机器人教育研究现状及热点剖析

王秀艳　田新芳　杨小珍　林雯

[摘 要]机器人教育是当前教育领域的研究热点之一，为了解和分析我国机器人教育的研究现状及热点，文章运用计量分析法、词频分析法和共词分析法对中国期刊网全文数据库近16年相关文献进行了研究。结果表明：机器人教育研究整体呈快速上升趋势;师范类院校是研究的主要力量;当前研究热点主要是机器人教学工具及技术应用、机器人教学模式及方法、人工智能与机器人课程教学资源及机器人教育与信息技术课程融合等几个方面;当前研究存在研究方法相对单一、研究内容不够深入、可推广的应用模式较少等不足。

[关键词]机器人教育;共词分析;内容分析;创客教育

[中图分类号]G434 [文献标识码]A [文章编号]1008-7656（2019）05-0038-05

引言

2017年，国务院颁布的《新一代人工智能发展规划》明确了人工智能相关课程的开设，积极推动编程教育的发展[1]。2018年，《教育信息化2.0行动计划》指出，要发展智能教育，积极探索新模式、开发新产品、在新技术背景下推进教育教学创新[2]。一系列文件的出台以及人工智能的浪潮助力机器人教育向前发展，机器人教育是当前教育领域的热点之一。那么国内机器人教育的研究现状如何？研究热点有哪些？为系统把握我国机器人教育研究现状及热点，文章运用计量分析法、词频分析法和共词分析法对CNKI数据库2002～2018年国内机器人教育相关文献进行分析和研究，以期得出相关结论，为机器人教育研究提供参考。

一、国内机器人教育研究的现状

为了解我国机器人教育研究现状，文章引用“中国期刊全文数据库”数据，以关键词为检索条件，分别以检索词 “机器人教育”“机器人教学”和“机器人课程”对2002～2018年的全部文献进行检索，共检索到640篇文献。去除重复的以及与本研究相关度不高的文献，得到样本文献468篇。借助Bicomb和SPSS20.0软件， 对国内机器人教育文献的年份、核心作者、机构分布和关键词等进行统计描述，从而得出相关结论。

（一）国内机器人教育研究整体呈快速上升趋势

我国机器人教育整体呈快速上升趋势。国内机器人教育研究的发展大致分为三个阶段：起步和缓慢发展期（2008年以前），这个阶段文献数量相对较少，表明该阶段机器人教育关注度较低;平稳发展期（2009～2013年），这一阶段发文数量趋于平稳;快速发展期（2014～2018年），这一阶段发文数量快速增加。

此外，在2002～2018年间发文量出现了三个峰值，分别为2008年，2013年和2018年。究其原因，国家相关发展政策和系列发展文件对机器人教育的发展具有重要的推动作用。2012年，《国家中长期教育改革和发展规划纲要（2010—2020年）》高度重视学生创新能力的培养，这一举措有力推动了相关领域的实践和研究的发展。2018年1月，教育部发布《普通高中课程方案和语文等学科课程标准（2017年版）》，将“机器人设计与制作”模块列入其中，相关研究文献的数量达到了峰值。从整个趋势上看，国内机器人教育研究处于不断发展的状态。

（二）国内机器人教育研究的主要力量集中在师范类院校

据统計，468篇文献中，个人论文发表量最多为13篇。其中，钟柏昌、秦健、张剑平、张国民、王益、王小根、杨建磊、王同聚8 位作者是我国机器人教育研究领域的高产作者，也是师范类高校相关教辅人员或研究人员，对机器人教育的研究有较为成熟的见解。例如，钟柏昌团队建构了适用于中小学阶段机器人教育的教学模式，如趣味交互型教学模式、实验模拟型教学模式和科学探究型教学模式等，为探索机器人教育的教学模式提供思路。

从研究机构发文数量看，排名前16的研究机构主要是师范类性质的院校以及一些教育类的研究机构。其中，陕西师范大学发文量为26篇 ，位列第一。其次为南京师范大学和重庆师范大学，发文量分别是20篇和15篇。据了解，南京师范大学近年来申报了机器人教育的相关课题，有如基于“多平台、跨学科、聚类化、重创造”等为主题的机器人教育项目研究。除此之外，重庆师范大学早已在机器人领域提前布局，成立了机器人创新实验室，定位于教育机器人研发及教学，以“项目驱动、产学研结合”为人才培养思路，为学生提供发展的平台。

（三）国内机器人教育研究的主要领域

高频关键词在一定程度上反映了机器人教育研究领域的热点以及研究者关注的焦点。参考陈瑜林提到的高频关键词标准[3]，笔者选择出现频次大于8次（含8次）的关键词作为本研究的高频关键词进行分析。

统计可知，出现频次为8次以上（包含8次）的关键词有22个，除去主要检索词本身，排名靠前的是机器人、中小学、创客教育、教育机器人、人工智能这5个高频关键词，反映关于机器人教育的研究主要围绕机器人教学、中小学、创客教育、人工智能等方面的主题进行。

关键词聚类分析是根据关键词两两在同一篇文章中出现的次数，应用聚类的统计学方法，把关联紧密的关键词聚集在一起形成类团[4]。由于研究需要，去除“机器人教育”这个核心关键词，在Bicomb软件中，设定频次阈值（≥8，≤92）生成共现矩阵，将共现矩阵导入 SPSS20.0进行聚类，得出聚类树状图（如图1所示）。根据聚类图划分方法，将关键词聚合为四类主题。

主题一涉及机器人竞赛及技术应用，包括机器人竞赛、机器人技术等关键词;主题二涉及机器人教学及实践研究，包括教学模式、机器人教学等关键词;主题三涉及机器人智能应用，包括人工智能、机器人课程等关键词;主题四涉及创客教育，包括创客教育、创客两个关键词。

多维尺度分析可以对之前的聚类分析结果起到矫正的作用[5]。为了挖掘高频关键词之间的内在联系，本文借助SPSS20.0的多维尺度分析功能，生成Eudidean距离模型散点图（如图2所示）。结合图1聚类树状图，将机器人教育研究主要领域概括为四个方面：机器人教学工具及技术应用，机器人教育与中小学信息技术课程的有效融合，机器人教育的教学模式及实践，人工智能与机器人课程教学资源开发。

二、国内机器人教育的研究热点剖析

多维尺度绘制出的坐标称为战略坐标，它体现一个领域或亚领域的结构，即各个象限分布代表各个热点领域的主题联系及其重要性。结合文献，笔者将对机器人教育的各个热点领域进行解读。

（一）机器人教学工具及技术应用研究

技术与工具是机器人教学的关键。开发机器人的关键技术、创作工具以及软件设计等，为机器人教学提供了技术支持。增强现实、仿生科技、虚拟现实、语音识别以及3D打印等智能化的教学工具和新兴技术，能激发学习者的学习兴趣。目前，关于机器人这方面的研究主要倾向于工具或技术的整合、应用以及效果评价。面向未来，机器人教育与新兴技术整合成为机器人教育研究的重要方向，同时，这也是让机器人教育得以持续发展的有力途径[6]。因此，应积极探索有效支持机器人教育的工具和技术，让机器人教育紧跟时代潮流，保持发展的活力。

由图2可知，领域一横跨第一和第四象限，其中处在第四象限的相关研究成果相较于其他领域的相关成果而言还较少，而“机器人竞赛”处于坐标轴的纵轴上，表明其是该研究领域的焦点。当前，竞赛仍是机器人教育推广的重要形式，其具有趣味性、挑战性和综合性，相当大程度地带动了机器人在学校教学中的实施和普及。但是，机器人在教学中缺乏独立的评价机制，机器人竞赛的成绩成为当前机器人教育评定的主要标准，人们时常因为过多强调比赛的“成绩”而弱化了竞赛的教育价值。由机器人竞赛带来的各方面的影响，引起学者的关注与思考。

（二）机器人教学模式及实践研究

机器人教学的实施，关键还是教学模式和方法的选择。在图2中，领域2处于第一象限，表明其主题自身的内部联系紧密，并且其研究成果处于机器人教育相关学位论文的中心地位。近年来，不少学者根据实际问题对教学模式和教学方法进行了研究。例如，钟柏昌团队针对机器人教学实际，对教学模式进行了系统的分类并对各分类进行了深入研究，从论实验模拟型，论科学探究型到发明创造型，趣味交互型教学模式等，一步步发掘和完善适用于机器人教学理论和实践的教学模式和方法。刘淑云结合创客教育，针对“重竞赛轻教学”等问题，构建了创客理念下师范院校的机器人教学模式[7]。另外，在一些机器人教学的教材中，主张基于项目或者任务驱动等的教学模式和教学方法，主张引导学生“做中学”。引导学生学会学习，是让学生掌握机器人知识和技能的关键。

在国内，机器人教育研究在教学模式与教学方法领域取得了一定的成果，但总的来说，目前可借鉴的机器人教学设计模式研究较少，人们往往忽略机器人的角色与教育作用，只是单纯地将其作为一种学习工具。机器人教育学科综合性较强，在构建教学模式时，需根据教学实际情况，灵活应变。

（三）人工智能背景下机器人课程教学资源研究

机器人具有跨学科性，是一门多学科高度交叉的前沿学科，课程教学较为复杂，要想有效实现这一复杂的过程，课程教学资源就要更为科学，更为丰富，更具有适用性。据了解，教材、机器人产品及课外资源三类是机器人教育教学资源的主要来源。不少学者针对课程资源进行了研究并尝试探寻课程建设、资源开发的方法和途径。郭丹、张国民等探析了机器人产品的设计与功能特性，为机器人产品的设计与开发提供参考[8]。人工智能以及机器人教育作为新兴手段，促进教育教学改革，对已经普及的信息技术课程是一种辅助也是一种提升。張家华、张国民团队用内容分析法对2008年以前出版的五本高中人工智能教材、教学平台和专题网站进行分析，指出了教学资源的局限并给出相关的建议，为教学实践者和研究学者提供理论参考[9]。

由于各地、各校教学水平、教学条件不一，再加上市场上的机器人产品品牌纷杂多样、资源五花八门，各校使用的机器人软、硬件设备也不尽相同，教材难以统一。不少学校都是根据所选机器人产品的产品使用说明或用户指南进行教学与学习，或者根据所用的编程软件自编教材， 这对教师队伍提出了更高的要求。然而，查阅文献可知，目前机器人教育的师资队伍整体水平较为薄弱，这也是机器人教育发展的困境之一。

（四）创客背景下机器人教育与信息技术课程的融合研究

信息技术课程自2004年在中小学普及实施以来，在教育中的地位不断提升。信息时代，中小学提倡信息技术与学科融合，不断优化教育教学模式，积极发展创新教育。机器人的相关教育随着时代3D仿真虚拟机器人软件平台的出现逐渐进入中小学教育的视野，在创客教育理念支持下，机器人教学的实施形式也慢慢丰富起来，信息技术学科与机器人教育的融合就是其中一种。在创客教育背景下，机器人教育更易于被认识、被接受，从而受到更多的关注[10]。林君秋整合机器人教学与学科教学，他强调要考虑学生已有知识水平及能力水平，根据学生已有知识的基础合理开展相关学习活动[11]。

机器人教育强调从教学到学习的转变，对于个性化学习环境的搭建及趣味课程的开发具有很大的影响力。它既是学习的对象，也是认知和教学的工具。目前多作为信息技术课程的一部分展开教学，在一定程度上为培养创新型人才提供有利支持。由图2可知，领域四处于第二象限，表明该主题自身的内部联系较为松散，可以加大对它们的研究力度。除与信息技术学科教育融合外，机器人教育还可以与物理、数学、医学、机电等学科进行融合探究与实践， 而国内在这方面的探讨还比较薄弱[12]。因此，如何在创客理念下有效融合机器人教育和其他学科还有待探索。

三、机器人教育研究中存在的不足

机器人教育随其发展受到越来越多关注，在研究领域也取得了一定的成果，但相对来说，研究中还存在一些问题，梳理存在的问题和面临的挑战，对促进我国机器人教育研究具有现实意义。

（一）研究方法相对单一

一般的科学研究方法包括实验研究法、实地观察法、社会调查法、文献研究法等。本研究的样本文献中，多为文献研究法，也有社会调查法，但为数不多，结合多种方法进行研究的也在少数。如在研究机器人教育发展现状时，钟柏昌和张禄团队就用问卷调查方式从教师、学生、教学环境几个方面对机器人教育的现状进行研究，把握当前人们对机器人教育的理解和认识（2015）[13]。通过深入分析文献，发现机器人教育相关研究多为定性研究，定量研究较少。多种研究方法的结合使用有利于克服单一角度的认知局限，并且定量研究实现数据可视化，更具有说服力。

（二）研究内容不够深入

这一点主要表现在，论文内容涉及面较广，讨论涉及很多层面的内容但研究不够充分、深入。部分研究的切入点和研究内容相似，热点研究话题雷同，容易造成对前人研究成果的一些堆叠。不少学者在对小学机器人教学情况进行探讨时，提供了宝贵的经验，但是，文章提出的重比赛、重主科、流于形式的这些问题，并未能进行深入探讨，也未能提出解决问题的有效策略，类似的情况不在少数。坚持找到新的切入点， 深化对现实问题的认识研究是该研究领域的展望之一。

（三）可推广的应用模式较少

研究模式是一种开展研究的思路及类型，研究模式代表著研究诉求，一般的研究模式有问题解决、实践变革、经验总结模式等。在进行研究时，不少学者从不同切入点对机器人教育进行了探讨和论述， 并提出相关建议，但可推广使用的应用模式较少。例如，有研究学者针对农村中小学教学条件不足的实际情况，构建一系列教学模式，为农村中小学机器人教学实践提供了理论参考，但是其主要致力于理论的论述，在实践例证上较为薄弱，对于中小学教师而言，在理解和推广上具有一定的难度。

[参考文献]

[1]国务院.新一代人工智能发展规划[R]. 2017.

[2]教育部关于印发《教育信息化2.0行动计划》的通知.[EB/OL]（2018-04-25）[2019-04-22].http：//www.moe.edu.cn/srcsite/A16/s3342/201804/t20 180425_33418 8.html.

[3]陈瑜林.我国教育技术主要研究领域的历史演进——基于CNKI“两刊”关键词、主题词的类团分析[J].电化教育研究，2012（8）.

[4]叶爱敏，王佑镁.基于知识图谱的微课研究热点与趋势分析[J].现代教育技术，2015（11）.

[5]储节旺，闫士涛. 知识管理学科体系研究（下）——聚类分析和多维尺度分析[J].情报理论与实践，2012（3）.

[6]周进，安涛，韩雪婧.国际机器人教育研究前沿与热点——基于Web of Science文献的可视化分析[J].开放教育研究，2018（4）.

[7]刘淑云，马燕，范文翔.创客理念下师范院校的机器人教学模式探究[J].现代教育技术，2016（7）.

[8]郭丹，陈兴瑞，张国民.不同教育阶段教育机器人功能设计分析研究[J].江苏技术师范学院学报，2010（12）.

[9]张家华，张国民.人工智能与机器人课程的教学资源分析[J].中国电化教育，2008（10）.

[10]吴永和，李彤彤.机器智能视域下的机器人教育发展现状、实践、反思与展望[J].远程教育杂志，2018（4）.

[11]林君秋.优化学科整合 提高拓展型课程的教学效能——以机器人科目“转向控制”单元设计为例分析[J].现代中小学教育，2012（3）.

[12]钟柏昌，张禄.我国中小学机器人教育的现状调查与分析[J].中国电化教育，2015（7）.

[作者简介]王秀艳（1996-），女，广西合浦人，南宁师范大学计算机与信息工程学院硕士研究生，研究方向：信息化教学设计;田新芳（1993-），女，广西百色人，南宁师范大学计算机与信息工程学院硕士研究生，研究方向：混合式教学设计;杨小珍（1989-），女，广西贺州人，南宁师范大学计算机与信息工程学院硕士研究生，研究方向：教育技术应用;林雯（1974-），女，广西梧州人，南宁师范大学计算机与信息工程学院副教授，硕士研究生导师，研究方向：信息化教学设计、教育技术基本理论、教育技术应用等。

[责任编辑 孔文静]