机器人：最好的创新教育平台

李实

当今世界，创新已经成为推动经济社会发展的核心驱动力。当前，我国已经深刻认识到世界新科技革命带来的机遇和挑战，以高度的历史责任感、强烈的忧患意识和宽广的世界眼光，把创新作为推动经济社会发展的驱动力量。

我国建设创新型国家的总体目标是：到2020年，使我国的自主创新能力显著增强，科技促进经济社会发展和保障国家安全的能力显著增强，基础科学和前沿技术研究综合实力显著增强，取得一批在世界上具有重大影响的科学技术成果，进入创新型国家行列，为全面建设小康社会提供强有力的支撑。全面实行“创造力教育”是建设创新型国家的前提。

目前，我国实行的是不完全的“智力教育”（因为它不鼓励想象和发散思维），实质上就是“记忆力教育”，其特征是死记硬背、以单一的学习分数的高低来评价学生的优劣、学用脱节、脑手脱节，培养出来的学生多为高分低能、解决问题的能力差、缺乏探究精神、难以适应社会生存的“读书人”。这种“记忆力教育”模式，与建设“创新型国家”所需的教育模式是背道而驰的。“创新型国家”所需要的教育模式的特征应该是：活学活用、以学分+技能+思维技巧+解决问题的能力等综合因素评价学生的优劣、推行以用为主的学用结合、脑与手与身体与五官的综合结合、鼓励发散思维及冒险精神、重点培养学生独立思考和独立解决问题的综合能力、主张学生的个性张扬、强调良好的道德品质教育等。在这种教育模式下，学生大多具有强烈的创新意识和能力，他们敢想敢干、思维敏锐、团结合作、社会生存能力强、能独立应付和解决许多新问题。这就是“创新型国家”所需要的实用创新型人才，这种培养创新型国家所需人才的教育模式就是“创造力教育”模式。因为要建设“创新型国家”，必须要有一大批符合创新型国家所需要的人才来承担起“创新型国家”建设的重任。要改革现有教育模式，建立创新教育模式，需要选择合适的教育平台来完成创新人才的培养。

相比之下，最近几年新兴的并且正在快速发展的机器人教育，是最好的创新教育平台之一。很多教育及非教育专业人士，都对机器人教育给予厚望，觉得这是我们实践青少年创新教育和素质教育的理想平台，是实现我国2020长期教育目标的关键因素之一。为什么说机器人是最好的创新教育平台呢？我国机器人教育的现状如何？

从机器人教育的价值来看。首先机器人是一个极佳的科学研究平台，蕴含了丰富的科学价值。在大学和科研机构，科研人员在机器人平台上进行各种科学研究，特别在数学和计算机科学领域，进行非常深入的研究。对于青少年来说，机器人教育可以深入挖掘机器人平台蕴含的丰富科学价值，让中小学生在机器人平台上完成各种科学任务。通过机器人教育，不仅能培养学生的动手能力，更重要的是培养学生的创新能力和科学思维习惯。

其次，机器人对青少年具有巨大的吸引力。大多数孩子都喜欢玩机器人，成年人也一样。我们都知道，兴趣是最好的老师，只要孩子有兴趣，就会有强大的学习动力，变被动为主动。通过机器人平台，可以把抽象的创新教育目标具体化，用孩子们喜欢的方式表现出来，这样引导孩子主动学习，达到更好的教育效果。

具体来说，基于机器人平台的课程学习与创新型人才的培养，具有非常紧密的联系。首先基于机器人平台的相关课程学习可以锻炼思考能力，与创造力培养中要求的六步思维技能相吻合，具体包括：命名、计算、评估、操控以及观测等。其次，学习机器人制作的学生在他们的技术设计以及计算编程过程中，会大量使用科学探究方式，从而提升他们自身解决问题的能力。再次，机器人平台可以提高学生对于系统概念的理解，这是科学教育中最为关注的概念之一。机器人平台还能提升学生的思维技能。基于机器人平台的核心知识学习，包括：工具的操控、对传感器设备获取的数据进行计算和处理、通过软件编程以及变量修正来进行决策评价、对于机器人执行程序的效果进行观察。具体来说，如果要制作一个基于乐高的机器人，在设计、搭建以及编程的过程中，学生们会专注于相关机器人环境的所有工具的掌握和控制。这些工具包括：乐高积木块、编程环境以及所有传感器等。由于机器人开发环境内容的丰富性，使得学生为了控制机器人完成特定任务，需要测量环境参数，通过传感器数值的设定来进行计算，评价时间变量，并且通过编写程序来测试这些变量。学生们通过观测这些测试的结果，来进行相应的调整。操控、观测、计算以及评估这四个过程与创造力培养中所要求的思维技能特征相吻合。

在机器人课程中，学生们同样需要关注计算机程序。在调试一段编写好的程序过程中，学生们需要进行科学推理，这与科学过程技能培养中的一些内容相吻合。科学过程技能，包括：变量控制、假设生成与测试以及结果评估等多个方面。学生们在调试软件程序或者修订技术设计的过程中，这些科学过程技能都会运用到。例如，机器人编程环境是一个多变量环境，学生如果要成功完成一个复杂的程序，在调试程序时，必须学会如何控制让某些变量值恒定，以检查另外一些变量在程序执行中的运行效果。如果学生同时改变程序中的多个变量值，那么将无法有效区分每个变量在程序执行过程中的数值变化规律，以及实际表现效果。因此，科学过程技能中，有关如何保持变量恒定，以测试其他相关变量的独立变化规律方面的技能，就是成功调试计算机程序的基础。所有这些能力培养，都是我们当前“记忆力”教育模式所不具备的。

最后，调试过程是一个包含重要反馈循环的过程。一旦学生们开始对他们的机器人进行编程，就会测试程序，并通过得到的中间反馈信息来评价程序质量。这样的反馈循环过程包含多个重复的，由观测、假设、假设测试以及结果评估过程组成的完整流程。这样的反馈循环过程，不是一般的培养过程所具有的。但是对于科学家来说，他们在科学研究过程中，是运用同样的反馈循环流程的。

总之，学生们在学习机器人时，同时学习到了机器人知识以及获得了创新性人才所需要具备的基本技能，包含了创新型人才定义中所要求的三个主要目标：技能、思维技巧以及解决问题的综合能力。

从我国机器人教育的现状来看。我国的机器人教育，是完全脱胎于机器人竞赛，也就是说：先有竞赛，后有教育。所以机器人教育一直和竞赛密不可分。自2000年开始，已经走过15个年头。总的说来，目前国内占有绝大多数的机器人教育机构，无论校内校外，都具有如下特点。

教育模式：机器人教育平台（如乐高）+竞赛

到目前为止，对于家长来说，机器人教育的最大价值，还在于竞赛。学机器人，就是为了参加比赛拿奖，在孩子升学时，主要是在小升初时，能有一定的帮助。特别关注能否通过科技特长生认定，进入名校。所以大多数校内外的机器人学习机构，都是选择一些基础平台，让学生学习一些机器人基本知识，之后就是针对竞赛项目，进行竞赛培训。家长不太关注机器人教育的核心价值，也不关心孩子的学习兴趣和收获，一切以竞赛论。当然家长之所以会如此表现，和我们教育系统的混乱，特别是升学择校等相关政策的不合理，是息息相关的。家长作为被动者，只能盲目地努力为孩子找一个“好”的出路。

家长和社会对机器人教育的认知度：玩，而不是学习

排除竞赛之外，家长对于机器人的教育价值，还停留在最粗浅的认知水平上。认为孩子喜欢机器人，喜欢玩，能培养孩子的动手能力和创造力，对于其他价值一概不知。往往都是孩子喜欢玩，只要经济条件允许，就报名参加学习班。这样带来的问题也很明显，就是学生的低龄化。孩子还小的时候，家长愿意孩子学，但是一旦上学，特别是到了小学高年级之后，开始考虑升学的时候，家长们就会顾虑重重，怕孩子学机器人影响正课的学习，从而不让孩子再继续学习机器人。

从上述的分析可以看出，目前的机器人教育虽然发展很快，但是距离创新人才培养的目标，还有较大差距。要想通过机器人教育平台培养出国家期望的创新型人才，还需要进一步的努力和提升。

（作者单位：中国自动化学会机器人竞赛工作委员会 中国科学院自动化研究所）