張津瑋

(武漢大學 教育科學研究院，湖北 武漢 430000)

0 引言

2018年教育部在《普通高中通用技術(shù)課程標準(2017年版)》(以下簡稱課標)中，將“機器人設(shè)計與制作”模塊納入普通高中階段通用技術(shù)的選擇性必修模塊，與此相關(guān)的是在信息技術(shù)學科中，設(shè)立“人工智能初步”并將編程納入學習內(nèi)容。在此背景下，機器人教育中存在的許多問題暴露出來，如基礎(chǔ)教育階段機器人教育“外熱內(nèi)冷”的狀態(tài)；課程拘泥于形式教學內(nèi)容單一，忽視學生綜合能力的培養(yǎng)等?；谝陨蠁栴}，要從根源上提升機器人教育質(zhì)量，不僅需要國家層面政策推動，還需要從現(xiàn)狀與困境切入，結(jié)合理論與實踐探尋解決路徑。

1 機器人教育現(xiàn)狀與困境

1.1 機器人教育概念

機器人教育，至今較權(quán)威的定義由彭紹東[1]教授于2002年提出：機器人教育是指學習、利用機器人,優(yōu)化教育效果及師生勞動方式的理論與實踐?？蓮睦碚撆c實踐兩方面理解：理論部分包括自身理論與現(xiàn)有理論的有機結(jié)合，形成一套獨立的科學體系；實踐部分則把機器人視為學習內(nèi)容或教學工具，以此為基礎(chǔ)開展系列教學活動，教學活動通過具體實踐應(yīng)用完成。最終目的是通過機器人教育將教學效果朝向最優(yōu)方向發(fā)展，進而優(yōu)化教學效率。

1.2 機器人教育主要開展方式

1.2.1 學校課程

《普通高中通用技術(shù)課程標準(2017年版)》將課程類別調(diào)整為必修課程、選擇性必修課程與選修課程。在保證共同基礎(chǔ)前提下，為不同發(fā)展方向?qū)W生提供有選擇的課程。選擇性必修課程根據(jù)學生個性發(fā)展與升學考試需要設(shè)置，選修選考[2]?！皺C器人的設(shè)計與制作”這一模塊被歸在通用技術(shù)選擇性必修中，并由“機器人結(jié)構(gòu)與傳動機械”、“機器人感知與傳感器”、“機器人控制器”、“機器人控制策略”4單元組成。在義務(wù)教育階段則有略有區(qū)別，機器人設(shè)計與制作被歸入信息技術(shù)課程并且以選修形式開設(shè)。

1.2.2 課外活動

這部分包括校內(nèi)興趣班與校外培訓。由于開展機器人課程需要配備系列設(shè)施，導(dǎo)致一些學校無法滿足全體學生學習需求，只能以校內(nèi)興趣班形式開展機器人課程。然而因課時限制無法滿足機器人教育所需條件，于是大量機器人培訓機構(gòu)迅速占據(jù)教育市場。

1.3 校外培訓市場巨大

目前中小學機器人教育存在明顯“外熱內(nèi)冷”現(xiàn)象，即校外機器人培訓市場火爆，校內(nèi)機器人教育不溫不火。我國機器人教育產(chǎn)業(yè)發(fā)展迅猛，截至2016年9月，全國范圍有7 000-8 000家機器人教育培訓機構(gòu)，比2011年增長了近15倍，專家預(yù)計到2025年，我國機器人教育產(chǎn)業(yè)市場將達到3 000億元[3]。校外培訓由于監(jiān)管力度不大，缺乏行業(yè)標準存在以下問題：①校外培訓打著培養(yǎng)創(chuàng)造性思維的口號，收取高昂費用；②培訓機構(gòu)所使用的機器人配套設(shè)備及教材五花八門，兼容性不高，課程設(shè)置是否符合學生身心發(fā)展無法檢驗；③師資不均衡導(dǎo)致教學效果與質(zhì)量缺乏保證。

1.4 機器人課程存在偏差

近年，聚焦機器人課程的研究日漸豐富，出現(xiàn)許多新穎的課程設(shè)計與教學模式，但中小學機器人課程在教育內(nèi)容層面存在側(cè)重學科本位，重技術(shù)輕整合的現(xiàn)象[4]。培養(yǎng)學生創(chuàng)新應(yīng)用能力是機器人教育的重心，也是機器人教育核心價值的體現(xiàn)。但實際教學情景中，創(chuàng)新能力培養(yǎng)被束之高閣。具體表現(xiàn)為教師基本沿襲傳統(tǒng)講練結(jié)合或封閉式任務(wù)教學法，以簡單搭建組裝為主要教學任務(wù)，學生按照設(shè)定步驟程序完成機器人制作，不僅缺少創(chuàng)新思維引導(dǎo)，而且持續(xù)削弱學生個性[5]。

機器人只是作為學習對象，關(guān)于機器人基礎(chǔ)知識與基本操作技能的學習構(gòu)成了機器人課程的核心或全部內(nèi)容，總體來說機器人課程體系還不夠科學，阻礙著機器人教育的發(fā)展。

2 提升機器人教育質(zhì)量路徑探索

2.1 師資培養(yǎng)與提升

師資是制約機器人教育發(fā)展的關(guān)鍵因素。學校信息技術(shù)教師雖然具備大類學科相關(guān)背景，但容易將信息技術(shù)課上慣用教學方式與固定教學思維帶到機器人教學中。機器人課程區(qū)別于其它課程關(guān)鍵在于，這是一門偏重實踐的課程，主要培養(yǎng)學生動手實操能力與應(yīng)用創(chuàng)新能力。因此，教師要最大化激發(fā)學生綜合能力，首先自身應(yīng)熟練掌握操作，進而傳授給學生。這里傳授不僅僅是指機械、單一的操作流程示范，還要把其中原理知識與思維方式通過課堂教給學生。因此提高教師整體素質(zhì)與能力顯得尤為重要。

提高師資水平需加強人才的供給輸出。一些師范院校中教育技術(shù)、信息技術(shù)或者非師范院校計算機專業(yè)可以將機器人課程盡快納入培養(yǎng)體系，最好是以專業(yè)必修課的形式，考核方式以實操為主，知識為輔[6]，同時為學生提供觀摩真實中小學課堂的機會，儲備經(jīng)驗。除了培養(yǎng)新型教師外，一線教師則要加強交流學習，尤其是校際合作，學?？陕?lián)合從校外或者高校聘請專業(yè)教師給予指導(dǎo)。教師通過培訓改進教學，螺旋式提升教學水平。

2.2 以學生發(fā)展為導(dǎo)向

(1)課程設(shè)置再完善?！读x務(wù)教學階段信息技術(shù)課程標準》指出，學會設(shè)計與制作簡單的機器人，具備識別機器人基本構(gòu)造、描述部分功能工作原理、區(qū)分各類傳感器等能力，并根據(jù)實際生活設(shè)計、制作或組裝簡單的實物機器人[7]。此外還突出編程思維培養(yǎng)，引入流程圖讓學生掌握利用程序設(shè)計解決問題的基本過程。相對而言，高中階段培養(yǎng)目標則更細致全面，這就導(dǎo)致從義務(wù)教育階段向高中階段銜接不夠。一旦學生缺乏相關(guān)基礎(chǔ)知識背景則較難適應(yīng)高中階段學習。此外，迫于高考壓力機器人課程易被邊緣化。選擇性必修看似突出學生自主權(quán)，但對機器人教育來說具有一定局限性。由于通用技術(shù)中選擇性必修共計11個模塊，學生選擇機器人設(shè)計與制作的概率僅為9%，因此有必要在必修課程中普及機器人基礎(chǔ)知識，有效引導(dǎo)學生選擇這一模塊深入學習?？偠灾寵C器人正式進入課堂，還需不斷完善課程設(shè)置，落實課程目標。

(2)教學模式再開發(fā)。以往的機器人課堂教師一般沿用講授法、任務(wù)驅(qū)動法等基礎(chǔ)教學方法，但傳統(tǒng)教學方法與機器人課程融合度欠缺，因此教師應(yīng)該充分考慮學生特征，更新教學方式。如果學生動手能力強，應(yīng)激發(fā)學生動手能力，給學生留足自主發(fā)展的時間。如果學生基礎(chǔ)知識掌握較好，對問題表現(xiàn)出極大探索興趣，則應(yīng)盡可能引導(dǎo)學生理解背后的原理，促進學生全面發(fā)展。隨著技術(shù)與教育深度融合，教師應(yīng)充分利用學習資源調(diào)動學生學習動機以促進教學效果，如微課、慕課、翻轉(zhuǎn)課堂等[8]。另外，可通過小組合作學習，2-3人一組最佳，學習活動范圍不局限在幾十人的課堂中，可以擴展到課外、校外等。知識講授與示范不再是在機器人課程重點，教師在機器人教學中的地位要弱化，而學生則要突出主體地位。學生通過自主性學習，培養(yǎng)問題解決的能力、知識遷移能力、思維創(chuàng)造能力、合作交流能力，在學習合作中不斷進步。想要根據(jù)學生水平進行有區(qū)別、合適的指導(dǎo)就無法忽視教師能力，因為師資水平與教學模式是相輔相成的。

2.3 發(fā)揮機器人競賽價值

雖然諸多學者對機器人競賽存在質(zhì)疑，但不可否認的是機器人競賽確實在一定程度上推動了機器人教育發(fā)展。當今我國機器人競賽種類接近20余種，其中很多競賽參賽人數(shù)年年上升，一些學生也有機會在國際比賽嶄露頭角，這些豐碩成果背后離不開機器人競賽的推動。以往的爭議點在于競賽忽略了機器人教育的意義，其實參賽本身就是一次鍛煉，一種教育方式。機器人教育特殊性正是在于它的過程，它沒有統(tǒng)一標準與結(jié)果，因此強調(diào)過程應(yīng)該是機器人教育關(guān)注的地方。對于學生而言競賽榮譽可能帶來升學競爭優(yōu)勢，這確實是一種利益驅(qū)動，但比賽過程中的收獲與體驗無法衡量，有益無益完全取決于學生對于比賽的付出程度。因此教師與教育工作者需要改變觀點，以發(fā)展的眼光看待競賽，向?qū)W生傳達“參與即學習”的新理念，讓機器人競賽發(fā)揮最大價值。