我国基础教育中机器人教育的现状与对策研究

[摘要]近年来，机器人教育越来越受到人们的关注，国内外的教育专家提出，教育机器人在基础教育中可作为实施创新教育、素质教育、技术教育的有效载体。从中小学机器人竞赛、机器人教学、机器人教育研究三方面阐述了我国基础教育中机器人教育的发展状况，分析了发展中存在的问题，并提出了若干解决问题的对策。

[关键词]机器人教育；机器人竞赛；虚拟机器人；基础教育；对策

[中图分类号]G436　[文献标识码]B　[论文编号]1009－8097(2008)05－0092－03

一　引言

随着科学技术的发展，机器人不仅仅局限于工业应用和研究所内，它已经进入了教育领域。一些学者已经宣称利用机器人来开展实践学习，有利于学生理解科学、工程学和技术等领域的抽象概念。近年来，机器人价格的下降和简易性的提高，使得学生能够有机会接触这个“高科技产品”。因此，在发达国家，尤其是英、美、日等国家，已经将机器人作为一种教学工具，应用于中小学的课外科技活动或技术课堂教学中。近年来，我国已逐步开始在中小学推广机器人教育，我国的机器人教育主要包括机器人竞赛和机器人教学。文章从中小学机器人竞赛、教学、教学研究情况三部分来介绍当前基础教育中机器人教育的发展情况，分析了这一阶段所存在的问题，提出了相应的解决策略。

二　基础教育中机器人教育的现状

所谓机器人教育，通常是指学习机器人的基本知识与基本技能，或利用教育机器人优化教育教学效果的理论与实践。为了适应未来科技社会对人才培养的需要，教育部从2003年起把中小学机器人比赛纳入全国中小学电脑制作活动中，2003年颁布的普通高中新课程标准又将“人工智能初步”及“简易机器人制作”列入选修内容。教育部新制订的《普通高中物理课程标准(实验)》也提出“收集资料，了解机器人在生产、生活中的应用”的要求。目前，我国已有近百所中小学成为机器人教学实验学校。机器人作为增强学生动手能力、促进学生思维发展的有利工具，在中小学教育中逐渐得到认同。

1　中小学机器人竞赛

举办机器人比赛的主要日的是通过竞赛促进中小学阶段机器人教育的普及和发展。中国机器人竞赛相比国际上来说较晚，2001年中国科协举办了首届中国青少年电脑机器人竞赛，从此拉开了国内中小学机器人比赛活动的序幕。之后，机器人竞赛发展迅速，比赛规则和项目也逐步与国际接轨。目前，中国比较有影响力的中小学机器人竞赛有青少年电脑机器人竞赛&FLL(http：//robot．xiaoxiaotong．org/)、中国机器人人赛暨RoboCup公开赛(www．rcccaa．org)、全国中小学信息技术创新与实践活动机器人比赛(www．noc．net．cn/)、全国中小学电脑制作活动(http：//computer．cbem．gov．cn/index．html)：除了国内赛事之外，我国中小学生参加的国际赛事主要有WRO(www．wroboto．org)、FLL(www．firstlegoleague．org)、FIRA(www．fira．net)、RoboCup(www．robocup．org)、ABURobocon(www．abu．org．my/public/index．cfm)、机器人灭大赛(www．trincoll．edu/events/robot)等。

2　中小学机器人教学

在机器人竞赛的有力推动下，许多有条件的中小学校正逐步将智能机器人引入校园，并开展了一系列丰富多彩、形式各样的机器人教学活动，其形式主要有：课外科技小组、选修课、综合实践活动课、信息技术课等。以下为近年来中小学机器人教学中的一些重要事件：

(1)2000年北京景山学校将机器人的普及教育以科研课题的方式纳入到信息技术课程中，在国内率先开展了中小学智能机器人课程教学：

(2)2001年上海西南位育中学、卢湾高级中学等学校开始以“校本课程”的形式进行了机器人活动进课堂的探索和尝试；

(3)2005年北京师范大学苗逢春教授组织开展了“全国中小学机器人教学实验学校”；

(4)2005年9月份，哈尔滨首次在全市范围内正式将机器人引入课堂教学，在师范附小、省实验中学等41所学校开设了“人工智能与机器人”课程，以必修课形式对小学、初中、高中等三个学段的学生进行机器人科学方面的教育。

随着机器人教学在中小学的逐步铺开，课程教材越来越引起各方的关注与重视。但是目前的机器人教学中还没有统一的教材，适合中小学教学使用的教材也不多。综合各教材内容，机器人教学的模块大致可分为四块(参见表1)：

3　中小学机器人教学研究

笔者对中国学术界所发表的相关文献做了统计分析，以“机器人教育”、“机器人教学”、“机器人比赛”为关键词和索引，在“中国期刊网、中文期刊数据库(维普)、中国学术会议全文数据库(万方)”进行上述关键词的搜索，检索时间为1999．1．1到2007．12．31。通过筛选，剔除无关的条目，统计到以“机器人教育”为关键词的文献共28篇，“机器人教学”共21篇，“机器人比赛”或“机器人竞赛”的有578篇。三部分内容的文章分布参见图1所示：

通过上图的数据对比可看出，研究人员从不同角度对机器人教育进行了研究，但各个研究内容所投入的力量明显不均衡，并且中小学机器人教学在目前中小学开展的活跃性与研究人员在此方面投入的研究力度明显不对称。研究者把注意力都集中在机器人比赛上面，直接造成了机器人教育理论研究上的匮乏，最终导致机器人教学缺乏有效的理论指导，难以深入到学校课堂中。可以说，当前“机器人教学”的发展状况明显滞后于“机器人比赛”的发展。

三　存在的问一与解决策略

1　机器人教育开展中存在着认识上的偏差。

在机器人教育被引入中小学之后，有条件的学校投入了大量资金兴建了高档次的实验室，配备了各类型的机器人。但这些举措大多是为竞赛而准备，很少在日常教学中使用，只有参加竞赛的同学才有机会接触。事实上，在基础教育阶段，机器人教育不能只局限于竞赛，应该和当前的基础教育课程改革相结合，这样才能使机器人教育得以持续的开展和普及，使所有的学生从中真正受益。

例如，在小学和初中阶段，可以将机器人教学与“综合实践活动”、“信息技术课”有机结合；在高中阶段，可以将教育机器人与“人工智能初步”、“算法与程序设计”、“简易机器人制作”、“电子控制技术”等技术类课程进行结合。有条件的学校可以开设“人工智能与机器人”校本课程。事实上，教育机器人所体现的知识的综合性使它不仅能成为信息技术教育的载体，也可以成为信息技术与中小学课程整合的载体。经济薄弱的地区和学校，可以通过虚拟机器人开展机器人教育；经济实力较好的学校，可以在课堂中直接使用实

体机器人进行教学，也可以先采用虚拟机器人教学再进行实体机器人教学。这种方式既可以扩展机器人教育的普及基础，同时可以减少零部件的损耗，增加机器人的使用率。随着虚拟机器人竞赛的开展(例如，国内的NOC虚拟机器人竞赛、国际上的Robocupiunior competition等)为虚拟机器人进入课堂教学提供了可能。

2　竞赛活动的教育目的不够突出、普及面不够广泛

目前机器人竞赛活动中存在的主要问题是机器人竞赛的教育目的不够突出，普及度不高。商业因素对竞赛项目的设立和评价干扰过度；一些竞赛内容固定缺乏创造性、科技含量不高，学生的创新能力得不到发挥：一些竞赛活动的参赛者动机不端正，急功近利，有的甚至弄虚作假，靠厂家提供的技术人员直接帮助选手取胜等等。通过分析，总结普及度不高的主要原因为：1)政策支持和社会支持力度不高，在应试教育的大背景下，“中考、高考是教育的生命线”，领导、家长担心机器人竞赛活动会占用学生的学习时间，从而坚决抵制：2)机器人需要高额的资金投入，致使一些经济条件较差的学校对机器人教育“望而却步”。

为了体现竞赛的教育意义，推广机器人竞赛。首先，应该构建一个真正能体现学生的能力和水平的比赛环境和社会环境，加大宣传，最大程度的去求得社会的支持(包括参赛经费、指导力量等等)，举办机器人亲子教育等活动，加强学校、学生、家长之间的交流，更为广泛地开展校际、社区、地区之间的竞赛；其次，研制低价实用、兼容性强、开放性好的机器人教育产品，降低参赛的门槛；设立更多体现学生创新能力的、有教育意义的项目，加强虚拟机器人竞赛的推广；最后，在评价机制上，进行多元评价，设立更为务实的奖励制度。

3　机器人产品缺少规范

机器人产品是机器人教育的实施载体。目前国内外教育机器人的品牌较多(参见表2)，并有不同特色。但总体而言，教学适用性强、性价比高的教育机器人产品仍然比较匮乏。由于没有制定机器人产品的统一标准。在利益的驱逐下，一些公司较多地从商业角度出发而较少考虑教育因素，造成教育机器人品牌繁杂，自成体系，互不兼容，开放性差。我们认为，研制教育机器人标准可以从以下两个方面考虑：①对教育机器人产品的规范：教育机器人企业生产的产品应适合于不同年龄段儿童的认知水平，对不同的使用者提供合适的功能、配件以及人机界面，该标准可供企业研发教育机器人产品、学校选用教育机器人设备时参考；②对教育机器人教育教学活动的引导：阐述对于不同层次学习者的不同教学内容，应选用的机器人类型和规格，适合他们参加的比赛，以及通过这些活动可以达到的预期教学目标，该标准可供学校开展教育机器人课程教学、课外活动时参考。

4　基于教育视角的研究很不够

机器人这个优秀的平台要想能充分发挥它的价值离不开对机器人教育的分析与定位、尤其是对机器人教育各个要素的分析。但从教育研究的现状分析可知，教育角度研究的不足导致了以下几个后果：教学目标的科学性不强，小学、初中、高中机器人教学的分阶段目标划分不够明确与合理；缺乏科学规划与教学设计，机器人教材的编写不够规范，教材质量不高，缺少课程与教学专家的参与和指导；缺乏对机器人教育教学模式及评价方式的研究。

加强机器人教育的研究，除了教师的努力以外，还需教育研究机构或机器人公司来进行相关的机器人教学教程开发，机器人教学实践案例的收集，网络虚拟机器人教学平台的研发等等。同时，在师范院校加强机器人教育相关学科的建设，唯有从培养今后从事该领域教学的教师做起，才能从源头上扩充机器人教育研究的队伍。

四　结论

我国中小学机器人教育的深入开展，需要教育政府、中小学学校、机器人厂商的协作与努力。探索机器人教育的理论与实践问题，更好的服务于广大学生，是教育工作者责无旁贷的使命。机器人教育要与信息化教学相结合，全面体现课改精神，更好地培养21世纪人才的创新能力。