我國(guó)中小學(xué)機(jī)器人教育開展的現(xiàn)狀、問(wèn)題及其對(duì)策

王心彤　胡衛(wèi)星

機(jī)器人教育是將機(jī)器人以各種不同的實(shí)踐應(yīng)用形式運(yùn)用到日常的教育教學(xué)活動(dòng)中的新型教育模式。常見(jiàn)的機(jī)器人教育主要有兩種形式：①作為一門獨(dú)立的課程，常見(jiàn)于地區(qū)性、全國(guó)性或國(guó)際性的機(jī)器人比賽。但從總體來(lái)看，這種形式受眾較小且呈現(xiàn)出明顯的地區(qū)差異性。②作為信息技術(shù)課程的一部分來(lái)展開，2018年教育部頒布的《普通高中課程方案和語(yǔ)文等學(xué)科課程標(biāo)準(zhǔn)（2017版）》指出機(jī)器人教育以中小學(xué)信息技術(shù)課為媒介來(lái)培養(yǎng)學(xué)生。[1]

● 中小學(xué)機(jī)器人教育研究的現(xiàn)狀

1.整體研究情況

筆者在中國(guó)知網(wǎng)上以“機(jī)器人教育”為關(guān)鍵詞搜索2004年至今的文獻(xiàn)，共檢索到相關(guān)的文獻(xiàn)1455篇。研究發(fā)現(xiàn)，我國(guó)的機(jī)器人教育研究大多是面向中等教育，結(jié)合信息技術(shù)教育進(jìn)行具體深入的學(xué)生教育研究。

近年來(lái)機(jī)器人教育不斷發(fā)展。在理論方面，逐漸融合了創(chuàng)客教育、技術(shù)教育、創(chuàng)新教育、自主學(xué)習(xí)等教育理論[2];在技術(shù)方面，隨著5G技術(shù)的出現(xiàn)與發(fā)展，人工智能、人形機(jī)器人、物聯(lián)網(wǎng)、虛擬機(jī)器人等技術(shù)得到了廣泛關(guān)注;在應(yīng)用方面，傾向于關(guān)注學(xué)習(xí)過(guò)程、教學(xué)效果和學(xué)習(xí)活動(dòng)等內(nèi)容，注重學(xué)生在學(xué)習(xí)過(guò)程中學(xué)習(xí)方式和思維方式的轉(zhuǎn)變。

2.具體實(shí)踐狀況

機(jī)器人教育在理論體系方面的研究包括：人機(jī)交互系統(tǒng)，讓學(xué)生在實(shí)踐中培養(yǎng)創(chuàng)造與動(dòng)手能力;信息技術(shù)與教育的深度融合，提高學(xué)生邏輯思維和計(jì)算思維能力;作為STEAM教育和創(chuàng)客教育融合后的延伸，將各方面能力培養(yǎng)統(tǒng)一起來(lái)。機(jī)器人教育在教學(xué)實(shí)踐研究方面，主要包括九大教學(xué)模式（如下頁(yè)表）。

● 中小學(xué)機(jī)器人教育存在的問(wèn)題與對(duì)策

1.缺乏國(guó)家層面的示范引領(lǐng)和整體課程體系的建立

整體上機(jī)器人教育存在如下顯著問(wèn)題：教學(xué)目標(biāo)不具有系統(tǒng)性，各階段教學(xué)目標(biāo)的劃分不夠明確;教學(xué)內(nèi)容設(shè)計(jì)缺乏專家指導(dǎo);教學(xué)活動(dòng)實(shí)施缺少科學(xué)性;機(jī)器人產(chǎn)品不夠規(guī)范，種類繁雜，且相互之間不兼容，開放性低;校內(nèi)機(jī)器人教育大多以選修課形式開設(shè)，相關(guān)配套設(shè)施不完善。之所以會(huì)形成這樣的問(wèn)題，是因?yàn)槲覈?guó)機(jī)器人教育課程缺乏國(guó)家層面的整體調(diào)控及對(duì)課程體系的系統(tǒng)設(shè)計(jì)與指導(dǎo)。各級(jí)各類學(xué)校沒(méi)有統(tǒng)一的標(biāo)準(zhǔn)參照，常將機(jī)器人教育采用碎片化形式穿插在信息技術(shù)課或綜合實(shí)踐等選修課中，課程實(shí)施以簡(jiǎn)單科普為目的，未充分發(fā)揮機(jī)器人教育對(duì)學(xué)生思維與能力的培養(yǎng)價(jià)值。[5]要解決機(jī)器人教育實(shí)施中的上述問(wèn)題，需要將機(jī)器人課程從現(xiàn)有的信息技術(shù)課程體系中獨(dú)立出來(lái)，建立整體的課程內(nèi)容體系，發(fā)揮國(guó)家的示范與引領(lǐng)作用。從制度上，創(chuàng)新辦學(xué)制度，將機(jī)器人與教育深度融合;從方法上，基于國(guó)情合理借鑒發(fā)達(dá)國(guó)家的成功經(jīng)驗(yàn)，將培養(yǎng)學(xué)生的創(chuàng)造能力、科學(xué)水平、計(jì)算思維和信息素養(yǎng)融入到課程中，構(gòu)建滿足自身需求的機(jī)器人課程。

2.沒(méi)有突出的課程特色及缺乏專業(yè)化的教師

在課程方面，機(jī)器人教育作為獨(dú)立的課程仍處于起步階段，它更多的是將機(jī)器人課與信息技術(shù)課或綜合實(shí)踐等相結(jié)合，以課外活動(dòng)的形式開展，課程教學(xué)整體上處于缺乏科學(xué)規(guī)劃的零散狀態(tài)。在教師方面，機(jī)器人教師在機(jī)器人教育專業(yè)理論、知識(shí)和技能等儲(chǔ)備上都有所欠缺。

面對(duì)課程特色問(wèn)題，應(yīng)當(dāng)首先明確機(jī)器人教育的目的和任務(wù)。面對(duì)教師專業(yè)培養(yǎng)問(wèn)題：一方面需要在本科師范生的培養(yǎng)中，設(shè)置機(jī)器人教育相關(guān)的課程;另一方面需要對(duì)在職教師進(jìn)行專業(yè)素養(yǎng)提升，在教師教學(xué)能力的定期培訓(xùn)中，使其及時(shí)更新觀念，將校外機(jī)器人教育的先進(jìn)經(jīng)驗(yàn)積極引入一線教師的教學(xué)實(shí)踐活動(dòng)中。

3.教學(xué)大多以編程為主，且教學(xué)內(nèi)容相對(duì)孤立

目前，受機(jī)器人價(jià)格、功能和更新?lián)Q代速度等的限制，大多數(shù)學(xué)校和教育機(jī)構(gòu)均以計(jì)算機(jī)操作且投入較低的編程教學(xué)為主，這在極大程度上影響了機(jī)器人教育的豐富性和融合性。在現(xiàn)有的機(jī)器人編程課程中還普遍存在難度設(shè)置不合理、難度梯度與學(xué)生不匹配及教學(xué)內(nèi)容“孤島化”等問(wèn)題。

為此，國(guó)家需要加大對(duì)機(jī)器人教育的規(guī)范力度和宣傳力度，大力發(fā)展機(jī)器人教育產(chǎn)品研發(fā)事業(yè)，加速通用機(jī)器人組件及編程軟件的開發(fā)與應(yīng)用，降低學(xué)校機(jī)器人教育成本，促進(jìn)其深入發(fā)展。同時(shí)，積極開展相關(guān)研究，確保機(jī)器人教育具有可擴(kuò)展性和開放性，設(shè)置恰當(dāng)?shù)慕逃繕?biāo)和課程內(nèi)容，結(jié)合學(xué)生特征來(lái)優(yōu)化難度設(shè)置，加強(qiáng)機(jī)器人教育與其他學(xué)科內(nèi)容之間的融合，從而實(shí)現(xiàn)學(xué)生動(dòng)手能力、合作能力和創(chuàng)造能力等的培養(yǎng)與發(fā)展。

4.缺乏相互學(xué)習(xí)、實(shí)踐和交流的系統(tǒng)或平臺(tái)

機(jī)器人教育在國(guó)內(nèi)多是以競(jìng)賽形式展開，以賽促教的教學(xué)形式在培養(yǎng)學(xué)生競(jìng)賽能力和學(xué)習(xí)積極性的同時(shí)，也帶來(lái)了過(guò)于功利性和缺乏過(guò)程性培養(yǎng)等問(wèn)題。此外，還存在課程領(lǐng)域小眾且應(yīng)用實(shí)踐機(jī)會(huì)少，一線師生缺乏常態(tài)化的實(shí)踐機(jī)會(huì)和交流系統(tǒng)或平臺(tái)等問(wèn)題。

要解決這些問(wèn)題，首先，需要積極創(chuàng)設(shè)機(jī)器人教育環(huán)境，學(xué)校和教育機(jī)構(gòu)可以設(shè)置多方向的機(jī)器人教育課程供家長(zhǎng)和學(xué)生根據(jù)自身發(fā)展方向選擇;其次，學(xué)校或機(jī)構(gòu)可以通過(guò)創(chuàng)設(shè)虛擬機(jī)器人平臺(tái)，提高學(xué)生調(diào)試程序的效率，通過(guò)在虛擬平臺(tái)上操作，大大降低錯(cuò)誤程序?qū)?shí)物機(jī)器人的損害;最后，平臺(tái)也可以利用移動(dòng)設(shè)備為學(xué)生提供參與學(xué)習(xí)、操作、溝通交流的渠道，從而推進(jìn)機(jī)器人教育實(shí)施的深度與廣度。

● 中小學(xué)機(jī)器人教育研究與實(shí)踐的新動(dòng)態(tài)

1.中小學(xué)機(jī)器人教育專業(yè)理論研究的系統(tǒng)構(gòu)建

我國(guó)機(jī)器人教育的發(fā)展大致可分為三個(gè)階段：第一階段——思想滲透期，主要是嘗試將國(guó)外先進(jìn)的教育理念應(yīng)用于國(guó)內(nèi)的機(jī)器人課程。第二階段——初步形成期，受國(guó)內(nèi)外機(jī)器人競(jìng)賽和國(guó)家層面政策關(guān)注的影響，呈現(xiàn)出快速但不平衡的發(fā)展?fàn)顟B(tài)。第三階段——飛速上升期，隨著《基礎(chǔ)教育信息技術(shù)課程標(biāo)準(zhǔn)》的出臺(tái)以及各類相關(guān)的教育機(jī)器人設(shè)備的快速發(fā)展，機(jī)器人教育開始在學(xué)校和社會(huì)中得到廣泛實(shí)施。機(jī)器人教育關(guān)注的重點(diǎn)從機(jī)器人軟硬件轉(zhuǎn)向機(jī)器人應(yīng)用研究再到機(jī)器人教學(xué)方法的深入實(shí)踐。

2.中小學(xué)機(jī)器人教育相關(guān)技術(shù)產(chǎn)品的系列研發(fā)

從技術(shù)發(fā)展的角度來(lái)看，隨著人工智能技術(shù)的逐步發(fā)展，機(jī)器人教育產(chǎn)品在校內(nèi)外的應(yīng)用將更加廣泛，而當(dāng)前的機(jī)器人教育產(chǎn)品缺乏規(guī)范性和統(tǒng)一性。無(wú)論是國(guó)內(nèi)還是國(guó)外的機(jī)器人教育產(chǎn)品研發(fā)公司，其開發(fā)應(yīng)用的機(jī)器人教育產(chǎn)品眾多，且都自成體系，彼此之間的兼容性極差，尤其是機(jī)器人程序的開放性很低，機(jī)器人編程沒(méi)有通用的標(biāo)準(zhǔn)。面對(duì)諸多問(wèn)題，有必要按照統(tǒng)一標(biāo)準(zhǔn)研發(fā)通用于教學(xué)工作的系列產(chǎn)品，這將大大降低學(xué)校在機(jī)器人教育方面投入的成本，便于學(xué)校購(gòu)置維護(hù)和更新各類設(shè)施，有利于教育資源的整合和教學(xué)實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)的交流。

3.中小學(xué)機(jī)器人教育師資隊(duì)伍的專業(yè)化培養(yǎng)

從教師資源來(lái)看，機(jī)器人教育的推廣與發(fā)展必然引發(fā)專業(yè)教師培養(yǎng)方面的變革，以重點(diǎn)培養(yǎng)教師的專業(yè)機(jī)器人知識(shí)、教學(xué)能力以及創(chuàng)造性思維。因此，一方面，部分中小學(xué)?？梢赃x拔合適人才，培養(yǎng)自己的機(jī)器人教育專業(yè)教師。另一方面，加強(qiáng)在職教師的培訓(xùn)，多校聯(lián)合促進(jìn)教師交流能有效提高機(jī)器人教育的師資力量。可以進(jìn)行集團(tuán)學(xué)校之間的統(tǒng)一備課、手拉手學(xué)校的集中學(xué)習(xí)等，先提高區(qū)域內(nèi)機(jī)器人教師的水平，再逐漸擴(kuò)大區(qū)域，逐步提高中小學(xué)機(jī)器人教師的專業(yè)化水平。在信息化時(shí)代，學(xué)習(xí)意識(shí)、開放意識(shí)和創(chuàng)新意識(shí)將是教師必不可少的基本素質(zhì)。

4.面向?qū)W生核心素養(yǎng)提升的機(jī)器人教育教學(xué)實(shí)踐

我國(guó)的專家學(xué)者提出了以人文底蘊(yùn)、科學(xué)精神、責(zé)任擔(dān)當(dāng)、學(xué)會(huì)學(xué)習(xí)、實(shí)踐創(chuàng)新、健康生活等六大內(nèi)容為主體的核心素養(yǎng)培養(yǎng)體系。機(jī)器人教育是提升學(xué)生核心素養(yǎng)的重要教育實(shí)踐形式之一。機(jī)器人教育與學(xué)科課程整合的方式主要有兩種：一種是基于項(xiàng)目的學(xué)習(xí)，教學(xué)方法采用跨學(xué)科整合，不帶有學(xué)科痕跡，基于項(xiàng)目學(xué)習(xí)，將真實(shí)生活中的科技問(wèn)題與情境融入到學(xué)生的學(xué)習(xí)過(guò)程當(dāng)中;另一種是與原有學(xué)科課堂相結(jié)合，以聯(lián)系現(xiàn)實(shí)生活的綜合性主題來(lái)整合學(xué)科教學(xué)內(nèi)容，在學(xué)科課堂中滲透機(jī)器人教育。引導(dǎo)學(xué)生在面對(duì)項(xiàng)目時(shí)：第一，樹立健康生活的意識(shí)，培養(yǎng)生活能力，而非單純獲取應(yīng)考知識(shí);第二，培養(yǎng)綜合運(yùn)用多學(xué)科知識(shí)解決問(wèn)題的能力，鍛煉問(wèn)題探究、科學(xué)思維以及技術(shù)運(yùn)用等能力;第三，形成正確的情感態(tài)度與價(jià)值觀，具備國(guó)家、社會(huì)以及個(gè)人的責(zé)任擔(dān)當(dāng)。理論與實(shí)踐緊密結(jié)合是機(jī)器人教育的一大特色，也是多學(xué)科整合教學(xué)方式的切入點(diǎn)。

總之，機(jī)器人與教育教學(xué)的融合發(fā)展必將成為我國(guó)新時(shí)代教育的重要課題之一，并不斷產(chǎn)生深刻的變革和技術(shù)應(yīng)用方面的創(chuàng)新。機(jī)器人教育既是機(jī)遇也是挑戰(zhàn)，目前其普及程度還不夠高，人們對(duì)其的認(rèn)識(shí)還不夠全面，國(guó)家要提高機(jī)器人教育的水平，不僅需要一大批高素質(zhì)人才，還需要良好的科技創(chuàng)新環(huán)境。未來(lái)，廣大中小學(xué)學(xué)生通過(guò)機(jī)器人從小學(xué)習(xí)綜合性前沿知識(shí)，養(yǎng)成探索求是的科學(xué)精神，培養(yǎng)創(chuàng)新意識(shí)與創(chuàng)新能力，發(fā)展問(wèn)題解決的綜合實(shí)踐能力，這才是機(jī)器人教育最根本的目的。

參考文獻(xiàn)：

[1]徐多.機(jī)器人教育的知識(shí)圖譜分析研究[D].錦州：渤海大學(xué)，2018.

[2]彭紹東.論機(jī)器人教育（上）[J].電化教育研究，2002（06）：3-7.