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机器人教育发展背景
信息来源:《电子制作》杂志社 发表时间: 2021/10/28 阅读数:279

机器人教育发展背景

摘要:201831日发布的《美国机器智能国家战略》中提到,机器智能可以融入课堂教学,为学生提供个性化的学习体验,并提升教师的教学效率与学生的学习体验。随着教育机器人的出现、创客教育的发展和STEAM教育的需求,机器人教育逐渐步入大众的视野。机器人教育的应用包括教育机器人产品、机器人教材、机器人竞赛与机器人教学活动,而相关机器人教育的学术研究主要集中在目的、技术与方法三个层面。实施从深度学习、研究体验、生涯指导三个维度设计的教学实践活动结果表明,机器人教育可以帮助学生学习多学科知识,培养学生的问题解决能力。未来的机器人教育将朝学科融合的方向发展,需将研究重点放在推进机器人教育评价研究与机器人教育师资培养以及加强产政学合作上。

关键词:机器人;机器智能;机器人教育;创客教育;教育机器人;人工智能;教学设计;机器人竞赛

在国务院印发的《新一代人工智能发展规划》[1]中明确指出,要在中小学阶段开展与人工智能相关的课程建设,推广编程教育的发展。同时支持开展人工智能竞赛,鼓励进行形式多样的人工智能科普创作。在《2018年度国家自然科学基金项目指南》[2]中,信息科学部设立人工智能代码F06”,强调围绕人工智能领域的核心科学问题与关键技术进行研究。在交叉学科中的信息科学(F07)增设了“F0701教育信息科学与技术二级代码,鼓励人工智能驱动教育的基础理论与方法、教育机器人等的理论与方法研究,还增设了“F070106教育机器人三级代码。另外,国家自然科学基金委与深圳市政府合作,联合资助了“NSFC—深圳机器人基础研究中心项目,共同推动机器人科技创新发展。近日,教育部印发的《教育信息化2.0行动计划》[3]也明确提出,要以人工智能、大数据、物联网等新兴技术为基础推动教育的模式变革与生态重构。这一系列举措足见国家和社会对人工智能与教育机器人的重视。

从国际领域审视,与人工智能相关的机器智能日益受到重视,美国继2016年发布了两个国家级人工智能发展战略报告之后,又在201831日发布了《美国机器智能国家战略》[4](下文简称《战略》)。英国、日本、韩国、新加坡、加拿大等国近几年也发布了各自的人工智能国家战略。《战略》提到,机器智能可被融入课堂教学,以辅助教师的教学活动,为学生提供个性化的学习体验,满足学生的个体需求,并且能够有效提升教师的教学效率与学生的学习体验[5]。《战略》所指的机器智能,包括智能伙伴、机器人、智能系统等,其对教育具有潜在的影响力,应用日益广泛。因此,从机器智能视角来探讨机器人教育,符合时代的发展与教育的需求,具有重要的现实意义。

那么,机器人教育是如何发展起来的?现状如何?其教学实践如何开展?本文将从机器智能的视角切入,来分析机器人教育的背景、研究及应用现状,并通过具体教学案例设计为机器人教育的教学实践提供参考,最后对机器人教育的发展做反思与展望。

1、机器人教育的背景

(一)机器人的发展

提起机器人,我们马上就会联想到科幻小说和电影中的机器人。近一个世纪以来,机器人在娱乐和虚构的世界中有着重要的地位,甚至机器人这个词本身就来自一部科幻作品——1920年,前捷克斯洛伐克作家卡雷尔·恰佩克的科幻小说中第一次出现机器人(Robot这个词,它被用于指代人类创造的用来代替人工的物体。随着计算机网络、机械制造、人工智能等技术的不断发展,机器人已经从一个虚拟的名词发展成一项蓬勃的产业,并从工业领域向医疗救援、教育、娱乐、勘测、探险、救援等领域迅速扩展。

从机器人的发展历程看,最先成熟并且得到最大规模应用的是工业机器人。1959年,世界上第一台工业机器人在美国出现,机器人的历史由此开始。工业机器人的功能比较单一,基本是为了完成一项简单重复的工作。工业机器人诞生后,机器人迅速进入产业化发展,并且在工业生产中得到广泛应用。上世纪末,随着传感器、人工智能等技术的进步,具有人性化交互能力的服务机器人逐步进入市场,出现在社会公共场合和部分家庭中。早期机器人技术的研究和发展主要以工业机器人为主,现代机器人技术则以服务型机器人为主,并且逐渐走向智能化。

随着机器人技术的普及,机器人的教育价值也日益受到关注,教育机器人应运而生。教育机器人是面向教育领域专门研发的,以培养学生的分析能力、创造能力和实践能力为目标的机器人[6],它具有教学适用性、交互性、开放性、可扩展性等特点[7]。教育机器人的出现为机器人教育提供了载体。近年来,随着人工智能技术的进步,机器人的发展逐步走向智能化、人性化的特点也越来越显著。智能化和人性化的机器人产品将更加适合未来的教育教学环境。

(二)创客教育的推动

创客是指那些通过动手实践将自己的创意变成现实的人。当创客与教育碰撞,创客教育应运而生。2012年,美国政府开始启动创客教育计划MakerEducationInitiative),旨在培养学生成为创客。中国的创客教育是从近几年开始发展的。2015年的《政府工作报告》中明确提出,要让众多创客脱颖而出。李克强总理在考察深圳柴火创客空间时,也指出要让众多创客自由创业、能够成业

创客教育是创客运动与教育的结合,学生可以利用自己充满想象力的大脑来亲自创造某种实际的事物,而不仅仅是依赖于纯粹的学科知识学习,还可以利用自己的发明解决现实中的问题。创客教育的热潮,为机器人教育的发展提供了条件。有了创客教育,社会和学校、教师和家长能够充分认识并接受机器人教育,机器人教育也逐渐成为了社会各界关注的重点。所谓机器人教育是指以机器人为教学内容或教学工具而开展的教学活动,它涉及信息技术、数学、物理、电子、机械、通信、自动化技术、心理学和生物学等多个领域,学生在学习机器人基本知识、掌握编程技能的基础上,可将知识联系到真实生活,从而培养自身的创新素养、实践技能、思维与方法等。

(三)STEAM教育的需求

STEAM是科学(Science)、技术(Technology)、工程(Engineering)、艺术(Art)、数学(Mathematics)的综合,由上世纪80年代美国的“STEM教育战略衍生而来,目的是为了打破学科边界,培养学生的综合科学素养[8]2011年,在“STEM”的基础上增加了“AArts,这里的“Arts”不仅指艺术,其涵盖范围可以扩大至包含人文教育在内的更广阔的领域。

STEAM教育对促进教育教学改革具有重要意义[9],其本质是跨学科的综合素质教育,它有三个主要特点:第一,注重跨学科融合;第二,注重学习与现实世界的联系;第三,注重学习的过程,而非体现在试卷上的知识结果。STEAM教育提倡让学生们自己动手,从实践过程中学习跨学科知识。机器人教育融合了物理、化学、生物、艺术、工程等多学科知识,符合STEAM教育跨学科的教育理念。同时,STEAM教育提倡的项目式学习方法,在机器人教育中也可以得到很好地应用。

参考文献:

[1]国务院.新一代人工智能发展规划[R]2017.

[2]国家自然科学基金委员会.2018年度国家自然科学基金项目指南[M].科学出版社,2017.

[3]教育部关于印发《教育信息化2.0行动计划》的通知[EB/OL].[2018-04-18].http://www.moe.edu.cn/srcsite/A16/s3342/201804/t20180425_334188.html.

[4]ANationalMachineIntelligenceStrategyfortheUnitedStates[EB/OL].[2018-03-15].https//csis-prod.s3.amazonaws.com/s3fs-public/publication/180227_Carter_MachineIntelligence_Web.PDF?CLlXGgQQQoc78akgCk.2StKO7NsrC2J1.

[5]陈松云,何高大.机器智能视域下的教育发展与实践范式新探——2018《美国机器智能国家战略》的启示[J].远程教育杂志,20183603:34-44.

[6]黄荣怀,刘德建,徐晶晶,等.教育机器人的发展现状与趋势[J].现代教育技术,2017271:13-20.

[7][11]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,200612:65-68.

[8]陈莹.STEAM:玩的就是学科跨界”[J].创新时代,20168.

[9]王娟,吴永和."互联网+"时代STEAM教育应用的反思与创新路径[J].远程教育杂志,2016352:90-97.

[10]彭绍东.论机器人教育(下)[J].电化教育研究,20027:16-19.

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