机器人教育

科技类综合学科教育

机器人教育是指通过设计、组装、编程、运行机器人，激发学生学习兴趣、培养学生综合能力。融合了机械原理、电子传感器、计算机软硬件及人工智能等众多先进技术，为学生能力、素质的培养承载着新的使命。

教育类型

机器人的发明、研究及应用实践是以科学研究和社会生产为需求的，进入到教育是其领域的扩大与发展。但是，由于它所涉及知识的广泛性和涉及技术的综合性，这都使得机器人对教育而言具有更多的价值。根据有关机器人教育专家的研究与实践，机器人教育的应用可以分为五种类型。

第一种方式

机器人学科教学（RobotSubjectInstruction，简称RSI）

机器人学科教学，是指把机器人学看成是一门科学，在各级各类教育中，以专门课程的方式，使所有学生普遍掌握关于机器人学的基本知识与基本技能。其教学目标如下。

（1）知识目标：了解机器人软件工程、硬件结构、功能与应用等方面的基本知识。

（2）技能目标：能进行机器人程序设计与编写，能拼装多种具有实用功能的机器人，能进行机器人及智能家电的使用维护，能自主开发软件控制机器人。

（3）情感目标：培养对人工智能技术的兴趣，真正认识到智能机器人对社会进步与经济发展的作用。

机器人教育成为学科课程，尤其对中小学而言师资、器材、场地及活动经费、教学经验等都具有很大的挑战。

第二种方式

机器人辅助教学（Robot-AssistedInstruction，简称RAI）

机器人辅助教学是指师生以机器人为主要教学媒体和工具所进行的教与学活动。与机器人辅助教学概念相近的还有机器人辅助学习（Robot-AssistedLearning，简称RAL），机器人辅助训练（Robot-AssistedTraining，简称RAT），机器人辅助教育（Robot-AssistedEducation，简称RAE），以及基于机器人的教育（Robot-BasedEducation，简称RBE）。与机器人课程比较起来，机器人辅助于教学的特点是它不是教学的主体，是一种辅助。即充当助手、学伴、环境或者智能化的器材，起到一个普通的教具所不能有的智能性作用。

第三种方式

机器人管理教学（Robot-ManagedInstruction，简称RMI）

机器人管理教学是指机器人在课堂教学、教务、财务、人事、设备等教学管理活动中所发挥的计划、组织、协调、指挥与控制作用。机器人管理是从组织形式、组织效率等进行发挥其自动化、智能性的特点，即属于一种辅助管理的功能。

第四种方式

机器人代理（师生）事务（Robot-RepresentedRoutine，简称RRR）机器人具有人的智慧和人的部分功能，完全能代替师生处理一些课堂教学之外的其他事务。比如机器人代为借书，代为作笔记，或者代为订餐、打饭等。利用机器人的代理事务功能，目的是提高与学习相关的，能够促进学习效率、质量的提高。

第五种方式

机器人主持教学（Robot-DirectedInstruction，简称RDI）

机器人主持教学（RDI）是机器人在教育中应用的最高层次。在这一层次中，机器人在许多方面不再是配角，而是成为教学组织、实施与管理的主人。机器人成为我们学习的对象，这好像是遥不可及的事，但是人工智能结合虚拟现实技术、多媒体技术等让它成为实现并非太难，只是如何要越来越符合教育的发展才是更重要的。

纵观机器人进入教育的五大方式，很多功能也是相互辅助、相互关联、相互融合的，我们不易完全的把它们割裂开来。

重要性

技术融合了机械原理、电子传感器、计算机软硬件及人工智能等众多先进技术，为学生能力、素质的培养承载着新的使命。机器人教育在教学中体现了以下几个方面的作用：

1、让学生了解机器人的发展和应用现状，理解机器人的概念和工作方式，为进一步学习机器人技术的有关知识打下基础。

2、让学生了解机器人各个传感器的功能，学习编写简单的机器人控制程序，提高学生分析问题和解决问题的能力。

3、通过机器人竞赛和完成各项任务，使学生在搭建机器人和编制程序的过程中培养动手能力、协作能力和创造能力。

4、充分体现了学生的主体地位和老师的主导作用，有目的的培养学生的科学素养。

5、实现与国际接轨的需要。日本、美国等一些发达国家高度重视机器人学科教育对高科技社会的作用和影响，已在信息技术课与课外科技活动开设了有关机器人的课程内容。我国要赶超世界教育先进水平，必须大力加强机器人教育。

6、迎接机器人时代的需要。机器人的广泛应用将极大促进社会生产力的发展与产业结构的调整。开展机器人教育，有助于使我们在机器人时代走向世界前列

局限性

机器人已经成为呼声很高的创新教育平台，并且正在大踏步地走向基础教育。教育机器人在国内处在起步阶段，随着各地中小学机器人实验室的迅速建设，它作为课程，一些不成熟的表现也越发明显，并且遇到了诸多方面的制约：

1、教育机器人产品缺乏规范性。国内外机器人制造商开发的教育机器人品牌十分繁杂，且自成体系，互不兼容，开放度较低。

2、资金严重缺乏，配套组件及设施不够，给普及增加了难度。

3、机器人教育缺乏科学规划。机器人教学所使用的“教材”质量不高，大多属于“产品说明书”或“用户指南”等，缺少课程与教学专家的参与和指导，且每个学校要独立开发各自的校本教材，难度较高。

4、竞赛活动商业化严重，教育发展方向偏移。机器人竞赛的组织形式，大部分是由某些机器人制造商独立或联合举办，教育行政部门的监管力度不够，在竞赛规则、裁判确定、奖励办法等方面存在较大差异。

5、教育行政部门不够重视，缺少从教育视角进行的研究。当前中小学机器人教育的开展，在一定程度上是由教育机器人企业在推动。虽然企业在初期所为此作出的贡献应当予以肯定，但是随着机器人教育的逐渐深入与普及，亟需教育行政部门、教学研究机构给以充分的关注、协调与引导。

6、师资队伍的良莠不齐。在机器人教育产业化的发展过程中，只有不断培养大量懂得多学科知识的优秀人才，才能跟上机器人时代的发展步伐。

教育机器人

机器人技术综合了多学科的发展成果，代表了高技术的发展前沿，机器人涉及到信息技术的多个领域，它融合了多种先进技术，没有一种技术平台会比机器人具有更为强大的综合性。引入教育机器人的教学将给中小学的信息技术课程增添新的活力，成为培养中小学生综合能力、信息素养的优秀平台。

有专家认为，“智能技术是信息技术领域的一个学术前沿，智能机器人的开发与应用全面涉及感测技术、通信技术、智能技术和控制技术，是进行信息技术教育的最佳载体，也是全面培养学生信息素质提高其创新精神和综合实践能力的良好平台。”

教育机器人则是一类应用于教育领域的机器人，它一般具备以下特点：首先是教学适用性，符合教学使用的相关需求；其次是具有良好的性能价格比，特定的教学用户群决定了其价位不能过高；再次就是它的开放性和可扩展性，可以根据需要方便地增、减功能模块，进行自主创新；此外，它还应当有友好的人机交互界面。

教育状况

国内机器人

为了适应未来科技社会对技术型人才的需要，2003年颁布的普通高中新课程标准将“人工智能初步”与“简易机器人制作”分别列入“信息技术课程”、“通用技术课程”选修内容。教育部新制定的《普通高中物理课程标准(实验)》也提到“收集资料，了解机器人在生产、生活中的应用”的要求。由此可见国家对机器人教育的重视。机器人作为增强学生的动手能力，促进学生思维发展，创新能力训练的有效工具，在教育界逐渐得到认同。

机器人教育进入中小学的主要表现在于竞赛，通过竞赛体现机器人对学生的设计能力、创新能力进行拉动，以模范的力量推动它全面地进入课程设置。观察各地中小学机器人教育的方式大体区分以为下四种：

第一，通过学校、少年宫、少科站等单位吸入机器人爱好的部分学生，组成智能机器人学习小组，以学员制进行活动，并可代表地区参加各类竞赛活动。这种形式是机器人进入中小学生视野最初、最多，也是最有效的方法。

第二，把智能机器人技术学习放入综合实践活动课中普及，在大中型的城市中非常的普遍，开设情况相对于经济欠发达地区较成熟。

第三，把智能机器人作为信息技术课的内容之一进入中小学信息技术教育课程，这种形式正在形成期，教材的编写、课程的常规性开设正在起步。但是，这无疑会会为信息技术学科带来新的活力，对信息技术教育重软件应用轻编程开发的局面会有所改善。

第四，智能机器人教育作为研究性课程的形式进入中学，由于研究性学习课程越来越受到重视，由于机器人教育的长期性、个性化决定了如果通过研究性学习形式推广会更有利于对学生创新能力的培养。但是由于研究性课程的地位决定的课时不足，以及班额过大决定的组织难度，这都会影响机器人教育的整体推进。

早在上世纪70年代，中国学术界便开始对机器人教育开始研究。笔者对中国学术界所发表的相关文献做了统计，以“机器人教育”、“机器人教学”、“机器人竞赛”为关键字和索引，在“中国全数据期刊网、中国学术会议全文数据库、中国优秀硕士学位论文全文数据库”进行搜索检索，时间为1979年到20l2年3月15日，通过筛选，剔除无关的条目，统计以“机器人教育”和“机器人教学”为关键字的文献共有651篇，“机器人比赛或者机器人竞赛”共有905篇。

通过上述数据对比可看出，研究人员从不同的角度对机器人教育进行了研究，但在各个研究内容的投入的力量明显不均衡，并且中小学机器人教学在中小学开展的活跃度与研究人员在此方面的研究力度明显不对称。研究人员把注意力都集中在了机器人比赛上面，直接造成了机器人教育理论研究上的匮乏，最终导致机器人教学缺乏有效的理论指导，难以深入到课堂。可以说，当前“机器人教育”的发展状况明显滞后于“机器人比赛”的发展。

同时，笔者针对有关机器人教育有关的文献做了内容分析研究，按文献的内容主旨将其分类：机器人教育的价值或意义、机器人教育中存在的问题(或者说阻碍机器人教育发展的因素)、机器人教学的开发设计、机器人教育的应用现状、机器人教学方法、机器人教育课程开发研究、国外机器人教育研究几个方面。其中以研究“应用状况”和“教育问题”的内容最多。而最为重要的课程设计方面的相关文献仅有1篇。

国外机器人

在国外，机器人教育一直是个热点：早在1994年麻省理工学院（MIT）就设立了 “设计和建造LEGO机器人”课程(Martin)，目的是提高工程设计专业学生的设计和创造能力，尝试机器人教育与理科实验的整合；麻省理工学院媒体实验室“终身幼儿园”项目小组开发了各种教学工具，通过与著名积木玩具商乐高公司的紧密合作，该项目组开发出可编程的乐高玩具，帮孩子们学会在数字时代怎样进行设计活动。同时，国外的一些智能机器人实验室也有相应的机器人教育研究的内容。

日本,美国等一些发达国家高度重视机器人学科教育对高科技社会的作用和影响,已在信息技术课与课外科技活动开设了有关机器人的课程内容。

自1992年开始,美国政府有关部门在全国高中生中推行“感知和认知移动机器人”计划,高中生可免费获得70公斤重的一套零件,自行组装成遥控机器人,然后可参加有关的比赛。

日本发展机器人起步比号称“现代机器人故乡”的美国晚了十年,但是在机器人产业化发展道路上,已经走在了欧美国家的前面。这跟日本高度重视机器人教育和机器人文化的普及是分不开的。在日本,每所大学都有高水平的机器人研究和教学内容,每年定期举行各种不同层次的机器人设计和制作大赛,既有国际性高水平比赛,也有社区性中小学生参加的比赛。

新加坡国立教育学院(NIE)和乐高教育部于2006年6月在新加坡举办了第一届亚太ROBOLAB国际教育研讨会，通过专题报告、论文交流和动手制作等方式，就机器人教育及其在科技、数学课程里的应用进行交流，以提高教师们开展机器人教育的科技水平与应用能力。

竞赛

国内机器人

国际水中机器人大赛

WRC世界机器人大赛

Robotex世界机器人大赛

中国教育机器人大赛（ERCC）

NOC机器人越野赛

VEX机器人中国公开赛

FLL机器人世锦赛

2016年江苏省Power Tech 仿生机器人创意大赛

APRC亚太青少年机器人竞赛中国公开赛