大連地區義務教育階段機器人教育發展述評

白立廣

摘? ?要：文章闡述了義務教育階段機器人教育的內涵及其意義，對大連地區義務教育階段機器人教育發展情況進行了梳理，在此基礎上提出大連地區義務教育階段機器人教育發展缺少頂層設計、人財物支持不足、課程體系建設有待加強、教學策略研究不深入和缺少出口等問題，建議制定大連地區機器人教育發展綱要、保障人財物支持、統一課程體系建設、改革教學方式和探索可行的機器人教育出口。

關鍵詞：大連;義務教育;機器人;競賽;機器人教育

中圖分類號：G522.3 文獻標志碼：B 文章編號：1673-8454（2020）19-0060-04

近年來，機器人在義務教育階段發展迅速，已經有很多學校將機器人課程納入到常規教學中，機器人不斷地影響著學生的學習和生活。機器人教育具有跨學科性、高融合性、工程性的特點，對培養學生的創新能力、編程能力、實踐能力和團隊精神有很大幫助。[1]大連地區義務教育階段機器人教育進行得如火如荼，學校常規教學主要以信息技術課程和校本課程兩種形式存在，校外主要是培訓機構圍繞機器人競賽的輔導。

一、機器人教育的內涵與意義

1.機器人教育的內涵

機器人教育是指學習、利用機器人，優化教育效果及師生勞動方式的理論與實踐。[2]機器人教育以人工智能技術應用為核心，是義務教育階段信息技術教育的新發展。[3]

2.義務教育階段機器人教育的意義

推進義務教育階段機器人教育發展，是與國際社會發達國家機器人教育接軌的現實需求，是順應國家信息化時代經濟社會發展的需要，是國家推進義務教育階段學生素質教育、核心素養養成的新方式，更是增強義務教育階段學生動手實踐能力、培養創新思維的重要舉措。

二、大連地區義務教育階段機器人教育發展調查

筆者作為信息技術教師，并承擔學校科技輔導員工作，結合學校課程開設及參加競賽情況對工作群文件進行梳理，發現大連地區義務教育階段機器人教育依然停留在以競賽為主的模式上，可喜的是機器人競賽在青少年活動中的影響越來越大，逐漸由組織部門多、競賽項目繁雜向組織部門清晰、競賽項目合理演變，而且2015年機器人教育編入大連地區信息技術教材，標志著機器人教育正式進入義務教育階段課堂。

1.競賽發展現狀

據不完全統計，如表1所示，大連地區機器人競賽發展大體可以劃分為三個階段：初始階段（2003—2010年），是大連地區對機器人競賽的摸索和嘗試階段，目的是通過競賽擴大機器人知識普及。爆發階段（2011—2018年），具有競賽承辦方多、競賽項目重復等特點。規范階段（2017—2019年），因市場規范和大連市中小學生科技節競賽管理逐步完善等原因，一些承辦方退出機器人競賽序列。如：2013年沙河口區科技中心組織區內各校參加市級各單位承辦的競賽不再單獨舉辦;大連團市委官網可查的最近一次競賽是2018年7月舉辦的第三屆大連市青少年智能機器人應用競賽;大連市少年宮主辦的中小學生頭腦奧林匹克競賽，2017年取消機器人類比賽項目。《教育部辦公廳關于公布2019年度面向中小學生的全國性競賽活動的通知》[4]嚴格規定了中小學生可以參加的競賽活動，對未經批準的競賽禁止開展。相信在教育部嚴格競賽舉辦活動要求下，大連地區機器人競賽越來越規范。

2.課程設置

（1）信息技術課程

《基礎教育信息技術課程標準（2012版）》提出，小學階段和初中階段分別設置“機器人入門”和“機器人設計與制作”兩個拓展模塊，可以根據學校條件選擇開設。2015年，大連市教育學院信息技術教研員趙書陽牽頭，在分析機器人教育推廣案例基礎上，做了大量工作，最終將機器人教育編入2015年版義務教育階段信息技術教材，極大地推動了大連地區機器人教育發展。

小學信息技術教材：六年級下冊《第三單元 機器人有約》，前5課是教育機器人的初級入門知識介紹，包括機器人結構組成、結構搭建基本原理、程序設計相關基礎知識等;后5課為選學內容，主要介紹使用傳感器技術等內容。

初中信息技術教材：七年級下冊《第二單元 神奇的機器人》設置四個課時，介紹機器人部件及控制器、齒輪傳動、機器人快車軟件、馬達的操控方法等內容。

（2）校本課程

大多數學校以課外活動的形式如機器人興趣班、競賽輔導等開展，也有部分學校根據自身實際，以“校本課程”的形式將機器人納入課堂教學，依據機器人競賽項目開設各種各樣的校本課程，如循跡機器人、工程挑戰機器人等，并以機器人產品說明書和編程軟件為藍本自編教材，個別學校的校本課程內容已經超越2012版信息技術課程標準，具備了開設更具特色的校本課程的條件和經驗。

三、對大連地區義務教育階段機器人教育發展現狀的審視

1.存在的問題

大連地區機器人教育開展已有十幾年的時間，雖然小學六年級和初中一年級設置了機器人教育相關課程，主要內容卻是作為選學設定的，機器人教育仍然游離于日常課堂教學之外，與日常課堂教學中機器人教育開展不溫不火的情況對比鮮明的是，校外以輔導機器人競賽為主要目標的培訓市場卻異常火爆，主要原因有：

（1）缺少頂層設計

教育主管行政部門、教育主管業務部門和學校對機器人教育發展缺乏統籌規劃。由于以競賽為主要形式，主管部門對競賽的準入門檻要求過低，競賽亂象叢生，導致各個學校和機器人培訓機構以取得競賽成績為導向，各顯神通，追求機器人設備的先進程度。各類競賽使用的機器人品牌、編程語言等不同，對機器人教育健康、有序、系統化發展造成人為的阻礙，也給學校財力、培訓機構財力和家長經濟實力帶來了很大壓力，這種變味的競賽導致難以實現機器人教育全面普及。

（2）人財物支持不足

從事機器人教育的校內人員一般以信息技術教師、科學教師為主，這些教師了解機器人教育的鳳毛麟角，競賽成績比較突出的教師也只是擅長個別項目，機器人教育從業教師整體缺乏對其系統深入的了解。教師培訓基本是以參賽指導為主，缺少全市范圍內系統的機器人教育課程培訓。大連地區教育管理體制中學校教育經費來源是區級財政按照學生人數劃撥，幾乎沒有針對機器人教育的經費投入，也進一步限制了機器人教育的發展。尤其是諸如樂高等知名廠商出品的機器人投入高、成本高，使用門檻較高，使眾多普通學校望而卻步。缺少專門的機器人專用教室，大部分區級教育主管部門可能在本區內一到兩所學校建設有機器人專用教室，但是相對機器人教育普及的需求還遠遠不夠。

（3）課程體系建設有待加強

第一，沒有制定符合大連地區實際情況的課程標準。

第二，教材設置課時不足。在小學六年級和初一年級設置機器人模塊，六年級5課時為必修、5課時為選修，初中4課時均為選修。可見，機器人教育模塊課時占比過少，并未形成體系，難以實現課程標準中對機器人教育模塊要求的效果。教材設置中則多以硬件辨識和簡單程序設計的知識作為學習目標，未能體現機器人教育對學生創新思維的培養。

第三，課程實施方面。信息技術課程中機器人模塊作為選學內容開設，但是義務教育階段往往不能在每個學期都保證18個課時，選學內容基本進行不了，而機器人校本課程的開設效果反而比信息技術課程開設課時多，但也會因學校各類活動等無法開足。

第四，課程評價方面。因機器人教育未實現普及，尚缺少統一的評價標準。

（4）教學策略研究不深入

開設機器人課程的學校，教師對機器人教育理解不到位，缺少對中小學生認知特點的深入探討。已有的教學設計雖強調合作學習、基于項目的學習等建構主義教育理念，但因是基于一般知識技能傳授的教學，使教學陷于“學習機器人”而非“用機器人促進學習”的傳統教學模式中。[5]多數學校機器人教學的開展仍集中于培養小群體機器人競賽選手。

（5）缺少出口

缺乏對具有機器人專長的學生出口的規劃。僅以2019年大連市內五區普通高中招生為例，只有大連市第十三中學（招生4人，2019年升級為省級示范性高中）和大連市第四十四中學（招生6人，一般高中）兩所學校合計招機器人特長生10人，相對體育類特長生招生278人和藝術類特長生招生430人少了很多。而且，教育部發文要求直至2020年前取消各類特長生招生，應當思考取消特長生招生后采取何種方式保證具有機器人專長學生的發展。

2.解決的策略

（1）制定大連地區機器人教育發展綱要

從國際角度、國家層面、社會需要、學校需求以及學生素質提升方面看，在義務教育階段推行機器人教育有切實必要，是大勢所趨，也是當務之急。教育主管部門應當作為第一責任人，統籌協調大連市政府、高等學校、科研機構、中小學校以及機器人企業等各機構間的橫向合作，依托國家政策導向制定大連地區機器人教育發展綱要。綱要中要明確各個機構的職責和分工;規定對人財物的投入標準;統一規劃機器人教育專用教室建設標準;制定機器人競賽舉辦準入標準;制定教師培訓和教學效果評價標準;放開政策鼓勵并約束機器人企業進入校園。

（2）保障人財物支持

鼓勵信息技術教師和科學教師從事機器人教育，同時聘請機器人企業和科研院所機器人專家進入校園講學，彌補短期師資不足問題，招聘和引入機器人教育專門教師，滿足長期師資需求。對全市中小學從事機器人教育的教師進行普及性培訓，開展教師間交流互動，介紹機器人競賽經驗。

區教育行政部門應保障對機器人教育的經費投入，鼓勵和促成企業對學校機器人教育的經費投入。例如，日本政府促成的軟銀機器人有限公司將旗下的人形機器人產品“Pepper”無償借給各地區282所公立中小學，開展中小學的編程教育應用研究。[6]

保障機器人教育專用教室建設。可采用吳良輝建議：教學機器人并不需要人手一套，兩人一套為最佳，四人一套也行，50人的班級，只需15套即可，人數較多的學校信息技術課可能兩個班同時上課，則需要30套設備。所以一般學校只需要15套、大校需要30套就夠了。[7]或者采用鐘柏昌的建議：使用Arduino機器人，2～3萬元即可裝備一個適合大班教學的機器人實驗室。這對目前大連地區的教育主管行政部門而言是能夠承擔的。

（3）統一課程體系建設

第一，依據《基礎教育信息技術課程標準（2012版）》和大連地區實際情況，制定《大連市義務教育階段信息技術課程標準》，借鑒深圳市機器人模塊課程設置的將“算法與程序設計”和“機器人”兩個模塊整合到一起的做法，大刀闊斧地將機器人教育課程納入新的課程體系。保證小學部分的拓展模塊二“機器人入門”和初中部分的拓展模塊二“機器人設計與制作”兩部分內容的實現。第二，機器人教育作為信息技術課程的一部分，應對現有教材結構進行重新規劃和壓縮，提高機器人教育在中小學階段信息技術教材中的比例，保證各階段36課時要求。第三，保證信息技術課程和校本課程課時。第四，綜合考慮學生發展核心素養和學科核心素養等制定過程性評價和總結性評價標準。

（4）改革教學方式

明確機器人教育在義務教育階段的培養目標：小學階段的機器人教育是要讓學生通過自主活動、動手操作了解機器人的應用價值，培養學習機器人的興趣;中學階段主要是讓學生了解機器人的基本工作原理，制作和操縱簡單的機器人，感知程序和程序設計語言，理解程序的基本結構等計算機解決問題的一般過程。只有將培養目標落實于機器人教育的課程開發和教學設計過程，仔細斟酌教學內容、教學方法和教學評價方式等，才能促進機器人教育的開展走向良性循環的軌道，從而達到利用機器人教育培養創新型人才的最終目的。[8]

（5）探索可行的機器人教育出口

參考高考改革方案，探索可行的中考改革方案和普通高中招生制度，完善德智體美勞等綜合素質評價體系，綜合考慮學生機器人特長，暢通機器人特長生升學渠道，切實讓真正的機器人特長生脫穎而出。

四、結語

整體而言，大連地區義務教育階段機器人教育發展還有諸多問題需要直面和改善，尤其在發展綱要、經費投入、教材設置等方面還缺乏統一認識。盡管機器人教育的發展不能一蹴而就，還需要時間和實踐的積淀，但是，應當考慮大連地區整體現狀，采取積極有力措施，制定發展規劃并保障各項政策落到實處，促進機器人教育健康穩定發展。

參考文獻：

[1]潘瑞娟，秦健.初中機器人教育校本課程教學內容開發的研究設計——以樂高EV3為例[J].科學大眾（科學教育），2018（1）：26.

[2]彭紹東.論機器人教育（上）[J].電化教育研究，2002（6）：3-7.

[3]杜成龍，賈曉梅.新形勢下加強中小學機器人教育的若干思考[J].科技經濟導刊，2018（6）：102-103.

[4]教基廳函[2019]25號.教育部辦公廳關于公布2019年度面向中小學生的全國性競賽活動的通知[Z].

[5]王娟.STEM整合視野下的機器人教學活動設計[D].溫州：溫州大學，2014.

[6]王凱，孫帙，西森年壽等.日本機器人教育的發展現狀和趨勢[J].現代教育技術，2017（4）：5-11.

[7]吳良輝，楊青.深圳市初中機器人課程的探索與實踐——兼談《標準》的學習體會[J].中國電化教育，2012（11）：31-35.

[8]馬云霞.STEAM教育理念下師范院校機器人教學實踐研究[D].西安：陜西師范大學，2017.

（編輯：王天鵬）