關(guān)于青少年機(jī)器人教育行業(yè)的研究

劉帥克 陳丹 郭霆* 鐘雄 張心成

（1.黑龍江工程學(xué)院機(jī)電工程學(xué)院 黑龍江哈爾濱 150050；2.黑龍江工程學(xué)院經(jīng)濟(jì)管理學(xué)院黑龍江哈爾濱 150050）

機(jī)器人教學(xué)首先是一個(gè)教學(xué)工具，而機(jī)器人就是一個(gè)教師為了實(shí)現(xiàn)教學(xué)目的而所利用的工具。機(jī)器人模型最重要的目的就是通過(guò)使用工具，發(fā)掘出其中的教學(xué)用途，使孩子們從機(jī)器人課程中學(xué)到實(shí)際可用的東西，才算是真正實(shí)現(xiàn)了機(jī)器人教學(xué)的目的［1］。機(jī)器人教學(xué)能夠訓(xùn)練幼兒在許多方面的才能，如剖析提問(wèn)、解決的才能、獲取資訊、運(yùn)用信息的能力、動(dòng)手能力、團(tuán)體合作的能力、語(yǔ)言表現(xiàn)、批判思維等才能。除此以外，還會(huì)有比賽環(huán)節(jié)，通過(guò)實(shí)戰(zhàn)的對(duì)抗訓(xùn)練，如按競(jìng)賽設(shè)定情景搭建機(jī)器人，并對(duì)機(jī)器人完成的任務(wù)編程，掌握如何處理現(xiàn)實(shí)提問(wèn)等，來(lái)培養(yǎng)幼兒們的綜合技能。

機(jī)器人教學(xué)采用了設(shè)計(jì)、安裝、編程、操作教學(xué)機(jī)器人，以調(diào)動(dòng)學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣、訓(xùn)練學(xué)生綜合創(chuàng)新能力的科技類綜合課程教材［2］。教育機(jī)器人的教學(xué)將為中小學(xué)的信息化教學(xué)帶來(lái)全新的生命力，作為培育中小學(xué)學(xué)生綜合能力、信息素質(zhì)的新平臺(tái)，也擔(dān)負(fù)著培育中小學(xué)生實(shí)際能力、創(chuàng)新能力和綜合素養(yǎng)的新任務(wù)。因而，從中央政府教育政策支持層面，高校、中小學(xué)、社會(huì)等都非常重視發(fā)展機(jī)器人職業(yè)教育，建構(gòu)一個(gè)合理的、完善的機(jī)器人職業(yè)教育資源體系十分有必要，且具有良好的社會(huì)現(xiàn)實(shí)意義。

早在20世紀(jì)90年代，歐美等國(guó)家就已提出了機(jī)器人教育。1994年，麻省理工學(xué)院設(shè)立了工程設(shè)計(jì)和施工建造等的機(jī)器人教育課程（martin），目的在于不斷提高高校工程設(shè)計(jì)相關(guān)專業(yè)在校學(xué)生的工程設(shè)計(jì)和技術(shù)創(chuàng)造創(chuàng)新能力，這也是目前機(jī)器人教育課程進(jìn)入到大學(xué)專業(yè)課堂的重要標(biāo)志［3］。相較于美國(guó)，日本機(jī)器人教育發(fā)展稍微來(lái)得晚些，然而日本作為后起之秀，在機(jī)器人教育產(chǎn)業(yè)發(fā)展方面已經(jīng)成功趕超了很多現(xiàn)在科技產(chǎn)業(yè)比較發(fā)達(dá)的新興國(guó)家，在全國(guó)每年都會(huì)舉辦不同類別的機(jī)器人競(jìng)賽。關(guān)于青少年機(jī)器人應(yīng)用教育，目前，我國(guó)已經(jīng)擁有30 余年的發(fā)展經(jīng)驗(yàn)，近10年越來(lái)越火，其主要原因在于我國(guó)科技創(chuàng)新水平的不斷發(fā)展，人們生活品質(zhì)不斷提高等，從地方政府政策層面上的重視程度可見一斑。2017年8月，國(guó)務(wù)院辦公廳印發(fā)了《新一代人工智能發(fā)展規(guī)劃》［4］，規(guī)劃明確指出加快實(shí)施今年全民人工智能編程教育試點(diǎn)項(xiàng)目，在中小學(xué)階段至少設(shè)置一門人工智能教育相關(guān)學(xué)科課程，逐步深入推廣編程智能應(yīng)用教育。

1 青少年機(jī)器人教育行業(yè)的特點(diǎn)及優(yōu)勢(shì)

近年來(lái)，國(guó)家和社會(huì)對(duì)機(jī)器人自動(dòng)化的關(guān)注程度越來(lái)越高，使機(jī)器人教育在一定范圍內(nèi)融入學(xué)科研究上［5］。并且近兩年，在青少年教育上，機(jī)器人及自動(dòng)化相關(guān)的教育地位已經(jīng)隱約呈現(xiàn)出超過(guò)奧數(shù)的跡象，其特點(diǎn)主要體現(xiàn)在不可替代性和潮流趨勢(shì)化兩方面。迄今為止，青少年機(jī)器人教育因?yàn)槠渚哂械闹卮笠饬x從而一直未能被其他教育所替代，同時(shí)，不管未來(lái)如何改變，充分運(yùn)用好機(jī)器人相關(guān)的自動(dòng)化軟件將成為必然趨勢(shì)，它們是一個(gè)國(guó)家真正發(fā)展富強(qiáng)的主力軍。

伴隨著數(shù)碼時(shí)尚席卷全球，與全球機(jī)器人發(fā)展相關(guān)的教育研究也愈卷愈烈，許多發(fā)達(dá)國(guó)家都已在基礎(chǔ)教育中開設(shè)了大量關(guān)于機(jī)器人設(shè)計(jì)的選修課。其優(yōu)勢(shì)就是訓(xùn)練兒童計(jì)算機(jī)模型和創(chuàng)新性問(wèn)題的處理模型；啟發(fā)學(xué)生學(xué)習(xí)興趣，培養(yǎng)自主探究精神，豐富設(shè)計(jì)思路；專業(yè)領(lǐng)域大融合，內(nèi)容涉及范圍廣泛，知識(shí)靈活性強(qiáng)，符合現(xiàn)代教學(xué)的要求；培養(yǎng)學(xué)生觀察、動(dòng)手、應(yīng)激、表達(dá)、團(tuán)隊(duì)協(xié)作能力，讓其全方位發(fā)展。

2 青少年機(jī)器人教育市場(chǎng)概述

從宏觀角度分析，利用PEST 模型對(duì)現(xiàn)在機(jī)器人教育產(chǎn)業(yè)的宏觀環(huán)境進(jìn)行掃描，發(fā)現(xiàn)如下信息，如表1所示。

表1 機(jī)器人教育產(chǎn)業(yè)的PEST 模型掃描

對(duì)于青少年機(jī)器人的教育，以基于市場(chǎng)數(shù)據(jù)的兒童編程為例，根據(jù)企業(yè)調(diào)查數(shù)據(jù)，2016年只有7個(gè)少兒編程項(xiàng)目，于2017年迅速增加到21 個(gè)，截至2018年，兒童節(jié)目資助活動(dòng)數(shù)量增加至33個(gè)案例［6］，考慮到中國(guó)STEAM（科學(xué)Science、技術(shù)Technology、工程Engi?neering、藝術(shù)Art、數(shù)學(xué)Mathematics）教育市場(chǎng)42%的投資案例，如圖1所示。

圖1 近10年我國(guó)少年編程項(xiàng)目融資事件（圖片來(lái)自互聯(lián)網(wǎng)）

隨著科技的高速發(fā)展，高端的科技產(chǎn)品逐漸出現(xiàn)在大眾的視野之中，國(guó)家對(duì)于國(guó)民素質(zhì)培養(yǎng)方案要求隨之不斷提高，對(duì)新型科技人才的培養(yǎng)持續(xù)給予重視。STEAM 教育理念就是從中孕育而出并且不斷被給予新的時(shí)代意義［7］。

由美國(guó)政府首次提出的STEAM 教育［8］，是集科學(xué)、技術(shù)、工程、藝術(shù)和數(shù)學(xué)于一體的完整教育，強(qiáng)調(diào)跨境知識(shí)、不同場(chǎng)景、問(wèn)題產(chǎn)生、關(guān)鍵構(gòu)建和創(chuàng)新，它不僅反映了課程整合、實(shí)用性和活動(dòng)性的許多特點(diǎn)，而且還反映了課程回歸生活、社會(huì)和自然的本質(zhì)訴求。

根據(jù)課程分類，中國(guó)STEAM教育可分為機(jī)器人教育和創(chuàng)客教育。根據(jù)上述材料，到目前為止，與其他兩個(gè)項(xiàng)目相比，機(jī)器人教育的商業(yè)模式更簡(jiǎn)單，邊際成本更低，已逐漸成為我國(guó)STEAM教育的主要發(fā)展部分。

2015年9 月，教育部《關(guān)于“十三五”期間全面深入推進(jìn)教育信息化工作的指導(dǎo)意見〈征求意見稿〉》［9］首次明確提出STEAM教育。2014年以來(lái)，浙江、山東、山西、陜西、天溪、河南、四川、江蘇、重慶等地將STEAM教育納入教學(xué)和考試科目體系，并將“軟任務(wù)”升級(jí)為“硬指標(biāo)”，新的K12培訓(xùn)課程誕生，它已成為一門必修課，同時(shí)也參加了應(yīng)試教育［10］。

（1）低幼及素質(zhì)教育指針對(duì)3～18歲人群的在線啟蒙及素質(zhì)教育培訓(xùn)，包括APP 內(nèi)容和課程等。（2）K12學(xué)科培訓(xùn)指以國(guó)內(nèi)K12階段的提分升學(xué)為目的的學(xué)科培訓(xùn)。（3）高等學(xué)歷教育包含考研、留學(xué)等學(xué)歷提升培訓(xùn)和成人繼續(xù)教育培訓(xùn)。（4）職業(yè)教育包含職業(yè)資格培訓(xùn)和職業(yè)技能培訓(xùn)，但此處職業(yè)技能培訓(xùn)不包含美容美發(fā)、汽修駕駛、宗妊糕點(diǎn)等偏藍(lán)領(lǐng)職業(yè)培訓(xùn)。（5）其他類目主要包含通識(shí)教育。

由圖2可知，2016—2020年，兒童和優(yōu)質(zhì)教育在在線教育中的比例從3.7%上升至24.5%。

圖2 2016—2020年中國(guó)在線教育細(xì)分結(jié)構(gòu)（圖片來(lái)自互聯(lián)網(wǎng)）

如圖3所示，機(jī)器人教育行業(yè)用戶數(shù)持續(xù)增長(zhǎng)，截至2020年7月，機(jī)器人教育行業(yè)用戶數(shù)較2019年同期增長(zhǎng)了2.51 倍。現(xiàn)在的家長(zhǎng)對(duì)于孩子的教育多半是“不計(jì)成本”，而且現(xiàn)在青少年對(duì)于機(jī)器人等行業(yè)擁有自己的好奇心，而在校大學(xué)生也愿意多學(xué)一份技術(shù)來(lái)保障自己以后的就業(yè)。所以，采用設(shè)置網(wǎng)校APP 的方式以及充分利用現(xiàn)代教育線上與線下相結(jié)合的方式，會(huì)充分發(fā)揮“互聯(lián)網(wǎng)+”的作用，實(shí)現(xiàn)利益最大化。這些人群會(huì)給網(wǎng)校帶來(lái)巨大的收益，機(jī)器人教育這個(gè)項(xiàng)目也會(huì)在未來(lái)迸發(fā)出時(shí)代光彩。

圖3 機(jī)器人教育行業(yè)用戶增長(zhǎng)趨勢(shì)（圖片來(lái)自互聯(lián)網(wǎng)）

當(dāng)前，青少年機(jī)器人教育師資培養(yǎng)力量也在不斷加強(qiáng)。我國(guó)高等院校將實(shí)行“人工智能學(xué)科專業(yè)建立、培養(yǎng)、基礎(chǔ)理論革新、科技突破和運(yùn)用演示全面蓬勃發(fā)展”。該政策表明其培養(yǎng)模式的核心是以區(qū)域內(nèi)的師范院校作為核心，聯(lián)動(dòng)作為政策保障的教育主管部門及當(dāng)?shù)刂行W(xué)，為師范生提供職前培養(yǎng)至職后發(fā)展的一貫式培養(yǎng)方式，促進(jìn)人工智能、少兒編程及機(jī)器人教育等緊缺學(xué)科教育師資培養(yǎng)的長(zhǎng)效發(fā)展。為培養(yǎng)復(fù)合型應(yīng)用型人才，滿足社會(huì)對(duì)STEAM教育行業(yè)的人才需求，韓山師范學(xué)院2017年啟動(dòng)了“創(chuàng)客教育微專業(yè)”跨學(xué)科課程建設(shè)項(xiàng)目。“微專業(yè)”是指為了培養(yǎng)某一職業(yè)的核心專業(yè)技能人才，以快速、集中訓(xùn)練的方法，經(jīng)過(guò)5～10門左右的核心專業(yè)課的修習(xí)，就可以迅速獲得某一領(lǐng)域的崗位技術(shù)需求，讓學(xué)習(xí)者迅速上崗，彌補(bǔ)了高校的學(xué)科設(shè)置和行業(yè)人才要求之間的匹配問(wèn)題，微專業(yè)從學(xué)生就業(yè)崗位與市場(chǎng)需求的角度考慮，以學(xué)生職業(yè)發(fā)展為導(dǎo)向的專業(yè)課程。由于政府政策的大力支持，機(jī)器人教育行業(yè)的師資力量不斷強(qiáng)大，在教育技能掌握方面也不斷規(guī)范化、專業(yè)化，不斷為機(jī)器人教育網(wǎng)校的發(fā)展注入新鮮活力。

自第三次工業(yè)革命以來(lái)，信息技術(shù)的快速迭代顯著提高了生產(chǎn)率。到目前為止，這項(xiàng)技術(shù)通常與人工智能（a）、區(qū)塊鏈（b）、云計(jì)算（c）、大數(shù)據(jù)（d）等流行關(guān)鍵詞相關(guān)聯(lián)，并已成為新時(shí)代科技發(fā)展的趨勢(shì)。當(dāng)前，新技術(shù)在中國(guó)傳統(tǒng)產(chǎn)業(yè)中的廣泛運(yùn)用正帶動(dòng)著行業(yè)技術(shù)創(chuàng)新的全鏈條轉(zhuǎn)化，并促進(jìn)了各產(chǎn)業(yè)向現(xiàn)代化水平的全面飛躍。隨著新科學(xué)技術(shù)的廣泛應(yīng)用，中國(guó)各個(gè)產(chǎn)業(yè)的計(jì)算機(jī)化步伐逐漸加速，這也催生了許多新興行業(yè)。計(jì)算機(jī)化浪潮已經(jīng)成為中國(guó)制造業(yè)現(xiàn)代化的有力引擎，對(duì)重要科技人才的需求量也不斷擴(kuò)大。高校除了加強(qiáng)計(jì)算機(jī)專業(yè)建設(shè)，增加大數(shù)據(jù)和人工智能專業(yè)外，科技人才的培養(yǎng)也在逐步向年輕化方向發(fā)展。

近年來(lái)，發(fā)達(dá)國(guó)家和地區(qū)政府制定的大量扶持人工智能教育及其他信息技術(shù)發(fā)展的政策措施，也自上而下地促進(jìn)了中國(guó)機(jī)器人教育行業(yè)的蓬勃發(fā)展。同時(shí)，機(jī)器人工程也是教育軌道的重要組成部分，這一軌道與“五門學(xué)科同時(shí)發(fā)展”的概念和學(xué)生“全球發(fā)展”的框架保持了一致。同時(shí)，素質(zhì)教育的有關(guān)內(nèi)涵，也給機(jī)器人教學(xué)帶來(lái)了好處。

3 結(jié)語(yǔ)

綜上所述，隨著“雙減”政策的逐步落實(shí)，傳統(tǒng)教育行業(yè)受到一定的沖擊，而針對(duì)于青少年的機(jī)器人教育行業(yè)的機(jī)會(huì)慢慢到來(lái)，利用線上、線下相結(jié)合的教學(xué)模式，能夠提高機(jī)器人教育的水平。同時(shí)，需要相應(yīng)的硬件支持來(lái)提高青少年的學(xué)習(xí)熱情，機(jī)器人教育行業(yè)需求量是逐漸增加的。