基于人工智能形势下中小学机器人教育的探讨

摘要：随着教育的不断改革与发展，要注重对学生创新精神与实践技能的培养，符合当前教育改革的要求。尤其在中小学机器人教育的过程中，要结合当前人工智能发展的背景，对学生进行引导，使得机器人教育的质量可以得到有效的提升。因此，本文阐述机器人教育的相关概念，明确在人工智能形势下中小学机器人教育开展的重要意义，可以激发学生的学习热情，引导学生形成耐心钻研的态度，注重对学生逻辑思维能力的培养，增强学生的团队意识。探讨当前中小学机器人教育过程中所存在的问题，比如缺乏对机器人教育开展的重视，机器人教具较为昂贵，在经费投入方面存在不足，缺乏专业化的师资力量，针对所存在的问题，对中小学机器人教育发展提出若干的建议，要加强相关部门之间的密切配合，增强专项经费的投入，注重对师资的培养，将机器人教育与基础教育改革进行有效的结合。

关键词：人工智能;中小学教育;机器人;发展趋势

在当前的科学技术飞速发展的时代，机器人技术融合了计算机机械等多个学科的知识，在中小学阶段开展机器人教育，可以促进学生素质教育理念的进一步落实，注重在中小学推进机器人学科的普及，要意识到机器人课程以及机器人活动开展的重要性，普及科技知识，提升青少年的科学素养，要引导青少年能够形成科学精神，增强学习能力与实践能力。机器人课程与我国所发布的教育政策密切联系，可以对科技教育的潮流进行引领，机器人走进了更多的学校与课堂，将机器人课程纳入学校的选修课向学生进行开放，幫助学生积累科学知识，引导学生在参加各种机器人比赛的过程中，感受到科学的魅力。但是，当前中小学机器人教育过程中所存在的问题也不容忽视，要结合具体的问题，对于机器人课程校本化进行构建，确保机器人教育的实效性，对学生的思维进行培养，加强对学生综合素质的提升。

一、问题的提出

（一）研究背景

众所周知，在中国制造和工业4.0的发展背景下，对机器人技术进行进一步的优化，有利于推动科技的创新。国家重大会议曾提出鼓励各界青年投入创新创业的大浪潮中，举办各种形式的创新创业比赛，科技创新在其中占比较高，与机器人技术相关的产业占比较大。在政策资金的进一步推动下，机器人教育迎来新的高速发展时期。在当前的中小学发展过程中，开展学生素质教育，引导学生能够全面发展，培养学生的科技创新能力。中小学机器人教育作为STEAM教育中非常关键的部分，要设置相关人工智能的课程，引导中小学生学习机器人技术为社会的发展储备优质的人才。同时，全国青少年机器人技术等级考试的进一步推动也获得家长和学校的认可，以青少年科技能力标准为建设加强对优秀学生的选拔，青少年机器人技术等级考试在全国范围内开展，对中小学的机器人教育课程进行开发与研究，才能更好地推动基础教育的改革与发展。

（二）研究意义

在中小学开展机器人教育结合当前人工智能的发展形势，了解其研究的意义。首先，对中小学机器人教育课程进行丰富，当前各类机器人比赛的广泛开展，参与机器人比赛的学生在逐渐地增多，但是缺乏机器人课程资源，对机器人教育的标准进行进一步的规范，明确中小学机器人发展的方向，可以进一步丰富学校的机器人教育课程，其次，对于学生的动手实践能力进行提升，机器人教育可以有效地解决学生实践能力培养不足的问题，将STEAM教育机器人教育进行融合可以推动学生整体素养的提升。最后，减轻机器人教师的负担，根据机器人的教材编写课程，制作教学资源，可以结合学生的特点，进一步引导学生对于机器人进行深入开发，减轻教师的负担。

二、机器人教育

机器人技术具有较强的综合性，在对机器人技术进行应用的过程中，要加强对数学、机械、计算机等相关学科的综合。利用机器人技术对实践性课堂进行分析，培养学生的综合应用能力，使学生能够形成科学素养。对机器人教育进行系统的研究，主要是将机器人技术应用到教育实践的过程中，对于课堂的内容进行不断地丰富，要培养学生对科学探索的精神。总而言之，机器人教育是指利用机器人对于教学的效果进行优化，强调人工智能技术的应用。引导学生对机器人进行组装搭建编程运行的过程中，形成对科学探索的兴趣，探究科学的良好品质。

三、中小学机器人教育开展的意义

从中小学方面，对人工智能高新技术进行应用，打造机器人教育的体系，有利于对学校教学的资源进行丰富，推动基础教育课程的改革。机器人教育具有一定的趣味性，可以吸引学生的注意力，引导学生在进行机器人程序编写、造型设计的过程中，提升实践操作能力。

（一）激发学生对科学探索的热情与兴趣

在中小学机器人教育的过程中，对学生的动手能力要求较高，需要学生对于机器人进行模型的搭建程序的编写，使学生在独立探索的过程中，感受到科学的魅力。教师在教学活动中作为学生的引导者，要激发学生的主观能动性，使学生能够主动对机器人的课程进行学习。同时，机器人教育的课程与其他的课程存在较大的不同，涉及机器人的设计制作调试，在进行探索的过程中，借助问题引导学生进行独立设计，可以更好地锻炼学生的实践动手能力。比如，在WRO机器人常规赛的项目开展过程中，综合比赛的主题，为学生提供机器人的套件，使学生能够形成主观能动性，主动完成教师所布置的任务，在情境下对于机器人进行组装，使学生的兴趣得以激发，从而使得学生在探索的过程中培养热情。

（二）引导学生形成认真严谨的科学研究态度

机器人教育与科学教育存在着紧密的关联，在对学生的研究态度进行培养的过程中，要注重对学生严谨认真态度的培养，增强对机器人教育的重视。教师要引导学生日常生活中进行细心观察，要求学生对机器人运动的状况进行了解。比如，在机器人运动的过程中，存在脱离轨迹的现象，使学生在观察时，要排除客观环境所造成的影响，对于机器人的运行轨道进行模拟。在开展科学运算基础上，借助观察共同探索其脱离轨道的原因。除此之外，在实践活动中，要使学生能够保持认真的工作态度，系统地了解光线变化的具体情况，涉及各方面的问题进行细致的探究。

（三）推动学生逻辑思维能力的进一步强化与训练

在机器人教育的过程中其具有较强的逻辑性，在组织学生进行知识探索时，要注重对学生思维的强化与训练，奠定学生学习的基础，机器人的制作过程存在一定的逻辑，涉及对机器人制作的构思设计步骤以及机器人结构中齿轮的选择。在具体组织活动中对于机器人教育进行深入研究，要注重学生在日常生活中形成逻辑思维。比如，在机器人探险项目开展时，引导学生在学习理论基础后对于探险机器人进行设计，根据规定的轨迹进行前进，越过障碍物，到达目的地，要对机器人的程序进行编写和调试，教师要注重对学生逻辑关系的把握，分析实践过程中存在的问题，从而探索问题的解决路径，使学生的创新实践能力得以培养，提升学生的综合能力。

（四）增强学生团队合作的意识与能力

在传统课堂教学过程中学生之间，往往没有存在密切的联系，忽视了对学生团结精神的合理培养，导致整体的教学质量得不到有效的提升，而在中小学教育过程中组织机器人教育，引导学生以团队为单位，共同完成机器人的设计任务，注重对学生团结合作精神的培养。尤其机器人制作涉及的内容较为广泛，教师要指导学生从多个角度对问题进行分析，安排不同的小组成员完成相应的任务，在合作的基础上，对教学资源进行充分利用，在老师的支持下和小组的共同努力下完成机器人的设计，从而推动学生科学素养的提升。

四、中小学机器人教育开展所存在的问题

在人工智能的新发展背景下，对于中小学机器人教育进行开展，要了解其中所存在的各种问题，对问题的原因进行分析。

（一）缺乏对机器人教育开展的重视

在人工智能发展背景下，基层教育活动开展，对于学生的成长发挥着非常关键的作用，但是，部分中小学没有形成对机器人教育的重视，机器人教育活动往往由生产企业和机器人俱乐部再进行推进，学校内没有对资源进行充分的利用。在机器人开展过程中，存在认识上的偏差，导致缺乏专项的资金，所配备的多种类型的机器人教具，得不到有效的应用部分教具，仅为参加竞赛的学生准备，使得其他学生的机器人学习受到阻碍。

（二）机器人教育应用教具较为昂贵

在当前的机器人教育过程中，要对机器人教具进行配备，但是由于教具较为昂贵，缺乏专项的经费。在后续设备升级方面存在阻碍，同时，零部件更换成本较高，会增加中小学的经济压力，也使得机器人教育走进校园课堂的难度在逐渐地增加。因此，对机器人教育的普及要在经费方面进一步对路径进行探索，降低经费不足，对机器人教育开展所形成的影响。

（三）缺乏专业化的师资力量

机器人教育开展的过程中，要注重对多项学科知识的融合，涉及自动化、计算机、网络智能控制等多个方面，对机器人的教学指导教师方面要求较高，但是，由于部分中小学的机器人教育与师资队伍较为薄弱，部分教师由信息技术老师担任，没有接受过机器人教育的培训，使得教师队伍难以对学生进行有效的指导。同时，机器人教育配备的教材较为缺乏，没有对教学方法进行创新，也制约了机器人在中小学的进一步普及。

五、人工智能形势下中小学机器人教育开展的具体策略

在人工智能形势背景下，对中小学机器人教育开展提出若干意见，要加强对问题的解决，形成机器人教育实施的方案。

（一）加强机器人专项经费投入力度的加大

由于机器人的器材购买较为昂贵，缺乏专项经费，影响到中小学中机器人教育的进一步开展。因此，在购置机器人器材时，要合理地选择机器人的供应商，对于不同品牌的机器人器材进行甄别，满足教学的需求，同时，要保证价格适中;其次，对专项教育经费的投入力度进行加大，要拓展资金来源的渠道，可以向财政部门申请相关的教育经费。最后，与企事业单位之间进行合作，不断拓展经费来源渠道，加强企业的参与，使学生能够受益，切实保障机器人器材的购置和配套设备配置。

（二）促进专业化机器人教育师资队伍的构建

在当前的机器人教育开展的过程中，专业化的机器人教育师资是其中非常关键的部分。一方面，中小学要选拔年轻教师，作为机器人的指导教师队伍，增强对机器人专业知识和操作技能的学习，在培训的过程中进一步打造专业化的设计力量。另一方面，要针对机器人教师制定培养的计划与师范院校进行合作，共同建立专业课程体系，对后备力量进行培养。最后，对教师教学的方法进行更新，要结合当前人工智能的发展趋势，对学生的身心特点进行考虑综合，对学生进行教育。除此之外，为了进一步提升机器人教师教育质量，要引导本校机器人教师积极向其他优秀学校进行学习，了解其课堂实际操作的做法，形成符合学生学习特点的机器人教学模式。

（三）机器人教育与基础教育改革的结合

机器人教育面向全体的学生，要引导学生在机器人探索的过程中更好地激发学生对于科学探究的精神。要促进机器人教育与素质教育基础教育的结合。尤其针对于部分学校把机器人教育作为竞赛型的教育，只针对于少数学生存在过度商业化的问题，要解决这一问题，要加强对基础教育的融合。建立中小学机器人教育的校本课程，围绕当前的课程资源进行深入研究，形成完善的机器人教育体系，同时，机器人教育也要与信息技术、数学、物理的过程进行有效的结合，才能更好地推动中小学机器人教育质量的提升。

（四）推动机器人课程校本化的合理构建

在机器人教育的过程中，要对学生的思维进行锻炼，通过对机器人执行任务的验证，达到执行结果与目标结果差异的探索。增强学生的学习动机，对学生进行有效的学习评价。首先，要立足于学生的实际，激发学生参与的热情，人工智能随着技术的发展在不断地转变，在智能机器人课程构建时，要结合学生身心发展以及認知经验作为基础触发学生的深度学习;其次.人工智能课程数量较少，趣味性不强，教师在进行校本课程开发的过程中，要注重个性化和立体化的设计。最后对于课程设计进行深入挖掘，要注重对学生思维的培养，利用学生已学的3D建模打印设计以及打印机器人的机械传动设备等方面的知识，引导学生能够进行深度探索，增强对智能机器人的了解。

六、结语

总而言之，在当前的人工智能的发展背景下，加强中小学阶段的教育改革，对机器人教育进行深入探索，要实现学生创新意识和创新能力的发展，加强对人才的合理培养。在新时期，要意识到机器人教育的重要性，在未来的研究过程中，结合当前机器人教育的现状，对机器人教育进行系统的探究，为中小学的教育改革提供参考。同时，要推动机器人教育基础教育新课程的有效融合，使学生在参与活动的过程中，进一步增强合作意识与综合能力，锻炼逻辑思维能力，形成对科学认真严谨的研究态度。

作者简介：贾晓昕（1970— ），男，汉族，本科，扬中市第二高级中学信息技术中学一级教师，信息技术教研组组长，扬中市机器人教育培训基地教练员，扬中市科普金牌讲师，江苏省青少年机器人大赛优秀科技辅导员，全国青少年科技辅导员，连续三年来，一直奋斗在科技普及、推广第一线，连续多次带领基地学生参加各级各类机器人大赛，连续多年包揽镇江市机器人大赛冠军、亚军、季军，研究方向：机器人和人工智能。