推进机器人教育：背景、定位及可能路径

周进 叶俊民

摘 要：机器人教育强调手脑并用、知能并举，是培养中小学生创新实践能力的重要载体。首先，文章分析了机器人教育的发展背景。其次，文章将机器人教育定位为发展学生核心素养的中坚力量、基础教育课程改革的核心抓手和推动智能教育发展的重要基石。最后，文章提出制定相关政策、强化师资队伍建设、开发优质课程资源、加快建设教学环境、建立示范点是推进我国机器人教育普及的可能路径，以期为我国中小学机器人教育的深入发展提供一些有益的参考。

关键词：机器人教育;人工智能;教育机器人

中图分类号：G434 文献标志码：A 文章编号：2096-0069（2019）03-0015-06

在人工智能和机器人技术的推动下，人机结合的教育可能是未来教育的普遍形态[1]。2018年4月，教育部颁布的《教育信息化2.0行动计划》中明确指出，要加强智能教学助手、教育机器人、智能学伴等关键技术研究与应用。机器人教育作为机器人技术在教育领域的典型应用模式，对发展学生的设计思维、计算思维和创新思维具有重要价值，并逐步成为共识。可以说，机器人教育在创新人才培养上拥有无法比拟的发展前景，并将迅速在我国教育教学领域火热起来。然而，无论是机器人教育的研究者还是一线实践者，都应在机器人教育的热潮中保持冷静思考，形成对机器人教育的发展背景、战略定位以及可能路径的清醒认识。

一、机器人教育的发展背景

近年来，在我国基础教育课程改革的推动下，中小学机器人教育取得了较快发展。毋庸置疑，中小学开展机器人教育与科技进步密切相关，其发展背景更为复杂和多样。

（一）智能时代对人才培养的需求

随着大数据、人工智能、区块链等技术的不断发展与逐步应用，预示着智能时代的来临。《智能教育2018观塘宣言》认为，智能教育具有丰富的内涵，既是以人工智能为知识与内容的教育，也是强调用智能技术作为环境与工具的教育，更是以培养适应智能时代的人才为目标的教育[2]。这表明人才培养已成为智能时代教育实践的重要使命，并已成为共识。此外，根据《全球人工智能产业分布》报告，中国在人工智能项目的数量已超美国，但人才储备方面却远远落后[3]。为此，教育部于2018年4月颁布《高等学校人工智能创新行动计划》，明确指出要不断推动人工智能与教育深度融合，加大人才培养力度，鼓励和支持在中小学开展人工智能普及教育。换句话说，智能时代的人才培养要以中小学开展普及教育为契机。毫无疑问，机器人教育是当前中小学开展人工智能普及教育的重要途径，其满足了智能时代对人才培养的需求。

（二）开源运动提供了精神引领与技术支持

开源运动是开放源码运动的简称，是计算机科学领域的一种文化现象，其意义在于开放源代码、信息共享和自由使用[4]。开源运动追求自由、分享的理念，其背后体现了一种开放精神。在全球化进程中，“开放”已成为当今世界发展的主旋律，是人类文明进程中重要的文化精神，也为机器人教育的实践提供了精神引领。可以说，开源运动不仅为机器人教育的实施与推广提供了技术支持，而且体现了一种开放创新的理念，让学生体验课程学习的快乐和分享学习中的收获。目前，市场上常见的开源硬件开发平台有50余种[5]，而在中小学机器人教育中使用较多的开源硬件开发平台有Arduino、树莓派等，这些开源硬件具有一些共同的优势，包括价格适中、简单易上手、兼容性强、用户基数大等，这些优势是推动和普及中小学机器人教育的重要保障。

（三）创客教育与STEM教育的直接推动

作为一种新型的教育形态，创客教育秉承“开放创新、探究体验”的教育理念，以“创造中学”为主要学习方式，并以人才培养为核心目的[6]。从已有研究和实践来看，其特点主要包括以下六个方面：第一，教育理念强调开放创新;第二，教育目标注重培养学生的综合实践能力与创造力;第三，学习方式侧重学生自主体验与探究创造;第四，学习工具包含了Arduino、树莓派等开源硬件;第五，学习结果强调以作品为导向;第六，学习评价采用多元评价方式。可以发现，在教育理念、教育目标、学习方式、学习工具、学习结果、学习评价六个方面，中小学机器人教育与创客教育高度相似。换句话说，机器人教育是中小学创客教育实践的有效载体。近年来，创客教育俨然已成为中小学探索创新教育的热点方向，这为机器人教育的实践与普及提供了绝佳的发展条件。

STEM教育是Science（科学）、Technology（技术）、Engineering（工程）和Mathematics（数学）四门学科的简称，强调多学科的交叉融合，以培养学生的创新精神与实践能力[7]。作为一种教育理念，STEM教育强调通过跨学科整合来学习多学科知识，课程学习注重与学生实际生活相联系。在学习方式上，STEM教育提倡项目式学习，鼓励学生动手实践来解决真实问题。而机器人教育涉及物理、工程、艺术、生物等多学科知识，强调应用教育机器人来解决实际问题，这与STEM教育的跨学科理念吻合。此外，STEM教育所倡导的项目式学习法也是机器人教育实践常用的学习方式[8]。简言之，STEM教育与机器人教育密切相关，其教育理念与学习方式相同。毋庸置疑，在STEM教育的热潮下，机器人教育的实践与普及也得到了迅速发展。

二、机器人教育的战略定位

当前，人类正迈入智能时代，以人工智能为代表的智能技术正深刻影响社会生产和生活的各个方面。加快创新型人才培养和储备，已成为世界各国应对智能时代挑战的重要举措，而机器人教育是落实这一举措的必要路径。换言之，确立机器人教育的战略地位是加快我国创新型人才培养和推动我国基础教育改革发展的必然要求。本研究认为，机器人教育是发展学生核心素养的中坚力量、基础教育课程改革的核心抓手以及助推智能教育发展的重要基石。

（一）机器人教育是发展学生核心素养的中坚力量

21世纪以来，科技的迅速发展对当前人才培养提出了更高的要求，也对当前教育体系产生了极大的冲击与挑战。为此，教育界亟须思考和回答“培养什么样的人？”这一重要问题。核心素养也许是回答该问题的一劑“良药”。核心素养是指学生适应终身发展和社会发展需要的必备品格和关键能力，包括人文底蕴、科学精神、学会学习、健康生活、责任担当、实践创新六大素养[9]。不难发现，科学精神、学会学习以及实践创新是机器人教育的核心价值取向。具体来讲，在科学精神层面，机器人教育鼓励学生勇于探究，并以批判质疑的态度去辩证地分析问题，进而让学生理解和掌握基本的科学原理与方法，发展其理性思维;在学会学习层面，机器人教育能激发学生的学习兴趣，通过解决实际问题来帮助学生认识和理解学习的价值;在实践创新层面，机器人教育鼓励学生善于发现问题和提出问题，并制定合理的解决方案，通过应用工程思维，将创意和方案转化为成品并不断调试和优化，以培养学生的动手实践能力。综上所述，可以说，机器人教育是发展学生核心素养的中坚力量。

（二）机器人教育是基础教育课程改革的核心抓手

近年来，随着国家基础教育课程改革的不断深入，中小学课程改革取得了一些成效和经验，但也面临诸多问题与挑战，比如，素质教育推进困难、部分课程（主要是综合实践活动课）实施艰难、探究教学实施乏力、中小学课业负担过重、学生创新能力不足等[10]。改革是解决教育难题和直面教育挑战的唯一途径，是落实立德树人的根本任务、推进素质教育以及提升教育质量的必然要求。

机器人教育是一种具有鲜明时代色彩和技术特点的教育模块，可以作为基础教育课程改革的核心抓手。从教育理念看，机器人教育活动设计与实践是以发展学生核心素养为指导，强调手脑并用、知能并举，以培养学生的问题解决能力、批判精神以及创新思维。从课程结构看，机器人教育强调以模块化的方式进行组织，通常情况下以主题或项目的形式来构建整个课程体系，以便于课程内容灵活组装与实施个性化教学。从学习活动看，机器人教育倡导探究体验式学习，从学生的实际生活问题出发，引导学生展开小组合作与探究。从学习内容看，机器人教育提倡跨学科整合，运用多学科知识来解决问题，为培养新时代跨学科、复合型、高素质人才提供了良好平台。此外，在新技术、新理念的推动下，我国中小学机器人教育取得了较快发展，其课程价值已逐步获得社会的认可。可以说，机器人教育在解决基础教育课程改革相关问题中具有重要价值，是基础教育课程改革的核心抓手。

（三）机器人教育是助推智能教育发展的重要基石

在人工智能浪潮的推动下，全球多个国家已将智能教育提升为国家战略的高度。新加坡在“IN2015计划”中提出，要着重推进智能教育，以助推教育深化改革[11]。韩国2011年颁布了推进智能教育战略实施计划，描绘了一幅未来教育的崭新图景[12]。美国2016年相继颁布了两个人工智能相关的政策报告，掀起了智能教育研究与实践的热潮[13][14]。我国在2017年颁布的新一代人工智能发展规划中明确指出，要推动人工智能在教学、管理、资源建设等全流程应用，大力推动智能教育发展[15]。智能技术对人类生活方式、思维方式正产生深刻影响，而智能教育是智慧教育的实践路径[16]，也正成为全球教育发展的重要趋势。

智能教育兼具教育属性与技术属性之双重属性。从教育属性来看，智能教育是促进人类智能发展的教育，以培养适应智能时代发展的人才为目标;从技术属性来看，智能教育是强调将智能技术作为工具或环境，以支持或辅助教育教学实践。当前，机器人教育是智能教育实践的新形态，推动和普及机器人教育是助推智能教育发展的重要基石，其作用主要体现在以下四个方面：其一，人才培养从“粗放工厂式”生产转变为“精细个性化”培养，教育质量逐步提升;其二，学习方式从教师讲授转变为学生探究体验，课堂活力进一步释放;其三，活动过程从“重静不重动、重脑不重手”转变为“手脑并用、知能并举”，学习效率显著改善;其四，学习评价从单一固化转变为多形态、多主体，评价结果走向全面、真实。

三、机器人教育的可能路径

毋庸置疑，机器人教育在发展学生社交技能、批判性思维、计算思维等方面具有重要价值，同时在构建个性化学习环境和开发趣味性学习课程方面拥有巨大潜能[17]。近年来，中小学机器人教育的发展虽然取得了一定成效和影响，但在推广和普及的过程中仍面临诸多问题，如理论体系不完善、师资力量薄弱、课程体系缺乏、教育机器人标准不统一等[18][19]。因此，需要从多个角度和不同层面来探索中小学机器人教育发展和普及的可能路径。

（一）制定发展机器人教育的相关政策

在中小学普及机器人教育是一项较为复杂和极具时代意义的教育工程项目，需要政府、社会、学校和企业的广泛关注。为拓宽机器人教育的发展之路，政府需牵头制定相关政策和保障机制。一方面，应加快构建“政企学研”多方协同合作机制，共同推动中小学机器人教育实践和发展。政府要高度重视中小学机器人教育的普及与发展，建立健全制度保障体系，加大对中小学机器人教育的经费扶持力度。企业要积极与学校、科研院所开展合作，加紧研发高质量、易推广的教育机器人产品。学校要开设机器人教育课程，并积极探索机器人教学模式，以培养智能时代所需的高素质、复合型的创新人才。科研院所要关注机器人教育的发展前沿，构建相对完善的机器人教育理论体系。通过多方协同合作，为中小学机器人教育实践和发展提供外部保障。另一方面，应加紧研制较为完善的机器人教育标准体系，加速中小学机器人教育的推广与普及。机器人教育标准体系涵盖课程标准和教育机器人标准。课程标准是中小学开展机器人教育实践的重要依据，高中新课程标准虽然对此留有空间，但小学和初中缺乏对应的课程标准，这极大阻碍了机器人教育的普及之路。因此，应加强机器人教育的顶层设计，构建中小学机器人教育课程体系，并将其正式纳入中小学教育体系中，以此规范课程设置的目标、内容及教材，解决学段衔接不畅、内容五花八门等问题，保障中小学机器人教学质量。教育机器人是开展机器人教育实践的载体，研制教育机器人的统一标准可以减少经费的投入[20]。目前市场上教育机器人产品种类繁多、标准不一，这造成了教育资源的极大浪费。为此，政府应牵头，建立科研院所、学校以及企业组成的多方协作共同体，加紧研制教育机器人统一标准。该标准既要充分考虑中小学校的实际情况，也要符合学生的认知发展规律。

（二）强化机器人教育师资队伍建设

优秀的师资队伍是中小学机器人教育质量的根本保证。相比于传统的信息技术课程，机器人教育课程對一线教师的专业素养提出了更高的要求，不仅体现在教学模式和方法上的差异，更重要的是要求教师具备科学、技术、工程、数学等多学科知识，需要教师具备跨学科整合的能力。因此，强化机器人教育师资队伍建设迫在眉睫。具体而言，可以从以下三个方面着手：一是在信息技术教师对口的大学专业设置机器人专业课程，从源头把关机器人教育的师资力量和质量，形成专业化的师资培养。二是各级教育主管部门应联合高校和企业力量，为在职教师提供有针对性的机器人教育课程培训，在转变教师观念的同时，拓展教师的跨学科视野。三是各区域的教研部门应积极发挥教研和统筹的功能，开展常态化的机器人教育教研活动，主动筹建区域机器人教育联盟，协同促进区域机器人教育均衡发展。

（三）开发优质的机器人教育课程资源

优质的课程资源是机器人教育普及和推广的坚实基础。当前，我国多个地方（如北京、上海、广州、江苏等地）开设了机器人校本课程或地方课程，这对推进机器人教育课程的普及具有重要的现实意义。遗憾的是，优质的机器人教育课程较少，大多数课程以竞赛驱动为主，其教学过程充斥着大量重复性实验、机械性模仿的学习活动[21]。为此，开发优质的机器人教育课程资源显得尤为重要。首先，应开展机器人教育课程研究，探索中小学机器人教学的有效模式和方法，为开发优质的机器人教育课程提供指导。其次，应组建由工程、生物、技术、航空等多领域专家、一线教师、高校科研工作者以及学校管理人员构成的开发团队，以社会需求为导向，紧密联系学生的实际生活，以此来设计和开发优质的机器人教育课程。最后，学校可以与校外机器人教育机构展开合作，在课程开发方面进行深度交流，并以开发优质课程资源为出发点，推进学校与机构的协同合作。

（四）加快建设机器人教学环境

机器人教育涉及软件、硬件、编程、电路以及机械，并强调“做中学”，因而课程实施需要良好的教学环境。换句话说，教学环境的建设是推动中小学机器人教育普及的必要条件。然而，机器人教学环境的建设不是大刀阔斧的改革，更不是“隔空建楼”，应秉持开源节流、因地制宜的建设理念。其一，学校可以继承和改造已有的创客空间。比如，温州中学利用已有的创客空间来积极开展机器人普及教育。其二，应充分利用已有的计算机教室，选用性价比较高的开源机器人硬件。比如，受到一线教师欢迎的Arduino开源机器人硬件，不仅价格低廉，而且能结合已有的计算机教室展开教学。其三，要充分利用既有的网络平台和移动终端，搭建课程学习和管理平台。比如，借助电子书包和在线学习社区搭建课程管理平台，一方面支持学生在线交流和资料收集，另一方面便于教师实施和管理机器人教育课程，从而极大提升中小学机器人教育普及的可行性与便捷性。

（五）建立机器人教育示范点

为推进中小学机器人教育普及，依据“试点先行，以点带面，逐步推广”的原则，在经济条件较好的地区或学校，建立机器人教育示范点，探索机器人教育应用模式，进而逐步向全国推广。比如，我国教育改革前沿省份浙江省已明确提出，到2020年浙江省将建成100所特色鲜明、具有示范引领作用的教育机器人应用试点示范学校[22]。这一创新举措为机器人教育示范点的建设提供了经验借鉴，具体来讲，示范点要积极与科研院所和企业展开协同合作，积极组建由一线教师和行业专家组成的专业团队。同时，定期对管理者和教师展开机器人教育培训，转变学校管理者对机器人教育的认识，提升一线教师开展机器人教学实践的能力。此外，加大经费投入，建立健全体制、机制保障体系，确保示范建设工作稳定运行。最后，制定有效的激励措施，鼓励各学科教师积极展开机器人教学创新应用。

四、小结

创新人才培养是基础教育课程改革的内在核心。当前，我国中小学机器人教育的实施依然停留在以竞赛模式为主，其普及率仍然很低[23]。因此，亟须厘清机器人教育的发展背景、战略定位以及可能的路径，才能有助于推进我国中小学机器人教育的普及与深入发展。需要指出的是，在推进机器人教育的普及过程中，难免会遇到各种问题与挑战，这需要研究者和实践者协同合作，共同谱写我国中小学机器人教育发展的新篇章。

[1]杜占元.人工智能与未来教育变革[J].中国国情国力，2018，（1）：6-8.

[2]科大讯飞智能教育专家委员会.智能教育2018观塘宣言[J].现代教育技术，2018，28（8）：126.

[3]缺口500万！人工智能人才如何“高校造”[EB/OL].（2018-04-08）[2019-01-24].http：//www.stdaily.com/rgzn/duihua/2018/  04/08/content_656029.shtml.

[4]钟柏昌.谈创客教育的背景、本质、形式与支持系统[J].现代教育技术，2016，26（6）：13-19.

[5]雒亮，祝智庭.开源硬件：撬动创客教育实践的杠杆[J].中国电化教育，2015，（4）：7-14.

[6]杨现民，李冀红.创客教育的价值潜能及其争议[J].现代远程教育研究，2015，（2）：23-34.

[7]余胜泉，胡翔.STEM教育理念与跨学科整合模式[J].开放教育研究，2015，21（4）：13-22.

[8]SPOLA R N，BENITTI F B V.Robotics Applications Grou-  nded in Learning Theories on Tertiary Education：A System-  atic Review[J].Computers & Education（S0360-1315），2017，  （112）：97-107.

[9]核心素养研究课题组.中国学生发展核心素养[J].中国教育学刊，2016，（10）：1-3.

[10]中国教育科学研究院课程教学研究中心课题组.基础教育课程改革十年：经验、问题与对策[J].教育科学研究，2012，（9）：5-12.

[11]赵银生.新加坡推进智能教育的经验对我们的启示[J].中国电化教育，2013，（3）：29-31.

[12]朴钟鹤.教育的革命：韩国智能教育战略探析[J].教育科学，2012，28（4）：87-91.

[13]闫志明，唐夏夏，秦旋，等.教育人工智能（EAI）的内涵、关键技术与应用趋势：美国《为人工智能的未来做好准备》和《国家人工智能研发战略规划》报告解析[J].远程教育杂志，2017，35（1）：26-35.

[14]马玉慧，柏茂林，周政.智慧教育时代我国人工智能教育应用的发展路径探究：美国《规划未来，迎接人工智能时代》报告解读及启示[J].电化教育研究，2017，38（3）：123-128.

[15]国务院关于印发新一代人工智能发展规划的通知[EB/OL].（2017-07-20）[2019-01-24].http：//www.gov.cn/zhengce/content/2017/07/20/content_5211996.htm？gs_ws=tsina_636394 431999454091.

[16]祝智庭，彭红超，雷云鹤.智能教育：智慧教育的实践路径[J].开放教育研究，2018，24（4）：13-24.

[17]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，2018，24（4）：43-52.

[18]徐多，胡卫星，赵苗苗.困境与破局：我國机器人教育的研究与发展[J].现代教育技术，2017，27（10）：94-99.

[19]黄芹，陶云，王玉金，等.中小学模块化机器人教育探究[J].现代教育技术，2018，28（7）：113-119.

[20]黄荣怀，刘德建，徐晶晶，等.教育机器人的发展现状与趋势[J].现代教育技术，2017，27（1）：13-20.

[21][23]钟柏昌.中小学机器人教育的困境与突围[J].人民教育，2016，（12）：52-55.

[22]浙江省教育厅.关于开展教育机器人应用试点示范建设工作的通知[EB/OL].（2018-06-15）[2019-01-24].http：//jyt.zj.gov.cn/art/2018/06/15/art_1532985_27488095.html.

（责任编辑 乔磊）