楊國龍

摘? ?要：本文運用citespace文獻計量工具以及科學(xué)知識圖譜，對近20年來發(fā)表在國內(nèi)教育技術(shù)領(lǐng)域核心期刊上的32篇文章的發(fā)文作者、發(fā)文機構(gòu)及主要研究內(nèi)容進行了系統(tǒng)梳理，并與業(yè)內(nèi)專家進行研討，對相關(guān)文章進行了分類比較，歸納總結(jié)了機器人教育及其教學(xué)模式、課程標(biāo)準、創(chuàng)客教育、教學(xué)資源及其他幾個方面的成果與存在的問題，并針對性地提出了建議，以期為后期機器人教育生態(tài)體系的構(gòu)建提供理論基礎(chǔ)和實踐意義。

關(guān)鍵詞：機器人教育;可視化;機器人教育分類

中圖分類號：G434 文獻標(biāo)志碼：A 文章編號：1673-8454（2019）07-0036-06

一、背景及意義

自步入21世紀以來，計算機技術(shù)得到了快速發(fā)展，機器人技術(shù)也逐漸成熟，并逐漸在向各個領(lǐng)域滲透融合，從科學(xué)理論、科學(xué)技術(shù)到社會層面都得到了很大的發(fā)展。而在彭紹東（2002）將“機器人教育”定義及其主要的類型引進教育領(lǐng)域后，研究者們對機器人輔助教育、機器人教育標(biāo)準、機器人教學(xué)模式到機器人教育體系的探討就從未間斷，也成為不同階段發(fā)展關(guān)注的重點內(nèi)容，探索過程呈現(xiàn)從理論探討到深入實踐變革的轉(zhuǎn)變，從關(guān)注機器人教育的“教”向機器人教育的“學(xué)”轉(zhuǎn)變，從教育技術(shù)的實現(xiàn)向教育內(nèi)容建設(shè)轉(zhuǎn)變，從關(guān)注設(shè)備的供給向教育需求的滿足轉(zhuǎn)變，從關(guān)注教育機器人本身功能向引導(dǎo)學(xué)生使用機器人更好地實現(xiàn)學(xué)習(xí)的轉(zhuǎn)變等特點。同時，伴隨著MOOC、微課、STEM教育、創(chuàng)客教育、開源硬件等相關(guān)概念的出現(xiàn)，機器人教育也在上述概念中得到了一定的研究和實踐，并在不同程度取得了相關(guān)成果。為了準確了解國內(nèi)機器人教育研究現(xiàn)狀及發(fā)展趨勢，文章運用科學(xué)知識圖譜，系統(tǒng)梳理了2002-2018年刊登在國內(nèi)教育技術(shù)領(lǐng)域核心期刊上的相關(guān)文獻，進而進行分類比較，歸納總結(jié)，并結(jié)合當(dāng)前的時代背景，提出相關(guān)的建議和意見，以期為后期機器人教育生態(tài)體系的構(gòu)建提供理論基礎(chǔ)和實踐意義。

二、研究設(shè)計

1.研究數(shù)據(jù)來源

在中國知網(wǎng)中以“機器人教育”搜索，發(fā)現(xiàn)從2006年開始，刊登在《中國電化教育》雜志上的相關(guān)文章為12篇;從2007年開始，刊登在《現(xiàn)代教育技術(shù)》雜志上的相關(guān)文章為12篇;從2002年開始，刊登在《電化教育研究》雜志上的相關(guān)文章為8篇。最終得到的樣本文獻為32篇，按照軟件對數(shù)據(jù)的格式要求，在獲取數(shù)據(jù)的時候，文獻存儲格式為“Refworks”。

2.研究工具與方法

研究采用知識圖譜分析、聚類分析等方法對國內(nèi)機器人教育的文獻進行定量分析?？茖W(xué)知識圖譜可以把復(fù)雜的知識領(lǐng)域通過數(shù)據(jù)挖掘、信息處理、知識計量和圖形繪制將其展示出來。通過可視化展示機器人教育的核心結(jié)構(gòu)、發(fā)展歷史、前沿領(lǐng)域以及整體知識框架，來揭示國內(nèi)機器人教育領(lǐng)域的動態(tài)發(fā)展規(guī)律。研究過程主要采用超美教授基于Java語言開發(fā)的“Citespace”軟件，版本是“CiteSpace.5.3.R6.SE（64-bit）”。本研究對32篇文獻進行了可視化分析，以期能夠?qū)鴥?nèi)機器人教育的關(guān)鍵詞、發(fā)展歷程、前沿研究及研究熱點進行深入解析。

三、國內(nèi)機器人教育研究分析

1.國內(nèi)機器人教育研究趨勢

采用“citespace5.3.R6”對32篇文章的基本信息進行聚類分析，預(yù)處理過程中，按照相似性可發(fā)現(xiàn)文章的年份分布如表1所示。

從表1中的分布可以看出，首先，自2002年被提出至2006年這段時間，機器人教育被有所擱置，新技術(shù)被引入教育領(lǐng)域，需要一個漫長的融合階段，因此，這也是較為正常的研究反映。再者不同年份的成果數(shù)量基本保持一致，一方面說明機器人教育一直受到國內(nèi)學(xué)術(shù)研究者的關(guān)注，另一方面也從側(cè)面反映出國內(nèi)有關(guān)機器人教育學(xué)術(shù)研究的嚴謹性，研究成果的質(zhì)量得到了保證。最后我們會發(fā)現(xiàn)相比較2013年以前，自2014年開始，研究整體呈現(xiàn)上升的趨勢，尤其是在2017年，出現(xiàn)了近20年來的峰值，而這也是符合時代發(fā)展的背景，2017年被稱為“AI元年”。

2.機器人教育研究發(fā)文作者及機構(gòu)分析

運用“citespace”軟件對機器人教育研究發(fā)文作者與研究機構(gòu)進行了統(tǒng)計分析。

按照發(fā)文的頻率和中心度來看，鐘柏昌為6篇，王益為4篇，張劍平為4篇，張國民為3篇，王同聚、王小根及彭紹東各2篇，但觀察中心度可以發(fā)現(xiàn)，這些作者中，張劍平的中心度最大，為0.13.而且作者與作者之間聯(lián)結(jié)分散，并沒有形成緊密的合作關(guān)系。

按照研究機構(gòu)來看，湖南師范大學(xué)教育技術(shù)系、浙江師范大學(xué)教育信息技術(shù)系、廣州市教育信息中心、南京師范大學(xué)教育科學(xué)學(xué)院等單位成為該領(lǐng)域研究的核心基地。但仍然存在各單位各自研究，中心度均為0，互不影響，未形成緊密的聯(lián)結(jié)。

3.機器人教育研究關(guān)鍵詞及主題詞可視化分析

在“Citespace”軟件中對摘要中的主要內(nèi)容進行提取和分析，包括“Term”和“Keyword”，文獻網(wǎng)絡(luò)共呈現(xiàn)節(jié)點15個，形成了21個條聯(lián)結(jié)，圖1是近20年來機器人教育研究中主要關(guān)注內(nèi)容的可視化結(jié)果，按照節(jié)點在所有文獻中出現(xiàn)的頻率高低排序，表2中依次為機器人教育（19）、機器人（5）、教育機器人（4）、人工智能（4）、中小學(xué)機器人教育（3）、創(chuàng)客教育（2）、任務(wù)驅(qū)動（2）、創(chuàng)新教育（2）、微課（2）、機器人技術(shù)（2）、虛擬機器人（2）、逆向工程（2）、教學(xué)模式（2）、類型（2）及課程標(biāo)準（2）。

另外，按照年份進行內(nèi)容的劃分，可以發(fā)現(xiàn)：2002-2008年更多關(guān)注的是機器人教育、機器人、機器人技術(shù)及虛擬機器人，可以說，這一階段的機器人教育處于起步階段，更重視機器人教育的基礎(chǔ)服務(wù)，包括軟硬件等方面內(nèi)容;2012年開始，開始走向標(biāo)準化、規(guī)范化、科學(xué)化，也反映了機器人教育已逐步成為教育的主要內(nèi)容之一;2014年提出微課，2015年出現(xiàn)中小學(xué)機器人教育，開始探索教學(xué)模式，2016年與創(chuàng)客教育相融合，2017年步入逆向工程等，可以推測，這一時期機器人技術(shù)已經(jīng)成熟，如何與其他技術(shù)相互結(jié)合為中小學(xué)教育提供支撐成為重點的研究內(nèi)容，同時相關(guān)的教學(xué)模式及教學(xué)法開始滲透。

4.機器人教育分類研究

綜合以上三部分內(nèi)容，在與多名專家討論后，依據(jù)分析結(jié)果，對32篇文章逐篇研讀，按照其主要研究內(nèi)容進行了分類，以“機器人教育+”進行逐一的解讀，主要分為：機器人教育與教學(xué)模式、機器人教育與課程標(biāo)準、機器人教育與創(chuàng)客教育、機器人教育與教學(xué)資源等4種（如表3所示）。

（1）機器人教育與教學(xué)模式

機器人教育類型在彭紹東（2002）的文章中已經(jīng)做了明確的界定：機器人學(xué)科教學(xué)、機器人輔助教學(xué)、機器人管理教學(xué)、機器人代理（師生）事物及機器人主持教學(xué).而在以鐘柏昌（2016）為主要研究者的有關(guān)于機器人教學(xué)模式探索過程中，在“知識內(nèi)容維度”和“物化成果維度”的二維分析中，又出現(xiàn)了新的分類，分別為實驗?zāi)M型教學(xué)、趣味交互型教學(xué)、科學(xué)探究型教學(xué)和發(fā)明創(chuàng)造型教學(xué)四種。這里強調(diào)對教學(xué)模式的分類，后文中涉及到相關(guān)教學(xué)資源的內(nèi)容將不在這里出現(xiàn)。

（2）機器人教育與課程標(biāo)準

課程標(biāo)準是以《基礎(chǔ)教育教育信息技術(shù)課程標(biāo)準（2012版）》為核心進行相關(guān)研究。鄭立新（2012）對機器人模塊內(nèi)容進行了解析，主要涵蓋的學(xué)習(xí)內(nèi)容為機器人的初步認識、基本結(jié)構(gòu)、硬件知識及軟件知識等，也對《標(biāo)準》的基本特征做了一定總結(jié)，比如理論與實踐并重與符合學(xué)生認知特點。與此同時，吳良輝（2012）對機器人教育的重要意義做了明確定位：機器人教育將走向普及、機器人教育能夠促進信息技術(shù)課程的發(fā)展以及機器人教育有利于創(chuàng)新型人才的培養(yǎng)。

（3）機器人教育與創(chuàng)客教育

王小根（2016）對面向創(chuàng)客教育的中小學(xué)機器人教學(xué)進行了相關(guān)探索，并設(shè)計探討了相關(guān)的教學(xué)模型實施案例，而學(xué)生創(chuàng)新能力和設(shè)計能力的啟發(fā)和提升是創(chuàng)客教育有效開展的重要依據(jù)。因此，該文章可溯源至孫世杰（2006）對開展機器人教學(xué)的目標(biāo)定位：培養(yǎng)學(xué)生創(chuàng)新精神。同期，劉淑云（2016）探究了創(chuàng)客理念下師范生的機器人教學(xué)模式，并從教學(xué)目標(biāo)、操作程序、實現(xiàn)手段、反饋與評價及成果轉(zhuǎn)換5個方面做了相關(guān)設(shè)計研究。

（4）機器人教育與教學(xué)資源

教學(xué)資源的分類來自于張家華（2008）對我國中學(xué)人工智能與機器人課程教學(xué)資源的介紹與分析，包括教材、教學(xué)平臺和專題學(xué)習(xí)網(wǎng)站等，無獨有偶的是，王益等（2008）對該階段現(xiàn)有的教育機器人資源網(wǎng)站進行了分類和比較分析，為后期的研究提供了相關(guān)意見和建議，本文將后期相關(guān)資源的開發(fā)與設(shè)計也都納入至該分類，如王同聚（2014）對微課制作與應(yīng)用的研究、王小根（2012）對基于“任務(wù)驅(qū)動”的小學(xué)機器人教育校本課程開發(fā)研究等。

綜上可以發(fā)現(xiàn)，機器人教育發(fā)展至現(xiàn)在，首先，已經(jīng)探索出了一系列較為成熟的教學(xué)模式，并在中小學(xué)教學(xué)中取得了不錯的效果，以培養(yǎng)學(xué)生創(chuàng)新能力和動手實踐能力為核心出發(fā)，提倡師生能夠在機器人教育教學(xué)過程中能夠重視跨學(xué)科教學(xué)，并能聯(lián)系學(xué)生的學(xué)習(xí)和生活實際，在掌握機器人基礎(chǔ)知識和技能的基礎(chǔ)上，經(jīng)過相關(guān)的程序設(shè)計和模擬開發(fā)，進而對自己或團體的機器人創(chuàng)新型項目進行相關(guān)的研發(fā)工作。其次，已有研究并不局限于對上述內(nèi)容的關(guān)注，對機器人教育政策的研究以及對機器人教育設(shè)計、管理、評價與應(yīng)用等過程的效果研究也成為促進機器人教育更好發(fā)展的基礎(chǔ)，而大部分的研究成果也說明國內(nèi)機器人教育和相關(guān)競賽確實提高了學(xué)生的協(xié)作交流能力、問題解決能力及跨學(xué)科思考的能力。再者，國內(nèi)機器人教育立足于國際化水平，并在不同的時期，選擇向美國（王益，2007）和日本（王凱，2017）進行借鑒，發(fā)現(xiàn)國外早先就在大學(xué)研發(fā)并使用機器人學(xué)習(xí)平臺并對產(chǎn)學(xué)研與跨學(xué)科十分重視，這給對我國的機器人教育帶來很大啟發(fā)。但不容置否的是：在機器人教育探索的過程中也存在不同的問題，這將在下文進行詳細闡述。

四、問題與建議

1.國內(nèi)機器人教育問題分析

研究還發(fā)現(xiàn)，國內(nèi)機器人教育還是有很多地方需要進一步改進，比如高中Arduino機器人課程學(xué)習(xí)效果顯示，側(cè)重學(xué)科本位，重技術(shù)輕整合，與學(xué)生的實際生活問題有一定的距離，參與度與任務(wù)完成度都一般，學(xué)習(xí)的持續(xù)度有欠缺（金書輝，2017）; 專業(yè)化師資隊伍缺乏，課程內(nèi)容體系不完善，缺乏有效的監(jiān)管評價體系，家庭參與性差等（徐多，2017）。而在當(dāng)前的文獻支撐下，還發(fā)現(xiàn)缺少高校機器人教育的課程體系和標(biāo)準。另外，機器人教育立足于對學(xué)生創(chuàng)新能力的培養(yǎng)，但從現(xiàn)有的研究來看，創(chuàng)新能力的評測還有待進一步去完善。而且研究者和研究機構(gòu)之間也并未形成緊密的合作關(guān)系，研究缺少系統(tǒng)性，綜上，研究對現(xiàn)有問題做了以下的總結(jié)：

（1）多單位參與致使機器人教育無對標(biāo)研究

經(jīng)調(diào)研，機器人教育的設(shè)計與開展主要來自教育培訓(xùn)機構(gòu)、學(xué)校教育及高支小等模式，參與機構(gòu)多元，沒有統(tǒng)一的課程體系和較成熟的師資，也沒有相關(guān)的行業(yè)標(biāo)準，合作研究機制缺乏;另外，從研究結(jié)果來看，各機構(gòu)之間研究分散，合作研究極少，研究系統(tǒng)性不足，也缺少成熟的評價體系，致使課程內(nèi)容不同，授課人員多類型，也難以開展有效的評價。

（2）跨學(xué)科能力要求較高，學(xué)習(xí)者多停留在模擬學(xué)習(xí)階段，創(chuàng)新學(xué)習(xí)階段投入不足

機器人教育多集中在硬件組合及程序開發(fā)和模塊化編程內(nèi)容的學(xué)習(xí)上，對物理、數(shù)學(xué)及計算機知識的要求比較高，學(xué)習(xí)者需要有較強的跨學(xué)科能力，相對于小學(xué)和初中生來說，高中生相對在這一塊會有較好的表現(xiàn)，但高中學(xué)習(xí)任務(wù)繁重，投入明顯不足，同時也容易造成小學(xué)和初中生對相關(guān)知識技能學(xué)習(xí)的興趣，在創(chuàng)新性學(xué)習(xí)階段顯得力不從心。

（3）市場引力大于學(xué)校教育，游戲化、娛樂化凸顯

調(diào)研發(fā)現(xiàn)，參與家長和兒童對機器人輔助學(xué)習(xí)的期待比較高，對學(xué)習(xí)者本人最終學(xué)習(xí)成果的認識過高估計，在付出大量金錢與精力的同時，購置的機器人閑置，購買的課程成為未完成的任務(wù)，學(xué)習(xí)者學(xué)習(xí)過程活躍度一降再降等問題層出不窮。學(xué)習(xí)者的定位受市場機制的牽動，致使教育目的顯得不再單純是育人為主。機器人教育的娛樂性、游戲性在無形中增強。

（4）實證研究缺乏，難以有效衡量學(xué)習(xí)者綜合能力的提升度

國外有大量實證研究對“機器人教育對學(xué)習(xí)者計算思維（引文）的影響因素”進行了探索，細化出相關(guān)研究的不足，有針對性地提出了相關(guān)意見和建議。國內(nèi)機器人教育倡導(dǎo)培養(yǎng)學(xué)習(xí)者的設(shè)計思維、計算思維及創(chuàng)新性思維，但由于多種原因，還未有相關(guān)實證研究為上述思維的發(fā)展提供證據(jù)，這對衡量學(xué)習(xí)者的綜合能力造成了一定障礙。

2.對機器人教育的建議

針對上述相關(guān)問題，研究本身對相關(guān)內(nèi)容提出意見和建議：

一是按照不同區(qū)域范圍，制定區(qū)域化的機器人教育標(biāo)準，同時設(shè)計較為完善的課程體系，可將已有的教本課程進行規(guī)范性和科學(xué)性的論證，進行資源整合。

二是在大學(xué)設(shè)置機器人教育課程，一定程度上，可以讓計算機科學(xué)與技術(shù)、網(wǎng)絡(luò)工程、電子工程及自動化等專業(yè)的教師和學(xué)生共同參與，培養(yǎng)跨學(xué)科機器人教育師資力量。

三是以“干中學(xué)”理念為指導(dǎo)，提倡以項目式學(xué)習(xí)為主要學(xué)習(xí)模式的機器人教育， 并建議同時能夠在各MOOC網(wǎng)站添加機器人教育模塊內(nèi)容，一方面為專業(yè)學(xué)習(xí)者提供相關(guān)學(xué)習(xí)資源，另外作為社會學(xué)習(xí)者的資源，引領(lǐng)對機器人教育的全民學(xué)習(xí)意識。

四是堅持技術(shù)理性，提倡個性化教育以及興趣為導(dǎo)向的課程選擇和項目參與，學(xué)習(xí)內(nèi)容更重視綜合能力的提升，不可本末倒置，機器人教育不在于學(xué)會模仿，更重要的是培養(yǎng)問題解決能力、創(chuàng)新思維及系統(tǒng)思考的能力。

五是當(dāng)基礎(chǔ)的軟硬件極大地豐富之后，更重要的是在學(xué)習(xí)過程中讓學(xué)習(xí)者找到自己的興趣點，沉浸在項目開展的興奮中，充分體驗學(xué)習(xí)過程帶給自己的快樂和收獲。

五、結(jié)束語

未來機器人教育將會從使能和賦能兩個層面，為各行各業(yè)注入新鮮血液，提供更智能化、智慧化的開放機制。發(fā)展以機器人教育為核心的教育生態(tài)，可以從在線機器人教育、智能化機器人教育以及智慧化機器人教育三個層面逐步發(fā)展，層層突破。同時期待機器人教育可以立足專業(yè)知識本位，以培養(yǎng)學(xué)習(xí)者綜合能力為目標(biāo)，并能保持對國際化機器人教育的敏感，結(jié)合國內(nèi)本土文化，形成具有中國特色的專家學(xué)者、師資和學(xué)習(xí)者。

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（編輯：王曉明）