中小學機器人教育中的問題及思考

張世超

摘 ? 要：機器人是具有戰略意義的領域，要加強中小學機器人教育。通過調查，當前河北省縣級及以下中小學機器人教育存在教師缺乏、機器人教育的硬件配置良莠不齊、機器人教育教學實效低等問題，為有效解決上述問題，學校及有關部門應以師資、硬件及教學課程等為抓手，促進河北省縣級及以下機器人教育的發展。

關鍵詞：機器人教育;師資建設;硬件設備;課程設計

中圖分類號：G633.98 ? ?文獻標識碼：A ? ?文章編號：1009-010X（2019）21/24-0033-03

智能機器人技術融合了機械，電子，傳感器，計算機軟、硬件，人工智能等眾多先進技術，體現了當代信息技術多個領域的先進技術，是信息技術的重要內容。因此，在信息技術教育中滲透機器人學科知識與機器人應用前景方面的教育是當今科技發展的必然趨勢。2017年，國務院印發《新一代人工智能發展規劃》，明確指出應逐步開展全民智能教育項目，在中小學階段設置人工智能課程。雖然，全國很多地區的小學都開展了機器人教育課程，但機器人教育在小學開展過程中遇到了些許難題，制約了機器人教育的發展。為了能更好地開展機器人教育，筆者展開了本項研究，主要調研了河北省縣級及以下中小學機器人教育的問題，并針對上述問題進行了思考。

一、中小學機器人教育現狀及問題

（一）機器人教師現狀及問題

筆者對河北省機器人教育的教師現狀進行了調查，調查對象來自河北省校外教育組織的機器人骨干教師培訓中的參訓教師和河北省電教站組織的機器人教師培訓的參訓教師。調查的92位教師在原單位都是從事或即將從事機器人教學工作的專任或兼任教師。在這些教師中約有59%的教師具有信息技術學科背景;約有10%的教師有物理學學科背景;有14%的教師具有數學學科背景;而約有11%的教師具有科學教育專業背景;具有人工智能和其他學科專業背景的教師占比較小，只有2%和4%（如圖1所示）。從調查結果中看，絕大多數的參訓教師具有理工科專業背景，而具有人工智能機器人專業背景的且從事機器人教育的教師占比較少。

表1是機器人教師的從教時間，如表所示：有14.13%的教師從事機器人教育小于一年;有41.30% 的教師從事機器人教育1～2年，其對機器人教育有一定的了解，是各地在將來推廣普及機器人教育所依靠的中堅力量;有30.43% 的教師從事機器人教育在2～3年，這部分教師是當前機器人教育的骨干教師;而從事機器人教育大于3年的占比14.13%，這些教師具有豐富的教育經驗和競賽經驗，是當前機器人競賽中優秀的指導教師。

總的來說，機器人教師方面的主要問題表現在：1.教師數量欠缺，由于機器人教育是新鮮事物，在現有的教師培養系列中機器人教師屬于稀缺資源，中小學機器人教師普遍缺乏。2.教師隊伍的專業知識儲備有待提高，大部分機器人教師具有理工科背景，專業的人工智能方面的機器人教師少之又少，且從業時間較短，缺乏豐富的教學經驗和競賽經驗。此外，機器人教育除了程序控制外，合理的構建也是必需的，但注重機械構建的教師也非常少。

（二）機器人教育硬件配置現狀和問題

表2是對機器人專用教室配備的情況調查。如表2所示：有22.83%的教師所在學校有專用的機器人活動教室，這些學校一般分布在經濟較為發達的地區;71.74%的教師所在學校沒有配備專用的機器人活動教室，且機器人裝備僅配置到了縣青少年活動中心，學校不予配置。

總的來說，機器人教育在硬件配置方面的問題為：1.機器人專用教室及機器人設備配置率低。很多縣域都沒有把機器人專用設備配置到學校，僅僅是給青少年活動中心配置了一小部分設備，這些設備并不能滿足學校日益增長的學習及教學需要。2.機器人裝備質量良莠不齊。很多活動中心及學校配置的是一些流傳度極低的機器人設備，這些設備沒有資格參加一些較為正規的機器人競賽。3.機器人器材缺乏標準導致課程體系設計無法統一。各機器人廠家的機器人器材除外形不一致外，控制芯片、傳感器、數據接口等均不統一，這導致課程內容體系的統一設計無從談起。

（三）機器人教學方面的現狀和問題

關于機器人教學層面的調查，主要涉及教學規模和教學組織形式、教材、教學方法。師資配備直接影響機器人教育的規模和教學形式，圖2是機器人教育的組織形式統計圖，如圖2所示：機器人教育組織形式中占主導地位的是活動小組和競賽小組模式，分別占比39.68%和36.51% 。較低的機器人裝備配置率和較為缺乏的師資，不能滿足較多學生同時學習機器人課程的需要;此外，有限的教師和機器人設備使得真正接受機器人教育的學生人數非常少。而采用班級授課模式占比14.29%，這些學校的機器人設備相對較多，能夠同時滿足較多的學生進行學習，一般是按照小組形式進行授課，每班人數20人左右。

如表3所示，在機器人教材方面，由于開設機器人課程的學校多以校本課程的方式開設，他們或者使用自編教材，或者沒有使用教材，這兩者分別占據調查比例的52.38%和17.46% 。有25.40%的教師使用了統一采購的教材，所謂統一采購的教材也多是由機器人廠家編寫的類似產品說明書式的教材，即產品使用手冊，致使教學目標不明確、教學重點不突出、課程缺乏精心的設計。

在教學方法層面，一線教師常用的教學方法是任務驅動法、講授演示法、講練結合法，分別占調查教師總數的66.67%、63.49%、50.79%，此三種方法也是普通信息技術課堂的常用方法。但在國外，常用的機器人教學方法是項目教學法和實驗法，且項目教學法被很多教育者認為是非常適用于機器人教育的方法，其常常需要學生合作設計、構造和操控機器人項目作品，但在我們的調查中，這兩種方法的選用率僅分別為23.81%和28.57%。

總的來說，當前機器人教學現存的問題有：1.機器人教育受益人群少。機器人教學采取的是興趣小組或競賽小組模式，使真正學習機器人的學生僅占很小比例。2.缺乏課程標準，這導致當前各學段的機器人教育的教學內容、教學目標、教學重點和難點等不明確，缺乏教學內容的連貫性。

二、中小學實施機器人教育的建議

（一）強化教師培訓，加強教師隊伍建設

教師的專業化水平是推動機器人教育不斷發展并提升其實效性的必要條件。但目前教師的專業化水平不高，有些學校安排信息技術教師或者其他課程的教師來兼任機器人教育課程。針對此種情況，教育主管部門和學校要加大機器人教育的培訓力度，組織教師參加各級機器人教師培訓，努力培養一支優秀的機器人教師團隊。

（二）加大資金投入，規范器材配置，建立機器人器材標準

首先，加大機器人教育資金投入力度，在學校配置機器人專用教室及一定數量的高質量機器人設備，并對這些設備實時更新，以滿足不同形式的競賽需要。其次，規范器材配置，建立機器人器材標準。機器人課程對器材具有顯著的依賴性，各廠家應將核心部件中的控制器、傳感器、數據接口等進行統一，以為課程內容體系的建立打下物質基礎。

（三）做好課程頂層設計，建立課程體系

當前的機器人教育采用的是競賽或者興趣小組模式，受眾人數較少。要想實現機器人教育從小眾范疇向大眾范疇的轉變，必須做好課程的頂層設計，建立課程體系。如在時間序列上形成小學、初中、高中相互銜接的機器人課程體系;在橫向聯系上，與程序設計、物理、數學、通用技術等課程內容合理整合、相互支持;制定全國性的機器人課程標準。只有這樣才能規范課程開設的目標、內容、課時、教材、師資等與課程配套的相關要素。