關于青少年機器人教育行業(yè)的研究

劉帥克 陳丹 郭霆* 鐘雄 張心成

（1.黑龍江工程學院機電工程學院 黑龍江哈爾濱 150050；2.黑龍江工程學院經濟管理學院黑龍江哈爾濱 150050）

機器人教學首先是一個教學工具，而機器人就是一個教師為了實現(xiàn)教學目的而所利用的工具。機器人模型最重要的目的就是通過使用工具，發(fā)掘出其中的教學用途，使孩子們從機器人課程中學到實際可用的東西，才算是真正實現(xiàn)了機器人教學的目的［1］。機器人教學能夠訓練幼兒在許多方面的才能，如剖析提問、解決的才能、獲取資訊、運用信息的能力、動手能力、團體合作的能力、語言表現(xiàn)、批判思維等才能。除此以外，還會有比賽環(huán)節(jié)，通過實戰(zhàn)的對抗訓練，如按競賽設定情景搭建機器人，并對機器人完成的任務編程，掌握如何處理現(xiàn)實提問等，來培養(yǎng)幼兒們的綜合技能。

機器人教學采用了設計、安裝、編程、操作教學機器人，以調動學生的學習興趣、訓練學生綜合創(chuàng)新能力的科技類綜合課程教材［2］。教育機器人的教學將為中小學的信息化教學帶來全新的生命力，作為培育中小學學生綜合能力、信息素質的新平臺，也擔負著培育中小學生實際能力、創(chuàng)新能力和綜合素養(yǎng)的新任務。因而，從中央政府教育政策支持層面，高校、中小學、社會等都非常重視發(fā)展機器人職業(yè)教育，建構一個合理的、完善的機器人職業(yè)教育資源體系十分有必要，且具有良好的社會現(xiàn)實意義。

早在20世紀90年代，歐美等國家就已提出了機器人教育。1994年，麻省理工學院設立了工程設計和施工建造等的機器人教育課程（martin），目的在于不斷提高高校工程設計相關專業(yè)在校學生的工程設計和技術創(chuàng)造創(chuàng)新能力，這也是目前機器人教育課程進入到大學專業(yè)課堂的重要標志［3］。相較于美國，日本機器人教育發(fā)展稍微來得晚些，然而日本作為后起之秀，在機器人教育產業(yè)發(fā)展方面已經成功趕超了很多現(xiàn)在科技產業(yè)比較發(fā)達的新興國家，在全國每年都會舉辦不同類別的機器人競賽。關于青少年機器人應用教育，目前，我國已經擁有30 余年的發(fā)展經驗，近10年越來越火，其主要原因在于我國科技創(chuàng)新水平的不斷發(fā)展，人們生活品質不斷提高等，從地方政府政策層面上的重視程度可見一斑。2017年8月，國務院辦公廳印發(fā)了《新一代人工智能發(fā)展規(guī)劃》［4］，規(guī)劃明確指出加快實施今年全民人工智能編程教育試點項目，在中小學階段至少設置一門人工智能教育相關學科課程，逐步深入推廣編程智能應用教育。

1 青少年機器人教育行業(yè)的特點及優(yōu)勢

近年來，國家和社會對機器人自動化的關注程度越來越高，使機器人教育在一定范圍內融入學科研究上［5］。并且近兩年，在青少年教育上，機器人及自動化相關的教育地位已經隱約呈現(xiàn)出超過奧數(shù)的跡象，其特點主要體現(xiàn)在不可替代性和潮流趨勢化兩方面。迄今為止，青少年機器人教育因為其具有的重大意義從而一直未能被其他教育所替代，同時，不管未來如何改變，充分運用好機器人相關的自動化軟件將成為必然趨勢，它們是一個國家真正發(fā)展富強的主力軍。

伴隨著數(shù)碼時尚席卷全球，與全球機器人發(fā)展相關的教育研究也愈卷愈烈，許多發(fā)達國家都已在基礎教育中開設了大量關于機器人設計的選修課。其優(yōu)勢就是訓練兒童計算機模型和創(chuàng)新性問題的處理模型；啟發(fā)學生學習興趣，培養(yǎng)自主探究精神，豐富設計思路；專業(yè)領域大融合，內容涉及范圍廣泛，知識靈活性強，符合現(xiàn)代教學的要求；培養(yǎng)學生觀察、動手、應激、表達、團隊協(xié)作能力，讓其全方位發(fā)展。

2 青少年機器人教育市場概述

從宏觀角度分析，利用PEST 模型對現(xiàn)在機器人教育產業(yè)的宏觀環(huán)境進行掃描，發(fā)現(xiàn)如下信息，如表1所示。

表1 機器人教育產業(yè)的PEST 模型掃描

對于青少年機器人的教育，以基于市場數(shù)據(jù)的兒童編程為例，根據(jù)企業(yè)調查數(shù)據(jù)，2016年只有7個少兒編程項目，于2017年迅速增加到21 個，截至2018年，兒童節(jié)目資助活動數(shù)量增加至33個案例［6］，考慮到中國STEAM（科學Science、技術Technology、工程Engi?neering、藝術Art、數(shù)學Mathematics）教育市場42%的投資案例，如圖1所示。

圖1 近10年我國少年編程項目融資事件（圖片來自互聯(lián)網(wǎng)）

隨著科技的高速發(fā)展，高端的科技產品逐漸出現(xiàn)在大眾的視野之中，國家對于國民素質培養(yǎng)方案要求隨之不斷提高，對新型科技人才的培養(yǎng)持續(xù)給予重視。STEAM 教育理念就是從中孕育而出并且不斷被給予新的時代意義［7］。

由美國政府首次提出的STEAM 教育［8］，是集科學、技術、工程、藝術和數(shù)學于一體的完整教育，強調跨境知識、不同場景、問題產生、關鍵構建和創(chuàng)新，它不僅反映了課程整合、實用性和活動性的許多特點，而且還反映了課程回歸生活、社會和自然的本質訴求。

根據(jù)課程分類，中國STEAM教育可分為機器人教育和創(chuàng)客教育。根據(jù)上述材料，到目前為止，與其他兩個項目相比，機器人教育的商業(yè)模式更簡單，邊際成本更低，已逐漸成為我國STEAM教育的主要發(fā)展部分。

2015年9 月，教育部《關于“十三五”期間全面深入推進教育信息化工作的指導意見〈征求意見稿〉》［9］首次明確提出STEAM教育。2014年以來，浙江、山東、山西、陜西、天溪、河南、四川、江蘇、重慶等地將STEAM教育納入教學和考試科目體系，并將“軟任務”升級為“硬指標”，新的K12培訓課程誕生，它已成為一門必修課，同時也參加了應試教育［10］。

（1）低幼及素質教育指針對3～18歲人群的在線啟蒙及素質教育培訓，包括APP 內容和課程等。（2）K12學科培訓指以國內K12階段的提分升學為目的的學科培訓。（3）高等學歷教育包含考研、留學等學歷提升培訓和成人繼續(xù)教育培訓。（4）職業(yè)教育包含職業(yè)資格培訓和職業(yè)技能培訓，但此處職業(yè)技能培訓不包含美容美發(fā)、汽修駕駛、宗妊糕點等偏藍領職業(yè)培訓。（5）其他類目主要包含通識教育。

由圖2可知，2016—2020年，兒童和優(yōu)質教育在在線教育中的比例從3.7%上升至24.5%。

圖2 2016—2020年中國在線教育細分結構（圖片來自互聯(lián)網(wǎng)）

如圖3所示，機器人教育行業(yè)用戶數(shù)持續(xù)增長，截至2020年7月，機器人教育行業(yè)用戶數(shù)較2019年同期增長了2.51 倍?，F(xiàn)在的家長對于孩子的教育多半是“不計成本”，而且現(xiàn)在青少年對于機器人等行業(yè)擁有自己的好奇心，而在校大學生也愿意多學一份技術來保障自己以后的就業(yè)。所以，采用設置網(wǎng)校APP 的方式以及充分利用現(xiàn)代教育線上與線下相結合的方式，會充分發(fā)揮“互聯(lián)網(wǎng)+”的作用，實現(xiàn)利益最大化。這些人群會給網(wǎng)校帶來巨大的收益，機器人教育這個項目也會在未來迸發(fā)出時代光彩。

圖3 機器人教育行業(yè)用戶增長趨勢（圖片來自互聯(lián)網(wǎng)）

當前，青少年機器人教育師資培養(yǎng)力量也在不斷加強。我國高等院校將實行“人工智能學科專業(yè)建立、培養(yǎng)、基礎理論革新、科技突破和運用演示全面蓬勃發(fā)展”。該政策表明其培養(yǎng)模式的核心是以區(qū)域內的師范院校作為核心，聯(lián)動作為政策保障的教育主管部門及當?shù)刂行W，為師范生提供職前培養(yǎng)至職后發(fā)展的一貫式培養(yǎng)方式，促進人工智能、少兒編程及機器人教育等緊缺學科教育師資培養(yǎng)的長效發(fā)展。為培養(yǎng)復合型應用型人才，滿足社會對STEAM教育行業(yè)的人才需求，韓山師范學院2017年啟動了“創(chuàng)客教育微專業(yè)”跨學科課程建設項目?！拔I(yè)”是指為了培養(yǎng)某一職業(yè)的核心專業(yè)技能人才，以快速、集中訓練的方法，經過5～10門左右的核心專業(yè)課的修習，就可以迅速獲得某一領域的崗位技術需求，讓學習者迅速上崗，彌補了高校的學科設置和行業(yè)人才要求之間的匹配問題，微專業(yè)從學生就業(yè)崗位與市場需求的角度考慮，以學生職業(yè)發(fā)展為導向的專業(yè)課程。由于政府政策的大力支持，機器人教育行業(yè)的師資力量不斷強大，在教育技能掌握方面也不斷規(guī)范化、專業(yè)化，不斷為機器人教育網(wǎng)校的發(fā)展注入新鮮活力。

自第三次工業(yè)革命以來，信息技術的快速迭代顯著提高了生產率。到目前為止，這項技術通常與人工智能（a）、區(qū)塊鏈（b）、云計算（c）、大數(shù)據(jù)（d）等流行關鍵詞相關聯(lián)，并已成為新時代科技發(fā)展的趨勢。當前，新技術在中國傳統(tǒng)產業(yè)中的廣泛運用正帶動著行業(yè)技術創(chuàng)新的全鏈條轉化，并促進了各產業(yè)向現(xiàn)代化水平的全面飛躍。隨著新科學技術的廣泛應用，中國各個產業(yè)的計算機化步伐逐漸加速，這也催生了許多新興行業(yè)。計算機化浪潮已經成為中國制造業(yè)現(xiàn)代化的有力引擎，對重要科技人才的需求量也不斷擴大。高校除了加強計算機專業(yè)建設，增加大數(shù)據(jù)和人工智能專業(yè)外，科技人才的培養(yǎng)也在逐步向年輕化方向發(fā)展。

近年來，發(fā)達國家和地區(qū)政府制定的大量扶持人工智能教育及其他信息技術發(fā)展的政策措施，也自上而下地促進了中國機器人教育行業(yè)的蓬勃發(fā)展。同時，機器人工程也是教育軌道的重要組成部分，這一軌道與“五門學科同時發(fā)展”的概念和學生“全球發(fā)展”的框架保持了一致。同時，素質教育的有關內涵，也給機器人教學帶來了好處。

3 結語

綜上所述，隨著“雙減”政策的逐步落實，傳統(tǒng)教育行業(yè)受到一定的沖擊，而針對于青少年的機器人教育行業(yè)的機會慢慢到來，利用線上、線下相結合的教學模式，能夠提高機器人教育的水平。同時，需要相應的硬件支持來提高青少年的學習熱情，機器人教育行業(yè)需求量是逐漸增加的。