楊偉杰

摘? ?要：在社會(huì)全面走進(jìn)人工智能時(shí)代的背景下，K-12階段機(jī)器人教育師資的培養(yǎng)成為中小學(xué)階段人工智能及機(jī)器人教學(xué)課程實(shí)施的關(guān)鍵因素。建設(shè)好機(jī)器人教育實(shí)訓(xùn)室，才能為師范院校實(shí)施中小學(xué)機(jī)器人教育專業(yè)課程、實(shí)訓(xùn)課程和培訓(xùn)課程提供產(chǎn)學(xué)一體的環(huán)境。在分析國(guó)內(nèi)外機(jī)器人教育實(shí)訓(xùn)室建設(shè)相關(guān)研究的基礎(chǔ)上，文章系統(tǒng)地闡述了面向K-12階段師資培養(yǎng)的機(jī)器人教育實(shí)訓(xùn)室的服務(wù)課程、設(shè)計(jì)理念、功能布局與體系結(jié)構(gòu)、教具軟件與設(shè)備選型、文化設(shè)計(jì)與規(guī)范管理，解決了以往機(jī)器人教育師資培養(yǎng)缺乏實(shí)踐條件的問(wèn)題，為學(xué)生提供了一個(gè)可實(shí)現(xiàn)教育機(jī)器人教學(xué)實(shí)踐和仿真演練的環(huán)境，為國(guó)內(nèi)院校相關(guān)專業(yè)實(shí)訓(xùn)室的建設(shè)提供了一個(gè)有效解決方案。

關(guān)鍵詞：K-12;機(jī)器人教育;人工智能教育;實(shí)訓(xùn)室;設(shè)計(jì)

中圖分類號(hào)：G434 文獻(xiàn)標(biāo)志碼：A 文章編號(hào)：1673-8454（2020）17-0046-05

機(jī)器人教育，通常是指學(xué)習(xí)有關(guān)機(jī)器人的基本知識(shí)與基本技能，或利用教育機(jī)器人優(yōu)化教育教學(xué)效果的理論與實(shí)踐。[1]機(jī)器人教育課程是一種典型的多學(xué)科交叉融合的課程，涉及機(jī)械、電子、計(jì)算機(jī)、材料與結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)、傳感器及測(cè)試技術(shù)、自動(dòng)控制、軟件編程等學(xué)科知識(shí)和技能。在中小學(xué)階段，機(jī)器人教育課程是人工智能、STEAM和創(chuàng)客課程的重要載體。[2]2017年國(guó)務(wù)院頒布的《新一代人工智能發(fā)展規(guī)劃》中強(qiáng)調(diào)，要完善人工智能教育體系，促進(jìn)機(jī)器智能在教育領(lǐng)域的深度應(yīng)用，全面打造智能教育生態(tài)。[3]中小學(xué)生在校內(nèi)參加機(jī)器人社團(tuán)、校外培訓(xùn)機(jī)構(gòu)參加機(jī)器人教育和少兒編程教育課程方興未艾，形成了巨大的教育培訓(xùn)市場(chǎng)和智慧教具產(chǎn)業(yè)。在機(jī)器人教育行業(yè)發(fā)展前景看好的同時(shí)，伴隨產(chǎn)生了專業(yè)師資有效供給不足的問(wèn)題。專業(yè)師資緊缺的問(wèn)題，已成為制約我國(guó)K-12機(jī)器人教育產(chǎn)業(yè)發(fā)展和全面實(shí)施中小學(xué)階段人工智能教育的主要因素。加強(qiáng)源頭培養(yǎng)、強(qiáng)化教師培訓(xùn)是解決師資不足的有效手段。[2]機(jī)器人教育師資的培養(yǎng)涉及人才培養(yǎng)方案中課程體系設(shè)計(jì)與實(shí)施、教師專業(yè)知識(shí)與技能水平、理論教學(xué)與實(shí)踐教學(xué)條件等因素。其中，建設(shè)理念先進(jìn)、功能完善的機(jī)器人教育實(shí)訓(xùn)室是機(jī)器人教育師資培養(yǎng)體系中關(guān)鍵的基礎(chǔ)條件。

一、概念的界定

1.機(jī)器人教育實(shí)訓(xùn)室

機(jī)器人教育實(shí)訓(xùn)室是利用機(jī)器人及相關(guān)設(shè)備開(kāi)展機(jī)器人教育理論和實(shí)踐教學(xué)的重要場(chǎng)所，是提升相關(guān)專業(yè)學(xué)生綜合素質(zhì)及實(shí)踐技能水平的主要基地，在本研究中指面向K-12階段機(jī)器人教育課程師資培養(yǎng)的機(jī)器人教育實(shí)訓(xùn)室。機(jī)器人教育實(shí)訓(xùn)室作為一種基礎(chǔ)教學(xué)環(huán)境，為師生開(kāi)展機(jī)器人課程教學(xué)、掌握職業(yè)技能，提供了所需的場(chǎng)所、教學(xué)設(shè)備、軟件平臺(tái)、教學(xué)指導(dǎo)人員和教學(xué)計(jì)劃，是實(shí)現(xiàn)培養(yǎng)高素質(zhì)技能型機(jī)器人教育師資的重要條件。

2.機(jī)器人教育實(shí)訓(xùn)室建設(shè)相關(guān)研究

截至2019年12月，在CNKI中以“機(jī)器人教育實(shí)訓(xùn)室”為關(guān)鍵詞進(jìn)行檢索，共找到密切相關(guān)文獻(xiàn)31篇。分析結(jié)果表明，國(guó)內(nèi)機(jī)器人教育實(shí)訓(xùn)室相關(guān)研究主要集中在高校和中職學(xué)校的工業(yè)機(jī)器人實(shí)訓(xùn)室建設(shè)方面，未涉及K-12階段機(jī)器人教育師資的培養(yǎng)。工業(yè)機(jī)器人作為“工業(yè)4.0時(shí)代”智能制造行業(yè)中的典型領(lǐng)域，受到了前所未有的重視。[4]工業(yè)機(jī)器人實(shí)訓(xùn)室及實(shí)訓(xùn)基地的建設(shè)主要集中在機(jī)電工程、自動(dòng)控制、物流管理（自動(dòng)化倉(cāng)儲(chǔ)）、汽車制造、航務(wù)和醫(yī)藥自動(dòng)化工程等專業(yè)領(lǐng)域，不同學(xué)者分別從智慧化設(shè)計(jì)、軟件環(huán)境、輔助教學(xué)機(jī)器人、實(shí)訓(xùn)項(xiàng)目設(shè)置、校企合作等方面對(duì)工業(yè)機(jī)器人實(shí)訓(xùn)室的建設(shè)和利用提出了相應(yīng)對(duì)策。[5]例如，任洪鋒等人提出利用云計(jì)算、物聯(lián)網(wǎng)感知技術(shù)等，打造具有“互聯(lián)網(wǎng)+”時(shí)代特色的機(jī)器人智慧實(shí)訓(xùn)室;[6]楊秀文對(duì)工業(yè)機(jī)器人應(yīng)用技術(shù)實(shí)驗(yàn)實(shí)訓(xùn)室的建設(shè)目標(biāo)、軟硬件建設(shè)與實(shí)驗(yàn)實(shí)訓(xùn)項(xiàng)目體系、項(xiàng)目體系工作流程做了解讀。[7]工業(yè)機(jī)器人實(shí)訓(xùn)室的建設(shè)對(duì)本研究有一定的借鑒作用，但從現(xiàn)有文獻(xiàn)分析來(lái)看，面向師范院校的K-12階段機(jī)器人教育師資培養(yǎng)所需的機(jī)器人教育實(shí)訓(xùn)室建設(shè)相關(guān)研究比較缺乏。

二、承載的課程

機(jī)器人教育實(shí)訓(xùn)室中承載的課程是實(shí)訓(xùn)室設(shè)計(jì)的基本邏輯起點(diǎn)，它主要服務(wù)的課程包括專業(yè)課程、實(shí)訓(xùn)課程與培訓(xùn)課程三種類型。其中，專業(yè)課程主要有機(jī)器人教育概論、電子趣味制作、可視化少兒編程、機(jī)器人教學(xué)與趣味編程，此類課程的目標(biāo)是讓學(xué)生系統(tǒng)地學(xué)習(xí)和掌握機(jī)器人教育的專業(yè)理論知識(shí)和操作技能，了解機(jī)器人教育的前沿科技和產(chǎn)業(yè)發(fā)展趨勢(shì)，培養(yǎng)分析解決專業(yè)范圍內(nèi)實(shí)際問(wèn)題的能力。實(shí)訓(xùn)課程主要有機(jī)器人教育教學(xué)技能實(shí)訓(xùn)、機(jī)器人教育教學(xué)資源設(shè)計(jì)和工作室綜合項(xiàng)目，此類課程的課程目標(biāo)是通過(guò)開(kāi)展機(jī)器人教育相關(guān)的教學(xué)技能和教學(xué)資源設(shè)計(jì)實(shí)訓(xùn)項(xiàng)目，讓學(xué)生掌握開(kāi)展機(jī)器人課程教學(xué)設(shè)計(jì)與實(shí)施、教研活動(dòng)、競(jìng)賽組織、門(mén)店運(yùn)營(yíng)、客戶溝通管理等典型工作和任務(wù)過(guò)程的方法，發(fā)展學(xué)生開(kāi)展機(jī)器人教育的實(shí)務(wù)能力和職業(yè)素養(yǎng)。培訓(xùn)課程包括面向?qū)W生的企業(yè)培訓(xùn)（行業(yè)宣講與公益實(shí)訓(xùn)課）、考證輔導(dǎo)（全國(guó)青少年機(jī)器人技術(shù)等級(jí)考試、中國(guó)機(jī)器人教育師資實(shí)訓(xùn)技能資格證書(shū)），面向企業(yè)員工的培訓(xùn)（行業(yè)發(fā)展、教學(xué)技能、課程設(shè)計(jì)），以及面向中小學(xué)學(xué)科教師的省培項(xiàng)目（小學(xué)信息技術(shù)教師教學(xué)技能培訓(xùn)、創(chuàng)客師資培訓(xùn)、“人工智能+教育師資”培訓(xùn)等），此類課程的目標(biāo)是以校企合作形式，通過(guò)面向?qū)W生、企業(yè)員工、中小學(xué)教師開(kāi)展機(jī)器人教育培訓(xùn)類課程，開(kāi)展社會(huì)技術(shù)服務(wù)和師資培訓(xùn)工作，服務(wù)產(chǎn)業(yè)發(fā)展，提升專業(yè)的社會(huì)影響力。

三、整體設(shè)計(jì)理念

1.結(jié)合專業(yè)行業(yè)發(fā)展，體現(xiàn)職業(yè)和崗位需求

結(jié)合專業(yè)和行業(yè)的發(fā)展，充分體現(xiàn)一線職業(yè)和崗位需求是機(jī)器人實(shí)訓(xùn)室設(shè)計(jì)的首要考慮因素。在實(shí)訓(xùn)室中營(yíng)造機(jī)器人教育教學(xué)、機(jī)構(gòu)運(yùn)營(yíng)、管理和服務(wù)的仿真職業(yè)環(huán)境，目的是為了最大程度上讓學(xué)生適應(yīng)從學(xué)校培養(yǎng)到就業(yè)環(huán)境的無(wú)縫對(duì)接。因此，要從設(shè)備、流程、管理、文化上接近一線工作環(huán)境，形成“企業(yè)文化”和“教學(xué)氛圍”，重視職業(yè)素養(yǎng)培養(yǎng)，強(qiáng)化學(xué)生的安全意識(shí)和質(zhì)量意識(shí)。市場(chǎng)調(diào)研結(jié)果表明，目前K-12階段機(jī)器人教育師資主要工作崗位分為中小學(xué)學(xué)校教學(xué)和企業(yè)培訓(xùn)機(jī)構(gòu)教學(xué)兩類需求。中小學(xué)類崗位需求集中了信息技術(shù)教師崗位和機(jī)器人社團(tuán)課程教師，主要開(kāi)展少兒編程、機(jī)器人和人工智能類課程的教學(xué)，以及指導(dǎo)學(xué)生參加各級(jí)科技協(xié)會(huì)、電教館組織的機(jī)器人比賽、科技創(chuàng)新競(jìng)賽及STEAM創(chuàng)客比賽。企業(yè)類崗位需求則相對(duì)寬泛，具體包括機(jī)器人教師、少兒編程教師、機(jī)器人教研員、課程開(kāi)發(fā)師、區(qū)域主管和執(zhí)行校長(zhǎng)等，其學(xué)生包含學(xué)前學(xué)員和學(xué)齡段學(xué)員，一般結(jié)合企業(yè)品牌教具（如樂(lè)博樂(lè)博、能力風(fēng)暴）或選用樂(lè)高系列教具開(kāi)設(shè)課程，同時(shí)也有不少機(jī)器人培訓(xùn)機(jī)構(gòu)企業(yè)到學(xué)校、少年宮、科技館等地，開(kāi)展合作教學(xué)、代理授課和指導(dǎo)比賽的活動(dòng)。在設(shè)計(jì)機(jī)器人實(shí)訓(xùn)室的環(huán)境時(shí)要充分體現(xiàn)這兩類行業(yè)的工作場(chǎng)景，讓學(xué)生通過(guò)沉浸式的課程學(xué)習(xí)和完成典型工作任務(wù)，真實(shí)立體地體驗(yàn)與感知機(jī)器人教育行業(yè)的內(nèi)涵和需求。

2.注重專業(yè)核心技能訓(xùn)練，沉浸STEAM創(chuàng)客文化

在設(shè)計(jì)機(jī)器人實(shí)訓(xùn)室的環(huán)境時(shí)，要滿足專業(yè)課程教學(xué)和校內(nèi)實(shí)訓(xùn)課程教學(xué)兩種核心功能需求，重視核心專業(yè)技能訓(xùn)練與STEAM創(chuàng)客文化的沉淀和浸染。根據(jù)前期調(diào)研和畢業(yè)生反饋，無(wú)論在中小學(xué)從事機(jī)器人教育工作，還是在企業(yè)培訓(xùn)機(jī)構(gòu)，具備扎實(shí)的機(jī)器人教育專業(yè)理論知識(shí)、過(guò)硬的教學(xué)技能與教學(xué)研究能力，是學(xué)生在行業(yè)中初次成功就業(yè)和尋求職業(yè)發(fā)展的必要前提條件。機(jī)器人教育課程作為STEAM教育、創(chuàng)客文化、人工智能課程落地的有效載體之一，要在課程實(shí)施和環(huán)境氛圍中重視和強(qiáng)化對(duì)學(xué)生的信息素養(yǎng)、團(tuán)隊(duì)協(xié)作、創(chuàng)新思維、批判性思維、工程教育等專業(yè)核心素養(yǎng)的培育、體驗(yàn)和浸染，從而有效培養(yǎng)學(xué)生從事機(jī)器人教育的行業(yè)興趣和職業(yè)忠誠(chéng)度。

3.多元化功能資源復(fù)用，提高使用率和開(kāi)放性

實(shí)訓(xùn)室的邏輯功能設(shè)計(jì)上注重多元化，提高實(shí)訓(xùn)室的整體使用率;除了常規(guī)課程教學(xué)和實(shí)訓(xùn)教學(xué)，還要具有機(jī)器人教育相關(guān)教學(xué)資源設(shè)計(jì)開(kāi)發(fā)、專業(yè)競(jìng)賽團(tuán)隊(duì)培養(yǎng)、師資培訓(xùn)和考證培訓(xùn)的復(fù)合功能，減少實(shí)訓(xùn)設(shè)備閑置。通過(guò)三至五年建設(shè)，將機(jī)器人教育實(shí)訓(xùn)室打造成機(jī)器人教育產(chǎn)業(yè)實(shí)訓(xùn)基地，并向社會(huì)開(kāi)放，通過(guò)開(kāi)展“校政行企”多方參與的“產(chǎn)學(xué)研”合作，為社會(huì)提供多方位的服務(wù)，包括提供社會(huì)培訓(xùn)、推廣新產(chǎn)品和技術(shù)，或者承擔(dān)企業(yè)的真實(shí)技術(shù)服務(wù)項(xiàng)目。例如，筆者所在單位承擔(dān)廣東省小學(xué)教師發(fā)展中心主辦的教師培訓(xùn)項(xiàng)目，因此實(shí)訓(xùn)室設(shè)計(jì)必須滿足省內(nèi)小學(xué)教師開(kāi)展信息化教學(xué)、小學(xué)信息技術(shù)教師開(kāi)展機(jī)器人教育和人工智能課程教學(xué)的師資培訓(xùn)，機(jī)器人教師進(jìn)行資格考證的實(shí)際需求。此外，通過(guò)與東軟睿道、廣州能力風(fēng)暴、樂(lè)博樂(lè)博等企業(yè)合作，承擔(dān)部分課程資源設(shè)計(jì)和員工培訓(xùn)項(xiàng)目，在保證專業(yè)教學(xué)的前提下，創(chuàng)造一定的經(jīng)濟(jì)效益。

4.高起點(diǎn)高水平建設(shè)，兼顧發(fā)展性和協(xié)作性

機(jī)器人教育的技術(shù)變化發(fā)展很快，行業(yè)對(duì)師資的要求也越來(lái)越高。機(jī)器人實(shí)訓(xùn)室的設(shè)計(jì)必須做到起點(diǎn)先進(jìn)，與市場(chǎng)一線充分對(duì)接。機(jī)器人的編程語(yǔ)言經(jīng)歷了從C到Scratch，再到Python的演變，教具主機(jī)也經(jīng)歷了從單片機(jī)和Mind Storm的 Linux主機(jī)向Rospberry Pi、Arduino、Micro：bit、物聯(lián)網(wǎng)主機(jī)、無(wú)人機(jī)和人型機(jī)器人等多種主機(jī)并存的演變。只有實(shí)訓(xùn)設(shè)備和設(shè)施做到高技術(shù)新起點(diǎn)，實(shí)訓(xùn)教學(xué)內(nèi)容反映行業(yè)前沿的最先進(jìn)技術(shù)與教學(xué)理念方法，才能培養(yǎng)出適應(yīng)機(jī)器人教育產(chǎn)業(yè)發(fā)展需要、滿足社會(huì)需求的高素質(zhì)技能型機(jī)器人教育師資人才。要發(fā)揮實(shí)訓(xùn)室的教學(xué)科研和社會(huì)服務(wù)平臺(tái)作用，引入機(jī)器人教育行業(yè)骨干企業(yè)，通過(guò)合作辦學(xué)、共建專業(yè)課程、師資互聘等形式提高機(jī)器人教學(xué)的整體水平，通過(guò)共同承擔(dān)省培項(xiàng)目、接受企業(yè)設(shè)備捐贈(zèng)、開(kāi)設(shè)企業(yè)課程培訓(xùn)等形式，將政府、學(xué)校、行業(yè)和企業(yè)的優(yōu)質(zhì)資源引入學(xué)校，保障實(shí)訓(xùn)室的持續(xù)發(fā)展，進(jìn)而打造機(jī)器人教育產(chǎn)業(yè)協(xié)同育人平臺(tái)和發(fā)展聯(lián)盟，提高實(shí)訓(xùn)室的投資效益和社會(huì)服務(wù)影響力。

四、功能布局與系統(tǒng)結(jié)構(gòu)

目前實(shí)訓(xùn)室的布局通常有按工藝流程、生產(chǎn)流程、實(shí)務(wù)流程和技術(shù)模塊布局的四種常規(guī)模式，[8]而機(jī)器人教育實(shí)訓(xùn)室的布局要以實(shí)務(wù)流程為主，形成具有教學(xué)、器具、競(jìng)技、展示、創(chuàng)作和研討功能的綜合性實(shí)務(wù)環(huán)境，旨在為學(xué)生提供真實(shí)的職業(yè)環(huán)境和實(shí)訓(xùn)教學(xué)條件。

1.功能的區(qū)域劃分

機(jī)器人教育實(shí)訓(xùn)室在功能上包含了互動(dòng)教學(xué)區(qū)、教具工具區(qū)、專業(yè)競(jìng)技區(qū)、綜合展示區(qū)、自主創(chuàng)作區(qū)、研討發(fā)展區(qū)。

（1）互動(dòng)教學(xué)區(qū)?；?dòng)教學(xué)區(qū)為師生提供了交互式電子白板一體機(jī)、投影儀、移動(dòng)平板電腦和學(xué)生臺(tái)式機(jī)，采用TCP/IP標(biāo)準(zhǔn)協(xié)議網(wǎng)絡(luò)或無(wú)線網(wǎng)絡(luò)連接，將多媒體設(shè)備、服務(wù)器、網(wǎng)絡(luò)交換機(jī)、無(wú)線網(wǎng)絡(luò)等設(shè)備聯(lián)接起來(lái)，用于師生開(kāi)展機(jī)器人教育課程示范和互動(dòng)教學(xué)。教師和學(xué)生可以通過(guò)移動(dòng)智能終端軟件及控屏軟件進(jìn)行教學(xué)內(nèi)容傳送、實(shí)時(shí)教學(xué)反饋、在線調(diào)研、學(xué)生演示、課堂監(jiān)控等功能?；?dòng)教學(xué)區(qū)的桌子為訂制的顯示器機(jī)箱折疊一體電腦桌，可將顯示器收入桌子內(nèi)部，形成面積較大的平面，用于開(kāi)展機(jī)器人拼裝和編程實(shí)操。

（2）教具工具區(qū)。教具工具區(qū)提供機(jī)器人教具和電子制作工具存儲(chǔ)和管理功能，對(duì)貴重的機(jī)器人主機(jī)和教學(xué)套件、平板電腦、電子制作工具、電子元器件、激光切割設(shè)備等上鎖存放。

（3）專業(yè)競(jìng)技區(qū)。提供綜合機(jī)器人比賽場(chǎng)地和LEGO FLL比賽場(chǎng)地，機(jī)器人比賽場(chǎng)地配有專業(yè)比賽圖紙（WRO常規(guī)賽、FLL工程挑戰(zhàn)賽等）以及常規(guī)的巡線、關(guān)卡等實(shí)訓(xùn)圖紙。綜合機(jī)器人比賽場(chǎng)地由木質(zhì)板材構(gòu)成，支持不同結(jié)構(gòu)賽臺(tái)拼裝，形成錐臺(tái)、陷阱、坡度等結(jié)構(gòu)，方便學(xué)生體驗(yàn)和實(shí)施比賽的組織。LEGO的FLL比賽場(chǎng)地則根據(jù)比賽場(chǎng)地要求定制。

（4）綜合展示區(qū)。提供空間展示學(xué)生的機(jī)器人作品實(shí)物、企業(yè)主流教育機(jī)器人教具與介紹資料、學(xué)生實(shí)訓(xùn)相片、獲獎(jiǎng)成果展示，讓學(xué)生感受專業(yè)制作水平和企業(yè)實(shí)際需求，激發(fā)學(xué)生努力學(xué)習(xí)的拼勁和參與比賽的積極性。

（5）自主創(chuàng)作區(qū)。提供高清攝像和輔助器材，方便師生錄制機(jī)器人教學(xué)微課資源及制作網(wǎng)絡(luò)課程，用于開(kāi)展云端教學(xué)或基于翻轉(zhuǎn)課堂的混合教學(xué)。此外，提供了激光雕刻切割設(shè)備、掃描儀、手繪板、彩色噴墨打印機(jī)等，用于設(shè)計(jì)制作教育機(jī)器人作品以及相關(guān)多媒體課件作品，為學(xué)生參加全國(guó)教育教學(xué)信息化交流展示活動(dòng)、全國(guó)大學(xué)生計(jì)算機(jī)設(shè)計(jì)大賽及機(jī)器人類比賽提供工作環(huán)境和訓(xùn)練場(chǎng)地。

（6）研討發(fā)展區(qū)。研討發(fā)展區(qū)給學(xué)生提供開(kāi)展自由討論、頭腦風(fēng)暴活動(dòng)等交換智慧與靈感的空間，由可自由移動(dòng)的椅子構(gòu)成一個(gè)非正式學(xué)習(xí)和自我反思的學(xué)習(xí)場(chǎng)所。

2.空間布局

機(jī)器人教育實(shí)訓(xùn)室的空間布局如圖1所示。

3.系統(tǒng)集成結(jié)構(gòu)

系統(tǒng)集成結(jié)構(gòu)主要由網(wǎng)絡(luò)通訊系統(tǒng)和智能系統(tǒng)集成控制系統(tǒng)兩個(gè)體系組成，其中網(wǎng)絡(luò)通訊系統(tǒng)完成網(wǎng)絡(luò)接入和連接，接入網(wǎng)絡(luò)的有線終端包括教師主機(jī)、學(xué)生主機(jī)、智能中控主機(jī)和無(wú)線AP，無(wú)線終端則包括學(xué)生平板電腦和電子白板一體機(jī)，主要使用WIFI連接。而智能系統(tǒng)集成控制系統(tǒng)則主要由智能中控主機(jī)完成對(duì)終端控制，使用有線連接到多媒體控制器和智能充電柜，由多媒體控制器來(lái)控制電子白板一體機(jī)、音響系統(tǒng)、實(shí)物投影儀和投影儀，使用Zibee無(wú)線通信連接燈光控制器、窗簾控制器和空調(diào)控制器來(lái)分別控制燈光、窗簾和空調(diào)。系統(tǒng)集成結(jié)構(gòu)如圖2所示。

五、教具設(shè)備與軟件選型

機(jī)器人教育的教具與軟件選型要堅(jiān)持適宜教學(xué)、功能安全、具有發(fā)展性和經(jīng)濟(jì)性等原則，在實(shí)訓(xùn)室建設(shè)過(guò)程中，核心教具和拓展教具以集中批量采購(gòu)為主，展示性教具以合作企業(yè)贊助和少量采購(gòu)為主。國(guó)內(nèi)機(jī)器人教育的教具與設(shè)備供應(yīng)商主要包括機(jī)器人硬件供應(yīng)商、機(jī)器人教育培訓(xùn)機(jī)構(gòu)以及兼具機(jī)器人設(shè)備與培訓(xùn)的綜合體三類公司。硬件供應(yīng)商的主要商業(yè)模式以B2C銷售機(jī)器人教具為主，如大疆、優(yōu)必選、韓端科技等;機(jī)器人教育培訓(xùn)公司則主要通過(guò)采購(gòu)硬件和配套課程，加上部分自研課程形式開(kāi)展教學(xué)，目前大部分的機(jī)器人培訓(xùn)機(jī)構(gòu)均屬于這種類型;而設(shè)備和培養(yǎng)綜合體公司則兼具機(jī)器人硬件供應(yīng)和教育培訓(xùn)服務(wù)商角色，例如深圳西覓亞、樂(lè)博樂(lè)博等。對(duì)于教具的選擇，鐘柏昌等人[2]在2014年開(kāi)展的一項(xiàng)研究表明，目前一線機(jī)器人教學(xué)中市場(chǎng)占有率較高的品牌主要有樂(lè)高、中鳴、納英特和Arduino，也有紫光、諾寶蘿卜圈仿真機(jī)器人和其它品牌。綜合上述選型思路和企業(yè)分析，結(jié)合一線教學(xué)和開(kāi)展教師省培項(xiàng)目實(shí)施的需求，最終采用的主要教具設(shè)備和軟件如表1所示。

六、文化設(shè)計(jì)與規(guī)范管理

1.機(jī)器人文化氛圍

沉浸式實(shí)訓(xùn)教學(xué)強(qiáng)調(diào)給學(xué)生提供真實(shí)的工作環(huán)境和文化氛圍，要發(fā)揮文化的引導(dǎo)、美化、激勵(lì)和約束作用，引導(dǎo)師生進(jìn)入機(jī)器人教育實(shí)踐訓(xùn)練的狀態(tài)和氛圍，提高學(xué)生對(duì)機(jī)器人教育的興趣和職業(yè)認(rèn)同。具體做法包括利用機(jī)器人教學(xué)場(chǎng)景、學(xué)生相片墻、榮譽(yù)獎(jiǎng)狀、課程介紹、作品展示等圖形元素及作品實(shí)物展示來(lái)美化實(shí)習(xí)環(huán)境、營(yíng)造氛圍，通過(guò)專業(yè)元素和案例向?qū)W生傳遞專業(yè)文化，形成機(jī)器人教育專業(yè)素養(yǎng)的沉浸式培育環(huán)境，激勵(lì)學(xué)生投身機(jī)器人教育與少兒編程事業(yè)。讓學(xué)生在實(shí)訓(xùn)室中體驗(yàn)一線企業(yè)和學(xué)校的教學(xué)環(huán)境，感知企業(yè)文化和體驗(yàn)職場(chǎng)紀(jì)律的約束，從而最大程度上實(shí)現(xiàn)實(shí)訓(xùn)教學(xué)與頂崗工作的無(wú)縫對(duì)接。

2.實(shí)訓(xùn)室管理制度與規(guī)范

制度建設(shè)是實(shí)訓(xùn)室環(huán)境文化建設(shè)不可或缺的一部分。[9]機(jī)器人專業(yè)實(shí)訓(xùn)室的制度建設(shè)包括了人員安全規(guī)范、實(shí)訓(xùn)室管理規(guī)范、設(shè)備使用規(guī)范、設(shè)備維護(hù)規(guī)范等。在人員安全規(guī)范方面，形成實(shí)訓(xùn)人身安全教育制度;在實(shí)訓(xùn)室管理規(guī)范方面，重點(diǎn)形成實(shí)訓(xùn)室使用規(guī)范、預(yù)約制度、衛(wèi)生清潔要求。設(shè)備使用規(guī)范方面，要形成設(shè)備借用簽領(lǐng)和歸還制度，讓學(xué)生形成機(jī)器人主機(jī)、核心部件等貴重器械的保管責(zé)任意識(shí);形成教具分區(qū)管理與使用制度，讓學(xué)生明白教具本身不僅要符合安全標(biāo)準(zhǔn)，還要做好區(qū)域劃分和獨(dú)立管理，例如幼兒段與學(xué)齡段教學(xué)區(qū)域要分開(kāi)，大小顆粒積木和電子原器件的管理要分開(kāi)。在設(shè)備維護(hù)規(guī)范方面，強(qiáng)調(diào)學(xué)生的團(tuán)隊(duì)合作和主動(dòng)參與，分組定期在課后清潔實(shí)訓(xùn)室衛(wèi)生，對(duì)積木教具進(jìn)行消毒和清潔。

3.安全規(guī)范教育與管理措施

安全規(guī)范教育與管理措施是保障機(jī)器人教學(xué)正常開(kāi)展的前提和常規(guī)工作，尤其在培訓(xùn)機(jī)構(gòu)要特別引起重視。在企業(yè)培訓(xùn)機(jī)構(gòu)中機(jī)器人學(xué)員主要有學(xué)前的幼兒和學(xué)齡階段的中小學(xué)學(xué)生，幼兒的特點(diǎn)是認(rèn)識(shí)能力尚在啟蒙階段，對(duì)自我和社會(huì)認(rèn)知水平低，動(dòng)作協(xié)調(diào)性差，自我保護(hù)能力較弱，而中小學(xué)生則活潑好動(dòng)，動(dòng)手能力強(qiáng)，但自控能力有限，有時(shí)會(huì)出現(xiàn)打架情況，兩種人群的安全管理風(fēng)險(xiǎn)都比較高，因此有必要通過(guò)安全規(guī)范教育提高學(xué)生的預(yù)防意識(shí)。安全規(guī)范教育與管理措施的主要工作包括設(shè)施安全、防疫工作和人身安全三個(gè)方面，要在機(jī)器人教育實(shí)訓(xùn)環(huán)境設(shè)計(jì)中得到體現(xiàn)。在設(shè)施安全方面，在實(shí)訓(xùn)室內(nèi)提供課室布局和樓層走火通道示意圖，在門(mén)口放置防火面罩和滅火器材，讓學(xué)生清楚安全通道和防火逃生指引，提示學(xué)生設(shè)施和消防安全是防止傷害事故的重要措施;在用電插頭旁邊貼上用電安全提示，提示學(xué)生要避免幼兒靠近;在靠近空調(diào)的墻面上貼有空氣檢測(cè)報(bào)告，提示學(xué)生注意課室內(nèi)空氣質(zhì)量和安全標(biāo)準(zhǔn)（如甲醛等）要求;在防疫工作方面，在實(shí)訓(xùn)室門(mén)口放置免洗消毒液和紅外溫度探測(cè)器，提示學(xué)生理解幼兒防疫和健康管理;在實(shí)訓(xùn)室配有藥箱，讓學(xué)生了解簡(jiǎn)單的防護(hù)和醫(yī)護(hù)知識(shí)。在人身安全方面，在桌角貼上軟質(zhì)防撞條，在實(shí)訓(xùn)室門(mén)縫裝上防夾條，提示學(xué)生理解要避免學(xué)員摔倒、劃傷、磕碰和夾傷，造成人身傷害事故。

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（編輯：王天鵬）