中小学机器人教育困境路径探寻

张津玮

(武汉大学 教育科学研究院，湖北 武汉 430000)

0 引言

2018年教育部在《普通高中通用技术课程标准(2017年版)》(以下简称课标)中，将“机器人设计与制作”模块纳入普通高中阶段通用技术的选择性必修模块，与此相关的是在信息技术学科中，设立“人工智能初步”并将编程纳入学习内容。在此背景下，机器人教育中存在的许多问题暴露出来，如基础教育阶段机器人教育“外热内冷”的状态；课程拘泥于形式教学内容单一，忽视学生综合能力的培养等。基于以上问题，要从根源上提升机器人教育质量，不仅需要国家层面政策推动，还需要从现状与困境切入，结合理论与实践探寻解决路径。

1 机器人教育现状与困境

1.1 机器人教育概念

机器人教育，至今较权威的定义由彭绍东[1]教授于2002年提出：机器人教育是指学习、利用机器人,优化教育效果及师生劳动方式的理论与实践。可从理论与实践两方面理解：理论部分包括自身理论与现有理论的有机结合，形成一套独立的科学体系；实践部分则把机器人视为学习内容或教学工具，以此为基础开展系列教学活动，教学活动通过具体实践应用完成。最终目的是通过机器人教育将教学效果朝向最优方向发展，进而优化教学效率。

1.2 机器人教育主要开展方式

1.2.1 学校课程

《普通高中通用技术课程标准(2017年版)》将课程类别调整为必修课程、选择性必修课程与选修课程。在保证共同基础前提下，为不同发展方向学生提供有选择的课程。选择性必修课程根据学生个性发展与升学考试需要设置，选修选考[2]。“机器人的设计与制作”这一模块被归在通用技术选择性必修中，并由“机器人结构与传动机械”、“机器人感知与传感器”、“机器人控制器”、“机器人控制策略”4单元组成。在义务教育阶段则有略有区别，机器人设计与制作被归入信息技术课程并且以选修形式开设。

1.2.2 课外活动

这部分包括校内兴趣班与校外培训。由于开展机器人课程需要配备系列设施，导致一些学校无法满足全体学生学习需求，只能以校内兴趣班形式开展机器人课程。然而因课时限制无法满足机器人教育所需条件，于是大量机器人培训机构迅速占据教育市场。

1.3 校外培训市场巨大

目前中小学机器人教育存在明显“外热内冷”现象，即校外机器人培训市场火爆，校内机器人教育不温不火。我国机器人教育产业发展迅猛，截至2016年9月，全国范围有7 000-8 000家机器人教育培训机构，比2011年增长了近15倍，专家预计到2025年，我国机器人教育产业市场将达到3 000亿元[3]。校外培训由于监管力度不大，缺乏行业标准存在以下问题：①校外培训打着培养创造性思维的口号，收取高昂费用；②培训机构所使用的机器人配套设备及教材五花八门，兼容性不高，课程设置是否符合学生身心发展无法检验；③师资不均衡导致教学效果与质量缺乏保证。

1.4 机器人课程存在偏差

近年，聚焦机器人课程的研究日渐丰富，出现许多新颖的课程设计与教学模式，但中小学机器人课程在教育内容层面存在侧重学科本位，重技术轻整合的现象[4]。培养学生创新应用能力是机器人教育的重心，也是机器人教育核心价值的体现。但实际教学情景中，创新能力培养被束之高阁。具体表现为教师基本沿袭传统讲练结合或封闭式任务教学法，以简单搭建组装为主要教学任务，学生按照设定步骤程序完成机器人制作，不仅缺少创新思维引导，而且持续削弱学生个性[5]。

机器人只是作为学习对象，关于机器人基础知识与基本操作技能的学习构成了机器人课程的核心或全部内容，总体来说机器人课程体系还不够科学，阻碍着机器人教育的发展。

2 提升机器人教育质量路径探索

2.1 师资培养与提升

师资是制约机器人教育发展的关键因素。学校信息技术教师虽然具备大类学科相关背景，但容易将信息技术课上惯用教学方式与固定教学思维带到机器人教学中。机器人课程区别于其它课程关键在于，这是一门偏重实践的课程，主要培养学生动手实操能力与应用创新能力。因此，教师要最大化激发学生综合能力，首先自身应熟练掌握操作，进而传授给学生。这里传授不仅仅是指机械、单一的操作流程示范，还要把其中原理知识与思维方式通过课堂教给学生。因此提高教师整体素质与能力显得尤为重要。

提高师资水平需加强人才的供给输出。一些师范院校中教育技术、信息技术或者非师范院校计算机专业可以将机器人课程尽快纳入培养体系，最好是以专业必修课的形式，考核方式以实操为主，知识为辅[6]，同时为学生提供观摩真实中小学课堂的机会，储备经验。除了培养新型教师外，一线教师则要加强交流学习，尤其是校际合作，学校可联合从校外或者高校聘请专业教师给予指导。教师通过培训改进教学，螺旋式提升教学水平。

2.2 以学生发展为导向

(1)课程设置再完善。《义务教学阶段信息技术课程标准》指出，学会设计与制作简单的机器人，具备识别机器人基本构造、描述部分功能工作原理、区分各类传感器等能力，并根据实际生活设计、制作或组装简单的实物机器人[7]。此外还突出编程思维培养，引入流程图让学生掌握利用程序设计解决问题的基本过程。相对而言，高中阶段培养目标则更细致全面，这就导致从义务教育阶段向高中阶段衔接不够。一旦学生缺乏相关基础知识背景则较难适应高中阶段学习。此外，迫于高考压力机器人课程易被边缘化。选择性必修看似突出学生自主权，但对机器人教育来说具有一定局限性。由于通用技术中选择性必修共计11个模块，学生选择机器人设计与制作的概率仅为9%，因此有必要在必修课程中普及机器人基础知识，有效引导学生选择这一模块深入学习。总而言之，让机器人正式进入课堂，还需不断完善课程设置，落实课程目标。

(2)教学模式再开发。以往的机器人课堂教师一般沿用讲授法、任务驱动法等基础教学方法，但传统教学方法与机器人课程融合度欠缺，因此教师应该充分考虑学生特征，更新教学方式。如果学生动手能力强，应激发学生动手能力，给学生留足自主发展的时间。如果学生基础知识掌握较好，对问题表现出极大探索兴趣，则应尽可能引导学生理解背后的原理，促进学生全面发展。随着技术与教育深度融合，教师应充分利用学习资源调动学生学习动机以促进教学效果，如微课、慕课、翻转课堂等[8]。另外，可通过小组合作学习，2-3人一组最佳，学习活动范围不局限在几十人的课堂中，可以扩展到课外、校外等。知识讲授与示范不再是在机器人课程重点，教师在机器人教学中的地位要弱化，而学生则要突出主体地位。学生通过自主性学习，培养问题解决的能力、知识迁移能力、思维创造能力、合作交流能力，在学习合作中不断进步。想要根据学生水平进行有区别、合适的指导就无法忽视教师能力，因为师资水平与教学模式是相辅相成的。

2.3 发挥机器人竞赛价值

虽然诸多学者对机器人竞赛存在质疑，但不可否认的是机器人竞赛确实在一定程度上推动了机器人教育发展。当今我国机器人竞赛种类接近20余种，其中很多竞赛参赛人数年年上升，一些学生也有机会在国际比赛崭露头角，这些丰硕成果背后离不开机器人竞赛的推动。以往的争议点在于竞赛忽略了机器人教育的意义，其实参赛本身就是一次锻炼，一种教育方式。机器人教育特殊性正是在于它的过程，它没有统一标准与结果，因此强调过程应该是机器人教育关注的地方。对于学生而言竞赛荣誉可能带来升学竞争优势，这确实是一种利益驱动，但比赛过程中的收获与体验无法衡量，有益无益完全取决于学生对于比赛的付出程度。因此教师与教育工作者需要改变观点，以发展的眼光看待竞赛，向学生传达“参与即学习”的新理念，让机器人竞赛发挥最大价值。