欠发达地区中小学机器人教育研究*—以汉中市为例

随着高科技技术的不断发展，整个社会已经进入了“互联网+”、大数据、人工智能等网络环境，随之而来的是整个社会对创新型人才的高度需求，从而对我们的教育提出了相应的要求。而机器人教育是一门理论和实践紧密联系的学科，具有很强的实践性，学生可以通过参加制作机器人的过程体验、构建自身知识体系，充分发挥自己的动手能力，培养学生的批判思维和创新能力，构建自己的知识体系，同时，也为社会源源不断地提供创新型人才。

一、中小学开展机器人教育的必要性

1.机器人教育

机器人教育是指以机器人为教学对象，以围绕机器人结构设计、硬件组装、程序调试有关的知识和技能为教学内容，以培养学生动手能力、创新能力、协作能力和逻辑思维能力为目的，以人工智能技术为核心的教与学的活动[1]。钟柏昌认为，在我国基础教育领域中，有关机器人教育的实践历史并不长，最早可以追溯到2000年，北京市景山学校以科研课题的形式将机器人教育纳入信息技术课程[2]。

2.中小学机器人教育的必要性分析

(1)当今时代教育制高点的本位需求

教育或许是国家和政府最重要的功能，是我们的第一道国防线，尤其是在当今全球化的背景下，各国对高科技人才的迫切需求使得我们把目光回归到最本位的起点—教育。站在教育的制高点上，面对迅速发展的信息化社会，我们才有可能展望未来，谋求共同发展，教育是永不落伍的话题。而中小学机器人教育作为培养高科技人才的重要途径，实质上是对教育本位需求的回归。

(2)人工智能背景下的教育变革需求

《新一代人工智能发展规划》指出，把高端人才队伍建设作为人工智能发展的重中之重，坚持培养和引进相结合，完善人工智能教育体系，加强人才储备和梯队建设实施，在中小学阶段设置人工智能相关课程[3]，人工智能的到来使得我们的教育不断发生变革，而机器人教育正是教育变革的一种具体体现。机器人教育作为发展人工智能的重要载体，在中小学进行机器人教育，嵌入编程思想，积极发展人工智能建设是培养高科技人才的重要手段。

(3)学生自身发展的内在本质需求

进行机器人教育的最终目的是为了促进学生自身知识体系的构建以及学生内在的本质发展。爱因斯坦曾说：“教育就是你忘了在学校学到的一切之后还剩的东西。”根据皮亚杰的认知发展理论和维果茨基的“最近发展理论”，中小学阶段的学生对事物的认知比较具体和直观，学生思维具有可逆性和灵活性，对新生事物的接受能力比较强。中小学学生正处于学习知识的阶段，对知识的理解相对比较简单，思维模式没有被固化，可以进行思维和能力的基础性开发。在中小学进行机器人教育，能够对其进行知识和能力层面的不断补充，促进其自身需求的内在发展。

二、中小学机器人教育的现状

1.国内外中小学机器人教育研究现状

在国外，机器人教育一直是个热点：最早可追溯到1994年，美国麻省理工学院(MIT)设立了“设计和建造LEGO机器人”课堂(Martin)以及开设了机器人学导论等课程，目的就是为了让学生动手制作机器人，测验学生的机器人知识水平和操作能力。兰州大学的杨建磊在《国外机器人教育的发展与启示》一文中谈到我国的机器人教育要积极向国外先进国家学习，开展机器人教育交流活动，提高机器人教育教学水平[4]；温州大学的胡来林等人在《国外整合STEM的教育机器人课程案例研究》一文中指出国外在理论研究的基础上开展了大量的实践性研究，为学习者提供了很好的教学案例，也为国内在此方面的研究提供了借鉴经验[5]。

我国机器人教育的发展以及研究主要是以理论为主，实践层面以机器人竞赛为主。研究主要从“机器人教育的现状”“机器人教育的课程开发”“机器人教学模式”“机器人竞赛”“机器人教育的师资力量”等这几方面论述。内蒙古师范大学的赵振龙等人在《对新形势下中小学机器人教育意义的思考》一文中提到我国之所以在中小学阶段引进机器人教育，是因为机器人教育有它独特的教育意义，机器人教育能够打破传统的教育模式，以学生为主，融入新的学习方式、对事物进行学习的过程，潜移默化培养了学生的创新能力[6]；常州市花园小学的沈莲在《小学智能机器人校本课程建设的实践与探索》一文中提到在国内，智能机器人技术向教育领域的渗透已是加速发展的趋势，智能机器人事业和教育事业同时面临跨越式发展的极好机遇[7]；广州市教育信息中心的王同聚在《中小学机器人教学模式的探索与实践》一文中指出探索“研学后教”“翻转课堂”“微课导学”等教学模式在机器人教学中的应用策略，有助于提高机器人教学的效率和质量[8]；北京教育学院的王立春在《中小学机器人竞赛活动项目创新及评价》一文中指出，中小学机器人项目创新活动要让学生在体验中学习，构建学生的创新能力，积极推进教育改革的进程[9]。

2.汉中市中小学机器人教育的现状

汉中市地处陕西南部地区，在基础教育方面教育资源和教育设备相对于发达地区显得较为薄弱和后滞，而汉中市的教育信息化应用却一直走在陕西省甚至全国前列。汉中市鼓励学生参加一系列的竞赛活动，一方面推动了本地区教育信息化的发展，激发学生的创新意识和积极动手的创造能力；另一方面，由于机器人教育目前并没有在中小学教育得到普及发展，在西部地区和经济落后地区更是如此，所以汉中市开展中小学机器人教育具有一定的带头和示范作用，为各地区尤其是欠发达地区开展中小学机器人教育提供了第一手具有探索性的理论依据和实践经验。汉中市在中小学机器人教育方面举办和开展了一系列的有关活动和赛事。例如“全国青少年机器人技术等级考试陕西首站教师培训在汉中举办”；汉中市首届中小学机器人大赛在汉中市实验中学成功举办；世界教育机器人大赛中国赛区组委会主办的WER2017赛季中国赛区西北地区公开赛，汉中市的中小学生取得优异成绩等。开展和参加了一系列的中小学机器人教育活动，探索和积累了一定的实际经验，但还存在很多需要改进的地方，具体如下。

(1)以竞赛为主，学生主体性没有充分发挥出来

《国家中长期教育改革和发展规划纲要(2010～2020年)》在第二章《战略主题》中明确指出，坚持能力为重，使得知识的吸收达到最优化，社会实践要丰富化，加强能力的培养[10]。在中小学开展机器人教育的目的是为了培养学生的创新实践能力，促进学生的全面发展。目前中小学机器人教育主要以社会参与和以竞赛为主，学校在机器人教育竞赛中更多的是处于被动位置，这就导致竞赛的目的性显得模糊，带有一定的功利性，更多是体现厂家所提供机器人设备的优越性，学生创新能力的主体性没有充分发挥出来。

(2)机器人教育师资队伍短缺

教师是机器人教育的主体力量，大部分中小学校在机器人教育方面的教师队伍建设力度不够，对现有资源的利用率相对较低，师资力量显得薄弱。学校教育目前主要以传统的师资为主力，缺乏科学化、专业化、创新化的教师队伍，不能为机器人教育提供可靠的保障。如在汉中市首届机器人大赛活动中，对学生进行技术指导的为能力风暴机器人公司的技术人员。

(3)机器人教育相应的课程以及基础的教学设备还不足

在中小学目前缺乏相应的机器人教学课程以及教学设备，课程是机器人教学的主要实施途径，教学设备是机器人教学的有效载体，在中小学大部分是以兴趣班或者社团为主，并没有专门的机器人课程设置，由于机器人教学器材一般比较昂贵，学生使用的教材器件等大部分是由机器人厂家捐赠，这就导致捐赠的教学设备功能性参差不齐，兼容性差，从而使机器人教育难以顺利和有效地进行。如燕子砭镇初级中学机器人教育，其学校使用的20套机器人套件由萝卜太辣公司捐赠，并由萝卜太辣公司提供技术支持；汉中市西关小学、西乡莲花小学、四〇五学校等学校的机器人教学设备均由泺喜机器人教育公司捐赠。

(4)机器人教育评价体系有待于建立和完善

评价是一种价值判断活动，是对客体满足主体需要程度的判断[11]。在教育教学过程中，有效的评价体系是为了更好地促进教师的教与学生的学。然而，由于机器人教育在中小学并没有成为一门专门的学科，从而导致评价体系的缺失和不完善。而在机器人竞赛中，评价规则的制订更多地是由提供设备的机器人厂家或竞赛主办方设定，不具有普遍性。

三、欠发达地区中小学机器人教育的推进策略

1.分层推进中小学机器人教育 加快欠发达地区机器人教育进程

为了加快欠发达地区机器人教育进程，建议从国家、省、市、县区分层次推进机器人教育活动的开展。从横向发展分析，在机器人教育推进方面，需要国家教育部门给予相关的政策支持。学科建设方面，需要遵循学科知识相关联的逻辑性。学生自身知识构建方面，要注重学生身心发展的顺序性。从纵向发展分析，在中小学阶段，注重培养学生的编程思想、创新意识，普及机器人知识；在大学阶段，则应注重机器人学科的建设、学生实践创新能力的培养。

2.与信息技术学科融合创新 以缓解中小学机器人教育师资短缺问题

高素养的教师队伍是保证机器人教育顺利开展的强大动力和保障，加强创新型师资队伍的建设是非常必要的。而信息技术课程中的机器人教育部分的内容包含或涉及一定的机械装置、电子电路、传感器、程序设计知识等[12]。所以目前在没有专门的机器人学科和教师短缺的情况下，信息技术教师可以助一臂之力，由于信息技术教师具有一定的学科基础知识，可以对其进行机器人方面的知识培训，以便有效解决师资短缺的问题。

3.注重中小学机器人教育课程的开发 使用开源教学器材进行教学

目前在中小学专门的机器人课程很少，建议组织相关专家和教师进行区域或校本课程的开发，在进行机器人教育课程开发时，应注重机器人教育课程的创新性和人文性，不可唯“技术论”，同时要符合学生身心发展规律，培养学生的核心素养。在缺乏教学器材的情况下，可以最大限度地使用开源硬件和软件进行教学。最常见的Arduino是意大利一个教学开源硬件项目，优点就在于它的技术资料完全公开，模块功能丰富，使用者众多。

4.重视中小学机器人教育评价体系的构建 探索科学的评价方法

科学完善的中小学机器人教育评价体系更能凸显机器人教育倡导的创新、实践与合作，是中小学机器人教育最基本的机制保障，能够有效地促进人才培养质量的提升，同时也能够激励广大的教师和学生积极参与到机器人教育教学活动中，同时在中小学机器人教育活动中应积极探索科学有效的评价方法，以保障机器人教育活动的顺利开展。

四、结语

中小学机器人教育，紧跟时代主题，切合教育发展的实际需求。机器人教育为培养学生的创造创新能力提供了学习平台和实践契机，尤其是在人工智能时代全面到来的情况下，在中小学更应该推进智能机器人教育教学，一步一步探索适合我国中小学机器人教育的道路，为我们的素质教育做好坚实的基础。