人工智能时代浙江省中小学生智能机器人比赛回顾与展望

任向红

（浙江省教育技术中心，浙江 杭州 310012）

虽然人工智能技术早已经是智能手机上很多应用程序的核心驱动力，但大部分人对人工智能的惊艳认知，或许是始于2016年初AlphaGo与围棋世界冠军的惊世对局。人工智能这两年的蓬勃发展、高歌猛进，推动人工智能战略上升为国家战略。在人工智能时代加速到来的当下，在中小学生群体中开展智能机器人比赛工作显得更加具有时代意义和全新价值。因此，有必要对浙江已经开展十四年的中小学生智能机器人比赛进行回顾总结和展望，以便更好地推动这项活动健康发展，为人工智能时代培养专业人才做出应有的贡献。

一、活动历程回顾

浙江省中小学生智能机器人比赛是省中小学电脑制作活动的项目之一，是指中小学生按照命题要求编程，控制智能机器人完成相关任务的比赛项目。在现场比赛中，学生要在限定时间内自行进行拆装机器人和编程调试，完成一系列的比赛任务，这一过程集成了计算机、机械、物理、电子、数学等众多的学科知识，是进行中小学生素质教育，培养学生创新精神、探究精神、实践能力和动手能力等的有效平台。浙江省自2004年启动首届比赛，至今已经连续举办了十四届。多年来，活动内容随着中小学校信息技术教育的发展和智能机器人技术的发展而不断丰富，项目设置不断优化，参与群体逐渐增加。

1.活动项目不断优化

最初的智能机器人比赛项目主要为机器人灭火、足球、篮球等几个传统项目。在十几年的活动发展中，组委会不断吸收贴近中小学生生活、适合中小学生参与的智能机器人项目。至2017年，全省中小学生智能机器人比赛项目增至机器人灭火、足球、篮球、人型、FLL、WER、九宫、轨迹赛、虚拟仿真等10个项目。这些项目任务十分有趣，很容易激发学生的参与热情，可看性也比较强，如通过传感器等探测设备模仿消防队员用最快的速度找到火源并将其扑灭的灭火项目；人型机器人跨栏、钻障碍、上下楼梯等挑战项目；模拟工业任务、医疗任务、农业种植的项目；对抗激烈的足球、篮球大战等等。多种多样的项目，有利于孩子们根据自己的特长，挑选感兴趣的项目参与。

2.活动内涵不断丰富

活动刚刚开始兴起的时候，比赛规则尚不尽完善，对学生编程能力、动手能力的考查要求也不够充分，像足球、篮球等对抗性的项目，只是在赛前进行简单的知识测试，而不要求现场拆装和编程，因此比赛常常成为机器性能的比拼和厂家程序设置的比拼，赛场上不乏“开关师傅”型学生。但随着比赛设置的越来越科学，中小学生智能机器人比赛越来越重视参赛学生编程能力、创造能力、分析实践等综合能力的考察，多数项目都要求学生清空程序、拆散机器后进场，然后在限定时间内自主组装机器，拆装机器人、编程调试的要求越来越高，任务越来越复杂。有些项目现场通过抽签公布任务和规则，真正成为学生智力、创意、动手能力和多学科知识储备的比拼。

3.虚实项目逐渐融合

近几年，浙江省将虚拟项目引入全省中小学生智能机器人比赛。虚拟项目的引入，降低了参与比赛的门槛和经济成本，使得没有条件购买实体机器人的学校和学生也有条件参与到比赛中来。随着全省中小学校生机比的提高，可以说虚拟机器人项目向每一个愿意参加这项活动的学生敞开了大门。同时，在其他实体机器人项目中，比赛也不再限定品牌和厂家，符合“机器人”定义概念的各类机器人产品均可参加。这在促进各机器人厂家充分竞争的同时，最终使各中小学校受益。

4.活动规模不断扩大

规模的扩大与上文所述的比赛项目设置不断优化、内涵不断丰富、比赛门槛逐渐降低是相辅相成的。每年的省级比赛，都规定各地在遴选和比赛的基础上，每个项目限额推荐一两支队伍参加比赛。2017年，全省共有380多名中小学生参加了省级比赛，其中，270多名学生参与了实体机器人竞赛，110余名学生参加了虚拟机器人比赛。限额推荐决定了只有很小一部分的学生才能参与到全省的比赛中。但据统计，2017年参与各市智能机器人比赛的学生达到了1700余人，有470余所中小学校参与了市级的比赛和遴选，可见这项赛事已经有了较广泛的学生基础。因为比赛的促进，各级领导对机器人赛事越来越重视，中小学校以基础课程为依托的机器人活动、机器人拓展课程、以机器人为载体的创客活动、校本机器人课程等越来越多。

二、活动现实意义

1.促进了学生综合素质的提升

学生动手实践能力得到提升。这一点是毋庸置疑的。每一次比赛过程中，看到学生们把机器人逐一拆散，再将这些零零散散的配件搭建起来，电机、马达、齿轮、传感器……真是手脑并用、心灵手巧。

学生计算思维、逻辑思维能力得到提升。编程是智能机器人比赛的重要环节，根据比赛的任务，编写程序控制机器人按照指令完成任务，学生必须具有严密的逻辑思维，并且成功应用算法一步一步推演，寻找最佳方案，计算和编程思维给了学生看待世界的不同方式。

学生多学科融合的探索创新能力和科学情感得到提升。智能机器人活动与STEAM教学理念一脉相承，以应用驱动，促进学生掌握多个学科的知识，特别是数学、物理、工程、机械、电子、人工智能等众多领域的科学与技术知识，以任务驱动，学生不断发现问题、解决问题，从容面对难题挑战，凝练创新和科学品质。

学生处理突发事件的应变能力得到提升。每一次比赛活动中，都有不少学生要面临意外的状况，处理得好坏，直接影响自身的比赛结果。比如在2对2的足球或篮球项目中，其中一个队员的机器人发生故障，按照比赛规则，允许一定的维修时间，这期间，这台故障机器禁止上场，该如何取舍，要求学生迅速理清思路，快速处理问题。

学生团队合作能力得到提升。机器人比赛过程中，多数项目是每2人为一个团队，在机器人教学的过程中，也多数以小组形式开展。因此，他们自然而然地进行有效沟通和交流，彼此开展合作，共同解决问题。这种沟通协作的团队合作能力为日后的团体生活和工作奠定坚实的基础。

2.促进了信息技术课程的完善

虽然浙江省基础教育信息技术课程中，只在小学六年级和初中三年级开设了机器人教学的课程，但是在中小学生智能机器人比赛的促进下，很多学校以拓展课程、兴趣选课、课外活动的形式开展机器人教学。比如杭州市保俶塔实验学校，每周二下午开展智能机器人拓展课程，主要对象是机器人爱好者，其中小学生30人，中学生25人；学校午间休息时间，机器人教室也对学生开放，做好学生活动记录；小学六年级下学期，开设整个学期的机器人课程，并整合虚拟机器人课堂改进了实体机器人课堂。对于学习任务完成得较好的学生，该学校还奖励他们可以借机器人回家研究。近几年，在浙江各地中小学校，以创客空间、STEAM课程为载体开展机器人教学的学校更是数不胜数；机器人校本课程也不在少数，不少师生都在呼吁将更多的机器人知识编入通用教材。

3.促进了信息技术教师的自我提升

作为一项每年都在更新的教学内容，机器人教学具有综合渗透性、前瞻未来性、创新实践性等很多特性，很多教师也是在兴趣的驱动下边学边教，因此，他们最容易接触信息技术的前沿知识，他们承载了学校教学改革和未来人工智能时代人才培养的重任，在做好基础机器人知识教学的同时，他们每年都要研究不同赛事推出的新的比赛项目、新的比赛规则，了解新的发展趋势，在与学生的互促互学中，他们成为了教学路上的有心人，有一部分可以说成为了机器人教学的专家。浙江省每年在全国中小学生智能机器人比赛中取得的优异成绩，都凝结了教师的心血，是他们的努力为学生创造了更广阔的发展空间。

三、活动问题反思

1.参赛师生功利心较强

由于不少学校针对中小学生智能机器人比赛都有相应的激励机制，如对在全省或全国获奖的师生进行精神或者物质上的奖励；特别是在全省和全国获奖，对于高中阶段学生来说，有资格入选有关高校的自主招生资格或三位一体考试资格，因此，中小学生智能机器人比赛带有一定的功利性。有些参加比赛的师生，仅仅只为了成绩，有的指导老师在比赛时对组委会直言不讳：我们就是冲着一等奖而来，如果不获奖，对我们没有丝毫意义。每次全省的比赛，仲裁组都会接到部分因为输了比赛而找各种原因来申请仲裁的指导教师，比赛的矛盾、纠纷都源于十分在意比赛结果，而仲裁组经过认真分析调查发现，多年来的有效申诉寥寥无几。如何减少比赛的功利性，促进赛事健康可持续发展是我们面临的现实问题。

2.机器人厂商介入过多

目前我们的机器人比赛项目和规则一般来自于机器人生产厂家，如近几年，乐高、纳英特、能力风暴、中鸣、BOTBALL等厂商设置的项目已经成为全国和全省的常规赛事，不少厂商都在积极争取将自己的项目纳入中小学校的各项比赛和活动。往往在比赛中竞争实力较强的学校和学生，从学生训练、机器设计到程序设置，都有厂家在背后做坚强的后盾。机器人厂商的介入，对于活动的发展存在着利弊两方面的影响。一方面，生产厂家优化了项目和比赛规则的设置，将最新的技术和最新的理念引入比赛，有利于促进中小学了解和把握最前沿的信息技术，也给了活动组织方场地、器材、人力的大力支持；另一方面，厂家过多介入现场比赛，可能会影响比赛的公平、公正性，参赛的主体变成了学生背后支持的力量，而并非学生本身，这无疑会对部分学生产生负面影响。

3.比赛规则尚有待完善

智能机器人比赛是一个动态发展、每年都充满了新变化的活动，很多项目每年挑战的主题有所不同，而且这些主题大都根据实际问题提出，比如这两年的“未来农业”、“资源再生”、“火星救援”、“动物之友”等挑战主题，有利于学生结合生活发挥想象力、创造力。但比赛的评价往往单一地以结果为导向，过于重视学生的技术水平，甚至有时候是临场发挥的水平，这也是导致参赛师生功利心过强的原因之一。据参加国外比赛的老师们反映，国际机器人比赛往往在注重创造、设计、创意等评价标准的同时，也注重学生活力、合作、支持等标准评价，注重发掘每一个参赛学生的优点。近几年，我们的某些比赛也在向这个方向靠拢，比如2017年10月浙江省青少年校外教育中心等单位主办、省教育技术中心协办的“The blast game”竞技活动中，除了常规结果表彰，还设置了合作分享奖、道德风尚奖、信息传播奖等奖项，注重结果的同时也注重过程性的多维度评价。但这种规则要想在所有赛事中实行，对主办方提出了较高的要求，目前来看，还是新的挑战。

表1 2016年、2017年全省机器人比赛统计简表

4.区域校域发展不均衡

我省中小学生智能机器人的区域校域发展不均衡性比较明显。这一方面与活动对资金投入和师资投入的要求较高有关，因此在区域经济水平和教育水平较发达的杭州、宁波、温州等地，对机器人教学向来比较重视，师生、家长对比赛参与的热情和积极性都较高，成绩也比较令人瞩目；另一方面，也与学校领导和教师的教育理念支撑有着密不可分的关系，如应试教育理念的影响等等。因此，此项活动的群众基础既高也不算太高，一直徘徊在相对固定的区域和学校领域。

四、活动发展展望

得益于深度学习算法和大数据技术的应用，人工智能在近年来突飞猛进。无所不在的传感器、物联网、云计算，让人工智能像水、电一样几乎无处不在。并且人工智能正在依赖迁移学习，呈现加速发展的趋势。斯坦福大学人工智能实验室主管李飞飞曾经发问：AI改变世界，那么改变AI的又是谁呢？笔者认为，未来改变AI的群体中，肯定少不了今天热爱并积极参与智能机器人活动的孩子们。这些具备了编程思维和编程能力的学生，在以后的工作和生活中，将自觉应用“AI+”的先进思维方式，在人机协作时代占得发展的先机。

对应人工智能技术的快速发展，中小学生智能机器人活动也是方兴未艾、蓬勃发展，并且肩负人工智能人才培养的重任。据Linkedln统计，全球目前拥有约25万名人工智能专业人才，其中美国约占三分之一。这样的人才储备，远远无法满足未来几年人工智能快速、稳健增长的宏观需求。人才供需矛盾显著，高级算法工程师、研究员和科学家的身价持续走高。对应这种需求，呼吁将智能机器人知识列入中小学信息技术通用课程和在中小学机器人教室中引入多种多样的人工智能机器人的呼声越来愈多。

近年来，浙江省教育信息化的高水平发展，为中小学生智能机器人活动普及发展奠定了基础。2018年，全省将着力组织开展机器人教室建设和应用培训，培育形成80个机器人教学示范校，机器人教学的软硬件环境在不断完善。与此相应，机器人比赛的项目设置也将在越来越重视多任务驱动的综合技能考查、越来越重视比赛规则的优化和多维度的评价上下功夫。

每年暑期的全国中小学生电脑制作活动夏令营中，作为领队，笔者都会看到孩子们或扛或提或推着自己的比赛工具箱，这其中不乏很多稚嫩的小学生的面孔，他们在赛场上进行智力、脑力甚至体力的比拼，他们挥洒汗水，收获喜悦，这对他们而言，本身就是一种难得的体验，他们也都乐在其中。真心地希望，这些孩子们中，有越来越多的人能成为高端计算机人才，运用“AI+”的思维，为我们创造更加美好的未来。

[1]金周英.关于我国智能机器人发展的几点思考[J].机器人技术与应用,2001(4).

[2]王军.机器人活动——给小学生创造更广阔的发展空间[J].天津科技,2015(5).

[3]郑剑春.在机器人比赛中对学生非技术能力的培养[J].中国科教创新导刊,2010(6).

[4]陈冰梅.论机器人教学对中小学素质教育的影响[J].软件导刊·教育技术,2008(7下半月).

[5]郭爱霞.浅析我国中小学机器人教学[J].中国科教创新导刊,2010(21).

[6]李欣.通过机器人教育探索人才培养新模式[J].中国信息技术教育,2014(4).

[7]李开复,王咏刚.人工智能[M].北京：文化发展出版社，2017.