国内外机器人教育创客教育的研究情况

机器人教育:
        机器人教育是指通过组装、搭建、运行机器人,激发学生学习兴趣、培养学生综合能力。技术融合了机械原理、电子传感器、计算机软硬件及人工智能等众多先进技术,为学生能力、素质的培养承载着新的使命。机器人技术综合了多学科的发展成果,代表了高技术的发展前沿,机器人涉及到信息技术的多个领域,它融合了多种先进技术,引入教育机器人的教学将给中小学的信息技术课程增添新的活力,成为培养中小学生综合能力、信息素养的优秀平台。
        创客(Maker)是一类具有一定专门领域的知识储备和创新、实践和交流意识的人,他们出于自己的兴趣爱好,在一定的技术支持下将创意转变为现实。无论在哪个时代,在哪个国家,都不乏创客和创新精神。而在中国,从古代的四大发明到近代的农业技术革新,无不体现着人类的创造精神。
国内外机器人教育创客教育的研究情况

乐高机器人

乐高机器人玩具(Lego Mindstorms)是集合了可编程Lego砖块、电动马达、传感器、Lego Technic部分(梁、砖、板、齿轮、轮轴)的统称。乐高机器人玩具套件的核心是一个称为RCX或NXT的可程序化的积木或者也可以说是电脑的主机。它具有7个输出或输入口,其中4个用来连接感应器等输入设备,另外3个用来连结马达等输出设备。它不是一个普通的机器人,而是具有“娱乐性、教育性、安全性、互动性”的特殊的乐高机器人。它最吸引人之处是不仅具有机器人的高科技传输设备和电脑中枢,还继承了传统的乐高积木的无限的创造性,让玩家可以自由发挥创意,拼凑各种模型,使它真正动起来,像机器人一样工作,完成玩家所需要的任务。

人形机器人

人形机器人又称仿人机器人。1886年法国作家利尔亚当在他的小说《未来夏娃》中将外表与人相似的机器起名为“安德罗丁”(android),这就是一种人形机器人。按照其描述,人形机器人由4部分组成:生命系统(平衡、步行、发声、身体摆动、感觉、表情、调节运动等);造型解质(关节能自由运动的金属覆盖体,一种盔甲);肌肉(在上述盔甲上有肉体、静脉、性别等身体的各种形态);人造皮肤(含有肤色、轮廓、头发、视觉、牙齿、手爪等)。人形机器人可以随音乐起舞,可以行走、起卧,可以进行武术表演、翻跟头等杂技以及各种奥运竞赛动作。一般人形机器人还配有设计优良的控制系统,通过自身智能编程软件便能自动完成整套动作。

国内外机器人教育研究现状:

随着社会对人才标准的重新定位,用人单位对学生的综合素质提出了更高的要求,而如何开设机器人课堂,采取什么样的形式进行教学,则是提高学生的综合素质首先要考虑的问题。目前,国外已经有一些相对比较成熟的机器人教育方案,而国内在这方面的研究并不多。笔者通过对现有文献进行梳理,将国内外机器人教育的现状进行了对照。

美国机器人教育

美国基础教育领域中的机器人教育主要有四种形式:一是机器人技术课程,一般开设在技术类课程中,其中教育计划与项目占大多数;二是课外活动,类似我国的综合实践活动课程;三是机器人主题夏令营等定期活动;四是利用机器人技术作为辅助性工具来辅助其他课程的教学或者作为一种研究工具来培养学生能力,与此同时学习机器人技术知识,也可以归为特殊的机器人教育形式。

日本实怎么发展创客教育

在2014第十一届上海教育博览会教育国际化展上,日本萝卜人科普俱乐部带来了东京大学尖端科学研究中心特聘副教授高桥智隆开发的机器人课程,而机器人课程就是日本家长培养孩子动手解决问题的途径之一。在这个课程中,孩子先聚在一起,讨论搭什么样的机器人、怎么搭,然后学习相应的物理知识,如齿轮怎样结合能让机器人跑得更快。

日本许多机器人的理念都是来自孩子自己的观察,他们找到生活中的问题,教师再通过机器人课程,引导他们动手解决问题。扫地机器人、搬运机器人、爬绳机器人等都是日本的儿童在发现问题后发明的,并且这种能力的获得是终身受益的,2015年8月,高桥智隆研发的“KIROBO”机器人顺利登上了国际空间站,“KIROBO”的任务是陪宇航员聊天,而这个创意也是为了减少宇航员长期驻守空间站感受到的寂寞。

“附近有学校和居住小区,能不能建人行天桥?”在日本,这个看似应该是政府职能部门讨论的问题,却是小学三年级学生社会课上的一个研究课题。日本的爸爸妈妈很少让孩子在周末上语、数、外等补习班,而是鼓励他们去跳舞、搭机器人,培养他们的兴趣和能力。除了学习和讨论“怎样解决问题”,如今,日本更注重培养孩子自己动手解决问题能力。

中国的机器人教育和创客教育的现在

卢燕与赵晓声在《中小学机器人教育的现状与对策》一文中提到,近几年,我国中小学机器人教育有了较快的发展,但整体尚处于起步阶段。机器人教育仍有许多问题,主要有以下四点:

①教育行政部门的激励机制不够完善。

虽然机器人教育已经得到了国家的高度重视,也形成了良好的社会效应,但总体而言,教育行政部门的引导作用还不够显著,尤其是教育部和各省级教育行政部门还没有出台切实可行的机器人教育推动办法。市、县级教育行政部门既缺少国家和省级教育部门的政策支持,也缺少资金支持,所以往往处于心有余而力不足的被动局面。

②课程标准和评价机制缺失,机器人教学难以走进课堂。

教育部于2003年颁布的《普通高中技术课程标准(实验)》首次在“通用技术”科目中设立了“简易机器人制作”这一选修模块,并在“信息技术”科目中也以选修的形式设立了“人工智能初步”模块。虽然这一举措在课程标准建设上算是迈出了第一步,但十几年过去了,国家一直没有对机器人课程或人工智能课程做进一步的完善和修改,尤其是没有将机器人课程列入考试范围,学校開展机器人教育既缺少明确的课程大纲指导,也缺少必要的考试评价机制,这都极大地制约着机器人课堂教学的开展。

③没有统一的机器人教材,机器人产品各自为政。

国家课程标准的缺失和地方课程的滞后,导致机器人教育缺少统一的教材支持。目前,使用的机器人教材大多由机器人厂家提供,由于编写过程缺乏科学规划和教育工作者的参与,此类教材没有明确的教学目标,更像是“产品说明书”或“产品用户指南”,在实际教学中难以发挥作用。国家课程标准的缺失也导致市场上的机器人产品缺少统一规范,自成体系、互不兼容,开放共享程度很低。尤为重要的是,在投入生产前,对这些产品的论证没有教育工作者的参与,换言之,这样的机器人产品没有教育理念的支持,严重降低了其教育价值。

④机器人竞赛的价值导向存在误区。

机器人竞赛是普及机器人教育的重要途径,它是一种任务设计导向的教育活动,其根本目的是教育。由于目前机器人教育没有相应的考试评价机制,机器人竞赛成了唯一的“显性”测评手段,机器人教育的“投入产出效益”很大程度上只能通过竞赛来体现。这直接影响了机器人竞赛的价值取向——教育价值淡化,竞赛成绩高于一切。这导致机器人竞赛存在商业化运作倾向,学生自主设计的程度降低,比赛中也经常见到恶性竞争

开展机器人创客教育的注意事项

教育创客对教育者来说,其中创客精神与学生旺盛的求知欲和在实践中教学的教育思想不谋而合。虽然创客教育不会直接教授学生基础知识,但在当“创客”的過程当中,学生将有机会运用到数学、物理、化学甚至艺术等多学科的知识。在创客教育中,学生不再是知识的被动接受者,而是身兼数学家、科学家、发明家等多重角色。创客教育所倡导的提出问题并利用自己的创造力解决问题的过程,对学生能力的培养至关重要。

1.创客选取

鉴于国内机器人教育的现状,机器人创客教育可能无法在所有学生中实行。那么应如何选取适合的学生来参与机器人创客教育呢?只有一点,即必须出于学生自愿,真正有兴趣的学生,才能自主地参与到课程中来,发挥自己的想象力,动手开发制作。

2.课堂开展

机器人创客教育的课堂应该是比较开放的。首先由教师向学生介绍机器人的相关知识、实验室中工具的使用方法以及机器人常用的一些结构。随后便由学生自行思考、创作。教师则作为一名点拨者、解惑者,帮助学生解决一些难以解决的问题。创客教育的课堂中,信息资源的分享也极为重要,教师可以让学生在每节课的中间进行一次简短的阶段性作品展示及小结,并在课程临近结束时做最终成果展示以及总结。

3.材料工具

机器人创客教育课堂中使用的材料以乐高机器人和人形机器人为主。在课程开设的初期,主要采用乐高机器人。乐高积木式机器人拥有非常多的零件,可供学生搭建成千上万种不同的结构,满足学生自主设计的基本要求。当然,乐高机器人也有局限性,许多的结构是乐高机器人无法完成的。因此,在课程中后期,教师可以引入人形机器人,与乐高机器人结合。人形机器人的可设计性更强,只要有一台电脑、一台雕刻机,学生就可以根据自己意愿来设计零件,完成组装,设计出自己的作品。

总结

机器人教育虽已逐渐开展,但仍存在诸多的问题,如教学内容单一等。通常只进行机器人组装、机器人调试两方面的教学,无法取得较好的教学效果。机器人课堂的初衷,是让学生在课堂中提升自己的综合素质。因此,机器人创客教育概念的引入,可以拓宽学生的思维,引导学生进入更广阔的创客、创造活动中。

 

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