周進 葉俊民

摘 要：機器人教育強調(diào)手腦并用、知能并舉，是培養(yǎng)中小學(xué)生創(chuàng)新實踐能力的重要載體。首先，文章分析了機器人教育的發(fā)展背景。其次，文章將機器人教育定位為發(fā)展學(xué)生核心素養(yǎng)的中堅力量、基礎(chǔ)教育課程改革的核心抓手和推動智能教育發(fā)展的重要基石。最后，文章提出制定相關(guān)政策、強化師資隊伍建設(shè)、開發(fā)優(yōu)質(zhì)課程資源、加快建設(shè)教學(xué)環(huán)境、建立示范點是推進我國機器人教育普及的可能路徑，以期為我國中小學(xué)機器人教育的深入發(fā)展提供一些有益的參考。

關(guān)鍵詞：機器人教育;人工智能;教育機器人

中圖分類號：G434 文獻標志碼：A 文章編號：2096-0069（2019）03-0015-06

在人工智能和機器人技術(shù)的推動下，人機結(jié)合的教育可能是未來教育的普遍形態(tài)[1]。2018年4月，教育部頒布的《教育信息化2.0行動計劃》中明確指出，要加強智能教學(xué)助手、教育機器人、智能學(xué)伴等關(guān)鍵技術(shù)研究與應(yīng)用。機器人教育作為機器人技術(shù)在教育領(lǐng)域的典型應(yīng)用模式，對發(fā)展學(xué)生的設(shè)計思維、計算思維和創(chuàng)新思維具有重要價值，并逐步成為共識?？梢哉f，機器人教育在創(chuàng)新人才培養(yǎng)上擁有無法比擬的發(fā)展前景，并將迅速在我國教育教學(xué)領(lǐng)域火熱起來。然而，無論是機器人教育的研究者還是一線實踐者，都應(yīng)在機器人教育的熱潮中保持冷靜思考，形成對機器人教育的發(fā)展背景、戰(zhàn)略定位以及可能路徑的清醒認識。

一、機器人教育的發(fā)展背景

近年來，在我國基礎(chǔ)教育課程改革的推動下，中小學(xué)機器人教育取得了較快發(fā)展。毋庸置疑，中小學(xué)開展機器人教育與科技進步密切相關(guān)，其發(fā)展背景更為復(fù)雜和多樣。

（一）智能時代對人才培養(yǎng)的需求

隨著大數(shù)據(jù)、人工智能、區(qū)塊鏈等技術(shù)的不斷發(fā)展與逐步應(yīng)用，預(yù)示著智能時代的來臨?！吨悄芙逃?018觀塘宣言》認為，智能教育具有豐富的內(nèi)涵，既是以人工智能為知識與內(nèi)容的教育，也是強調(diào)用智能技術(shù)作為環(huán)境與工具的教育，更是以培養(yǎng)適應(yīng)智能時代的人才為目標的教育[2]。這表明人才培養(yǎng)已成為智能時代教育實踐的重要使命，并已成為共識。此外，根據(jù)《全球人工智能產(chǎn)業(yè)分布》報告，中國在人工智能項目的數(shù)量已超美國，但人才儲備方面卻遠遠落后[3]。為此，教育部于2018年4月頒布《高等學(xué)校人工智能創(chuàng)新行動計劃》，明確指出要不斷推動人工智能與教育深度融合，加大人才培養(yǎng)力度，鼓勵和支持在中小學(xué)開展人工智能普及教育。換句話說，智能時代的人才培養(yǎng)要以中小學(xué)開展普及教育為契機。毫無疑問，機器人教育是當(dāng)前中小學(xué)開展人工智能普及教育的重要途徑，其滿足了智能時代對人才培養(yǎng)的需求。

（二）開源運動提供了精神引領(lǐng)與技術(shù)支持

開源運動是開放源碼運動的簡稱，是計算機科學(xué)領(lǐng)域的一種文化現(xiàn)象，其意義在于開放源代碼、信息共享和自由使用[4]。開源運動追求自由、分享的理念，其背后體現(xiàn)了一種開放精神。在全球化進程中，“開放”已成為當(dāng)今世界發(fā)展的主旋律，是人類文明進程中重要的文化精神，也為機器人教育的實踐提供了精神引領(lǐng)?？梢哉f，開源運動不僅為機器人教育的實施與推廣提供了技術(shù)支持，而且體現(xiàn)了一種開放創(chuàng)新的理念，讓學(xué)生體驗課程學(xué)習(xí)的快樂和分享學(xué)習(xí)中的收獲。目前，市場上常見的開源硬件開發(fā)平臺有50余種[5]，而在中小學(xué)機器人教育中使用較多的開源硬件開發(fā)平臺有Arduino、樹莓派等，這些開源硬件具有一些共同的優(yōu)勢，包括價格適中、簡單易上手、兼容性強、用戶基數(shù)大等，這些優(yōu)勢是推動和普及中小學(xué)機器人教育的重要保障。

（三）創(chuàng)客教育與STEM教育的直接推動

作為一種新型的教育形態(tài)，創(chuàng)客教育秉承“開放創(chuàng)新、探究體驗”的教育理念，以“創(chuàng)造中學(xué)”為主要學(xué)習(xí)方式，并以人才培養(yǎng)為核心目的[6]。從已有研究和實踐來看，其特點主要包括以下六個方面：第一，教育理念強調(diào)開放創(chuàng)新;第二，教育目標注重培養(yǎng)學(xué)生的綜合實踐能力與創(chuàng)造力;第三，學(xué)習(xí)方式側(cè)重學(xué)生自主體驗與探究創(chuàng)造;第四，學(xué)習(xí)工具包含了Arduino、樹莓派等開源硬件;第五，學(xué)習(xí)結(jié)果強調(diào)以作品為導(dǎo)向;第六，學(xué)習(xí)評價采用多元評價方式?？梢园l(fā)現(xiàn)，在教育理念、教育目標、學(xué)習(xí)方式、學(xué)習(xí)工具、學(xué)習(xí)結(jié)果、學(xué)習(xí)評價六個方面，中小學(xué)機器人教育與創(chuàng)客教育高度相似。換句話說，機器人教育是中小學(xué)創(chuàng)客教育實踐的有效載體。近年來，創(chuàng)客教育儼然已成為中小學(xué)探索創(chuàng)新教育的熱點方向，這為機器人教育的實踐與普及提供了絕佳的發(fā)展條件。

STEM教育是Science（科學(xué)）、Technology（技術(shù)）、Engineering（工程）和Mathematics（數(shù)學(xué)）四門學(xué)科的簡稱，強調(diào)多學(xué)科的交叉融合，以培養(yǎng)學(xué)生的創(chuàng)新精神與實踐能力[7]。作為一種教育理念，STEM教育強調(diào)通過跨學(xué)科整合來學(xué)習(xí)多學(xué)科知識，課程學(xué)習(xí)注重與學(xué)生實際生活相聯(lián)系。在學(xué)習(xí)方式上，STEM教育提倡項目式學(xué)習(xí)，鼓勵學(xué)生動手實踐來解決真實問題。而機器人教育涉及物理、工程、藝術(shù)、生物等多學(xué)科知識，強調(diào)應(yīng)用教育機器人來解決實際問題，這與STEM教育的跨學(xué)科理念吻合。此外，STEM教育所倡導(dǎo)的項目式學(xué)習(xí)法也是機器人教育實踐常用的學(xué)習(xí)方式[8]。簡言之，STEM教育與機器人教育密切相關(guān)，其教育理念與學(xué)習(xí)方式相同。毋庸置疑，在STEM教育的熱潮下，機器人教育的實踐與普及也得到了迅速發(fā)展。

二、機器人教育的戰(zhàn)略定位

當(dāng)前，人類正邁入智能時代，以人工智能為代表的智能技術(shù)正深刻影響社會生產(chǎn)和生活的各個方面。加快創(chuàng)新型人才培養(yǎng)和儲備，已成為世界各國應(yīng)對智能時代挑戰(zhàn)的重要舉措，而機器人教育是落實這一舉措的必要路徑。換言之，確立機器人教育的戰(zhàn)略地位是加快我國創(chuàng)新型人才培養(yǎng)和推動我國基礎(chǔ)教育改革發(fā)展的必然要求。本研究認為，機器人教育是發(fā)展學(xué)生核心素養(yǎng)的中堅力量、基礎(chǔ)教育課程改革的核心抓手以及助推智能教育發(fā)展的重要基石。

（一）機器人教育是發(fā)展學(xué)生核心素養(yǎng)的中堅力量

21世紀以來，科技的迅速發(fā)展對當(dāng)前人才培養(yǎng)提出了更高的要求，也對當(dāng)前教育體系產(chǎn)生了極大的沖擊與挑戰(zhàn)。為此，教育界亟須思考和回答“培養(yǎng)什么樣的人？”這一重要問題。核心素養(yǎng)也許是回答該問題的一劑“良藥”。核心素養(yǎng)是指學(xué)生適應(yīng)終身發(fā)展和社會發(fā)展需要的必備品格和關(guān)鍵能力，包括人文底蘊、科學(xué)精神、學(xué)會學(xué)習(xí)、健康生活、責(zé)任擔(dān)當(dāng)、實踐創(chuàng)新六大素養(yǎng)[9]。不難發(fā)現(xiàn)，科學(xué)精神、學(xué)會學(xué)習(xí)以及實踐創(chuàng)新是機器人教育的核心價值取向。具體來講，在科學(xué)精神層面，機器人教育鼓勵學(xué)生勇于探究，并以批判質(zhì)疑的態(tài)度去辯證地分析問題，進而讓學(xué)生理解和掌握基本的科學(xué)原理與方法，發(fā)展其理性思維;在學(xué)會學(xué)習(xí)層面，機器人教育能激發(fā)學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣，通過解決實際問題來幫助學(xué)生認識和理解學(xué)習(xí)的價值;在實踐創(chuàng)新層面，機器人教育鼓勵學(xué)生善于發(fā)現(xiàn)問題和提出問題，并制定合理的解決方案，通過應(yīng)用工程思維，將創(chuàng)意和方案轉(zhuǎn)化為成品并不斷調(diào)試和優(yōu)化，以培養(yǎng)學(xué)生的動手實踐能力。綜上所述，可以說，機器人教育是發(fā)展學(xué)生核心素養(yǎng)的中堅力量。

（二）機器人教育是基礎(chǔ)教育課程改革的核心抓手

近年來，隨著國家基礎(chǔ)教育課程改革的不斷深入，中小學(xué)課程改革取得了一些成效和經(jīng)驗，但也面臨諸多問題與挑戰(zhàn)，比如，素質(zhì)教育推進困難、部分課程（主要是綜合實踐活動課）實施艱難、探究教學(xué)實施乏力、中小學(xué)課業(yè)負擔(dān)過重、學(xué)生創(chuàng)新能力不足等[10]。改革是解決教育難題和直面教育挑戰(zhàn)的唯一途徑，是落實立德樹人的根本任務(wù)、推進素質(zhì)教育以及提升教育質(zhì)量的必然要求。

機器人教育是一種具有鮮明時代色彩和技術(shù)特點的教育模塊，可以作為基礎(chǔ)教育課程改革的核心抓手。從教育理念看，機器人教育活動設(shè)計與實踐是以發(fā)展學(xué)生核心素養(yǎng)為指導(dǎo)，強調(diào)手腦并用、知能并舉，以培養(yǎng)學(xué)生的問題解決能力、批判精神以及創(chuàng)新思維。從課程結(jié)構(gòu)看，機器人教育強調(diào)以模塊化的方式進行組織，通常情況下以主題或項目的形式來構(gòu)建整個課程體系，以便于課程內(nèi)容靈活組裝與實施個性化教學(xué)。從學(xué)習(xí)活動看，機器人教育倡導(dǎo)探究體驗式學(xué)習(xí)，從學(xué)生的實際生活問題出發(fā)，引導(dǎo)學(xué)生展開小組合作與探究。從學(xué)習(xí)內(nèi)容看，機器人教育提倡跨學(xué)科整合，運用多學(xué)科知識來解決問題，為培養(yǎng)新時代跨學(xué)科、復(fù)合型、高素質(zhì)人才提供了良好平臺。此外，在新技術(shù)、新理念的推動下，我國中小學(xué)機器人教育取得了較快發(fā)展，其課程價值已逐步獲得社會的認可?？梢哉f，機器人教育在解決基礎(chǔ)教育課程改革相關(guān)問題中具有重要價值，是基礎(chǔ)教育課程改革的核心抓手。

（三）機器人教育是助推智能教育發(fā)展的重要基石

在人工智能浪潮的推動下，全球多個國家已將智能教育提升為國家戰(zhàn)略的高度。新加坡在“IN2015計劃”中提出，要著重推進智能教育，以助推教育深化改革[11]。韓國2011年頒布了推進智能教育戰(zhàn)略實施計劃，描繪了一幅未來教育的嶄新圖景[12]。美國2016年相繼頒布了兩個人工智能相關(guān)的政策報告，掀起了智能教育研究與實踐的熱潮[13][14]。我國在2017年頒布的新一代人工智能發(fā)展規(guī)劃中明確指出，要推動人工智能在教學(xué)、管理、資源建設(shè)等全流程應(yīng)用，大力推動智能教育發(fā)展[15]。智能技術(shù)對人類生活方式、思維方式正產(chǎn)生深刻影響，而智能教育是智慧教育的實踐路徑[16]，也正成為全球教育發(fā)展的重要趨勢。

智能教育兼具教育屬性與技術(shù)屬性之雙重屬性。從教育屬性來看，智能教育是促進人類智能發(fā)展的教育，以培養(yǎng)適應(yīng)智能時代發(fā)展的人才為目標;從技術(shù)屬性來看，智能教育是強調(diào)將智能技術(shù)作為工具或環(huán)境，以支持或輔助教育教學(xué)實踐。當(dāng)前，機器人教育是智能教育實踐的新形態(tài)，推動和普及機器人教育是助推智能教育發(fā)展的重要基石，其作用主要體現(xiàn)在以下四個方面：其一，人才培養(yǎng)從“粗放工廠式”生產(chǎn)轉(zhuǎn)變?yōu)椤熬殏€性化”培養(yǎng)，教育質(zhì)量逐步提升;其二，學(xué)習(xí)方式從教師講授轉(zhuǎn)變?yōu)閷W(xué)生探究體驗，課堂活力進一步釋放;其三，活動過程從“重靜不重動、重腦不重手”轉(zhuǎn)變?yōu)椤笆帜X并用、知能并舉”，學(xué)習(xí)效率顯著改善;其四，學(xué)習(xí)評價從單一固化轉(zhuǎn)變?yōu)槎嘈螒B(tài)、多主體，評價結(jié)果走向全面、真實。

三、機器人教育的可能路徑

毋庸置疑，機器人教育在發(fā)展學(xué)生社交技能、批判性思維、計算思維等方面具有重要價值，同時在構(gòu)建個性化學(xué)習(xí)環(huán)境和開發(fā)趣味性學(xué)習(xí)課程方面擁有巨大潛能[17]。近年來，中小學(xué)機器人教育的發(fā)展雖然取得了一定成效和影響，但在推廣和普及的過程中仍面臨諸多問題，如理論體系不完善、師資力量薄弱、課程體系缺乏、教育機器人標準不統(tǒng)一等[18][19]。因此，需要從多個角度和不同層面來探索中小學(xué)機器人教育發(fā)展和普及的可能路徑。

（一）制定發(fā)展機器人教育的相關(guān)政策

在中小學(xué)普及機器人教育是一項較為復(fù)雜和極具時代意義的教育工程項目，需要政府、社會、學(xué)校和企業(yè)的廣泛關(guān)注。為拓寬機器人教育的發(fā)展之路，政府需牽頭制定相關(guān)政策和保障機制。一方面，應(yīng)加快構(gòu)建“政企學(xué)研”多方協(xié)同合作機制，共同推動中小學(xué)機器人教育實踐和發(fā)展。政府要高度重視中小學(xué)機器人教育的普及與發(fā)展，建立健全制度保障體系，加大對中小學(xué)機器人教育的經(jīng)費扶持力度。企業(yè)要積極與學(xué)校、科研院所開展合作，加緊研發(fā)高質(zhì)量、易推廣的教育機器人產(chǎn)品。學(xué)校要開設(shè)機器人教育課程，并積極探索機器人教學(xué)模式，以培養(yǎng)智能時代所需的高素質(zhì)、復(fù)合型的創(chuàng)新人才。科研院所要關(guān)注機器人教育的發(fā)展前沿，構(gòu)建相對完善的機器人教育理論體系。通過多方協(xié)同合作，為中小學(xué)機器人教育實踐和發(fā)展提供外部保障。另一方面，應(yīng)加緊研制較為完善的機器人教育標準體系，加速中小學(xué)機器人教育的推廣與普及。機器人教育標準體系涵蓋課程標準和教育機器人標準。課程標準是中小學(xué)開展機器人教育實踐的重要依據(jù)，高中新課程標準雖然對此留有空間，但小學(xué)和初中缺乏對應(yīng)的課程標準，這極大阻礙了機器人教育的普及之路。因此，應(yīng)加強機器人教育的頂層設(shè)計，構(gòu)建中小學(xué)機器人教育課程體系，并將其正式納入中小學(xué)教育體系中，以此規(guī)范課程設(shè)置的目標、內(nèi)容及教材，解決學(xué)段銜接不暢、內(nèi)容五花八門等問題，保障中小學(xué)機器人教學(xué)質(zhì)量。教育機器人是開展機器人教育實踐的載體，研制教育機器人的統(tǒng)一標準可以減少經(jīng)費的投入[20]。目前市場上教育機器人產(chǎn)品種類繁多、標準不一，這造成了教育資源的極大浪費。為此，政府應(yīng)牽頭，建立科研院所、學(xué)校以及企業(yè)組成的多方協(xié)作共同體，加緊研制教育機器人統(tǒng)一標準。該標準既要充分考慮中小學(xué)校的實際情況，也要符合學(xué)生的認知發(fā)展規(guī)律。

（二）強化機器人教育師資隊伍建設(shè)

優(yōu)秀的師資隊伍是中小學(xué)機器人教育質(zhì)量的根本保證。相比于傳統(tǒng)的信息技術(shù)課程，機器人教育課程對一線教師的專業(yè)素養(yǎng)提出了更高的要求，不僅體現(xiàn)在教學(xué)模式和方法上的差異，更重要的是要求教師具備科學(xué)、技術(shù)、工程、數(shù)學(xué)等多學(xué)科知識，需要教師具備跨學(xué)科整合的能力。因此，強化機器人教育師資隊伍建設(shè)迫在眉睫。具體而言，可以從以下三個方面著手：一是在信息技術(shù)教師對口的大學(xué)專業(yè)設(shè)置機器人專業(yè)課程，從源頭把關(guān)機器人教育的師資力量和質(zhì)量，形成專業(yè)化的師資培養(yǎng)。二是各級教育主管部門應(yīng)聯(lián)合高校和企業(yè)力量，為在職教師提供有針對性的機器人教育課程培訓(xùn)，在轉(zhuǎn)變教師觀念的同時，拓展教師的跨學(xué)科視野。三是各區(qū)域的教研部門應(yīng)積極發(fā)揮教研和統(tǒng)籌的功能，開展常態(tài)化的機器人教育教研活動，主動籌建區(qū)域機器人教育聯(lián)盟，協(xié)同促進區(qū)域機器人教育均衡發(fā)展。

（三）開發(fā)優(yōu)質(zhì)的機器人教育課程資源

優(yōu)質(zhì)的課程資源是機器人教育普及和推廣的堅實基礎(chǔ)。當(dāng)前，我國多個地方（如北京、上海、廣州、江蘇等地）開設(shè)了機器人校本課程或地方課程，這對推進機器人教育課程的普及具有重要的現(xiàn)實意義。遺憾的是，優(yōu)質(zhì)的機器人教育課程較少，大多數(shù)課程以競賽驅(qū)動為主，其教學(xué)過程充斥著大量重復(fù)性實驗、機械性模仿的學(xué)習(xí)活動[21]。為此，開發(fā)優(yōu)質(zhì)的機器人教育課程資源顯得尤為重要。首先，應(yīng)開展機器人教育課程研究，探索中小學(xué)機器人教學(xué)的有效模式和方法，為開發(fā)優(yōu)質(zhì)的機器人教育課程提供指導(dǎo)。其次，應(yīng)組建由工程、生物、技術(shù)、航空等多領(lǐng)域?qū)＜?、一線教師、高?？蒲泄ぷ髡咭约皩W(xué)校管理人員構(gòu)成的開發(fā)團隊，以社會需求為導(dǎo)向，緊密聯(lián)系學(xué)生的實際生活，以此來設(shè)計和開發(fā)優(yōu)質(zhì)的機器人教育課程。最后，學(xué)校可以與校外機器人教育機構(gòu)展開合作，在課程開發(fā)方面進行深度交流，并以開發(fā)優(yōu)質(zhì)課程資源為出發(fā)點，推進學(xué)校與機構(gòu)的協(xié)同合作。

（四）加快建設(shè)機器人教學(xué)環(huán)境

機器人教育涉及軟件、硬件、編程、電路以及機械，并強調(diào)“做中學(xué)”，因而課程實施需要良好的教學(xué)環(huán)境。換句話說，教學(xué)環(huán)境的建設(shè)是推動中小學(xué)機器人教育普及的必要條件。然而，機器人教學(xué)環(huán)境的建設(shè)不是大刀闊斧的改革，更不是“隔空建樓”，應(yīng)秉持開源節(jié)流、因地制宜的建設(shè)理念。其一，學(xué)?？梢岳^承和改造已有的創(chuàng)客空間。比如，溫州中學(xué)利用已有的創(chuàng)客空間來積極開展機器人普及教育。其二，應(yīng)充分利用已有的計算機教室，選用性價比較高的開源機器人硬件。比如，受到一線教師歡迎的Arduino開源機器人硬件，不僅價格低廉，而且能結(jié)合已有的計算機教室展開教學(xué)。其三，要充分利用既有的網(wǎng)絡(luò)平臺和移動終端，搭建課程學(xué)習(xí)和管理平臺。比如，借助電子書包和在線學(xué)習(xí)社區(qū)搭建課程管理平臺，一方面支持學(xué)生在線交流和資料收集，另一方面便于教師實施和管理機器人教育課程，從而極大提升中小學(xué)機器人教育普及的可行性與便捷性。

（五）建立機器人教育示范點

為推進中小學(xué)機器人教育普及，依據(jù)“試點先行，以點帶面，逐步推廣”的原則，在經(jīng)濟條件較好的地區(qū)或?qū)W校，建立機器人教育示范點，探索機器人教育應(yīng)用模式，進而逐步向全國推廣。比如，我國教育改革前沿省份浙江省已明確提出，到2020年浙江省將建成100所特色鮮明、具有示范引領(lǐng)作用的教育機器人應(yīng)用試點示范學(xué)校[22]。這一創(chuàng)新舉措為機器人教育示范點的建設(shè)提供了經(jīng)驗借鑒，具體來講，示范點要積極與科研院所和企業(yè)展開協(xié)同合作，積極組建由一線教師和行業(yè)專家組成的專業(yè)團隊。同時，定期對管理者和教師展開機器人教育培訓(xùn)，轉(zhuǎn)變學(xué)校管理者對機器人教育的認識，提升一線教師開展機器人教學(xué)實踐的能力。此外，加大經(jīng)費投入，建立健全體制、機制保障體系，確保示范建設(shè)工作穩(wěn)定運行。最后，制定有效的激勵措施，鼓勵各學(xué)科教師積極展開機器人教學(xué)創(chuàng)新應(yīng)用。

四、小結(jié)

創(chuàng)新人才培養(yǎng)是基礎(chǔ)教育課程改革的內(nèi)在核心。當(dāng)前，我國中小學(xué)機器人教育的實施依然停留在以競賽模式為主，其普及率仍然很低[23]。因此，亟須厘清機器人教育的發(fā)展背景、戰(zhàn)略定位以及可能的路徑，才能有助于推進我國中小學(xué)機器人教育的普及與深入發(fā)展。需要指出的是，在推進機器人教育的普及過程中，難免會遇到各種問題與挑戰(zhàn)，這需要研究者和實踐者協(xié)同合作，共同譜寫我國中小學(xué)機器人教育發(fā)展的新篇章。

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（責(zé)任編輯 喬磊）