基于人工智能形勢下中小學機器人教育的探討

摘要：隨著教育的不斷改革與發展，要注重對學生創新精神與實踐技能的培養，符合當前教育改革的要求。尤其在中小學機器人教育的過程中，要結合當前人工智能發展的背景，對學生進行引導，使得機器人教育的質量可以得到有效的提升。因此，本文闡述機器人教育的相關概念，明確在人工智能形勢下中小學機器人教育開展的重要意義，可以激發學生的學習熱情，引導學生形成耐心鉆研的態度，注重對學生邏輯思維能力的培養，增強學生的團隊意識。探討當前中小學機器人教育過程中所存在的問題，比如缺乏對機器人教育開展的重視，機器人教具較為昂貴，在經費投入方面存在不足，缺乏專業化的師資力量，針對所存在的問題，對中小學機器人教育發展提出若干的建議，要加強相關部門之間的密切配合，增強專項經費的投入，注重對師資的培養，將機器人教育與基礎教育改革進行有效的結合。

關鍵詞：人工智能;中小學教育;機器人;發展趨勢

在當前的科學技術飛速發展的時代，機器人技術融合了計算機機械等多個學科的知識，在中小學階段開展機器人教育，可以促進學生素質教育理念的進一步落實，注重在中小學推進機器人學科的普及，要意識到機器人課程以及機器人活動開展的重要性，普及科技知識，提升青少年的科學素養，要引導青少年能夠形成科學精神，增強學習能力與實踐能力。機器人課程與我國所發布的教育政策密切聯系，可以對科技教育的潮流進行引領，機器人走進了更多的學校與課堂，將機器人課程納入學校的選修課向學生進行開放，幫助學生積累科學知識，引導學生在參加各種機器人比賽的過程中，感受到科學的魅力。但是，當前中小學機器人教育過程中所存在的問題也不容忽視，要結合具體的問題，對于機器人課程校本化進行構建，確保機器人教育的實效性，對學生的思維進行培養，加強對學生綜合素質的提升。

一、問題的提出

（一）研究背景

眾所周知，在中國制造和工業4.0的發展背景下，對機器人技術進行進一步的優化，有利于推動科技的創新。國家重大會議曾提出鼓勵各界青年投入創新創業的大浪潮中，舉辦各種形式的創新創業比賽，科技創新在其中占比較高，與機器人技術相關的產業占比較大。在政策資金的進一步推動下，機器人教育迎來新的高速發展時期。在當前的中小學發展過程中，開展學生素質教育，引導學生能夠全面發展，培養學生的科技創新能力。中小學機器人教育作為STEAM教育中非常關鍵的部分，要設置相關人工智能的課程，引導中小學生學習機器人技術為社會的發展儲備優質的人才。同時，全國青少年機器人技術等級考試的進一步推動也獲得家長和學校的認可，以青少年科技能力標準為建設加強對優秀學生的選拔，青少年機器人技術等級考試在全國范圍內開展，對中小學的機器人教育課程進行開發與研究，才能更好地推動基礎教育的改革與發展。

（二）研究意義

在中小學開展機器人教育結合當前人工智能的發展形勢，了解其研究的意義。首先，對中小學機器人教育課程進行豐富，當前各類機器人比賽的廣泛開展，參與機器人比賽的學生在逐漸地增多，但是缺乏機器人課程資源，對機器人教育的標準進行進一步的規范，明確中小學機器人發展的方向，可以進一步豐富學校的機器人教育課程，其次，對于學生的動手實踐能力進行提升，機器人教育可以有效地解決學生實踐能力培養不足的問題，將STEAM教育機器人教育進行融合可以推動學生整體素養的提升。最后，減輕機器人教師的負擔，根據機器人的教材編寫課程，制作教學資源，可以結合學生的特點，進一步引導學生對于機器人進行深入開發，減輕教師的負擔。

二、機器人教育

機器人技術具有較強的綜合性，在對機器人技術進行應用的過程中，要加強對數學、機械、計算機等相關學科的綜合。利用機器人技術對實踐性課堂進行分析，培養學生的綜合應用能力，使學生能夠形成科學素養。對機器人教育進行系統的研究，主要是將機器人技術應用到教育實踐的過程中，對于課堂的內容進行不斷地豐富，要培養學生對科學探索的精神。總而言之，機器人教育是指利用機器人對于教學的效果進行優化，強調人工智能技術的應用。引導學生對機器人進行組裝搭建編程運行的過程中，形成對科學探索的興趣，探究科學的良好品質。

三、中小學機器人教育開展的意義

從中小學方面，對人工智能高新技術進行應用，打造機器人教育的體系，有利于對學校教學的資源進行豐富，推動基礎教育課程的改革。機器人教育具有一定的趣味性，可以吸引學生的注意力，引導學生在進行機器人程序編寫、造型設計的過程中，提升實踐操作能力。

（一）激發學生對科學探索的熱情與興趣

在中小學機器人教育的過程中，對學生的動手能力要求較高，需要學生對于機器人進行模型的搭建程序的編寫，使學生在獨立探索的過程中，感受到科學的魅力。教師在教學活動中作為學生的引導者，要激發學生的主觀能動性，使學生能夠主動對機器人的課程進行學習。同時，機器人教育的課程與其他的課程存在較大的不同，涉及機器人的設計制作調試，在進行探索的過程中，借助問題引導學生進行獨立設計，可以更好地鍛煉學生的實踐動手能力。比如，在WRO機器人常規賽的項目開展過程中，綜合比賽的主題，為學生提供機器人的套件，使學生能夠形成主觀能動性，主動完成教師所布置的任務，在情境下對于機器人進行組裝，使學生的興趣得以激發，從而使得學生在探索的過程中培養熱情。

（二）引導學生形成認真嚴謹的科學研究態度

機器人教育與科學教育存在著緊密的關聯，在對學生的研究態度進行培養的過程中，要注重對學生嚴謹認真態度的培養，增強對機器人教育的重視。教師要引導學生日常生活中進行細心觀察，要求學生對機器人運動的狀況進行了解。比如，在機器人運動的過程中，存在脫離軌跡的現象，使學生在觀察時，要排除客觀環境所造成的影響，對于機器人的運行軌道進行模擬。在開展科學運算基礎上，借助觀察共同探索其脫離軌道的原因。除此之外，在實踐活動中，要使學生能夠保持認真的工作態度，系統地了解光線變化的具體情況，涉及各方面的問題進行細致的探究。

（三）推動學生邏輯思維能力的進一步強化與訓練

在機器人教育的過程中其具有較強的邏輯性，在組織學生進行知識探索時，要注重對學生思維的強化與訓練，奠定學生學習的基礎，機器人的制作過程存在一定的邏輯，涉及對機器人制作的構思設計步驟以及機器人結構中齒輪的選擇。在具體組織活動中對于機器人教育進行深入研究，要注重學生在日常生活中形成邏輯思維。比如，在機器人探險項目開展時，引導學生在學習理論基礎后對于探險機器人進行設計，根據規定的軌跡進行前進，越過障礙物，到達目的地，要對機器人的程序進行編寫和調試，教師要注重對學生邏輯關系的把握，分析實踐過程中存在的問題，從而探索問題的解決路徑，使學生的創新實踐能力得以培養，提升學生的綜合能力。

（四）增強學生團隊合作的意識與能力

在傳統課堂教學過程中學生之間，往往沒有存在密切的聯系，忽視了對學生團結精神的合理培養，導致整體的教學質量得不到有效的提升，而在中小學教育過程中組織機器人教育，引導學生以團隊為單位，共同完成機器人的設計任務，注重對學生團結合作精神的培養。尤其機器人制作涉及的內容較為廣泛，教師要指導學生從多個角度對問題進行分析，安排不同的小組成員完成相應的任務，在合作的基礎上，對教學資源進行充分利用，在老師的支持下和小組的共同努力下完成機器人的設計，從而推動學生科學素養的提升。

四、中小學機器人教育開展所存在的問題

在人工智能的新發展背景下，對于中小學機器人教育進行開展，要了解其中所存在的各種問題，對問題的原因進行分析。

（一）缺乏對機器人教育開展的重視

在人工智能發展背景下，基層教育活動開展，對于學生的成長發揮著非常關鍵的作用，但是，部分中小學沒有形成對機器人教育的重視，機器人教育活動往往由生產企業和機器人俱樂部再進行推進，學校內沒有對資源進行充分的利用。在機器人開展過程中，存在認識上的偏差，導致缺乏專項的資金，所配備的多種類型的機器人教具，得不到有效的應用部分教具，僅為參加競賽的學生準備，使得其他學生的機器人學習受到阻礙。

（二）機器人教育應用教具較為昂貴

在當前的機器人教育過程中，要對機器人教具進行配備，但是由于教具較為昂貴，缺乏專項的經費。在后續設備升級方面存在阻礙，同時，零部件更換成本較高，會增加中小學的經濟壓力，也使得機器人教育走進校園課堂的難度在逐漸地增加。因此，對機器人教育的普及要在經費方面進一步對路徑進行探索，降低經費不足，對機器人教育開展所形成的影響。

（三）缺乏專業化的師資力量

機器人教育開展的過程中，要注重對多項學科知識的融合，涉及自動化、計算機、網絡智能控制等多個方面，對機器人的教學指導教師方面要求較高，但是，由于部分中小學的機器人教育與師資隊伍較為薄弱，部分教師由信息技術老師擔任，沒有接受過機器人教育的培訓，使得教師隊伍難以對學生進行有效的指導。同時，機器人教育配備的教材較為缺乏，沒有對教學方法進行創新，也制約了機器人在中小學的進一步普及。

五、人工智能形勢下中小學機器人教育開展的具體策略

在人工智能形勢背景下，對中小學機器人教育開展提出若干意見，要加強對問題的解決，形成機器人教育實施的方案。

（一）加強機器人專項經費投入力度的加大

由于機器人的器材購買較為昂貴，缺乏專項經費，影響到中小學中機器人教育的進一步開展。因此，在購置機器人器材時，要合理地選擇機器人的供應商，對于不同品牌的機器人器材進行甄別，滿足教學的需求，同時，要保證價格適中;其次，對專項教育經費的投入力度進行加大，要拓展資金來源的渠道，可以向財政部門申請相關的教育經費。最后，與企事業單位之間進行合作，不斷拓展經費來源渠道，加強企業的參與，使學生能夠受益，切實保障機器人器材的購置和配套設備配置。

（二）促進專業化機器人教育師資隊伍的構建

在當前的機器人教育開展的過程中，專業化的機器人教育師資是其中非常關鍵的部分。一方面，中小學要選拔年輕教師，作為機器人的指導教師隊伍，增強對機器人專業知識和操作技能的學習，在培訓的過程中進一步打造專業化的設計力量。另一方面，要針對機器人教師制定培養的計劃與師范院校進行合作，共同建立專業課程體系，對后備力量進行培養。最后，對教師教學的方法進行更新，要結合當前人工智能的發展趨勢，對學生的身心特點進行考慮綜合，對學生進行教育。除此之外，為了進一步提升機器人教師教育質量，要引導本校機器人教師積極向其他優秀學校進行學習，了解其課堂實際操作的做法，形成符合學生學習特點的機器人教學模式。

（三）機器人教育與基礎教育改革的結合

機器人教育面向全體的學生，要引導學生在機器人探索的過程中更好地激發學生對于科學探究的精神。要促進機器人教育與素質教育基礎教育的結合。尤其針對于部分學校把機器人教育作為競賽型的教育，只針對于少數學生存在過度商業化的問題，要解決這一問題，要加強對基礎教育的融合。建立中小學機器人教育的校本課程，圍繞當前的課程資源進行深入研究，形成完善的機器人教育體系，同時，機器人教育也要與信息技術、數學、物理的過程進行有效的結合，才能更好地推動中小學機器人教育質量的提升。

（四）推動機器人課程校本化的合理構建

在機器人教育的過程中，要對學生的思維進行鍛煉，通過對機器人執行任務的驗證，達到執行結果與目標結果差異的探索。增強學生的學習動機，對學生進行有效的學習評價。首先，要立足于學生的實際，激發學生參與的熱情，人工智能隨著技術的發展在不斷地轉變，在智能機器人課程構建時，要結合學生身心發展以及認知經驗作為基礎觸發學生的深度學習;其次.人工智能課程數量較少，趣味性不強，教師在進行校本課程開發的過程中，要注重個性化和立體化的設計。最后對于課程設計進行深入挖掘，要注重對學生思維的培養，利用學生已學的3D建模打印設計以及打印機器人的機械傳動設備等方面的知識，引導學生能夠進行深度探索，增強對智能機器人的了解。

六、結語

總而言之，在當前的人工智能的發展背景下，加強中小學階段的教育改革，對機器人教育進行深入探索，要實現學生創新意識和創新能力的發展，加強對人才的合理培養。在新時期，要意識到機器人教育的重要性，在未來的研究過程中，結合當前機器人教育的現狀，對機器人教育進行系統的探究，為中小學的教育改革提供參考。同時，要推動機器人教育基礎教育新課程的有效融合，使學生在參與活動的過程中，進一步增強合作意識與綜合能力，鍛煉邏輯思維能力，形成對科學認真嚴謹的研究態度。

作者簡介：賈曉昕（1970— ），男，漢族，本科，揚中市第二高級中學信息技術中學一級教師，信息技術教研組組長，揚中市機器人教育培訓基地教練員，揚中市科普金牌講師，江蘇省青少年機器人大賽優秀科技輔導員，全國青少年科技輔導員，連續三年來，一直奮斗在科技普及、推廣第一線，連續多次帶領基地學生參加各級各類機器人大賽，連續多年包攬鎮江市機器人大賽冠軍、亞軍、季軍，研究方向：機器人和人工智能。