機器人教育

1 機器人教育類型

　　機器人的發明、研究及應用實踐是以科學研究和社會生產為需求的，進入到教育是其領域的擴大與發展。但是，由于它所涉及知識的廣泛性和涉及技術的綜合性，這都使得機器人對教育而言具有更多的價值。根據有關機器人教育專家的研究與實踐，機器人教育的應用可以分為五種類型。

　　第一種方式

　　機器人學科教學（RobotSubjectInstruction，簡稱RSI）

　　機器人學科教學，是指把機器人學看成是一門科學，在各級各類教育中，以專門課程的方式，使所有學生普遍掌握關于機器人學的基本知識與基本技能。其教學目標如下。

　?。?）知識目標：了解機器人軟件工程、硬件結構、功能與應用等方面的基本知識。

　?。?）技能目標：能進行機器人程序設計與編寫，能拼裝多種具有實用功能的機器人，能進行機器人及智能家電的使用維護，能自主開發軟件控制機器人。

　?。?）情感目標：培養對人工智能技術的興趣，真正認識到智能機器人對社會進步與經濟發展的作用。

　　機器人教育成為學科課程，尤其對中小學而言師資、器材、場地及活動經費、教學經驗等都具有很大的挑戰。

　　第二種方式

　　機器人輔助教學（Robot-AssistedInstruction，簡稱RAI）

　　機器人輔助教學是指師生以機器人為主要教學媒體和工具所進行的教與學活動。與機器人輔助教學概念相近的還有機器人輔助學習（Robot-AssistedLearning，簡稱RAL），機器人輔助訓練（Robot-AssistedTraining，簡稱RAT），機器人輔助教育（Robot-AssistedEducation，簡稱RAE），以及基于機器人的教育（Robot-BasedEducation，簡稱RBE）。與機器人課程比較起來，機器人輔助于教學的特點是它不是教學的主體，是一種輔助。即充當助手、學伴、環境或者智能化的器材，起到一個普通的教具所不能有的智能性作用。

　　第三種方式

　　機器人管理教學（Robot-ManagedInstruction，簡稱RMI）

　　機器人管理教學是指機器人在課堂教學、教務、財務、人事、設備等教學管理活動中所發揮的計劃、組織、協調、指揮與控制作用。機器人管理是從組織形式、組織效率等進行發揮其自動化、智能性的特點，即屬于一種輔助管理的功能。

　　第四種方式

　　機器人代理（師生）事務（Robot-RepresentedRoutine，簡稱RRR） 機器人具有人的智慧和人的部分功能，完全能代替師生處理一些課堂教學之外的其他事務。比如機器人代為借書，代為作筆記，或者代為頂餐、打飯等。利用機器人的代理事務功能，目的是提高與學習相關的，能夠促進學習效率、質量的提高。

　　第五種方式

　　機器人主持教學（Robot-DirectedInstruction，簡稱RDI）

　　機器人主持教學（RDI）是機器人在教育中應用的最高層次。在這一層次中，機器人在許多方面不再是配角，而是成為教學組織、實施與管理的主人。機器人成為我們學習的對象，這好像是遙不可及的事，但是人工智能結合虛擬現實技術、多媒體技術等讓它成為實現并非太難，只是如何要越來越符合教育的發展才是更重要的。

　　縱觀機器人進入教育的五大方式，很多功能也是相互輔助、相互關聯、相互融合的，我們不易完全的把它們割裂開來。

2 機器人教育的重要性

　　技術融合了機械原理、電子傳感器、計算機軟硬件及人工智能等眾多先進技術，為學生能力、素質的培養承載著新的使命。機器人教育在教學中體現了以下幾個方面的作用：

　　1、讓學生了解機器人的發展和應用現狀，理解機器人的概念和工作方式，為進一步學習機器人技術的有關知識打下基礎。

　　2、讓學生了解機器人各個傳感器的功能，學習編寫簡單的機器人控制程序，提高學生分析問題和解決問題的能力。

　　3、通過機器人競賽和完成各項任務，使學生在搭建機器人和編制程序的過程中培養動手能力、協作能力和創造能力。

　　4、充分體現了學生的主體地位和老師的主導作用，有目的的培養學生的科學素養。

　　5、實現與國際接軌的需要。日本、美國等一些發達國家高度重視機器人學科教育對高科技社會的作用和影響，已在信息技術課與課外科技活動開設了有關機器人的課程內容。我國要趕超世界教育先進水平，必須大力加強機器人教育。

　　6、迎接機器人時代的需要。機器人的廣泛應用將極大促進社會生產力的發展與產業結構的調整。開展機器人教育，有助于使我們在機器人時代走向世界前列.

3 機器人教育面臨的局限性

　　機器人已經成為呼聲很高的創新教育平臺，并且正在大踏步地走向基礎教育。教育機器人在國內處在起步階段，隨著各地中小學機器人實驗室的迅速建設，它作為課程，一些不成熟的表現也越發明顯，并且遇到了諸多方面的制約：

　　1、教育機器人產品缺乏規范性。國內外機器人制造商開發的教育機器人品牌十分繁雜，且自成體系，互不兼容，開放度較低。

　　2、資金嚴重缺乏，配套組件及設施不夠，給普及增加了難度。

　　3、機器人教育缺乏科學規劃。機器人教學所使用的“教材”質量不高，大多屬于“產品說明書”或“用戶指南”等，缺少課程與教學專家的參與和指導，且每個學校要獨立開發各自的校本教材，難度較高。

　　4、競賽活動商業化嚴重，教育發展方向偏移。機器人競賽的組織形式，大部分是由某些機器人制造商獨立或聯合舉辦，教育行政部門的監管力度不夠，在競賽規則、裁判確定、獎勵辦法等方面存在較大差異。

　　5、教育行政部門不夠重視，缺少從教育視角進行的研究。當前中小學機器人教育 的開展，在一定程度上是由教育機器人企業在推動。雖然企業在初期所為此作出的貢獻應當予以肯定，但是隨著機器人教育的逐漸深入與普及，亟需教育行政部門、教學研究機構給以充分的關注、協調與引導。

　　6、師資隊伍的良莠不齊。在機器人教育產業化的發展過程中，只有不斷培養大量懂得多學科知識的優秀人才，才能跟上機器人時代的發展步伐。[1]

4 教育機器人

　　機器人技術綜合了多學科的發展成果，代表了高技術的發展前沿，機器人涉及到信息技術的多個領域，它融合了多種先進技術，沒有一種技術平臺會比機器人具有更為強大的綜合性。引入教育機器人的教學將給中小學的信息技術課程增添新的活力，成為培養中小學生綜合能力、信息素養的優秀平臺。

　　有專家認為，“智能技術是信息技術領域的一個學術前沿，智能機器人的開發與應用全面涉及感測技術、通信技術、智能技術和控制技術，是進行信息技術教育的最佳載體，也是全面培養學生信息素質提高其創新精神和綜合實踐能力的良好平臺。”

　　教育機器人則是一類應用于教育領域的機器人，它一般具備以下特點：首先是教學適用性，符合教學使用的相關需求；其次是具有良好的性能價格比，特定的教學用戶群決定了其價位不能過高；再次就是它的開放性和可擴展性，可以根據需要方便地增、減功能模塊，進行自主創新；此外，它還應當有友好的人機交互界面。

5 國內機器人教育狀況

　　為了適應未來科技社會對技術型人才的需要，2003年頒布的普通高中新課程標準將“人工智能初步”與“簡易機器人制作”分別列入“信息技術課程”、“通用技術課程”選修內容。教育部新制定的《普通高中物理課程標準(實驗)》也提到“收集資料，了解機器人在生產、生活中的應用”的要求。由此可見國家對機器人教育的重視。機器人作為增強學生的動手能力，促進學生思維發展，創新能力訓練的有效工具，在教育界逐漸得到認同。

　　機器人教育進入中小學的主要表現在于競賽，通過競賽體現機器人對學生的設計能力、創新能力進行拉動，以模范的力量推動它全面地進入課程設置。觀察各地中小學機器人教育的方式大體區分以為下四種：

　　第一，通過學校、少年宮、少科站等單位吸入機器人愛好的部分學生，組成智能機器人學習小組，以學員制進行活動，并可代表地區參加各類競賽活動。這種形式是機器人進入中小學生視野最初、最多，也是最有效的方法。

　　第二，把智能機器人技術學習放入綜合實踐活動課中普及，在大中型的城市中非常的普遍，開設情況相對與經濟欠發達地區較成熟。

　　第三，把智能機器人作為信息技術課的內容之一進入中小學信息技術教育課程，這種形式正在形成期，教材的編寫、課程的常規性開設正在起步。但是，這無疑會會為信息技術學科帶來新的活力，對今天信息技術教育重軟件應用輕編程開發的局面會有所改善。

　　第四，智能機器人教育作為研究性課程的形式進入中學，由于研究性學習課程越來越受到重視，由于機器人教育的長期性、個性化決定了如果通過研究性學習形式推廣會更有利于對學生創新能力的培養。但是由于研究性課程的地位決定的課時不足，以及班額過大決定的組織難度，這都會影響機器人教育的整體推進。

　　早在上世紀70年代，中國學術界便開始對機器人教育開始研究。筆者對中國學術界所發表的相關文獻做了統計，以“機器人教育”、“機器人教學”、“機器人競賽”為關鍵字和索引，在“中國全數據期刊網、中國學術會議全文數據庫、中國優秀碩士學位論文全文數據庫”進行搜索檢索，時間為1979年到20l2年3月15日，通過篩選，剔除無關的條目，統計以“機器人教育”和“機器人教學”為關鍵字的文獻共有651篇，“機器人比賽或者機器人競賽”共有905篇。

　　通過上述數據對比可看出，研究人員從不同的角度對機器人教育進行了研究，但在各個研究內容的投入的力量明顯不均衡，并且中小學機器人教學在中小學開展的活躍度與研究人員在此方面的研究力度明顯不對稱。研究人員把注意力都集中在了機器人比賽上面，直接造成了機器人教育理論研究上的匱乏，最終導致機器人教學缺乏有效的理論指導，難以深入到課堂?？梢哉f，當前“機器人教育”的發展狀況明顯滯后于“機器人比賽”的發展。

　　同時，筆者針對有關機器人教育有關的文獻做了內容分析研究，按文獻的內容主旨將其分類：機器人教育的價值或意義、機器人教育中存在的問題(或者說阻礙機器人教育發展的因素)、機器人教學的開發設計、機器人教育的應用現狀、機器人教學方法、機器人教育課程開發研究、國外機器人教育研究幾個方面。其中以研究“應用狀況”和“教育問題”的內容最多。而最為重要的課程設計方面的相關文獻僅有1篇。

6 國內機器人競賽

　　中國青少年機器人競賽

　　青少年機器人世界杯

　　全國中小學電腦制作活動

　　全國中小學信息技術創新與實踐活動（NOC）

　　中國城際家庭機器人挑戰賽

　　未來伙伴杯中國智能機器人大賽

　　“樂博杯”國際機器人IROC大賽[3]

　　全國邁型體教機器人聯賽（M.E.S.E）

　　k'bot創意搭建機器人世界大賽全國選拔賽

7 國外機器人教育狀況

　　在國外，機器人教育一直是個熱點：早在1994年麻省理工學院（MIT）就設立了 “設計和建造LEGO機器人”課程(Martin)，目的是提高工程設計專業學生的設計和創造能力，嘗試機器人教育與理科實驗的整合；麻省理工學院媒體實驗室“終身幼兒園”項目小組開發了各種教學工具，通過與著名積木玩具商樂高公司的緊密合作，該項目組開發出可編程的樂高玩具，幫孩子們學會在數字時代怎樣進行設計活動。同時，國外的一些智能機器人實驗室也有相應的機器人教育研究的內容。

　　日本,美國等一些發達國家高度重視機器人學科教育對高科技社會的作用和影響,已在信息技術課與課外科技活動開設了有關機器人的課程內容。

　　自1992年開始,美國政府有關部門在全國高中生中推行“感知和認知移動機器人”計劃,高中生可免費獲得70公斤重的一套零件,自行組裝成遙控機器人,然后可參加有關的比賽。

　　日本發展機器人起步比號稱“現代機器人故鄉”的美國晚了十年,但是在機器人產業化發展道路上,已經走在了歐美國家的前面。這跟日本高度重視機器人教育和機器人文化的普及是分不開的。在日本,每所大學都有高水平的機器人研究和教學內容,每年定期舉行各種不同層次的機器人設計和制作大賽,既有國際性高水平比賽,也有社區性中小學生參加的比賽。

　　新加坡國立教育學院(NIE)和樂高教育部于2006年6月在新加坡舉辦了第一屆亞太ROBOLAB國際教育研討會，通過專題報告、論文交流和動手制作等方式，就機器人教育及其在科技、數學課程里的應用進行交流，以提高教師們開展機器人教育的科技水平與應用能力。

8 國際機器人競賽

　　k'bot創意搭建機器人世界大賽，亞太區（香港），世界大賽（美國拉斯維加斯）

　　VEX機器人工程挑戰賽

　　IROC國際機器人奧林匹克大賽

　　FIRA機器人足球賽

　　機器人足球世界杯賽

　　機器人滅火比賽

　　FLL機器人世界錦標賽

　　機器人走迷宮

　　每年都有來自加拿大、中國、丹麥、以色列、新加坡和美國等的100多支代表隊參加。

9 國內機器人教育品牌

　　迪瓦機器人科技中心

　　北京樂博樂博機器人教育集團

　　北京圖朵文化咨詢有限公司

　　上海森孚機器教育中心

　　大連博佳機器人教育

　　鳳凰機器人