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一、教育機器人及其角色定位 機器人是一種能夠通過(guò)程序控制，自主完成某類(lèi)任務(wù)的機器系統，機器人的應用范圍十分廣泛，可以用于工業(yè)、農業(yè)、醫療、空間探測、教育領(lǐng)域等等。教育機器人則是一類(lèi)應用于教育領(lǐng)域的機器人，它一般具備以下特點(diǎn):首先是教學(xué)適用性，符合教學(xué)使用的相關(guān)需求;其次是具有良好的性能價(jià)格比，特定的教學(xué)用戶(hù)群決定了其價(jià)位不能過(guò)高;再次就是它的開(kāi)放性和可擴展性，可以根據需要方便地增、減功能模塊，進(jìn)行自主創(chuàng )新；此外，它還應當有友好的人機交互界 面。 事實(shí)上，教育機器人也是一種十分典型的數字化益智玩具，適用于各個(gè)年齡階段的人群，并且能夠以不同角度、通過(guò)多樣的形式發(fā)揮其教育功能，達到 "寓教于樂(lè )"的目的。 1.教育機器人作為家庭的益智玩具 (1)作為幼教工具 孩子是天生的學(xué)習者，孩子們在"玩"的過(guò)程中，探索、體驗著(zhù)屬于他們的世界。玩具直接影響到孩子的性格、興趣和愛(ài)好。使用教育機器人作為幼教 工 具，可以讓孩子承擔更錯綜復雜的探索并促成其全面發(fā)展。傳統的幼教工具，如電子書(shū)，與孩子的交互有限，而且大多是固定的，孩子一般只是簡(jiǎn)單地使用這些工具，而不能對工具本身做任何政動(dòng)。與傳統的幼教工具相比，教育機器人有較強的交互性，交互形式多樣，對于兒童來(lái)說(shuō)也不容易產(chǎn)生厭煩感。 教育機器人作為幼教工具，使用形式靈活多樣: 它可以作為兒童的伴侶，獨生子女沒(méi)有兄弟姐妹共同生活，容易形成感情上的"自我中心，不善于交流，不善于同情，不善解人意，缺少助人為樂(lè )的品質(zhì)和行為。 而教育機器人可以充當兒童伴侶，在一定程度上緩解獨生子女的以上問(wèn)題，例如索尼公司的"AIBO機器狗"，玩偶欣帝(Cindy Smart)等等。教育機器人還可以作為知識獲取工具，例如諾博特公司的"智能故事佬"。教育機器人也可以作為培養創(chuàng )新能力的工具，例如樂(lè )高公司的機械系列、能源系列等等。 (2)作為成人的玩具 教育機器人也可以開(kāi)拓成年人的思維。時(shí)代 志2006年2月的封面文章是"透視GOOGLE這個(gè)一千億美元的公司，他們的奧秘在哪里? "該雜志的記者在采訪(fǎng)GOOGLE的創(chuàng )始人Sergey Brin和Lar-ry Page時(shí)，他們的會(huì )議桌上堆滿(mǎn)了樂(lè )高積木，兩位創(chuàng )始人均為樂(lè )高機器人的愛(ài)好者， Page小時(shí)候曾使用樂(lè )高搭建出了一臺打印機，他說(shuō)這件事給了他無(wú)限的自信心。在與記者交談過(guò)程中，Page的于一直沒(méi)有離開(kāi)他正在設計的樂(lè )高樓梯，同時(shí)Brin也在用樂(lè )高機器人套裝設計一個(gè)原子能發(fā)電站·…..該雜志所發(fā)表的這篇文章的第一句話(huà)就是"……GOOGLE是否還可以繼續他們的發(fā)展兩位創(chuàng )始人希望從樂(lè )高積木中得到更多的靈感·…" 2.教育機器人作為學(xué)校課外活動(dòng)的載體 研究表明，傳統的學(xué)校教育是對科學(xué)達到概念性理解的主要渠道，但課外的非正式教育即課外活動(dòng)對于科學(xué)知識的學(xué)習也有相當大的影響。課外活動(dòng)不受教學(xué)計劃、教學(xué)大綱和教育形式的限制，活動(dòng)的范圍比較廣泛，內容也很豐富。教育機器人作為學(xué)校課外活動(dòng)的載體，不僅使課外活動(dòng)同時(shí)具有科學(xué)性和趣味 性，而且可以培養學(xué)生的創(chuàng )新精神、綜合實(shí)踐能力和協(xié)作能力。 當前，教育機器人相關(guān)的課外活動(dòng)形式主要包括:課外興趣小組，以小組為單位，進(jìn)行組裝與程序的編寫(xiě)，組成完成某種功能的機器人;各種層次和類(lèi)型的機器人競賽等等。該類(lèi)活動(dòng)對于學(xué)生創(chuàng )新精神、創(chuàng )新意識與創(chuàng )新能力的培養有著(zhù)積極的意義，通過(guò)該項活動(dòng)孩子們可以進(jìn)行計算機編程、工程設計、動(dòng)手制作與技術(shù)構建，同時(shí)也可以結合他們的日常觀(guān)察、積累，去尋求自己最完美的解決問(wèn)題的方案，發(fā)展自己的創(chuàng )造力。 3.教育機器人作為基礎教育課程教學(xué)的載體 機器人技術(shù)綜合了多學(xué)科的發(fā)展成果，代表了高技術(shù)的發(fā)展前沿，機器人涉及到信息技術(shù)的多個(gè)領(lǐng)域，它融合了多種先進(jìn)技術(shù)，沒(méi)有一種技術(shù)平臺會(huì )比機器人具有更為強大的綜合性。引入教育機器人的教學(xué)將給中小學(xué)的信息技術(shù)課程增添新的活力，成為培養中小學(xué)生綜合能力、信息素養的優(yōu)秀平臺。 有專(zhuān)家認為，"智能技術(shù)是信息技術(shù)領(lǐng)域的一個(gè)學(xué)術(shù)前沿，智能機器人的開(kāi)發(fā)與應用全面涉及感測技術(shù)、通信技術(shù)、智能技術(shù)和控制技術(shù)，是進(jìn)行信息 技術(shù)教育的最佳載體，也是全面培養學(xué)生信息素質(zhì)提高其創(chuàng )新精神和綜合實(shí)踐能力的良好平臺。" 4.教育機器人產(chǎn)品據不完全統計，目前國內的教育機器人產(chǎn)品近20種，其中常見(jiàn)產(chǎn)品的如下表所示(排列不分先后)。 二、機器人教育及其現狀 1.概況 所謂機器人教育，通常是指學(xué)習機器人的基本知識與基本技能，或利用教育機器人優(yōu)化教育教學(xué)效果的理論與實(shí)踐。 2002年在北京召開(kāi)的"關(guān)注中國未來(lái)的競爭力一一兒童數字化啟蒙"研討會(huì )上，與會(huì )專(zhuān)家一致認為，將數字信息技術(shù)介入到傳統的幼教方式中去，利用有效的手段與工具對兒童進(jìn)行數字化啟蒙，關(guān)系到兒童未來(lái)的成長(cháng)和中國未來(lái)的競爭力。 在國外，機器人教育一直是個(gè)熱點(diǎn):早在1994年麻省理工學(xué)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(zhuān)業(yè)學(xué)生的設計和創(chuàng )造能力，嘗試機器人教育與理科實(shí)驗的整合;麻省理工學(xué)院媒體實(shí)驗室"終身幼兒園"項目小組開(kāi)發(fā)了各種教學(xué)工具，通過(guò)與著(zhù)名積木玩具商樂(lè )高公司的緊密合作，該項目組開(kāi)發(fā)出可編程的樂(lè )高玩具，幫孩子們學(xué)會(huì )在數字時(shí)代怎樣進(jìn)行設計活動(dòng)。同時(shí)，國外的一些智能機器人實(shí)驗室也有相應的機器人教育研究的內容。 新加坡國立教育學(xué)院(NIB)和樂(lè )高教育部于2006年6月在新加坡舉辦了第一屆亞太ROBO-LAB國際教育研討會(huì )，通過(guò)專(zhuān)題報告、論文交流和動(dòng)手制作等方式，就機器人教育及其在科技、數學(xué)課程里的應用進(jìn)行交流，以提高教師們開(kāi)展機器人教育的科技水平與應用能力。 近年來(lái)我國的機器人教育有了很大的發(fā)展。教育機器人逐步成為中小學(xué)技術(shù)課程和綜合實(shí)踐課程的良好載體。教育機器人與學(xué)科教育相結合，可以幫 助科學(xué)、數學(xué)、力學(xué)等等學(xué)科的教學(xué)，在國內已經(jīng)有學(xué)者提出機器人與理科教學(xué)整合的想法。 2.機器人教學(xué) 教育機器人作為教學(xué)內容進(jìn)入中小學(xué)，無(wú)論國內還是國外，目前都處于起步階段。從各地情況來(lái)看，較多的學(xué)校只是以課外活動(dòng)、各種興趣班、培訓班的形式開(kāi)展機器人教學(xué)。通常的做法是由學(xué)校購買(mǎi)若干套機器人器材，由信息技術(shù)課程教師或綜合實(shí)踐課程教師進(jìn)行指導，組織學(xué)生進(jìn)行機器人組裝、編程的實(shí)踐活動(dòng)，然后參加一些相關(guān)的機器人競賽。 目前，只有極少數的地區和學(xué)校將機器人教學(xué)納入了正規課堂教學(xué)。 2000年，北京市景山學(xué)校以科研課題的形式將機器人普及教育納入到信息技術(shù)課程中，在國內率先開(kāi)展了中小學(xué)機器人課程教學(xué)。2001年，上海市西南位育中學(xué)、盧灣高級中學(xué)等學(xué)校開(kāi)始以"校本課程"的形式進(jìn)行機器人活動(dòng)進(jìn)課堂的探索和嘗試。2005年，哈爾濱市正式將機器人引人課堂教學(xué)，在哈爾濱師范附小、60中、省實(shí)驗中學(xué)等41所學(xué)校開(kāi)設了"人工智能與機器人"課程，用必修課形式對中小學(xué)生進(jìn)行機器人科學(xué)方面的教育。此外，香港在高中及高等教育新學(xué)制的改革中，也在高中"設計與應用科技"課程中增設了機器人制作的課程。 我國教育部于2003年4月正式頒布《普通高中技術(shù)課程(實(shí)驗)標準》，首次在"通用技術(shù)"科目中設立了"簡(jiǎn)易機器人制作"模塊，它是基于計算機技術(shù)的學(xué)習平臺、將機械傳動(dòng)與單片機的應用有機組合的一個(gè)選修課程模塊。該模塊為學(xué)生提供了運用當代先進(jìn)技術(shù)和先進(jìn)思想方法進(jìn)行設計、制作，以解決實(shí)際問(wèn)題的機會(huì )。與此同時(shí)，新的高中課程標準在"信息技術(shù)"科目中也設立了"人工智能初步"選修模塊，邁出了我國高中階段開(kāi)展人工智能教育的第一步，這也意味著(zhù)我國的人工智能教育在大眾化、普及化層面上躍上了一個(gè)新的臺階。 3.機器人競賽 開(kāi)展各種展示和競賽活動(dòng)是普及機器人教育的一個(gè)重要途徑，機器人競賽項目的內容、規則及評分辦法等的創(chuàng )意設計都極富創(chuàng )造性和挑戰性。通過(guò)組織豐富多彩的青少年機器人競賽，可以激發(fā)廣大青少年對科技的興趣，提高青少年的科學(xué)素質(zhì)，并為機器人研究和開(kāi)發(fā)儲蓄后備人才。國際、國內幾項影響較大的機器人競賽包括: FIRA機器人足球賽，由國際機器人足球聯(lián)盟 FIRA(http://www.fira.net)舉辦，自1995年以來(lái)，FI- RA在全球每年舉行一次機器人世界杯比賽（FIRA Cup)，同時(shí)舉辦學(xué)術(shù)會(huì )議(FIRA Congress),供參賽者交流他們在機器人足球研究方面的經(jīng)驗和技術(shù)。 機器人足球世界杯賽RoboCup(http://www.robocup.org),這是為促進(jìn)人工智能技術(shù)以及相關(guān)領(lǐng)域的發(fā)展而設立的一個(gè)國際性的研究和教育組織，選擇了足球賽作為基本領(lǐng)域來(lái)促進(jìn)人工智能和機器人的研究。目前RoboCup包括小型機器人、中型機器人、四腿機器人等比賽項目，在比賽的同時(shí)還開(kāi)展其它相關(guān)活 動(dòng)。 機器人滅火比賽（http://www.trincoll.edu/events/robot/）、FLL機器人世界錦標賽 （http:// www.firstlegoleague.org/）、機器人迷宮（http://micromouse.cs.rhul.ac.uk/）也是較有影響的機器人國際賽事。 2006年10月，由中國自動(dòng)化學(xué)會(huì )、RoboCup中國委員會(huì )和科技部高技術(shù)研究發(fā)展中心聯(lián)合主辦的2006中國機器人大賽及2006 RoboCup中國公開(kāi)賽在蘇州舉行。 中國青少年機器人競賽"是2001年起由中國科協(xié)青少年工作部積極創(chuàng )意并組織開(kāi)展的一項青少年科技活動(dòng)，該賽事每年一度，己相繼在廣東、河南、廣西、陜西舉辦，第六屆中國青少年機器人競賽于2006年7月在云南昆明舉行，競賽分為"智能機器人單項競技""機器人工程設計""機器人足球杯""FLL機器人世錦賽中國區賽"四個(gè)類(lèi)別，按照高中、初中、小學(xué)三個(gè)組別進(jìn)行比賽。 每年一度的"廣茂達杯"中國智能機器人大賽開(kāi)創(chuàng )于2000年，第七屆"廣茂達杯"中國智能機器人大賽于2006年8月在上海華東師范大學(xué)舉行，競賽共設14個(gè)項目，包括機器人滅火、機器人足球、機器人擂臺賽、機器人排雷、創(chuàng )新項目展示和機器人論文等。 三、機器人教育面臨的問(wèn)題 目前，機器人教育已經(jīng)越來(lái)越被人們所關(guān)注，機器人教育的各項活動(dòng)也在學(xué)校中得到一定程度的開(kāi)展，但是所存在的問(wèn)題也不容忽視: 1.機器人教育的教學(xué)目標尚欠科學(xué)。小學(xué)、初 中、高中機器人教學(xué)的分階段目標的劃分不夠明確與合理，導致相關(guān)教材的區分度低、特色不強。 2.缺乏科學(xué)規劃與教學(xué)設計。目前機器人教學(xué)的"教材"質(zhì)量不高，大多屬于"產(chǎn)品說(shuō)明書(shū)"或"用戶(hù)指南"式的，缺少課程與教學(xué)專(zhuān)家的參與和指導。 3.教育機器人產(chǎn)品缺少規范。目前教育機器人的品牌十分繁雜，并且大多自成體系，互不兼容，開(kāi)放度低。另一方面，適應于不同學(xué)段的性能價(jià)格比高的教育機器人產(chǎn)品卻很少。 4.教育行政部門(mén)不夠重視，缺少從教育視角進(jìn)行的研究。當前中小學(xué)機器人教育的開(kāi)展，在一定程度上是由教育機器人企業(yè)在推動(dòng)。雖然企業(yè)在初期為此做出的貢獻應當予以肯定，但是隨著(zhù)機器人教育的逐漸深入與普及，目前亟需教育行政部門(mén)、教學(xué)研究機構給予充分的關(guān)注、協(xié)調與引導。 四、推進(jìn)機器人教育的幾點(diǎn)思考 1.關(guān)于教育機器人的研究與開(kāi)發(fā) 目前國內外教育機器人的品牌較多，并有不同特色。但總體而言，教學(xué)適用性強、性能價(jià)格比高的教育機器人產(chǎn)品仍然比較匱乏。教育機器人的功能有限及設計陳舊，易導致人們對其興趣的衰減。為了避免這種僵化現象，就要求在現有的教育機器人產(chǎn)品的基礎上，不斷推陳出新，研究開(kāi)發(fā)出各種新的產(chǎn)品。從技術(shù)角度上看，教育機器人應有更好的開(kāi)放性和可擴展性，具有更強的交互性，良好的人機界面對教育機器人來(lái)說(shuō)也很重要。同時(shí)，應當深入挖掘教育機器人的教育應用途徑，更有效地發(fā)揮它的作用。此外，有必要研究與發(fā)揮教育機器人在幼兒園、中小學(xué)甚至大學(xué)學(xué)科教學(xué)中的作用以及相應的應用方式。 2.關(guān)于教育機器人的教育應用 在基礎教育領(lǐng)域，教育機器人應該和當前的基礎教育課程改革相結合。例如，在小學(xué)和初中階段，可以將研究機器人與"綜合實(shí)踐活動(dòng)"有機結合;在高中階段，可以將教育機器人與"人工智能初步""算法與程序設計""簡(jiǎn)易機器人制作""電子控制技術(shù)" 等技術(shù)類(lèi)課程進(jìn)行結合，有條件的學(xué)�？梢蚤_(kāi)設"人工智能與機器人"校本課程。事實(shí)上，教育機器人所體現的知識的綜合性使它不僅能成為信息技術(shù)教育的載體，也可以成為信息技術(shù)與中小學(xué)課程整合的載體。 在高等學(xué)校中開(kāi)展智能機器人學(xué)科教學(xué)，進(jìn)行多層次的機器人教育，既可以普及機器人知識，加強機器人專(zhuān)業(yè)建設，也可提高機器人的應用水平。應當在 教師教育相關(guān)的專(zhuān)業(yè)，例如教育技術(shù)學(xué)、信息技術(shù)教育專(zhuān)業(yè)中開(kāi)設與人工智能、機器人教育相關(guān)的課程。 各種形式的機器人競賽是全球范圍內教育機器人應用的重要形式之一，目前這些機器人競賽大都集中在諸如滅火、迷宮、足球等等競技類(lèi)項目上。要注重 通過(guò)此類(lèi)活動(dòng)培養學(xué)生的創(chuàng )造力、協(xié)作能力和技能，為此需要關(guān)注競賽項目的創(chuàng )新性。例如，競賽項目的設計可以更加關(guān)注人工智能與機器人的結合點(diǎn)。 3.關(guān)于教育機器人的相關(guān)標準 目前教育機器人產(chǎn)品繁雜、質(zhì)量差異甚大，各個(gè)廠(chǎng)商的產(chǎn)品自成體系，互不兼容，缺少教育機器人的相關(guān)標準，在一定程度上影響了教育機器人的健康應用與發(fā)展。所以有必要組織、研制一系列相關(guān)的標準(或規范) ，用于指導教育機器人產(chǎn)品的開(kāi)發(fā)和學(xué)校開(kāi)展機器人教育活動(dòng)的實(shí)踐。 筆者認為，教育機器人標準可以從以下兩個(gè)方面考慮  1)對教育機器人產(chǎn)品的規范:教育機器人企業(yè)生產(chǎn)的產(chǎn)品應適合于不同年齡段兒童的認知水平，對不同的使用者提供合適的功能、配件以及人機界面，該標準可供企業(yè)研發(fā)教育機器人產(chǎn)品、學(xué)校選用教育機器人設備時(shí)參考;(2)對教育機器人教育教學(xué)活動(dòng)的引 導:闡述對于不同層次學(xué)習者的不同教學(xué)內容，應選用的機器人類(lèi)型和規格，適合他們參加的比賽，以及通過(guò)這些活動(dòng)可以達到的預期教學(xué)目標，該標準可供學(xué)校開(kāi)展教育機器人課程教學(xué)、課外活動(dòng)時(shí)參考。制訂教育機器人標準，不僅有助于解決教育機器人產(chǎn)品的開(kāi)發(fā)、選用、教學(xué)實(shí)施等當前機器人教育中所存在的問(wèn)題，而且有利于中小學(xué)機器人教育資源、實(shí)施經(jīng)驗的共享，對于推動(dòng)我國機器人教育健康、規范、可持續發(fā)展有著(zhù)積極的作用。 4.關(guān)于開(kāi)展機器人教育的協(xié)作研究 機器人教育的深人開(kāi)展，需要廣大中小學(xué)校、高等院校、教學(xué)研究部門(mén)的協(xié)作研究與共同努力，需要教育行政部門(mén)的重視，需要相關(guān)企業(yè)的支持。目前， 中國教育技術(shù)協(xié)會(huì )信息技術(shù)教育專(zhuān)業(yè)委員會(huì )正在策劃、組織以中小學(xué)、高校、教研部門(mén)、企業(yè)為主體的"人工智能與機器人教育"協(xié)作組織，并研制相關(guān)的"課題指南" (http://www.zcmet.net/ai-robot)。上述工作的目的在于:一方面，在借鑒國外中小學(xué)人工智能與機器人教育理念與經(jīng)驗的基礎上，為我國中小學(xué)開(kāi)展人工智能與機器人教學(xué)提供可操作的教學(xué)與學(xué)習模式、教學(xué)評價(jià)方法，推進(jìn)我國中小學(xué)人工智能與機器人教育的健康發(fā)展;另一方面，探索機器人在人工智能教育中的應用問(wèn)題，更好地與基礎教育課程改革相結合，充分體現課程改革理念，充分發(fā)揮機器人在培養學(xué)生創(chuàng )新能力方面的作用。 |
