中小学机器人教育研究综述

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【摘要】随着国内外中小学生机器人比赛的兴起，机器人教育在中小学的开展越来越受到重视。机器人教育符合教育部，能促进学生创新能力、实践能力的提高，能有效的激发学生的学习兴趣，培养学生的团队协作能力，扩大知识面，转换思维方式，对中小学生的学习成长有重要意义。近年来，涌现了大量中小学机器人教育方面的研究文献，对其进行综述分析有助于了解机器人教育的现状，把握其发展趋势，为中小学机器人教育工作的发展提供参考。

【关键词】中小学机器人，机器人教育，发展趋势

1引言

当今全球基础教育正发生巨大变革，知识成为学习的载体而不是目标，机器人教育正是体现这一教育思想的最佳方式之一。《2007年全国中小学机器人教学研讨会会议纪要》的与会人员经过交流研讨会达成共识，提出机器人教育的目标应是“提升学生的信息素养和技术素养，培养学生的创新精神和实践能力，促进学生德、智、体、美全面发展”。近几年各种形式的青少年机器人活动也逐渐的得到学校和社会的重视，基于中小学机器人的各种竞赛和培训蓬勃发展，因而基于中小学机器人教育的一系列研究也越来越多，本文基于湖南第一师范学院科研项目“中小学机器人教育教师培训与实践教学研究”，通过检索近年关于机器人教育研究的文章，对目前我国中小学生机器人教育研究展开综述，并对其未来的趋势进行展望。

2机器人教育简介

2002年湖南师范大学教育技术系的彭绍东教授对机器人教育进行了明确的定义，其定义如下：“机器人教育是指学习、利用机器人，优化教育效果及师生劳动方式的理论与实践。”并进一步提出了在对该定义的理解中值得注意的几个问题：“机器人教育有理论和实践两大领域。理论方面，机器人教育有自身的理论基础与基本理论，能形成相对独立的学科理论体系与方法体系。实践方面，机器人教育是指以机器人为主要教学内容或教学工具而开展的教学活动，这些活动是在具体实践的过程中逐步完成的。开展机器人教育有两大目的：一是优化教与学的效果；二是优化教师与学生的劳动方式。机器人教学有五种基本形式：机器人学科教育、机器人辅助教学、机器人管理教学、机器人（师生）事物、机器人支持教学。机器人教育强调人工智能技术的应用，是信息技术教育的新发展；机器人教育的普及将引起人类教育的重大变革”。

2006年王海芳在其硕士论文中指出：“机器人教育不仅是把机器人当作学习对象，而是要将其作为提高学习综合、灵活运用知识的能力的工具，使其成为培养学生创新精神和实践能力的有效载体和重要途径。机器人教育是为了使学生更好的适应未来信息时代的要求，培养智能时代国家、名族发展所需的竞争人才，是一种应时展而兴起的教育。机器人为信息技术教育提供了更为先进的教学资源，为信息教育带来了新的前景，机器人教育是应技术的进步对信息技术教育的发展。

3国内外研究现状

在国外，机器人教育一直是个热点：早在 1994 年美国麻省理工学院（MIT）就设立了“设计和建造 LEGO 机器人”课堂（Martin）。这是在大学开设的机器人课程。麻省理工学院提供的机器人课堂主要有两类，一类是指整个学期中开设；另一类是在麻省理工学院的独立活动期间开设的。独立活动期开设在课堂没有设定的课堂安排，主要是学生在规定的时间内完成相关的项目就可以了，并且部分课堂的参与也是自愿的。学生可以根据自己的需要选择性的参与课堂学习来补充知识。在课堂上教学主要是以项目学习和研究性学习的形式开展的。因此其教学设计的流程主要是以研究性学习和项目学习形式展开的。它的教学设计是灵活的。美国基础教育领域中的机器人教育主要有以下几种形式：一是机器人技术课程；二是课外活动，类似我国的综合实践活动课堂；三是机器人主题夏令营等定期活动等。

在美国，机器人厂商是机器人教育的一个隐形推动者。美国教育者在进行机器人教学设计时，更注重培养学生如何对项目和时间进行管理、信息如何获取、资源如何分配、团队合作以及解决问题等信息科学素养。这是值得我国教育研究者学习和借鉴的。

日本机器人的产业化发展己经走在了欧美国家的前面。虽然起步晚，但是日本高度重视机器人教育和机器人文化的普及。在日本，几乎每所大学都进行高水平的机器人研究以及机器人教学。每年定期举行针对不同年龄阶段学生的各种不同层次的机器人设计和制作大赛。一般在大学开设的课堂内容包括以下几个模块：电子控制、应用变量的高级编程设计、机械结构、工程设计、项目管理，团队合作，工作能力等。在中小学一般开设：机器人概述、编程设计基础、科学探究、问题解决等内容。但是，在中小学中并系统的规划机器人教育课程。

我国自2000年北京景山学校在国内率先开展中小学机器人课程教学以来，机器人教育在中小学活得了迅速发展。2003年4月，教育部颁布的《普通高中技术课程标准》中，首次在“通用技术”科目中设立“简易机器人制作”木模块。2004年12月11日-13日中国教育学会中小学计算机教育专业委员会在云南昆明市召开“中国教育学会中小学计算机教育专业委员会中小学机器人教学学组”成立大会和“首届全国中小学机器人教学研讨会”。2007年11月30日至12月2日中国教育学会中小学信息技术教育专业委员会在湖北宜昌市召开了《2007年全国中小学机器人教学研讨会》。

张秀杰在《中小学机器人教育课堂教学设计研究》一文中，通过对机器人教育课程及课堂进行了分析，从课堂的目的及内容两方面入手，将机器人教育课堂分成两种类型，将中小学机器人教育课堂分为知识型课堂和竞赛型课堂，分别研究两种课堂的特点和教学设计过程。另外，通过分析，发现了机器人教育课堂及竞赛中存在的问题，及对其进行课堂教学设计的必要性。然后，分析了适合机器人教育开展的 FLL 的特点以及其教学的独特性，梳理了其课堂教学设计原则与流程。在此基础之上，分别整理出了机器人教育知识型课堂及竞赛型课堂的教学设计流程方案。

刘琼在《中小学机器人教育模式设计与应用研究》一文中，围绕中小学机器人课程的知识点-红外避障传感器，运用“四位一体”中小学机器人教育模式，对该课程内容、教学活动、教学管理手段以及课程评价体系进行设计，并且针对课程实践结果通过问卷调查的形式进行了数据搜集，对数据中存在的一些问题进行了分析。

王同聚在《“微课导学”教学模式构建与实践――以中小学机器人教学为例》一文中，针对中小学机器人课程实操性较强的特点，结合目前“微课”研究热点，在分析“翻转课堂”和“研学后教”两种教学模式的基础上，吸取其精华部分，重新构建了以“微课”和“研学案”为载体的“微课导学”教学模式，在移动学习、在线学习和微时代背景下为实操型课程构建了一种新型的教学模式。

在《中小学机器人教学中_微课_的制作与应用研究》中，王同聚把“微课”和“中小学机器人教学”两个当前研究热点结合在一起，通过研究得出以下结论：在中小学机器人教学中开展“微课”资源的制作和应用研究是一个全新的课题，目前没有现成的案例可供参考和借鉴。在中小学机器人教学中潜心研究微课的制作和应用既是一种挑战，也是一种机遇，机遇与挑战并存，特色与创新共进，机器人微课应用模式的创新也是未来中小学机器人教育和微课发展的一个重要研究课题。只有解决了中小学机器人教学中微课设计开发的技术门槛，提升了中小学机器人课堂教学的质量，并把“微课导学”教学模式在机器人教育中加以创造性地应用和升华，在中小学普及机器人教育的春天就可以早一天到来，微课的发展前景将会更加美好。

王娜在硕士论文《如何在中小学进行机器人教育教学》中，通过对国内中学机器人竞赛开展情况的研究，结合其所在学校机器人教育课程的开展情况，得出以下结论：智能机器人课程的内容决定了它与信息技术课程的关系是比较紧密的。当前我们的课程设置中没有智能机器人课程计划，怎么办？可以把智能机器人课程包含在信息技术课程计划中，通过压缩信息技术课程课时，适当删减和调整信息技术课堂教学内容，来完成一定量的智能机器人课堂教学。从近两年的信息技术教学反馈来分析，在开设智能机器人课程前后，学生对常规信息技术知识的掌握没有下降，应用能力反而大大加强了，表现在对实际问题的分析与理解更准确、深入。

4面临主要问题和发展趋势

卢燕，赵晓声在《中小学机器人教育的现状与对策》一文中，提出当前形势下，阻碍中小学机器人教育发展的几个问题：1.教育行政部门的激励机制不够完善；2.课程标准和评价机制缺失，机器人教学难以走进课堂；3.没有统一的机器人教材，机器人产品各自为政；4.机器人竞赛的价值导向存在误区。

张琪，李杭州在《中小学机器人教育的问题与对策》中指出中小学机器人教育及竞赛存在的一些问题：

1. 缺乏统一的技术层次结构；

2. 评价体系不完善；

3. 教具昂贵，不利普及；

4. 过度产业化，呈现出垄断性和封闭性；

5. 地区发展水平不均衡；

6. 教师水平参差不齐，缺乏综合知识，而且受到了职称评定等问题的困扰；

7. 机器人竞赛项目设定和规则制定缺乏科学的技术层次规划。

尽管存在一些问题，对中小学机器人教育的研究仍然比较火热，中小学机器人教育的发展趋势主要有以下几个方向：虚拟教育机器人的研究；校本课程与立体化教材的开发；机器人教学评价系统研究；智能机器人教学研究；中小学机器人教学中“微课”的制作与应用研究；机器人兴趣小组教学课程设计等。

任何新事物的发展和成长都需要漫长的过程，中小学机器人教育也是如此。中小学机器人教育的发展不仅受社会经济条件的制约，更与全社会的教育价值观（应试教育为主的教育体制）和教育发展的自身规律紧密相关。

参考文献：

[1]彭绍东.论机器人教育（上）[J].电化教育研究，2002（6）：3-7.

[2]张国民.虚拟机器人在中学教育中的应用研究[D].浙江：浙江师范大学，2009.

[3]王海芳.中小学机器人指导教师培训模式研究[D].上海：华东师范大学，2009.

[4]张秀杰.中小学机器人教育课堂教学设计研究[D].沈阳：沈阳师范大学，2013.

[5]刘琼.中小学机器人教育模式设计与应用研究[D].河北：河北师范大学，2012.

[6]王同聚.“微课导学”教学模式构建与实践――以中小学机器人教学为例，中国电化教育，2015（2）：112-116.

[7]王同聚.中小学机器人教学中_微课_的制作与应用研究，中国电化教育，2014（6）：107-110.

[8]王娜.如何在中小学进行机器人教育教学[D].吉林：东北师范大学，2010.

[9]卢燕，赵晓声.中小学机器人教育的现状与对策.中小学信息技术教育，2011（11）：35-37.

[10]张琪，李杭州.中小学机器人教育的问题与对策.教育信息技术，2014（9）：3-17.

基金项目：湖南第一师范学院2014年度科学研究项目（项目编号：XYS14Z15；项目主持人：刘泽源）