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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程序控制，自主完成某類任務(wù)的機器系統(tǒng)，機器人的應(yīng)用范圍十分廣泛，可以用于工業(yè)、農(nóng)業(yè)、醫(yī)療、空間探測、教育領(lǐng)域等等。教育機器人則是一類應(yīng)用于教育領(lǐng)域的機器人，它一般具備以下特點: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格比，特定的教學(xué)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(jù)需要方便地增、減功能模塊，進(jìn)行自主創(chuàng)新；此外，它還應(yīng)當(dāng)有友好的人機交互界 面。 事實上，教育機器人也是一種十分典型的數(shù)字化益智玩具，適用于各個年齡階段的人群，并且能夠以不同角度、通過多樣的形式發(fā)揮其教育功能，達(dá)到 "寓教于樂"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(xí)者，孩子們在"玩"的過程中，探索、體驗著屬于他們的世界。玩具直接影響到孩子的性格、興趣和愛好。使用教育機器人作為幼教 工 具，可以讓孩子承擔(dān)更錯綜復(fù)雜的探索并促成其全面發(fā)展。傳統(tǒng)的幼教工具，如電子書，與孩子的交互有限，而且大多是固定的，孩子一般只是簡單地使用這些工具，而不能對工具本身做任何政動。與傳統(tǒng)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，對于兒童來說也不容易產(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，缺少助人為樂的品質(zhì)和行為。 而教育機器人可以充當(dāng)兒童伴侶，在一定程度上緩解獨生子女的以上問題，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(yǎng)創(chuàng)新能力的工具，例如樂高公司的機械系列、能源系列等等。 (2)作為成人的玩具 教育機器人也可以開拓成年人的思維。時代 志2006年2月的封面文章是"透視GOOGLE這個一千億美元的公司，他們的奧秘在哪里? "該雜志的記者在采訪GOOGLE的創(chuàng)始人Sergey Brin和Lar-ry Page時，他們的會議桌上堆滿了樂高積木，兩位創(chuàng)始人均為樂高機器人的愛好者， Page小時候曾使用樂高搭建出了一臺打印機，他說這件事給了他無限的自信心。在與記者交談過程中，Page的于一直沒有離開他正在設(shè)計的樂高樓梯，同時Brin也在用樂高機器人套裝設(shè)計一個原子能發(fā)電站·…..該雜志所發(fā)表的這篇文章的第一句話就是"……GOOGLE是否還可以繼續(xù)他們的發(fā)展兩位創(chuàng)始人希望從樂高積木中得到更多的靈感·…" 2.教育機器人作為學(xué)校課外活動的載體 研究表明，傳統(tǒng)的學(xué)校教育是對科學(xué)達(dá)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對于科學(xué)知識的學(xué)習(xí)也有相當(dāng)大的影響。課外活動不受教學(xué)計劃、教學(xué)大綱和教育形式的限制，活動的范圍比較廣泛，內(nèi)容也很豐富。教育機器人作為學(xué)校課外活動的載體，不僅使課外活動同時具有科學(xué)性和趣味 性，而且可以培養(yǎng)學(xué)生的創(chuàng)新精神、綜合實踐能力和協(xié)作能力。 當(dāng)前，教育機器人相關(guān)的課外活動形式主要包括:課外興趣小組，以小組為單位，進(jìn)行組裝與程序的編寫，組成完成某種功能的機器人;各種層次和類型的機器人競賽等等。該類活動對于學(xué)生創(chuàng)新精神、創(chuàng)新意識與創(chuàng)新能力的培養(yǎng)有著積極的意義，通過該項活動孩子們可以進(jìn)行計算機編程、工程設(shè)計、動手制作與技術(shù)構(gòu)建，同時也可以結(jié)合他們的日常觀察、積累，去尋求自己最完美的解決問題的方案，發(fā)展自己的創(chuàng)造力。 3.教育機器人作為基礎(chǔ)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)的多個領(lǐng)域，它融合了多種先進(jìn)技術(shù)，沒有一種技術(shù)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(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(yǎng)中小學(xué)生綜合能力、信息素養(yǎng)的優(yōu)秀平臺。 有專家認(rèn)為，"智能技術(shù)是信息技術(shù)領(lǐng)域的一個學(xué)術(shù)前沿，智能機器人的開發(fā)與應(yīng)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(yǎng)學(xué)生信息素質(zhì)提高其創(chuàng)新精神和綜合實踐能力的良好平臺。" 4.教育機器人產(chǎn)品據(jù)不完全統(tǒng)計，目前國內(nèi)的教育機器人產(chǎn)品近20種，其中常見產(chǎn)品的如下表所示(排列不分先后)。 二、機器人教育及其現(xiàn)狀 1.概況 所謂機器人教育，通常是指學(xué)習(xí)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)效果的理論與實踐。 2002年在北京召開的"關(guān)注中國未來的競爭力一一兒童數(shù)字化啟蒙"研討會上，與會專家一致認(rèn)為，將數(shù)字信息技術(shù)介入到傳統(tǒng)的幼教方式中去，利用有效的手段與工具對兒童進(jìn)行數(shù)字化啟蒙，關(guān)系到兒童未來的成長和中國未來的競爭力。 在國外，機器人教育一直是個熱點:早在1994年麻省理工學(xué)院(MIT)就設(shè)立了"設(shè)計和建造LEGO機器人"課程(Martin) ，目的是提高工程設(shè)計專業(yè)學(xué)生的設(shè)計和創(chuàng)造能力，嘗試機器人教育與理科實驗的整合;麻省理工學(xué)院媒體實驗室"終身幼兒園"項目小組開發(fā)了各種教學(xué)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(fā)出可編程的樂高玩具，幫孩子們學(xué)會在數(shù)字時代怎樣進(jìn)行設(shè)計活動。同時，國外的一些智能機器人實驗室也有相應(yīng)的機器人教育研究的內(nèi)容。 新加坡國立教育學(xué)院(NIB)和樂高教育部于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，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(shù)學(xué)課程里的應(yīng)用進(jìn)行交流，以提高教師們開展機器人教育的科技水平與應(yīng)用能力。 近年來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)課程和綜合實踐課程的良好載體。教育機器人與學(xué)科教育相結(jié)合，可以幫 助科學(xué)、數(shù)學(xué)、力學(xué)等等學(xué)科的教學(xué)，在國內(nèi)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(nèi)容進(jìn)入中小學(xué)，無論國內(nèi)還是國外，目前都處于起步階段。從各地情況來看，較多的學(xué)校只是以課外活動、各種興趣班、培訓(xùn)班的形式開展機器人教學(xué)。通常的做法是由學(xué)校購買若干套機器人器材，由信息技術(shù)課程教師或綜合實踐課程教師進(jìn)行指導(dǎo)，組織學(xué)生進(jìn)行機器人組裝、編程的實踐活動，然后參加一些相關(guān)的機器人競賽。 目前，只有極少數(shù)的地區(qū)和學(xué)校將機器人教學(xué)納入了正規(guī)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(nèi)率先開展了中小學(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)校開始以"校本課程"的形式進(jìn)行機器人活動進(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、省實驗中學(xué)等41所學(xué)校開設(shè)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(shè)計與應(yīng)用科技"課程中增設(shè)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(實驗)標(biāo)準(zhǔn)》，首次在"通用技術(shù)"科目中設(shè)立了"簡易機器人制作"模塊，它是基于計算機技術(shù)的學(xué)習(xí)平臺、將機械傳動與單片機的應(yīng)用有機組合的一個選修課程模塊。該模塊為學(xué)生提供了運用當(dāng)代先進(jìn)技術(shù)和先進(jìn)思想方法進(jìn)行設(shè)計、制作，以解決實際問題的機會。與此同時，新的高中課程標(biāo)準(zhǔn)在"信息技術(shù)"科目中也設(shè)立了"人工智能初步"選修模塊，邁出了我國高中階段開展人工智能教育的第一步，這也意味著我國的人工智能教育在大眾化、普及化層面上躍上了一個新的臺階。 3.機器人競賽 開展各種展示和競賽活動是普及機器人教育的一個重要途徑，機器人競賽項目的內(nèi)容、規(guī)則及評分辦法等的創(chuàng)意設(shè)計都極富創(chuàng)造性和挑戰(zhàn)性。通過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發(fā)儲蓄后備人才。國際、國內(nèi)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，F(xiàn)I- RA在全球每年舉行一次機器人世界杯比賽（FIRA Cup)，同時舉辦學(xué)術(shù)會議(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(shè)立的一個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，在比賽的同時還開展其它相關(guān)活 動。 機器人滅火比賽（http://www.trincoll.edu/events/robot/）、FLL機器人世界錦標(biāo)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，由中國自動化學(xué)會、RoboCup中國委員會和科技部高技術(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)意并組織開展的一項青少年科技活動，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(shè)計""機器人足球杯""FLL機器人世錦賽中國區(qū)賽"四個類別，按照高中、初中、小學(xué)三個組別進(jìn)行比賽。 每年一度的"廣茂達(dá)杯"中國智能機器人大賽開創(chuàng)于2000年，第七屆"廣茂達(dá)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(shè)14個項目，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題 目前，機器人教育已經(jīng)越來越被人們所關(guān)注，機器人教育的各項活動也在學(xué)校中得到一定程度的開展，但是所存在的問題也不容忽視: 1.機器人教育的教學(xué)目標(biāo)尚欠科學(xué)。小學(xué)、初 中、高中機器人教學(xué)的分階段目標(biāo)的劃分不夠明確與合理，導(dǎo)致相關(guān)教材的區(qū)分度低、特色不強。 2.缺乏科學(xué)規(guī)劃與教學(xué)設(shè)計。目前機器人教學(xué)的"教材"質(zhì)量不高，大多屬于"產(chǎn)品說明書"或"用戶指南"式的，缺少課程與教學(xué)專家的參與和指導(dǎo)。 3.教育機器人產(chǎn)品缺少規(guī)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，開放度低。另一方面，適應(yīng)于不同學(xué)段的性能價格比高的教育機器人產(chǎn)品卻很少。 4.教育行政部門不夠重視，缺少從教育視角進(jìn)行的研究。當(dāng)前中小學(xué)機器人教育的開展，在一定程度上是由教育機器人企業(yè)在推動。雖然企業(yè)在初期為此做出的貢獻(xiàn)應(yīng)當(dāng)予以肯定，但是隨著機器人教育的逐漸深入與普及，目前亟需教育行政部門、教學(xué)研究機構(gòu)給予充分的關(guān)注、協(xié)調(diào)與引導(dǎo)。 四、推進(jìn)機器人教育的幾點思考 1.關(guān)于教育機器人的研究與開發(fā) 目前國內(nèi)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(shè)計陳舊，易導(dǎo)致人們對其興趣的衰減。為了避免這種僵化現(xiàn)象，就要求在現(xiàn)有的教育機器人產(chǎn)品的基礎(chǔ)上，不斷推陳出新，研究開發(fā)出各種新的產(chǎn)品。從技術(shù)角度上看，教育機器人應(yīng)有更好的開放性和可擴展性，具有更強的交互性，良好的人機界面對教育機器人來說也很重要。同時，應(yīng)當(dāng)深入挖掘教育機器人的教育應(yīng)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(yīng)的應(yīng)用方式。 2.關(guān)于教育機器人的教育應(yīng)用 在基礎(chǔ)教育領(lǐng)域，教育機器人應(yīng)該和當(dāng)前的基礎(chǔ)教育課程改革相結(jié)合。例如，在小學(xué)和初中階段，可以將研究機器人與"綜合實踐活動"有機結(jié)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(shè)計""簡易機器人制作""電子控制技術(shù)" 等技術(shù)類課程進(jìn)行結(jié)合，有條件的學(xué)校可以開設(shè)"人工智能與機器人"校本課程。事實上，教育機器人所體現(xiàn)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，加強機器人專業(yè)建設(shè)，也可提高機器人的應(yīng)用水平。應(yīng)當(dāng)在 教師教育相關(guān)的專業(yè)，例如教育技術(shù)學(xué)、信息技術(shù)教育專業(yè)中開設(shè)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(nèi)教育機器人應(yīng)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、足球等等競技類項目上。要注重 通過此類活動培養(yǎng)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(shè)計可以更加關(guān)注人工智能與機器人的結(jié)合點。 3.關(guān)于教育機器人的相關(guān)標(biāo)準(zhǔn) 目前教育機器人產(chǎn)品繁雜、質(zhì)量差異甚大，各個廠商的產(chǎn)品自成體系，互不兼容，缺少教育機器人的相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)，在一定程度上影響了教育機器人的健康應(yīng)用與發(fā)展。所以有必要組織、研制一系列相關(guān)的標(biāo)準(zhǔn)(或規(guī)范) ，用于指導(dǎo)教育機器人產(chǎn)品的開發(fā)和學(xué)校開展機器人教育活動的實踐。 筆者認(rèn)為，教育機器人標(biāo)準(zhǔn)可以從以下兩個方面考慮  1)對教育機器人產(chǎn)品的規(guī)范:教育機器人企業(yè)生產(chǎn)的產(chǎn)品應(yīng)適合于不同年齡段兒童的認(rèn)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(biāo)準(zhǔn)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(shè)備時參考;(2)對教育機器人教育教學(xué)活動的引 導(dǎo):闡述對于不同層次學(xué)習(xí)者的不同教學(xué)內(nèi)容，應(yīng)選用的機器人類型和規(guī)格，適合他們參加的比賽，以及通過這些活動可以達(dá)到的預(yù)期教學(xué)目標(biāo)，該標(biāo)準(zhǔn)可供學(xué)校開展教育機器人課程教學(xué)、課外活動時參考。制訂教育機器人標(biāo)準(zhǔn)，不僅有助于解決教育機器人產(chǎn)品的開發(fā)、選用、教學(xué)實施等當(dāng)前機器人教育中所存在的問題，而且有利于中小學(xué)機器人教育資源、實施經(jīng)驗的共享，對于推動我國機器人教育健康、規(guī)范、可持續(xù)發(fā)展有著積極的作用。 4.關(guān)于開展機器人教育的協(xié)作研究 機器人教育的深人開展，需要廣大中小學(xué)校、高等院校、教學(xué)研究部門的協(xié)作研究與共同努力，需要教育行政部門的重視，需要相關(guān)企業(yè)的支持。目前， 中國教育技術(shù)協(xié)會信息技術(shù)教育專業(yè)委員會正在策劃、組織以中小學(xué)、高校、教研部門、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(chǔ)上，為我國中小學(xué)開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(xí)模式、教學(xué)評價方法，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(yīng)用問題，更好地與基礎(chǔ)教育課程改革相結(jié)合，充分體現(xiàn)課程改革理念，充分發(fā)揮機器人在培養(yǎng)學(xué)生創(chuàng)新能力方面的作用。 |
