。

1.對(duì)教育創(chuàng)新的推進(jìn)

教育機(jī)器人產(chǎn)業(yè)化有助于對(duì)教育創(chuàng)新的推進(jìn)，包括創(chuàng)客教育、STEAM教育、素質(zhì)教育、STS教育（科學(xué)、技術(shù)、社會(huì)）和教學(xué)改革。Chris Rogers認(rèn)為，教育機(jī)器人產(chǎn)業(yè)化教育能夠?qū)ⅰ癊ngineering”帶進(jìn)基礎(chǔ)教育中，培養(yǎng)學(xué)生的STEM素養(yǎng)，推動(dòng)基礎(chǔ)教育改革[3]。

2.對(duì)教學(xué)模式和策略的改進(jìn)

對(duì)教學(xué)模式和策略的改進(jìn)，包括教學(xué)目標(biāo)、教學(xué)模型、教學(xué)策略、教學(xué)設(shè)計(jì)、課程開發(fā)等。王雪雁等認(rèn)為，教學(xué)形式的多元體驗(yàn)是教育的重點(diǎn)，而將體驗(yàn)教學(xué)法融入機(jī)器人教育中進(jìn)行研究，也在一定程度上促使其他科目在教學(xué)改革中形成較有前景的發(fā)展方向[4]。

3.對(duì)學(xué)生綜合素養(yǎng)的提升

對(duì)學(xué)生綜合素養(yǎng)的提升，包括創(chuàng)新精神、實(shí)踐能力、科學(xué)素養(yǎng)以及綜合能力。D Alimisis在調(diào)研了目前教育機(jī)器人領(lǐng)域現(xiàn)狀的基礎(chǔ)上，對(duì)當(dāng)前教育機(jī)器人領(lǐng)域熱點(diǎn)問題發(fā)表了自己的看法，他肯定了機(jī)器人在培養(yǎng)學(xué)生創(chuàng)造力和 “21世紀(jì)技能”方面的重要作用[5]。

四、教育機(jī)器人在教育產(chǎn)業(yè)化進(jìn)程中的遇到的難題

教育機(jī)器人除了讓學(xué)習(xí)者獲取機(jī)械、電子、信息、傳感技術(shù)知識(shí)，還能培養(yǎng)技術(shù)應(yīng)用、解決問題、動(dòng)手能力、團(tuán)隊(duì)協(xié)作以及表達(dá)能力、批判思維能力?！秶鴦?wù)院關(guān)于印發(fā)新一代人工智能發(fā)展規(guī)劃的通知》鼓勵(lì)全國有條件的高校、研究院開設(shè)人工智能專業(yè)，在中小學(xué)開設(shè)機(jī)器人相關(guān)的課程和競(jìng)賽。為此，教育機(jī)器人表現(xiàn)出了其無可比擬的教育價(jià)值及實(shí)用潛質(zhì)，為培養(yǎng)多學(xué)科交叉融合、高素質(zhì)、復(fù)合型的工程人才提供了一個(gè)理論教學(xué)、實(shí)訓(xùn)實(shí)踐和資源共享的綜合平臺(tái)。

為了更好地促進(jìn)高層次人才的培訓(xùn)與培養(yǎng)，一方面，我們要大力研究開發(fā)及生產(chǎn)高端合格的教育機(jī)器人產(chǎn)品，另一方面，我們要全面開展機(jī)器人教育宣傳，但是還有一些難題亟待破解。

一是諸多教育機(jī)器人課題亟待破題。在經(jīng)濟(jì)全球化背景下，通過機(jī)器人教育促進(jìn)創(chuàng)新型科技人才隊(duì)伍壯大與建設(shè)是我國人才培養(yǎng)的新途徑和新模式。為此，在技術(shù)傳授的前提下，加快相關(guān)理論研究、學(xué)術(shù)探討和培養(yǎng)模式研究，激發(fā)學(xué)生的興趣，引導(dǎo)學(xué)生思考，加深對(duì)理論的引領(lǐng)、理解和人才培養(yǎng)研究，是教育機(jī)器人的主要研究問題。

二是服務(wù)于機(jī)器人教育的公共資源比較稀缺。與國外相比，無論是教學(xué)設(shè)備還是教學(xué)案例及教育在線資源，遠(yuǎn)遠(yuǎn)不能滿足教學(xué)的需求。為此，實(shí)現(xiàn)中小學(xué)、大學(xué)課程及教學(xué)資源的開發(fā)，促進(jìn)更多的教育教學(xué)資源共享，滿足機(jī)器人教育需求是前提。

三是教師隊(duì)伍的人數(shù)不多。縱觀整個(gè)發(fā)展過程，無論是中小學(xué)還是大中專院校，機(jī)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(jī)器人操作技術(shù)和技能的人才就業(yè)口徑比較寬，較少人愿意去當(dāng)教師。為此，應(yīng)加強(qiáng)教師隊(duì)伍建設(shè)及師資長(zhǎng)遠(yuǎn)規(guī)劃，將崇尚教育、樂教和施教的人聚集過來。

五、破解教育機(jī)器人產(chǎn)業(yè)化難題的對(duì)策

1.構(gòu)筑機(jī)器人教育云平臺(tái)

當(dāng)前，教育機(jī)器人可以應(yīng)用于教學(xué)的資源很少，因?yàn)槊總€(gè)廠家基于自己的水平開發(fā)資源平臺(tái)，彼此不兼容，不同機(jī)器人安裝不同的APP程序，資源設(shè)計(jì)者從單一的角度設(shè)計(jì)教學(xué)資源，沒有考慮普眾需求，制約了產(chǎn)品的應(yīng)用推廣。為此，開展機(jī)器人教育工程技術(shù)方面的研究，從教育機(jī)器人資源共享標(biāo)準(zhǔn)制定、服務(wù)技術(shù)策略及數(shù)字化資源服務(wù)設(shè)計(jì)與推送角度出發(fā)，立足自主知識(shí)品牌，促進(jìn)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(wù)技術(shù)，在共建共享技術(shù)上對(duì)教育機(jī)器人進(jìn)行完善與功能提升。

2.健全教育機(jī)器人法律體系

教育機(jī)器人在設(shè)計(jì)、開發(fā)、生產(chǎn)、銷售和使用過程中，關(guān)乎國內(nèi)外的道德準(zhǔn)則、社會(huì)倫理、用戶安全和權(quán)益訴求等諸多法律方面的問題。一是探究國際規(guī)則，深化法律規(guī)范，構(gòu)建風(fēng)險(xiǎn)防控機(jī)制和預(yù)警監(jiān)測(cè)體系，研判就業(yè)替代與社會(huì)倫理道德問題，促使教育機(jī)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(jī)器人教育與教師職業(yè)崗位有機(jī)結(jié)合與協(xié)調(diào)發(fā)展問題，依托機(jī)器人智能技術(shù)發(fā)展，構(gòu)建教育機(jī)器人的倫理學(xué)特性。

3.加快行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)完善

據(jù)了解，工業(yè)機(jī)器人標(biāo)準(zhǔn)相對(duì)成熟，但從教育機(jī)器人這個(gè)角度來說，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(yīng)的規(guī)范與標(biāo)準(zhǔn)約束。教育機(jī)器人是機(jī)器人產(chǎn)業(yè)細(xì)分領(lǐng)域的一大類產(chǎn)品，研究制定科學(xué)化、規(guī)范化的標(biāo)準(zhǔn)體系，才能促進(jìn)教育機(jī)器人產(chǎn)業(yè)健康發(fā)展。所以，加快教育機(jī)器人相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)的研究時(shí)不我待，同時(shí)需要盡快上升為國家標(biāo)準(zhǔn)，從而引領(lǐng)國際標(biāo)準(zhǔn)，倒逼產(chǎn)業(yè)，給產(chǎn)業(yè)發(fā)展提供方向，規(guī)范和促進(jìn)產(chǎn)業(yè)發(fā)展。

4.構(gòu)建教育機(jī)器人產(chǎn)業(yè)聯(lián)盟，提高教育產(chǎn)業(yè)轉(zhuǎn)化度

為了更好地滿足多樣化的用戶需求，堅(jiān)持經(jīng)濟(jì)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(shì)互補(bǔ)的教育機(jī)器人產(chǎn)學(xué)研用協(xié)同創(chuàng)新體系，在教育機(jī)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(jìn)行全方位一體化設(shè)計(jì)。以筆者所在中職學(xué)校為例，可以聯(lián)合當(dāng)?shù)氐母咝?、政府和其他企業(yè)單位建設(shè)產(chǎn)學(xué)研平臺(tái)，豐富教學(xué)實(shí)踐手段，提高教育機(jī)器人在教育產(chǎn)業(yè)中的轉(zhuǎn)化度。

5.強(qiáng)化產(chǎn)品開發(fā)，增強(qiáng)教師參與度和教學(xué)應(yīng)用度

機(jī)器人教育產(chǎn)業(yè)鏈涉及硬件制造、平臺(tái)開發(fā)、應(yīng)用服務(wù)提供等幾類廠商，但目前很多機(jī)器人公司只負(fù)責(zé)教育機(jī)器人硬件的開發(fā)、制造、組裝及測(cè)試，提供簡(jiǎn)單的產(chǎn)品說明和操作手冊(cè)，并不參與課程開發(fā)和教學(xué)設(shè)計(jì)。這樣的產(chǎn)業(yè)模式顯然不利于機(jī)器人教育發(fā)揮最大的作用。只有當(dāng)教育機(jī)器人的制造商與學(xué)校教師共同參與課程開發(fā)和教學(xué)設(shè)計(jì)，設(shè)計(jì)開發(fā)出豐富的教學(xué)情境應(yīng)用程序、服務(wù)與內(nèi)容，才能使教育機(jī)器人真正滿足教與學(xué)的需求。

總之，教育機(jī)器人的產(chǎn)業(yè)化應(yīng)該結(jié)合當(dāng)?shù)亟?jīng)濟(jì)社會(huì)和文化特點(diǎn)，真正有力有效服務(wù)于地方教育和經(jīng)濟(jì)文化。同時(shí)要注意在“互聯(lián)網(wǎng)+”時(shí)代，恰當(dāng)發(fā)揮政府宏觀調(diào)控的杠桿優(yōu)勢(shì)，立足本國，面向國際，引導(dǎo)教育機(jī)器人產(chǎn)業(yè)進(jìn)行科學(xué)布局，打造具有時(shí)代特色的教育機(jī)器人產(chǎn)業(yè)基地，形成中國特色產(chǎn)業(yè)集群。

【參考文獻(xiàn)】

黃榮懷，劉德建，徐晶晶，等.教育機(jī)器人的發(fā)展現(xiàn)狀與趨勢(shì)[J] .現(xiàn)代教育技術(shù)，2017，27（01）：13-20.

張劍平，王益.機(jī)器人教育：現(xiàn)狀、問題與推進(jìn)策略[J].中國電化教育，2006（12）：65-68.

Rogers C，Portsmore M. Bringing Engineering to Elementary School[J] .Journal of Stem Education Innovations & Research，2004（05）.

王雪雁，楊冬梅.樂高機(jī)器人教育與體驗(yàn)教學(xué)法的融合[J] .教育教學(xué)論壇，2017（24）：132-134.

Alimisis D. Educational Robotics Open Questions and New Chal-lenges[J] .Themes in Science and Technology Education，2013（01）：63-71.