張巍娜

摘要：在中小學(xué)設(shè)置機(jī)器人教育相關(guān)課程，對培養(yǎng)學(xué)生的創(chuàng)造、創(chuàng)新能力，解決問題的能力，糾錯(cuò)、修正能力，動手實(shí)踐能力，團(tuán)隊(duì)協(xié)作能力及培養(yǎng)邏輯思維具有積極的意義.我國中小學(xué)機(jī)器人課程建設(shè)尚處于探索階段，赤峰學(xué)院計(jì)算機(jī)與信息工程學(xué)院組建了教學(xué)團(tuán)隊(duì)，致力于設(shè)計(jì)開發(fā)出一套適合本地區(qū)的中小學(xué)機(jī)器人課程體系，以積極推動赤峰地區(qū)中小學(xué)機(jī)器人教育的發(fā)展.

關(guān)鍵詞：機(jī)器人教育;中小學(xué);課程體系

中圖分類號：G622.3;G632.3 ?文獻(xiàn)標(biāo)識碼：A ?文章編號：1673-260X（2019）05-0001-03

1 引言

《中國制造2025》是我國實(shí)施制造強(qiáng)國戰(zhàn)略的第一個(gè)十年行動綱領(lǐng).其中明確指出，當(dāng)前我國正處于新一輪科技革命和產(chǎn)業(yè)變革與我國加快轉(zhuǎn)變經(jīng)濟(jì)發(fā)展方式形成歷史性交匯的時(shí)期，國際產(chǎn)業(yè)分工格局正在重塑.因此必須緊緊抓住這一重大歷史機(jī)遇，按照“四個(gè)全面”戰(zhàn)略布局要求，實(shí)施制造強(qiáng)國戰(zhàn)略，加強(qiáng)統(tǒng)籌規(guī)劃和前瞻部署，逐步把我國建設(shè)成為引領(lǐng)世界制造業(yè)發(fā)展的制造強(qiáng)國，為實(shí)現(xiàn)中華民族偉大復(fù)興的中國夢打下堅(jiān)實(shí)基礎(chǔ)[1].綱領(lǐng)確立了堅(jiān)持把人才作為建設(shè)制造強(qiáng)國的根本指導(dǎo)思想，明確了包括“機(jī)器人”在內(nèi)的十大重點(diǎn)領(lǐng)域.同時(shí)國家出臺了“機(jī)器人工業(yè)十三五規(guī)劃”等一系列相關(guān)政策，在2017年7月，國務(wù)院印發(fā)的“新一代人工智能發(fā)展規(guī)劃”中，則更明確地提出了“廣泛開展人工智能科普活動，支持開展形式多樣的人工智能科普活動，鼓勵(lì)廣大科技工作者投身人工智能的科普與推廣，全面提高全社會對人工智能的整體認(rèn)知和應(yīng)用水平.實(shí)施全民智能教育項(xiàng)目，在中小學(xué)階段設(shè)置人工智能相關(guān)課程，逐步推廣編程教育，鼓勵(lì)社會力量參與寓教于樂的編程教學(xué)軟件、游戲的開發(fā)和推廣”[2].

中小學(xué)機(jī)器人教育，不但能夠?yàn)楦叩冉逃龣C(jī)器人等相關(guān)專業(yè)儲備優(yōu)質(zhì)人才，更重要的是能夠激發(fā)學(xué)生學(xué)習(xí)科學(xué)的興趣，提高科學(xué)素質(zhì)，鍛煉邏輯思維，拓展學(xué)生解決問題的思路、方法，提高學(xué)生創(chuàng)新能力、糾錯(cuò)修正的能力及團(tuán)隊(duì)協(xié)作能力，對學(xué)生綜合素質(zhì)的提高大有裨益.

2 國內(nèi)外機(jī)器人教育研究現(xiàn)狀

目前各個(gè)國家都在機(jī)器人教育領(lǐng)域做了很多探索.王凱等在《日本機(jī)器人教育的發(fā)展現(xiàn)狀和趨勢以重視科技創(chuàng)新的日本為例》一文中指出，早在1998年文部科學(xué)省將編程列為中學(xué)必修內(nèi)容，隨后各類機(jī)器人教育項(xiàng)目迅速增加，日本的企業(yè)也積極為中小學(xué)提供設(shè)備，以支持中小學(xué)編程教育的開展[3].2017年紐約市多所小學(xué)、初中和高中開設(shè)計(jì)算機(jī)科學(xué)相關(guān)課程，學(xué)生在課堂上借助塊碼、機(jī)器人等，學(xué)習(xí)計(jì)算機(jī)科學(xué)的基本概念[6].

在我國，北京、上海等一線城市及其他經(jīng)濟(jì)、文化發(fā)達(dá)地區(qū)也已經(jīng)有很多中小學(xué)陸續(xù)開展了機(jī)器人等相關(guān)課程.比如早在1979年就開設(shè)計(jì)算機(jī)課程的北京景山學(xué)校，自2000年起開設(shè)了“智能機(jī)器人教育”，2011年又引入了Scratch課程.

國內(nèi)相關(guān)的研究表明截至目前，以中國知網(wǎng)所收錄的文獻(xiàn)為來源，以“中小學(xué)機(jī)器人教育”為關(guān)鍵詞，檢索到相關(guān)文獻(xiàn)267篇.對檢索結(jié)果進(jìn)行分析獲得如下數(shù)據(jù)：

首先從文章數(shù)量來看，2014年以前每年相關(guān)文章數(shù)不足20篇，自2014年起相關(guān)研究明顯增多，尤其從2017年至今增長幅度翻倍.

其次從主題上看，除檢索關(guān)鍵字之外，作者們的關(guān)注點(diǎn)主要集中在“人工智能”“機(jī)器人技術(shù)”“智能機(jī)器人”“創(chuàng)客教育”“教育機(jī)器人”“信息技術(shù)課程”“校本課程”等內(nèi)容上.

目前機(jī)器人教育在我國還處于探索發(fā)展階段，中小學(xué)機(jī)器人課程還沒有全國性的統(tǒng)一標(biāo)準(zhǔn)，但是已經(jīng)有越來越多的人意識到了中小學(xué)機(jī)器人教育的重要性并做出了很多積極的探索.

3 赤峰市機(jī)器人教育存在的問題

赤峰市是教育大市，從政府到市民普遍重視教育.2018年9月赤峰市科學(xué)技術(shù)學(xué)會和赤峰市教育局聯(lián)合下發(fā)了“關(guān)于舉辦赤峰市首屆青少年機(jī)器人競賽的通知”文件.該活動對推動機(jī)器人科學(xué)技術(shù)的普及，鼓勵(lì)更多的青少年機(jī)器人愛好者在電子、信息、自動控制等高新科技領(lǐng)域進(jìn)行學(xué)習(xí)、探索、研究和實(shí)踐，激發(fā)學(xué)生學(xué)習(xí)科學(xué)的興趣，提高科學(xué)素質(zhì)，推動青少年機(jī)器人普及教育起到非常積極的作用.但是在良好的形勢下還是存在一些制約機(jī)器人教育發(fā)展的問題，具體如下：

3.1 機(jī)器人課程普及面過窄

我市目前已有多所中小學(xué)將機(jī)器人教學(xué)納入了學(xué)校教育的行列，但主要是以社團(tuán)活動的形式為主，能夠參與的學(xué)生人數(shù)非常有限，受惠面窄.以赤峰市實(shí)驗(yàn)小學(xué)二年級為例，二年級共有8個(gè)班級，每班平均50人，各班能夠參加機(jī)器人社團(tuán)人數(shù)僅為1～2人.普及面過于狹窄，使得很多具有學(xué)習(xí)興趣、具備良好科學(xué)思維的學(xué)生得不到及時(shí)的發(fā)掘.

3.2 教育資源、師資力量缺乏

機(jī)器人課程不能大面積普及的重要原因之一是中小學(xué)校里缺乏專業(yè)教師，從事機(jī)器人教育的老師人數(shù)非常少，絕大多數(shù)學(xué)校沒有專門教師，基本都由信息技術(shù)老師甚至是其他專業(yè)教師兼任，以赤峰二中國際實(shí)驗(yàn)學(xué)校為例，機(jī)器人興趣小組的指導(dǎo)教師是由物理老師兼任.師資力量的匱乏也使得機(jī)器人教育的教育資源非常稀缺.

3.3 市場需求旺盛，培訓(xùn)機(jī)構(gòu)質(zhì)量良莠不齊

教育是家庭的頭等大事，在當(dāng)今社會大背景下，很多家長迫切希望讓子女能得到邏輯思維、創(chuàng)新能力、動手能力的鍛煉，很多家長把目光投向了機(jī)器人相關(guān)方面的課程.機(jī)器人教育市場需求非常旺盛，我市也早有多所培訓(xùn)機(jī)構(gòu)面向青少年開設(shè)機(jī)器人課程，但這些機(jī)構(gòu)魚龍混雜，教學(xué)質(zhì)量良莠不齊，特別是在師資力量上，普遍存在待遇低、流動性大、專業(yè)性差的問題.臨時(shí)招募的社會人員經(jīng)過短期培訓(xùn)就立即上崗，既缺乏機(jī)器人方面的專業(yè)知識、專業(yè)素養(yǎng)、理論功底，也沒有良好教育經(jīng)驗(yàn).目前我市整體業(yè)務(wù)水平最高、最專業(yè)的師資力量主要集中在公立學(xué)校，而學(xué)校機(jī)器人教育由于師資力量有限，教學(xué)資源匱乏，使得惠及面過于狹窄，每個(gè)班級能參加機(jī)器人相關(guān)學(xué)習(xí)的學(xué)生屈指可數(shù).因此，很多家長不得不把目光放在了這些先天不足的培訓(xùn)機(jī)構(gòu)上.而不專業(yè)的教學(xué)，甚至是不科學(xué)的教學(xué)內(nèi)容不但不能使學(xué)生相關(guān)能力、素質(zhì)得到提升，甚至?xí)o學(xué)生帶來誤導(dǎo).

4 研究內(nèi)容及課程目標(biāo)定位

我國目前尚沒有形成一套全國通用的中小學(xué)機(jī)器人課程教學(xué)體系，各地都在積極探索、建立適合本地區(qū)的機(jī)器人課程體系.針對我市機(jī)器人教育現(xiàn)存問題的現(xiàn)狀，本團(tuán)隊(duì)意在設(shè)計(jì)開發(fā)一套比較科學(xué)、規(guī)范、適合我市中小學(xué)的專業(yè)需求，并且經(jīng)過教學(xué)實(shí)踐驗(yàn)證的，適于大面積推廣的青少年機(jī)器人課程體系.此項(xiàng)成果第一能夠大大減輕中小學(xué)教師的備課負(fù)擔(dān)，第二可以使得更多的青少年能夠在學(xué)校就得到專業(yè)的、統(tǒng)一標(biāo)準(zhǔn)的、高水平的機(jī)器人啟蒙教育，第三必將為我市機(jī)器人教育的普及和發(fā)展起到重要的推動作用.赤峰學(xué)院計(jì)算機(jī)與信息工程學(xué)院在機(jī)器人教育領(lǐng)域，具有非常豐富的教育資源，擁有教育經(jīng)驗(yàn)豐富、研發(fā)力量雄厚的教學(xué)團(tuán)隊(duì).課題團(tuán)隊(duì)成員一直從事一線計(jì)算機(jī)課程教學(xué)工作，具有很強(qiáng)的科研、教學(xué)和團(tuán)體攻關(guān)能力.團(tuán)隊(duì)計(jì)劃利用一年的時(shí)間，通過大量的理論研究、需求分析，及課程實(shí)踐、反饋、修訂，設(shè)計(jì)開發(fā)出一套符合中小學(xué)生認(rèn)知規(guī)律的包含大綱、計(jì)劃、教學(xué)目標(biāo)、教案、教學(xué)資源包等內(nèi)容的，適合在本地進(jìn)行普及的中小學(xué)機(jī)器人課程體系.

本項(xiàng)目的實(shí)施既能滿足我市中小學(xué)開展機(jī)器人普及教育的需要，又能減輕中小學(xué)機(jī)器人課程教師的負(fù)擔(dān)，還能使更多的學(xué)生能夠從機(jī)器人課程教學(xué)中受益.用于項(xiàng)目研究購置的儀器設(shè)備可以作為我校機(jī)器人學(xué)生團(tuán)隊(duì)進(jìn)行基礎(chǔ)訓(xùn)練的素材，今后可以依托本套課程體系對我市中小學(xué)相關(guān)課程任課教師進(jìn)行培訓(xùn)，使得我市機(jī)器人基礎(chǔ)教育教學(xué)水平得到全面的提升，達(dá)到甚至趕超經(jīng)濟(jì)發(fā)達(dá)地區(qū)的教育水平，使更多的中小學(xué)生從中受益.

5 課程體系及內(nèi)容規(guī)劃

在課程體系上，將機(jī)器人課程分為初級、中級、高級、競賽專項(xiàng)四個(gè)層次階段，具體如下表所示.

在課程內(nèi)容上主要包括積木拼搭、機(jī)械拼搭，程序設(shè)計(jì)三大模塊，三個(gè)模塊互有交叉.其關(guān)系如圖3所示.

其中積木拼搭需要充分利用各種零部件的形狀、構(gòu)造，以形體搭建、拼裝、模擬為主;機(jī)械拼搭要充分利用梁、齒輪、軸、蝸桿、齒條、馬達(dá)等各種構(gòu)件的力學(xué)原理實(shí)現(xiàn)簡單的運(yùn)動;程序設(shè)計(jì)要在積木拼搭和機(jī)械拼搭的基礎(chǔ)之上通過程序設(shè)計(jì)控制機(jī)械實(shí)現(xiàn)更加復(fù)雜、更規(guī)律、更自由的各種運(yùn)動.

在課程設(shè)計(jì)上，對于不同的課程階段，在教學(xué)內(nèi)容上既有相互獨(dú)立的內(nèi)容，又有層層遞進(jìn)、螺旋上升的內(nèi)容.其中相互獨(dú)立的內(nèi)容是依據(jù)各個(gè)年齡層次的理解能力分別設(shè)計(jì)，而螺旋上升內(nèi)容主要是指在不同的課程階段有相同的教學(xué)項(xiàng)目，但針對不同的年齡層次提出不同的知識目標(biāo)、能力目標(biāo)要求.以“機(jī)械抓手”為例，在初級課程中以了解生活中的杠桿原理，運(yùn)用簡單的杠桿原理解決問題為目標(biāo);在中級課程中要增加更多的探索性、研究性，在教學(xué)內(nèi)容上增加復(fù)合杠桿、滑動連桿等教學(xué)要求;在高級課程中則要提出更深層次的教學(xué)要求，如引導(dǎo)學(xué)生研究、探索如何為機(jī)械結(jié)構(gòu)解決能源動力的問題，以及如何編寫程序使得能源動力的輸出可以滿足實(shí)際需求.

6 課程實(shí)踐展望

目前本課題團(tuán)隊(duì)已經(jīng)與赤峰二中國際實(shí)驗(yàn)學(xué)校達(dá)成了合作協(xié)議，計(jì)劃通過兩個(gè)學(xué)期的教學(xué)實(shí)踐來對課程設(shè)計(jì)進(jìn)行教學(xué)實(shí)踐驗(yàn)證、反饋及修訂.同時(shí)也期待這樣一套的中小學(xué)機(jī)器人課程體系，能夠盡早在我市廣泛付諸教學(xué)實(shí)踐.

推廣普及機(jī)器人教育的目的并不單純是為了產(chǎn)業(yè)發(fā)展儲備力量，也不是定位于要培養(yǎng)科學(xué)家、發(fā)明家，更不是致力于技能的培養(yǎng)，目的在于對學(xué)生思維方式和探究能力的培養(yǎng).建設(shè)創(chuàng)新型國家和世界科技強(qiáng)國離不開人才培養(yǎng)，而基礎(chǔ)教育更是人才培養(yǎng)的根基.因此，充分發(fā)揮我校在教育教學(xué)方面的優(yōu)勢，整合各方面優(yōu)質(zhì)教育資源，利用計(jì)算機(jī)與信息工程學(xué)院的專業(yè)力量，精心打造出一套適合在赤峰地區(qū)推廣的中小學(xué)機(jī)器人課程體系，充分發(fā)揮我校服務(wù)社會的能力，為地方基礎(chǔ)教育的發(fā)展貢獻(xiàn)力量.

參考文獻(xiàn)：

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〔3〕王凱，孫帙，西森年壽，李哲.日本機(jī)器人教育的發(fā)展現(xiàn)狀和趨勢[J].現(xiàn)代教育技術(shù)，2017（04）：5-11.

〔4〕張靜云，鐘柏昌.中小學(xué)機(jī)器人教育的核心理論研究——論科學(xué)探究型教學(xué)模式[J].電化教育研究，2017（10）：106-110.

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〔6〕楊蘭.美國紐約市2017-2018學(xué)年12所小學(xué)參加初級軟件工程項(xiàng)目[J].世界教育信息，2017（21）：78.