從機(jī)器人教育走向智能機(jī)器教育

管雪沨

● 機(jī)器人教育的得與失

機(jī)器人課程是提升學(xué)生綜合能力、創(chuàng)新能力的有效途徑之一，受到社會(huì)、學(xué)校、家長(zhǎng)的認(rèn)可，更得到青少年的青睞。隨著教育部門對(duì)以機(jī)器人教育為代表的創(chuàng)新教育的日益重視，學(xué)校、社會(huì)培訓(xùn)中心、科技活動(dòng)中心等積極開展機(jī)器人課程，讓很多學(xué)生有機(jī)會(huì)感受到機(jī)器人的魅力，并通過親手設(shè)計(jì)、組裝、編程等活動(dòng)，開展國(guó)際交流、競(jìng)賽等形式拓展了學(xué)生的知識(shí)領(lǐng)域，提升了綜合能力。

然而，機(jī)器人教育的問題是客觀存在的。一是機(jī)器人的價(jià)格制約了機(jī)器人課程的普及；二是機(jī)器人課程師資制約了機(jī)器人課程的普及；三是機(jī)器人競(jìng)賽誤導(dǎo)了機(jī)器人教育的目的。要緩解或解決這些問題，教育部門和學(xué)校就要改變觀念，把機(jī)器人教育回歸到促進(jìn)學(xué)生發(fā)展的本源，一切從促進(jìn)學(xué)生發(fā)展的目的出發(fā)，跳出“機(jī)器人”這個(gè)被混淆的概念。理清機(jī)器人教育的意義、目標(biāo)和方式等。

● 創(chuàng)新能力與智能機(jī)器

機(jī)器人教育的目標(biāo)是培養(yǎng)學(xué)生的綜合能力和創(chuàng)新能力。什么是創(chuàng)新呢？創(chuàng)新是指以現(xiàn)有的思維模式提出有別于常規(guī)或常人思路的見解為導(dǎo)向，利用現(xiàn)有的知識(shí)和物質(zhì)，在特定的環(huán)境中，本著理想化需要或?yàn)闈M足社會(huì)需求，而改進(jìn)或創(chuàng)造新的事物、方法、元素、路徑、環(huán)境，并能獲得一定有益效果的行為。創(chuàng)新是以新思維、新發(fā)明和新描述為特征的一種概念化過程。那么，創(chuàng)新能力的培養(yǎng)只有學(xué)習(xí)機(jī)器人一條途徑嗎？筆者根據(jù)從事教學(xué)活動(dòng)和創(chuàng)新（機(jī)器人）活動(dòng)的經(jīng)驗(yàn)，提出“智能機(jī)器”課程的概念，源于機(jī)器人又超越機(jī)器人，或許可以為機(jī)器人教育帶來一些變化。

智能機(jī)器，即針對(duì)某一具體問題，利用現(xiàn)有知識(shí)與技術(shù)，被設(shè)計(jì)并制造（改造）出來解決問題的機(jī)器。具體來說，有以下特點(diǎn)：

◇現(xiàn)實(shí)性。既然是針對(duì)具體問題的，那么智能機(jī)器教育就和學(xué)生的學(xué)習(xí)生活緊密結(jié)合，解決的問題也來源于學(xué)生的生活實(shí)際，學(xué)生更容易感受到機(jī)器的魅力，激發(fā)創(chuàng)新的動(dòng)力，如解決一次活動(dòng)中抽獎(jiǎng)的問題、設(shè)計(jì)一個(gè)環(huán)保宣傳機(jī)器等。

◇全面性。和機(jī)器人教育的綜合性不同，智能機(jī)器教育的全面性不是指學(xué)科知識(shí)的綜合，也不是指思維能力、實(shí)踐能力等方面的全面，而是指人的全面發(fā)展，如認(rèn)識(shí)、情感、思想、交流與合作、表達(dá)與創(chuàng)新等的共同發(fā)展。所以，智能機(jī)器是對(duì)具體問題解決的整體、全面的設(shè)計(jì)。

◇創(chuàng)造性。創(chuàng)造性由創(chuàng)造性意識(shí)、創(chuàng)造性思維和創(chuàng)造性活動(dòng)三部分組成。其中創(chuàng)造性思維是其核心，當(dāng)學(xué)生的創(chuàng)造性思維體現(xiàn)在行為上，就說明他具有創(chuàng)新精神或創(chuàng)新能力。在筆者給出的智能機(jī)器定義中，“問題”即產(chǎn)生創(chuàng)造性意識(shí)，“設(shè)計(jì)”即創(chuàng)造性思維，“制造”即創(chuàng)造性活動(dòng)。

◇多樣性。在基礎(chǔ)教育領(lǐng)域，智能機(jī)器應(yīng)是多樣的，這是由問題解決方法的多樣性來決定的。機(jī)器人可以是人形機(jī)器人，也可以是小車，也可能是一個(gè)小程序（如聊天機(jī)器人）等。智能機(jī)器之所以不稱為機(jī)器人，更多原因是它本身很少以人形形態(tài)表現(xiàn)出來，而是一個(gè)解決問題的軟件、設(shè)備、計(jì)算機(jī)或機(jī)器狗等，就像手機(jī)安裝某種軟件，使手機(jī)變成有特定功能的機(jī)器一樣。

從特點(diǎn)來看，智能機(jī)器教育完全秉承了機(jī)器人教育的目標(biāo)，發(fā)展了機(jī)器人教育的理念，使創(chuàng)新教育的道路變得更寬廣。自2013年以來，以智能機(jī)器為理念的教育試點(diǎn)也在一些地區(qū)開展，如溫州中學(xué)的“互動(dòng)媒體課程”、常州天寧區(qū)的“STEAM課程”等。

● Scratch支持下的智能機(jī)器教育

Scratch作為青少年編程語言已經(jīng)被廣泛使用和認(rèn)可，而且已經(jīng)在陜西省、江蘇省的信息技術(shù)教材中推廣，還有很多學(xué)校把它納入了常態(tài)的校本課程，相比其他可視化機(jī)器人編程語言來講，Scratch的普及程度不言而喻。Scratch可以讓學(xué)生快速進(jìn)入智能機(jī)器課程體系中。

1.Scratch+MakeBlock（Arduino）：智能風(fēng)扇

問題：房間溫度大于28度時(shí)，啟動(dòng)風(fēng)扇；28度及以下時(shí)關(guān)閉風(fēng)扇。

解決這個(gè)問題的方法很多，也可以用機(jī)器人的方式完成，采用Scratch和Arduino結(jié)合的方法可以大大降低成本，惠及更多學(xué)生。在教學(xué)過程中，學(xué)生思維活躍，討論出兩種解決方案：一是給風(fēng)扇安裝一個(gè)“大腦”，自己判斷開和關(guān)，把風(fēng)扇看作為機(jī)器；二是把計(jì)算機(jī)當(dāng)作智能機(jī)器，向風(fēng)扇發(fā)送開關(guān)命令。不論是哪種方案或是有第三種方案，教師都可引導(dǎo)學(xué)生積極思考：如何感知溫度？感知的溫度用什么表示？和風(fēng)扇如何通訊？最終發(fā)展為學(xué)生的個(gè)性化創(chuàng)造活動(dòng)。方案不同、路徑不同、機(jī)器就不同。

2.Scratch+PcDuino：跑馬燈

問題：班級(jí)開展國(guó)慶聯(lián)歡會(huì)，在黑板四周掛上跑馬燈。

跑馬燈是有規(guī)律閃爍的小燈珠，設(shè)計(jì)什么規(guī)律、設(shè)計(jì)多少種規(guī)律，可以看作是數(shù)學(xué)思維；如何控制這些規(guī)律？是順序控制還是選擇控制？如果是選擇控制，是計(jì)算機(jī)選擇還是手動(dòng)選擇？如果是計(jì)算機(jī)選擇，是隨機(jī)選擇還是根據(jù)不同的情境來選擇？通過幾個(gè)追問，設(shè)計(jì)就多樣化、復(fù)雜化了。pcDuino的優(yōu)點(diǎn)就是接上移動(dòng)電源可以當(dāng)一臺(tái)計(jì)算機(jī)使用，接上聲音傳感器，可根據(jù)聲音大小來選擇不同的跑馬燈。

以上僅是智能機(jī)器教育領(lǐng)域的冰山一角，智能機(jī)器的寶藏正待廣大師生共同開發(fā)。由此可以發(fā)現(xiàn)，智能機(jī)器的研究從形式來看，不僅僅是硬件機(jī)器，也可以是軟件或是對(duì)機(jī)器的改造（如PC機(jī)、手機(jī)）；從研究的價(jià)值來看，源于生活實(shí)際，是學(xué)生重新認(rèn)識(shí)世界、改造世界的活動(dòng)，是對(duì)人的綜合能力、創(chuàng)新能力的全面提升；從試點(diǎn)情況來看，智能機(jī)器投入費(fèi)用極低，教室氛圍好，學(xué)生展示交流（競(jìng)賽）平臺(tái)豐富且單純，社會(huì)反響較好。我們相信智能機(jī)器教育會(huì)以其趣味性、現(xiàn)實(shí)性、全面性、創(chuàng)造性和多樣性等特點(diǎn)受到廣大中小學(xué)生的喜愛，在未來飛速發(fā)展。

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