福州市中小学机器人教育面临的问题与推进建议

邱雅番 袁小春

摘要 为了了解福州市机器人教育的发展状况，对福州市开展机器人活动的中小学教师进行问卷调查和访谈。在调查结果和相关文献的基础上，结合自身参与机器人教学的经历，阐述福州市机器人教育面临的问题，并提出推进机器人教育发展的几点建议。

关键词 中小学；机器人教育；机器人指导教师

中图分类号：G630文献标识码：B文章编号：1671-489X(2012)12-0022-03

Problems of Robot Education in Fuzhous Primary and Secondary Schools and Its Suggestions//Qiu Yafan, Yuan Xiaochun

Abstract In order to know the development of Robot Education in primary and secondary schools of Fuzhou, the author conducted a questionnaire survey and interviews towards teachers in charge of their schools robot education. On the base of findings and related literature, with the authors own robot teaching experience, it describes the problems of Fuzhou robot education, and put forward several suggestions to promote robot education development.

Key words primary and secondary school; robot education; robotics instructor

Authors address School of Education, Fujian Normal University, Fuzhou, China 350007; the Affiliated High School of Fujian Normal University, Fuzhou, China 350007

1 引言

据福州市科协统计，福州市在十一届全国青少年机器人竞赛中获得的4个单项冠军，占该项赛事全国冠军总数（18个）的22.2%，是参加该竞赛8年来获得的历史最好成绩。在这之前，福建师大附中、鼓山中心小学等学校都曾多次走出国门，前往日本、美国参加世界级机器人竞赛并屡获佳绩。虽然福州市机器人竞赛在近几年的探索与实践中取得较大的成就，但是机器人教学研究与实践仍然比较缺乏。笔者对福州市近30名从事机器人活动的教师进行了问卷调查和访谈，从调查结果来看，福州市机器人教育存在诸多问题。本文针对这些问题及相应建议进行阐述。

2 福州市机器人教育面临的问题

2.1 机器人教师专业背景复杂，专业能力参差不齐

笔者针对机器人指导教师的学科背景进行了数据统计，如图1所示，大多数教师来自（小学、初高中）信息技术、（小学）科学、（高中）通用技术这3个相关性较强的学科。这些教师的专业知识与机器人教学所需的知识与能力吻合度较高。除此之外，一些数学、物理等理科教师也加入到机器人教学活动中来。除部分校外培训机构之外，公立校几乎没有专职机器人指导教师。还有一些学校表示，由于校内缺乏师资，只能通过外聘厂家技术工程师、地区销售协助开展相关活动。然而机器人学科是一门交叉性极强的综合性学科，它涉及机械制造、自动控制、传感器技术、计算机软硬件技术等许多学科[1]。来自不同专业背景的教师在从事机器人教育时势必遇到知识和技能上的难题，因此无论是何种教育背景出身的教师，由于机器人教育的综合性和专业性，在从事机器人教育时都有自身的优势与不足。

2.2 机器人教育学习资源分散，教学研究资源匮乏

新老教师在获取机器人相关知识和技能的途径上存在差异。从图2的数据中可以看出，新教师主要通过参加科协举办的相关培训进行学习，学习途径显得比较单一、被动。而一年以上经验的教师，学习途径就显得更加多样。除参与培训之外，他们还主动地通过网站、博客、QQ群、自主研究等多渠道获取相关信息。这说明机器人指导教师在成长初期，由于缺乏丰富的机器人教学资源、有效的信息交流平台，只能通过为数不多的培训活动接受学习，靠自身慢慢积累，摸索寻找到其他的学习资源与渠道，才得以逐步成长。从国内几大机器人相关网站显示的信息来看，大部分都是关于竞赛的通知、报道和技巧分析，或者爱好者的自娱自乐，而关于机器人教育、教学的讨论与研究、资源的共享是极其缺乏的。

2.3 机器人教育缺乏健全的体制、经济规范的器材、系统的学科建设

从表1“机器人教育开展过程中存在的最大困境”调查结果来看，有17%的教师认为缺乏适用、经济的教育机器人器材是目前开展机器人教育的首要“拦路虎”。其次是缺乏高素质的机器人指导教师，缺乏相对应的教师奖励、评职称机制，缺乏适合普及的教学模式。最后是缺乏相关部门和领导的支持，以及缺乏完善的教学内容、教学目标和教学评价。

这里反映出下面一些问题。

首先，缺乏经济适用的机器人器材。长期以来，机器人产品存在价格昂贵、开放度低、种类繁多、标准不一、互不兼容的问题。由于缺乏教育机器人设计相关标准和明确的机器人教育目标，各厂家机器人“各自为政”，开发出的机器人产品虽各有所长，却互不兼容。这样不仅造成了资源的巨大浪费，而且使得教育机器人的教学适用性和性价比大大降低。

其次，缺乏健全的激励体制。由于缺乏与之相对应的评职称、绩效政策，教师参与机器人竞赛的积极性大大降低。加之缺乏丰富的学习资源和提升自身素质的平台，使得机器人指导教师的素质得不到迅速的提升。同时，一些教育行政领导和校长对机器人进入中小学的意义认识不足，加之在应试教育束缚下，对开展机器人活动所需的经费、场地不予支持，使得机器人教育无法得到有序、广泛的开展。

最后，缺乏系统的学科建设。虽然我国新课程改革以来，高中通用技术课程中设立了“简易机器人制作”的选修模块，但从调查来看，目前在福州仅有21.48%的学校开设这个模块[2]。因此在机器人教育实践层面，机器人学科教学以及机器人与传统学科整合的实践力度还不够。在机器人教育理论研究上，当前研究者大多来自人工智能、信息技术背景，教育专家队伍比较单薄。在教材建设上，厂家说明书、课程方案以及地方校本教材因机器人产品不同而缺乏通用性，教学教程、实践案例等资源也比较匮乏。

3 推进机器人教育的几点建议

3.1 结合自身学科特点开展机器人教学，促进机器人指导教师的专业化发展

机器人指导教师专业背景复杂，在进入机器人教育时，也都存在各自的优势和不足，因此建议教师应发挥各自的优势，正视自身的差距，结合自身的学科特色进行机器人课程开发与设计。将机器人教育以竞赛为主导的形式转向以机器人学科教学以及与传统学科相互渗透的研究和实践上来，以此改变机器人教育“少众化”的局面，从而促进机器人指导教师的专业化成长。

例如，数学教师可以在乐高教育平台上设计出自动测距、计时、测速机器人等课程，使学生通过做中学，掌握并应用圆的周长、路程、速度等数学知识；通用技术教师可以在教育部——乐高“技术创新人才培养计划”项目提供的教学资源基础上，进行大胆尝试，不断丰富和创新机器人在通用技术教育中的应用。物理教师也可以利用机器人的各种传感器进行教具设计、实验模拟等。

3.2 虚实结合开展机器人教学，促进机器人教育多元化发展

目前，由于机器人器材开发成本高、难度大等原因，高昂的价格很难使机器人教育普及。因此，虚拟机器人在中小学中的应用成为一种新的教学活动方式。虚拟机器人克服了实体机器人数量少，维护管理费用大的不足，提高设备的可用性、灵活性；同时虚拟机器人系统中融入环境编辑工具和机器人部件创建工具，极大地拓展了用户的创作空间和自由度[3]。

例如在中小学比较常见的乐高机器人，就拥有两款不错的虚拟平台：二维搭建软件LEGO Digital Designer（http://ldd.lego.com）、三维搭建软件SR 3D Builder（http://sr3dbuilder.altervista.org/）。LEGO Digital Designer能够进行仿真搭建、自动绘图，具有不受时间、空间限制辅助作品设计、保留有价值的作品、为编写教材提供工具等应用功能[4]。三维SR 3D Builder功能就更加强大，可以演示齿轮、曲柄、连杆结构的动态过程，对于复杂的结构还可以通过调节透明度突出相互带动的零件，直观、方便地进行结构原理的讲解。还有其他一些虚拟平台可以开展虚拟机器人足球赛、虚拟机器人迷宫赛、程序的仿真演示等教学活动，如Webots（http://www.cyberbotics.com）、Simbad（http://simbad.sourcefore.net）、TeamBots（http://www.teambots.org/）、VJC仿真版（http://www.xpartner.cn/）等。当然要正确认识虚拟机器人与实体机器人的关系，虚拟机器人不能完全代替实体机器人，建议广大教师、专家开发以实体机器人为主、虚拟机器人为辅的机器人课程体系，促进机器人教育的多元化发展。

3.3 政府、高校、厂家、中小学多方结合，促进机器人教育全面发展

政府在政策、资金、场地、教师奖励机制上提供大力支持，多组织以开展机器人辅助教学、机器人学科教学为主题的培训活动和研讨会，从而提高教师参与机器人教育的积极性，吸引更多的教师加入到机器人教育领域中，在交流和学习中促进机器人指导教师的健康成长。高校专家引领，形成研究团队，在机器人教学模式、教学内容、教学目标、教学评价等教学体系方面提供理论与实践指导，加强机器人教育的学科化发展，同时师范院校加强专业机器人教师培养，为中小学输送师资。厂家技术指导，设计开发出符合中小学开展机器人教学活动要求的产品，提供机器人操作培训。学校开展教学，根据学校现有条件、根据教师队伍特色，开设校本特色的机器人课程。四方共同努力合作，政府提倡、专家引领、厂家支持、学校主办，建立起一个基础性的教与学信息平台，以便在此基础上通过各种方式强化师师间、校企间的交流，相信机器人教育可以获得更美好的明天。

参考文献

[1]Niku S B.机器人学导论:分析系统及应用[M].孙富春,译.北京:电子工业出版社,2004.

[2]林小琴,徐希景.新课程背景下通用技术课程实施现状调查研究:以福州市五所高中为例[J].基础教育,2011(4):44-50.

[3]张国民.虚拟机器人在中学教育中的应用研究[D].杭州:浙江师范大学,2009.

[4]刘全良.基于LEGO的工程创新设计[M].北京:机械工业出版社,2006.