教育机器人与机器人教育：未来教育的工具和方法

陈染

2017年5月，中国围棋乌镇峰会在乌镇互联网国际会展中心召开，重出江湖的人工智能程序AlphaGo以4：0的战绩再一次战胜人类顶尖棋手。据AlphaGo的开发者DeepMind表示，经过升级的AlphaGo的版本比1年前的版本提高二子水平，这再次标志着人类的“智慧堡垒”不仅被攻克，而且已经无法追赶人工智能发展的脚步了。随着人工智能时代的来临，越来越多的职业正在被具有人工智能的机器人所取代，给人们带来危机的同时，也带来了更多的机遇。作为一项面向未来的事业，只有让学生在基础教育阶段掌握一定的机器人知识，才能在未来世界中抓住机遇，迎接挑战。认识机器人、学习机器人的最好方式，就是通过动手，让教育机器人帮助学生建立起自己的知识。

顾名思义，教育机器人就是应用于教育领域的机器人，有广义和狭义之分。广义的教育机器人是指具有辅助教学、管理教学、处理教学事务乃至主持教学等功能的机器人（彭绍东，2002）。而狭义上的教育机器人是指以面向教育领域专门研发以培养学生分析能力、创造能力和实践能力为目标的机器人（黄荣怀，2017）。一般来说，面向基础教育领域的教育机器人是指狭义上的教育机器人。

狭义上的教育机器人有不同的形态、技术和面向群体。从形态上看，由主板、传感器、运动模块和功能模块组成，它的形态可以是有定型的，也可以是无定型的积木式机器人；从技术上看，机器人融合了机械设计、单片机、传感器、人工智能等方面的技术，学生在参与机器人活动的时候能够得到多项知识技能的锻炼和提升。

作为使用教育机器人的方法，机器人教育培养学生对机器人的设计和操作。它的使用群体涵盖了小学、中学、大学，以及成人群体，每一个使用群体包含不同的教育主题。在基础教育阶段，不同类型的教育机器人的培养重点各不相同，有的着重培养学生的动手制作能力，有的着重培养编程能力，还有的着重于人工智能、人机交互等不同方面。

教育机器人50年：从一枝独秀到百花齐放

20世纪40年代末期，美国生理学家、机器人专家威廉·华尔特（William Grey Walter）设计了机器人小海龟（Turtle），用于机械工程培训。1968年，在麻省理工学院媒体实验室工作的西摩尔·派普特（Seymour Papert）决定开发面向儿童的教育机器人套件。派普特在小海龟上加装了一支笔，学生可以使用他开发的Logo儿童编程语言控制小海龟绘图，成为教育机器人的起源。

1980年，派普特将他的思想写成《头腦风暴：儿童、计算机及充满活力的创意》（Mindstorms：Children，Computers and Powerful ideas）一书。派普特在书中阐释了对于“做中学”的建构主义学习理论，让孩子去理解编程及机器人。派普特的思想启发了时任乐高（Lego）公司首席执行官的克伊尔德·克里斯丁森（Kjeld Kirk Kristiansen），乐高决定与麻省理工学院媒体实验室合作，开发智能积木，将计算机程序与乐高融合起来，并于1998年发布了第1代头脑风暴（Mindstorms）教育机器人。从此，教育机器人逐渐从实验室走进学校、社区，成为一种被教师、家长和学生广为认同的教学工具。

随着教育机器人技术的成熟和发展，乐高先后在2006年推出第2代Mindstorms NXT，2013年推出第3代Mindstorms EV3，进一步刺激越来越多的创业者投入到教育机器人产业的生产、研发、服务中，各家开发出不同特色的机器人，形成百花齐放的产业格局。

机器人教育15年：从方法探索到理念融合

自教育机器人诞生起，机器人教育就成了教育者致力研究的主题。从2000年到2003年，我国的少数学校开始对机器人教育进行初步尝试和探索，取得了一定的成效。2003年4月，教育部正式发布《普通高中技术课程（实验）标准》，首次将“简易机器人”制作纳入通用技术课程选修模块，正式启动了我国的教育机器人的发展。

从2003年起，我国以机器人竞赛的形式推动机器人教育的发展，积极参与并承办国际机器人比赛，如2006年在南宁举行的国际机器人奥林匹克大赛、2008年苏州及2015年合肥举行的机器人大赛。在国内，面向中小学举行机器人竞赛也受到了众多学校的欢迎，例如中国科学技术协会主办的中国青少年机器人竞赛，设立了机器人综合技能比赛、FLL机器人工程挑战赛、VEX机器人工程挑战赛、机器人创意比赛、WER工程挑战赛等比赛项目。经过十几年探索，机器人教育得到了长足进步，一批批学生以校本课程或兴趣小组的形式，得到了综合能力的锻炼。

近几年，随着创客运动的深入，越来越多的科技教师将创客教育理念与机器人教育相融合，为机器人教育赋予了多样化的方式。学生学习机器人的动力从单纯的比赛任务驱动，扩展到创客项目的学习，拓展了机器人教育的深度。

在创客运动的背景下，教育机器人成为创新课程的载体。教育机器人是学生实现创客作品智能化的工具，且能更好地服务于STEAM学习。在创客理念之下，机器人教育中教师的角色从主导者转变为支持者；学生的学习形式更加多样化，动手时间更充足；课程更加注重分享与交流，学生分享想法和资源，还可以在其他同学的作品基础上继续创作。这些教学理念上的转变，让教育机器人发挥更大的作用。

创客教育为机器人赋予更多可能的形式，打破了材料运用的局限。例如，运用3D打印机等工具，与机器人主板和基本构建结合起来，方便学生更好地完成机器人项目。这种理念也悄然改变了机器人比赛，比如广州市中小学电脑机器人竞赛活动的竞赛项目“智能机器人垃圾分类”，就要求参赛学生必须用3D打印机完成机器人配件的制作。

教育机器人的多样化发展产生了更加丰富的机器人教育活动，机器人教育的理念变化则挖掘了更多教育机器人的潜能，成为面向未来的工具和方法。

本文图片提供：广州中鸣数码科技有限公司

参考文献

[1]彭绍东.论教育机器人（上）.电化教育研究，2002（6）

[2]黄荣怀等.教育机器人的发展现状与趋势.现代教育技术，2017（1）

[3]北京师范大学智慧学习研究院.2016全球教育机器人发展白皮书

[4] Fred Martin. To Mindstorms and Beyond：Evolution of a Construction Kit for Magical Machines， 2001

[5]乐高头脑风暴机器人的历史.https：//www.lego.com/en-us/mindstorms/history

[6]毛澄洁.审视青少年机器人创客教育.机器人产业，2016（3）

[7]张爽.创客教育视野下中小学机器人教学模型构建.中国教育信息化，2016（12）

[8]王同聚.基于创客教育“三剑客”培养师生创新设计能力.数字教育，2016（4）endprint