教育机器人产业化进程中的问题探析*

孔德彭 ，宋伟文 ，顾伟驷 ，李久胜 ，吕上一

（1.浙江工业大学 机器人教育研究中心，浙江 杭州 310023；2.浙江机电职业技术学院，浙江 杭州 310053）

一、引言

教育机器人是基于教学理念并富于教学教法和教学案例而开发的教学装备，早期归属服务机器人之列，现也有专家学者将其单独划分为“教育机器人”一类，它不但是工业机器人技术的延伸，更是服务机器人的功能与种类的拓展。随着学习者所需求功能的增多，教育机器人不但应该具有更多服务资源，而且应提供以完成深度学习和复杂教学为目的的教学服务策略。[1]大数据、物联网和通信技术等新技术的发展，促使科学与工程深度融合，促进了教育机器人关键技术的进步，这不仅是人工智能时代对机器人的“教育机器人”分支提出的新要求、新挑战，也是一条探索我国工程科技复合型人才培养的新方法和新途径。

二、教育机器人国内外发展现状

经过20多年的发展，教育机器人充分融合了科学、技术、工程及数学（即STEM）的属性，已经逐渐走进课堂、实验室和千家万户，被教育界和家长接受与认可，于是教育机器人便以承载时代使命的角色登上了新时代舞台。

1.国外教育机器人发展现状

发达国家探究机器人在教育领域的应用从未停止过，不但探究中小学、大学如何开设了机器人方面的理论课程和实践课程，而且教育机器人产品如何改造升级也在持续进行研究。如洛桑联邦理工学院开发了适用于六岁以上儿童教学的低价教育机器人；意大利技术研究院开发了一个开源的认知人形机器人平台，针对环境自动调适利用传感器所收集到的线索来辨识物体，并接收学习任务予以执行；郝特福德大学研究协助自闭症儿童的教育机器人，正向影响自闭症儿童与教育机器人进行互动，效果非常明显；[2]麻省理工学院从机器人与周围环境协调与互动着手，进行智慧教育感知技术研究；乔治亚理工学院研发了Simon机器人，通过学习机器人能够灵活地掌握技能并积极运用；卡耐基梅隆大学（CORAL Group）的CORAL研究团队主要研究Cobots机器人知道自己的知觉、身体和推理受到限制会主动寻求人类的帮助；宫城大学研发的机器人面向生活、学习，不但具有可爱外形，而且可以与学习者产生共鸣；比勒菲尔德大学的 CoR-Lab研究机器人如何成为人类学习的助手；热那亚大学研发的iCub人形机器人建构一个模拟人类的生态自我的过程，适用自我感知与修正学习。近年来国外积极对外开展合作，一方面商业化向全世界输出各类教育机器人产品，另一方面通过行业协会、学会、产学研共同体开展机器人课程和教学创新设计、竞赛，扩大其影响力。

2.国内教育机器人研究现状

国内关于工业机器人核心技术的研究团队比较多。如哈尔滨工业大学开展机器人相关的机电一体化集成、人机交互、智能技术和基础理论研究等；国科院沈阳所侧重机器人思维与动作、感知与互动、理论与方法的研究；北京理工智能机器人创新中心，在仿生机械、多元控制、多尺度控制及交叉融合领域解决了一系列重大前沿科学问题；浙江大学智能系统与控制研究所设有“机器人技术”等研究室和研究中心；浙江工业大学成立机器人协同研究中心，发挥机械、电气控制和计算机与电子通信的优势，致力于工业机器人与服务机器人核心问题的探究。也有部分研究团队专门从事教育机器人的研发，如北京师范大学黄荣怀团队，2015年10月成立“教育机器人工程中心”，率先进行教育机器人相关领域的研究与开发；2017年7月浙江工业大学成立 “机器人教育研究中心”从事机器人的教学教法、资源共建共享、教育机器人的标准体系建设等方面的研究；2016年全国科技人才培养工程管理中心率先批准成立全国科技人才培养工程物联机器人研究发展中心，致力于物联网与机器人的智能设备开发与应用、人才培养与培训，采集物联机器人的信息大数据，进行实时决策与控制管理，积极开展国际合作，提升企业的市场竞争力，促进教育机器人的产业化，推进机器人换人工程全面展开。

《机器人产业发展规划（2016-2020年）》提出：无论是在制造环境下应用的工业机器人，还是在非制造环境下应用的服务机器人，其研发及产业化应用是衡量一个国家科技创新、高端制造发展水平的重要标志。[3]但是，市场上我国的教育机器人品牌数量较少，缺乏核心技术，多为初级创投企业，产业发展雷同严重，在市场竞争中不具有绝对优势。[4]为此，从本国教育机器人市场前景出发，结合本国的文化和环境定位，把握教育机器人发展机遇，迎接挑战，开展基于产业发展的新业态新模式研究具有重要意义。

三、教育机器人市场前景分析

教育机器人不但丰富了教育装备的产业类型，也可以促进教育智能化、智慧化和信息化发展。各国都在积极探索教育机器人产业化布局，例如在美国，机器人教育主要是通过理论实践课程来进行的，其中涉及教学、技术及实践课程等方面的机器人。随着教育机器人种类及功能增多，教育机器人未来将达到130多亿左右市场规模，如此庞大的新业态市场，无论是政府、协会还是研究院所及企业自身，探索适合教育机器人自身产业发展的路径是历史的必然。目前，销量较好的教育机器人产地分布在日韩及欧美，其中我国的高端机器人产品也主要依赖进口。如以硬件产品为代表的乐高机器人，侧重于机器人本身组装与构造设计上；以美国WonderWorkshop为代表的“教育功能”派，主要偏重于机器人的教育功能；其他品牌的产品也有一定的市场份额，其中国外教育机器人市场排名前十的为Fischerchnik、Lego、Modular Robotics、Robotis、Tetrix Robotics、Aldebaran、Wonder-Workshop、Honda Motor、LASY、Robotshop；国内教育机器人知名品牌为上海未来能力风暴、浙江开心果、深圳小西科技、奥飞动漫、深圳中科欧鹏、哈工大服务机器人和南京紫光科技等。随着教育信息化进程的推进，教育机器人的功能发挥出越来越重要的作用，随着对智能教育装备需求量的逐步增加，教育型机器人市场将逐渐扩大。

四、教育机器人产业化路径探析

教育机器人让学习者获取机械、电子、信息、传感技术知识之外，还能培养技术应用、解决问题、动手能力，团队协作以及表达能力，批判思维能力。国发[2017]35号《国务院关于印发新一代人工智能发展规划的通知》鼓励全国有条件的高校、研究院开设人工智能专业，在中小学开设机器人相关的课程和竞赛。[5]为此，教育机器人表现出了其无可比拟的教育价值及实用潜质，为培养多学科交叉融合、高素质、复合型的工程人才提供了一个理论教学、实训实践和资源共享的综合平台。

1.破解机器人教育难题

为了更好地促进高层次人才的培训与培养，一方面大力研究开发及生产高端合格的教育机器人产品，另一方面全面开展机器人教育的宣传，但是还有一些难题亟待破解。

一是诸多教育机器人课题亟待破题。在经济全球化背景下，通过机器人教育促进创新型科技人才队伍壮大与建设是我国人才培养的新途径和新模式，为此在技术传授的前提下，加快相关理论研究、学术探讨和培养模式研究，激发学生的兴趣，引导学生思考，加深对理论的引领、理解和人才培养研究，是教育机器人的主要研究问题。

二是服务于机器人教育的公共资源比较稀缺。与国外比较来看，无论是教学设备还是教学案例及教育在线资源，远远不能满足教学的需求，为此实行中小学、大学课程及教学资源的开发，促进更多的教育教学资源共享，满足机器人教育需求是前提。

三是教师队伍的人数不多。纵观整个发展过程，无论是中小学教师，还是大中专院校，机器人教师需求缺口较大。一方面是培养出口师资力量薄弱，另一方面受薪资待遇的影响，具有机器人操作技术和技能的人，就业口径比较宽，较少人愿意去当教师，为此应加大教师队伍建设及师资长远规划，将崇尚教育、乐教和施教的人聚集过来。

四是机器人教育活动的目的性不是很明确。目前机器人相关的设备推广、大型会展、学术交流、推介会、竞技比赛等教育性不太突出，商业成分过重，同时，目前的教育机器人现有产品同质化严重、机器人研发与教育结合不够紧、产品价格和学费太高、教育形式过于封闭、细分市场发掘不充分、推广形式单一、机器人教育需求宣传不到位，高端缺技术、低端缺市场。以上问题应该采取相应的方法、手段及措施加以应对与解决。

2.加快行业标准研究

据了解工业机器人标准相对成熟，但从教育机器人这个角度而言，无论外国品牌，还是正在崛起的中国自主研发的品牌，都缺乏与之相适应的规范与标准约束。教育机器人是机器人产业细分领域的一大类产品，研究制定科学化、规范化的标准体系，才能促进教育机器人产业健康发展。所以，加快教育机器人相关标准的研究时不我待，同时需要尽快上升为国家标准，从而引领国际标准，倒逼产业，给产业发展提供方向，规范和促进产业发展。具体实施过程应该遵循教育机器人的安全性、可用性、互操作性、可追溯性原则，建立并完善教育机器人的基础共性、互联互通、行业应用、网络安全、隐私保护等技术标准研究；当然在完善以上内容的同时，研究者还需要继续研究新技术，如感应技术、辨识技术、控制语言、机器人结构、无线网络、云端科技和仿生技术等与教育机器人融合后的评价与判断准则，并从教育机器人的系统架构标准、教学平台管理标准、移动设备与管理端关联标准探究，使教育机器人标准体系更加更完备。

3.健全教育机器人法律体系

教育机器人在设计、开发、生产、销售和使用过程中，关乎到国内外的道德准则、社会伦理、用户安全和权益诉求等诸多法律方面的问题，为此从以下几个方面进行加强。

一是探究国际规则、深化法律规范，构建风险防控机制和预警监测体系，研判就业替代与社会伦理道德问题，[6]促使教育机器人教育资源绿色健康、安全可靠可控、造福于民。

二是研究机器人教育与教师职业岗位有机结合与协调发展问题，依托机器人智能技术发展，构建教育机器人的伦理学特性。

三是不同国界、不同文化、社会意识及宗教信仰，造成教育机器人服务对象的伦理学标准也不尽然相同，因此基本规则就是集中全社会的智慧，使其尽量建立在民主公平健康基础之上。

四是在使用过程中，教育机器人是一个责任主体，在遵循道德规则基础上，具有人类的基本认知能力，不断贯彻“和谐”宗旨，延展教育机器人的伦理学深度，实现教育机器人与教师及学生等和睦共处。为教育机器人产业发展和形成区域竞争优势、更好地服务于“学习者”目标而不断探索。

4.构筑机器人教育云平台

当前，教育机器人可以应用于教学的资源很少，[7]因为每个厂家基于自己的水平开发资源平台，彼此不兼容，不同机器人安装不同APP程序，资源设计者从单一的角度设计教学资源，没有考虑普众需求，制约了产品的应用推广。为此，开展机器人教育工程技术方面的研究，从教育机器人资源共享标准制定、服务技术策略及数字化资源服务设计与推送角度出发，立足自主知识品牌，促进规模及规范的产业化发展，充分考虑物联网、大数据及云服务技术，在共建共享技术上对教育机器人进行完善与功能提升。[8]调研可知，通过智能云功能，实现如同真人般的口语互动与通过能力，扮演教师、学习同伴、助理多重角色，并与使用者进行互动和实时反馈，模仿人脑从事推理、证明和设计等思维活动的功能。因此，进行教育机器人资源共享云平台开发是当务之急。再者，根据当前人工智能发展的现状，深挖教育机器人在家庭服务和教育应用方面的需求，利用、整合科技资源和研发优势，[9]聚焦前沿技术，开展教育机器人服务体系的顶层设计，开展在线服务，建立认证与检测一体化云服务体系，实证并完善评价标准，建立国家教育机器人评测与评定网上中心，开发教育机器人关键部件及整体系统检测仪器仪表实时系统，实施第三方网上评价与异地认证。

5.构建教育机器人产业联盟

为了更好地满足多样化的用户需求，坚持经济全球化大方向，发挥高校、科研院所、企业和行业组织的作用，健全高效灵活、优势互补的教育机器人产学研用协同创新体系，在教育机器人产品试制、功能完成、系列产品打造和产业链塑造等方面进行全方位一体化设计；根据科技部、财政部等六部委《关于推动产业技术创新战略联盟构建的指导意见》的精神，有条件的产业园、经济带依托省市县区域，[10]成立教育机器人方面的产业联盟或行业协会，致力于产学研综合体，在行业引领、产业定位、人才培养、标准制定、技术创新、产品开发、实验室建设、课程体系开发、社会服务等方面发力引领教育机器人产业健康发展，解决人才供给不足的难题；同时从理论层面、学科体系和标准研究与制订的高度开展人才培养体系及平台构建方面的工作；从中国企业文化环境、全国产业聚合和宏观布局层面出发，结合区域经济的产业类型、区块特点、人才匹配和政策优势等方面因素，进行正确的产业布局，打造教育机器人特色的产业链，形成产业集群。鼓励有条件的企业进行教育机器人系列品牌建设，整合区域产业优势，形成示范产业应用工程及基地。[11]立足有效果、关联度高，分层次、分步骤进行市场差异化发展，促进传统产业企业与互联网及新技术企业耦合发展，借助行政手段和资本杠杆进行整合与重组，实现跨界融合，培育具有强劲竞争力的龙头企业，形成教育机器人产业重新布局及链条式发展。

6.整合资源，加强统筹

推动教育机器人产业良性发展，不但需要地方政府的正确产业导向，还需要发展改革、工业管理、科技服务和财政税收等不同职能部门之间的资源配合及大力支持。一是利用好中央基金及资金扶持政策，抓住重大技术装备保险补偿及免税政策，鼓励企业加大资金投入，提升科技生产水平，发挥关税动态保护作用及优惠措施，利用多样化的投融资渠道，借助银行、基金在业务范围内支持教育机器人优势，采取海内外的投融资、并购及上市手段发展企业。

二是用好用活产业政策，在有条件、有环境、有后劲的地方，发展教育机器人产业集群，引导生产要素与产业链的聚集。[12]

三是地方政府营造一个良好守信的市场氛围，鼓励企业形成行业标准与体系，鼓励教育机器人知识产权申请与保护，形成教育机器人行业注册及数据统计制度，打造教育机器人产业联盟和服务共享平台，集中资源向高深方向发展，构建教育机器人产业孵化转型及综合服务平台。

四是政府部门在行业管理上应更为系统、严谨，做到精准指向。财税扶持重点要向研发环节过渡，进一步提高对核心技术的财税扶持力度，提高对基础理论研究和关键技术开发的财政补助强度，扩大研发型企业税收优惠政策。此外要规范应用环节的财税政策，完善支持手段，进一步建立规范管理制度。政府部门在行业管理上应更为系统、严谨，如行业准入设立一定的门槛、标准，实施基于诚信体系前提下的注册制。如产业税收优惠政策、补贴政策、考核指标方面，能量化就要量化，该明确就要明确。行业对知识产权加强保护，官方处理纠纷要严谨、严格。

五、结束语

通过对教育机器人产业化路径的论述，教育机器人的教育特性与服务功能重要性得到比较完备的彰显，无论教育工作者还是产品生产厂家，甚至是学习者，都需对教育机器人进行系统了解与全面认识，而且厘清教育机器人的各自产品属性、产业特点及产业化的可行性，[13]这样不但有助于适合本土的教育机器人落地生根，也可以促进外埠及国外品牌进行本土化转型及提供更加适合中国人的教育机器人产品，当然也会涉及资源配置与售后服务等方面，促进机器人辅助教育的发展。在“互联网+”时代，恰当发挥政府宏观调控的杠杆优势，立足本国，面向国际，引导教育机器人产业进行科学布局，打造具有时代特色的教育机器人产业基地，形成中国特色产业集群。