机器人教育在中小学教育中的作用

机器人教育在中小学教育中的作用 木尼热.亚力坤

（陕西师范大学 新闻与传播学院 S100040596）

【摘要】随着智能机器人技术的发展，机器人教育必将给信息技术教育带来新的活力，并全面推动信息技术教育的发展；机器人教育将成为中小学生能力培养和素质培养的智能型平台，并以可操作性全面推进素质教育的发展。本文强调机器人教育进入中小学的意义，然后分析了机器人教育在中小学教育中的作用,并最后结合发展现状提出了机器人教育未来发展展望。

【关键词】机器人教育 ，中小学，作用

一，引言

教育机器人是进行信息技术教育的有效载体,机器人教育旨在培养学生的创新精神和综合实践能力。随着我国基础教育信息化的发展,机器人教育正越来越被人们所关注。近几年,许多中小学都开始利用机器人教育来促进信息技术教育及培养学生动手能力。机器人教育将给信息技术教育带来新的活力,机器人也将会成为青少年能力、素质培养的智能平台。

二，机器人教育及其现状

1.概况

所谓机器人教育,通常是指学习机器人的基本知识与基本技能,或利用教育机器人优化教育教学效果的理论与实践。

机器人教育有五种基本类型；[1]

机器人学科教学(Robot Subject Instruction,简称RSI)。

机器人辅助教学( Robot - AssistedInstruction,简称RAI)。

机器人管理教学(Robot - ManagedInstruction,简称RMI)。

机器人代理(师生)事务(Robot-RepresentedRoutine,简称RRR)。 机器人主持教学( Robot - DirectedInstruction,简称RDI)。

在国外,机器人教育一直是个热点:早在1994年麻省理工学院(MIT)就设立了“设计和建造LEGO机器人”课程(Martin),目的是提高工程设计专业学生的设计和创造能力,尝试机器人教育与理科实验的整合;麻省理工学院媒体实验室“终身幼儿园”项目小组开发了各种教学工具,通过与著名积木玩具商乐高公司的紧密合作,该项目组开发出可编程的乐高玩具,帮孩子们学会在数字时代怎样进行设计活动。同时,国外的一些智能机器人实验室也有相应的机器人教育研究的内容[2]。

新加坡国立教育学院(NIE)和乐高教育部于2006年6月在新加坡举办了第一届亚太ROBO-LAB国际教育研讨会,通过专题报告、论文交流和动手制作等方式,就机器人教育及其在科技、数学课程里的应用进行交流,以提高教师们开展机器人教育的科技水平与应用能力

[2]。

近年来我国的机器人教育有了很大的发展。教育机器人逐步成为中小学技术课程和综合实践课程的良好载体。教育机器人与学科教育相结合,可以帮助科学、数学、力学等等学科的教学,在国内已经有学

者提出机器人与理科教学整合的想法。

2.机器人教学

教育机器人作为教学内容进入中小学,无论国内还是国外,目前都处于起步阶段。从各地情况来看,较多的学校只是以课外活动、各种兴趣班、培训班的形式开展机器人教学。通常的做法是由学校购买若干套机器人器材,由信息技术课程教师或综合实践课程教师进行指导,组织学生进行机器人组装、编程的实践活动,然后参加一些相关的机器人竞赛。目前,只有极少数的地区和学校将机器人教学纳入了正规课堂教学。

我国教育部于2003年4月正式颁布《普通高中技术课程(实验)标准》,首次在“通用技术”科目中设立了“简易机器人制作”模块,它是基于计算机技术的学习平台、将机械传动与单片机的应用有机组合的一个选修课程模块[2]。该模块为学生提供了运用当代先进技术和先进思想方法进行设计、制作,以解决实际问题的机会。与此同时,新的高中课程标准在“信息技术”科目中也设立了“人工智能初步”选修模块,迈出了我国高中阶段开展人工智能教育的第一步,这也意味着我国的人工智能教育在大众化、普及化层面上跃上了一个新的台阶。

3.机器人竞赛

开展各种展示和竞赛活动是普及机器人教育的一个重要途径,机器人竞赛项目的内容、规则及评分办法等的创意设计都极富创造性和挑战性。通过组织丰富多彩的青少年机器人竞赛,可以激发广大青少

年对科技的兴趣,提高青少年的科学素质,并为机器人研究和开发储蓄后备人才。国际、国内几项影响较大的机器人竞赛包括:FIRA机器人足球赛,由国际机器人足球联盟FIRA(http://www.fira.net/)举办[3]。 机器人足球世界杯赛RoboCup(http://www.robocup.org),这是为促进人工智能技术、机器人技术以及相关领域的发展而设立的一个国际性的研究和教育组织,选择了足球赛作为基本领域来促进人工智能和机器人的研究。

机器人灭火比赛(http://www.trincoll.edu/events/robot/)、FLL机器人世界锦标赛(http://wwwfirstlegoleague.org/)、机器人迷宫(http://micromousecs.rhul.ac.uk/)也是较有影响的机器人国际赛事[3]。 “中国青少年机器人竞赛”是2001年起由中国科协青少年工作部积极创意并组织开展的一项青少年科技活动,该赛事每年一度,已相继在广东、河南、广西、陕西举办。

每年一度的“广茂达杯”中国智能机器人大赛开创于2000年,竞赛共设14个项目,包括机器人灭火、机器人足球、机器人擂台赛、机器人排雷、创新项目展示和机器人论文等。

三、机器人教育的意义

在中小学开展的机器人等教育具有重要的意义。主要体现在以下几个方面:

1.促进教育方式的变革,培养学生的综合能力[3]

在机器人教育中,课堂以学生为中心,教师作为指导者提供学习材料和建议,学生必须自己去学习知识,构建知识体系,提出自己的解决

方案,从而有效培养了动手能力、学生创新思维能力。按照美国卡内基梅隆大学机器人教育学院制定的培养方案,机器人教育可以培养学生的时间管理、资源分配、团队合作、信息采集、系统分析、设计工程等能力。

2.有效激发学习兴趣、动机

“寓教于乐”是我们教育追求的目标。这也是当前教育游戏成为当前研究热点一个原因。学习兴趣是学生的学习成功重要因素。机器人教育可以通过比赛形式,得到周围环境的认可和赞赏,能够激发学生学习的兴趣,激发学生的斗志和拼博精神。

3.培养学生的团队协作能力

机器人教育中大多以小组形式开始,机器人的学习、竞赛实际上是一个团体学习的过程。它需要学习者团结协作,包容小组其他成员的缺点和不足,能够与他人进行有效沟通与交流。在实践锻炼中提高自己的团队协作能力,其效果比普通的教育方式、方法更加有效。

4.扩大知识面,转换思维方式

在机器人的学习过程中,通过制作机器人过程中的实际问题解决,可以学到模拟电路、力学等方面知识,不但对物理学科、计算机学科的教学起到促进作用,同时也扩大、加深了学生科学知识;通过完成任务和模拟项目使学生在为机器人扩充接口的过程中学习有关数字电路方面的知识;通过为机器人编写程序,不但学到计算机编程语言、算法等显性知识,更有意义的是通过为机器人编写程序学到科学而高效的思维方式,逻辑判断思维、系统思维等隐性知识。

四，机器人教育在中小学教育中的作用

机器人教育在中小学教育领域中的作用主要体现在以下几个方面：

1.使学生了解并关注智能机器人这个学术前沿领域的发展和应用状况，了解智能机器人的理念和工作方式，破除中小学生对智能机器人的困惑和神秘感，为进一步学习掌握智能机器人的知识和技术打下基础。

2.使学生掌握为智能机器人下载程序的方法，了解智能机器人各种传感器和驱动装置的作用。理解体会程序是智能机器人的灵魂，了解智能机器人是怎样在人的指挥下进行工作的，提高学习计算机语言的兴趣。学习为智能机器人编写程序，并通过为智能机器人编写程序学到科学而高效的思维方式，提高逻辑思维能力、规划能力，提高学生分析问题和解决问题的能力，并使计算机语言教学在现有基础上有重大突破。

3.通过完成任务和模拟项目，使学生掌握智能机器人扩充接口的方式方法，并在实践过程中学习有关单片机和数字电路的知识，在组装智能机器人的过程中培养学生的动手能力、协作能力和创造能力，使学生在对智能机器人的极大兴趣中不断地探索、研究、实验，以实现自己的新创意、新设想、新设计。

五，机器人教育发展未来展望

据了解一些发达国家已经看好智能机器人教育对未来高科技社会的作用和影响，他们在中小学信息技术教育中都不同程度地对学生

进行智能机器人的教育。在他们的课程中有让学生认识机器人的教学内容，目标是让学生认识各种由计算机控制的机器人的作用。例如：介绍机器人的由来，要求学生搜集各种机器人的图片、小说或录像等资料，让学生分组讨论有关机器人的功能和局限性以及可能对人类产生的影响等问题。这些内容主要穿插在科学概论、社会研究和计算机概论等课程教学中进行。

在美国中学信息技术教育中程序设计是主要内容之一，这是学生进一步深入学习计算机知识，掌握各种信息技术设备，充分利用信息资源的主要途径[4]。学生可以通过学习计算机语言，学会计算机程序的编写、调试和运行，进一步认识计算机的结构和功能。针对我国信息技术课程的实际情况和目前计算机语言教学中存在的问题，我们认为可以把原有的程序设计教学内容与智能机器人的程序设计结合起来，使程序设计的教学内容更具有知识性、实践性、趣味性和直观性。美国教育界普遍确信以计算机技术为代表的信息技术将在人们的未来生活中扮演十分重要和不可缺少的角色。如果现在的中小学生具有了这方面的素质，在21世纪的人才竞争和综合国力的竞争中他们一定能够获得成功。

我国的智能机器人教育刚刚起步，还希望得到社会各界有识之士支持和关注，我们特别希望有识的教育决策者、教育领导者和教育工作者能够抓住这一教育改革创新的先机，推进我国素质教育的可操作性实践发展，将信息技术教育推进到一个新的水平。我们深知当今的教育是为今后经济和社会发展打基础的，所以人才培养的滞后性时刻

提醒我们要有超前意识，特别是在内容的选择上一定要有超前意识。我们真诚的希望有识之士能与我们共同关注智能机器人教育的发展，思考未来社会对人才培养的需求。

六、结语

目前,中小学机器人教育活动从原来仅限于在科技站、少年宫里进行,发展到学校,走进了课堂。北京市东城区已将机器人知识作为信息技术学科教育内容列入课表,哈尔滨市也有了将机器人教育引入学校的设想。首都师大已开始培养专业方向为机器人教育的硕士研究生。智能机器人比赛、网络机器人大赛使中小学生较早地接触到科技新知识,较早接受动手动脑方面了训练。随着中小学机器人教育的实践不断开展,机器人教育条件不断成熟,我国的中小学机器人教育必然迎来一个快速发展期!

参考文献；

[1]彭绍东.论机器人教育(上)[J].电化教育研究, 2002,(06) .

彭绍东.论机器人教育(下)[J].电化教育研究, 2002,(07)

[2]张剑平,王益.机器人教育:现状、问题与推进策略[J],中国电化教育2006.（12）

[3] 舒慧东.我国中小学机器人教育研究评述 ,《中国教育信息化》

[4] 王益, 张剑平,美国机器人教育的特点及其启示,《现代教育技术》