人形机器人进入初中课堂的应用研究

董昊

摘要：现今，无论是学校里还是社会中，形式多样内容丰富的机器人大赛正在蓬勃开展，将人形机器人引入教育领域并发挥其应有的作用是人形机器人研究的一个重要课题。因此，笔者对人形机器人进入初中课堂做了研究。

关键词：人形机器人；初中；课堂应用

中图分类号：G434 文献标识码：A 论文编号：1674-2117（2015）15/16-0187-03

人形机器人的概况及应用研究

人形机器人的研究开始于20世纪60年代后期，解决人形机器人通过双足进行行走是当时的主要目标。现阶段，人形机器人主要有两个发展方向：一是追求其外形上与真实人类的各种特征相似，二是使机器人的功能更接近人类，能完成与人类相似的思维和动作。

人形机器人一般由伺服电机、控制主板、锂电池、金属框架、与控制主板相配套的软件组成，这样构建的机器人主要应用于教育领域。例如，ROBOT·X人形机器人，在机器的各活动关节的配置多达17个伺服舵机，具有17个自由度，身手自由便捷，更能完成诸如手臂后摆90度的高难度动作。控制主板类似于人形机器人的脑部，通过自身的智能编程软件便能自动地完成所有动作。锂电池为人形机器人进行活动提供了能量。金属框架类似于人形机器人的骨骼，对整个机器人起着支撑作用。由这些部件组合起来的人形机器人能在音乐的伴奏中完成起舞、行走、起卧、武术等表演，甚至还能完成翻跟斗等杂技以及各种奥运竞赛动作。

现如今，人形机器人不仅大量应用于工业技术中，也逐渐走进了课堂教学中。机器人教育是指学习、利用机器人，优化教育效果及师生劳动方式的理论和实践。人形机器人用于课堂教学，可以实现主持教学、辅助教学、管理教学甚至可以处理教学事务等诸多功能。

人形机器人引入初中教育的必要性

初中生的身心发展具备一定的典型特征，如果处理不当，这些特征势必会影响学生的学习与发展，因此教育必须与学生身心发展特征相适应。这些特征主要表现为：①在生理上，生长发育迅速，第二特征开始出现，生理上的特点要求教育不应给予学生过重的课业负担，在学习之余必须适当开展有益他们身体生长发育的学习活动。②初中生的感知日渐灵敏，记忆力有了极大发展，同时情感外露不理智，自控能力并不强，这就需要教师在课堂中注重学生综合能力的培养。

然而，与之相对，目前我国初中教育具有如下特性：①教学资源良莠不齐。由于地区、学校间的教学资源分配不平衡，学生所占据的教学资源并不统一，教学资源贫乏地区的学生可能无法接受到良好的教育。②教学模式枯燥单一。目前，在初中课堂中，教师主导的教学模式依旧是主流，学生的学习较被动。③课业负担较为沉重。在当今应试教育的巨大压力下，初中学生面临中考这一巨大负担。另外，在学校学习中，以作业为主的学习方法也使得他们小小年纪就背负上了沉重的课业负担。

因此，为了适应初中学生年龄结构特点，改变初中课堂中的陈规陋习，我们将人形机器人引入初中课堂并探究其应用效果。

人形机器人应用在教育中的特点和价值

1.特点

（1）教学性

学校应用人形机器人是为了主持教学、辅助教学、管理教学甚至可以处理教学事务，我们应按教育工作者的特殊职业要求来赋予人形机器人教育特色、具备教学特性。

（2）人机友好性

人形机器人要被师生喜爱，必须具备人形化的人机界面，只有当人机信息交流无障碍，操作使用灵巧的时候才能方便教学工作的开展。对于师生的提问和要求，需要设定程序来实现其关怀和耐心，这样，才能起到耐心教育、传道解惑的目的。

（3）高智能性

人形机器人必须具有较强的思维力、记忆力、观察力、注意力，在教学事务中，对师生的状态能及时、准确判断并迅速做出较正确的反应。

（4）多功能性

人形机器人应具有辅助教学、管理教学、处理日常事务等多种功能。

（5）专业性

人形机器人不需要做到万能，也不需要精通各个科目，它只需要精通自己被赋予的功能，具备专业特色，能够实现专门职责。此时，如果注意加强各学科教学机器人之间的协调，就能够实现人形机器人的全方位发展。

（6）安全性

机器人三原则对机器人的安全性做出了规定，安全性是人形机器人必须具备的首要特性：①不能漏电，不能因电器短路而发生毁损和爆炸。②不能程序混乱失去理智。③应有应急安全措施。

基于以上特点，我们开展了人形机器人进入初中课堂的教学活动。这一活动具备改善教学的效果、改善教师与学生的工作和学习的方式两个作用。

2.创新价值

（1）普及人形机器人知识

通过加强人形机器人教学，普及人形机器人知识，可以消除大众对机器人的神秘感，提高全社会对机器人的认识度。通过教育领域的应用，我们可以将人形机器人拓展到其他领域，促进机器人在社会各领域的应用。

（2）提高人形机器人应用能力

人形机器人应用需要具备非常高的专业水准，它涉及编程控制、管理维护、人机关系等许多有待发掘和探索的内容。作为操作者，我们必须了解人形机器人的原理、结构、功能、使用方法、注意事项，才能提高应用水平，更好地进行机器人研究。

（3）提高人形机器人研制能力

机器人的研制，依托于一大批精于多门类学科知识的专门人才，因此，需要不断学习、研究最新成果。而这一切的基础有赖于多形式多层次的机器人教育。

（4）深入开展信息技术教育

如今信息技术教育存在一系列弊端，开展人形机器人教育有助于克服弊端。一方面，避免“重软”“轻硬”、重模仿轻创新、重实践轻理论的通病。另一方面，要避免片面强调软件工具应用技能的学习而造成的程序设计思维素质培养的缺失。

3.教育价值

（1）从社会学角度看

人形机器人在教育系统中由于功能特殊，具备了教师、学习伙伴、助手等多个角色的特征，它们以此为范本，各自发挥着相应的教育作用。

（2）从文化学角度看

人形机器人教学采用了新型信息传播方式，为教学信息的传播带来了变革。

（3）从心理学角度上看

人形机器人教学可以发挥激发兴趣、促进感知、加深理解、巩固记忆等多种作用。这些作用综合起来，可以激发学生的学习兴趣，提高学生学习的效率。

人形机器人在初中课堂的应用现状

当前人形机器人在教学中主要充当五种角色：主持教学、辅助教学、单一学科教学、管理教学、代理事务等。

我国中小学机器人教育课程主要有：选修课、综合实践活动课（竞赛活动课）、信息技术课等。然而，人形机器人教育还是没有被足够引起重视。虽然人形机器人教育还没有正式进入教学课程层面。但目前已有许多中小学校开展了各种课外学习活动，在兴趣班中引入了机器人教学，而且从总体的调查研究来看，机器人课程也进入了我国的一些教学先进地区，如北京、上海、广东、山东、湖北、黑龙江等省市大部分学校已经开展机器人教育。与此同时，香港在初级高级课程改革中，也不断增设各种机器人课程。种种例子都表明，我国中小学机器人教育课程正迎来一个快速普及的时期。

然而经过十多年的发展，传统的小车形机器人教育遇到了难以逾越的瓶颈，因为技术的发展更新，比赛中不得通过不降低电池电压、减少电机数量等技术手段来保证比赛的公正性，机器人教学也是过多地关注硬件技术的更新，对学生创新能力的培养渐渐弱化。因此，我们也要承认国内机器人教育中的不足之处。与国外相比，我们开展的课堂形式与其相差不多，但是普及深度和广度还存在较大问题，在文化与社会积淀方面也存在着较大差距。相对来说，短期内，我们需要加强软件、硬件投入来解决软硬件投入不足问题，但从长久来看，师资力量的不足是一个更需要关注的问题。

人形机器人课堂教学在我校的开展情况

我校使用的泰山版的信息技术教材在第三册下就安排了机器人的课程，不过教材中的教学内容还是以传统的小车形机器人为主。而近几年各种电影、小说以及媒体报道中的机器人的形象都是可以两足独立行走的人形机器人，为了更好地顺应时代发展的潮流，2014年初，我校购买了两台人形双足机器人。经过培训后信息技术教师基本掌握了该型号机器人的使用方法，并辅导学生制作了机器人舞蹈节目，在学校元旦晚会上演出后激起了师生的学习热情。

经过一年的使用，在了解了人形机器人的基本原理和编程调试技巧后，学校将湖州爱创公司的人形机器人用于课堂教学，这款人形机器人，编程界面简单并且集成了语音识别功能，舵机控制板带有舵机保护功能，比较适合课堂教学。我校通过全面开设人形机器人课程，激发学生的学习积极性，选拔了一批优秀的学生，在2015年山东省机器人比赛中取得了优异的成绩。

总结与反思

我们要全面看待人形机器人进入初中课堂的效果：一方面人形机器人在初中教育中具备种种优势和众多教育价值、创新价值。另一方面人形机器人在教育领域的发展相对于其他领域的机器人而言起步较晚，在技术上尚未成熟，又因为未得到教育部门的足够重视，现在的发展模式依旧存在许多弊端，亟待改善。

1.人形机器人的发展处在起步阶段，技术上较为原始

世界上广泛使用的机器人主要是工业机器人，特别是面向制造业的工业机器人，工业机器人和教育机器人的发展不协调导致了其发展步调不统一，分别发展的人形机器人在各方面上都存在着一定弊端。

2.人形机器人的应用没引起教育部门的重视，宣传和引导也较乏力

随着科技的发展，人形机器人逐渐进入小学、中学和高校课堂。机器人比赛中也有众多学生参加。然而，机器人价格昂贵、维修保养费钱费力等缺点导致了现如今机器人教育无法得以大力推广，众多学校只是以课外活动、兴趣班、培训班的形式开展机器人教育活动。

3.在硬件上，资金投入不足

人形机器人的配件有别于传统的车形机器人，其主要部件舵机损坏后很难维修，购买新的部件又是一笔不菲的开销。同时，购买的各种品牌人形机器人硬件设备之间通用性较差，即使使用的是同一型号的舵机，也因为固定位置、软件等原因很难通用，希望国家教育部门尽快推出教育行业人形机器人规范，制订出统一的标准，以利于人形机器人教育事业的良好发展。

随着教育系统对教育的投入不断增加和越来越多应用于教育的人形机器人生产厂家参与到生产和竞争中，相信在不久的将来，将会改变现在只有少数学生接受人形机器人教育的现状，人形机器人可以广泛进入初中课堂，为教育模式的创新起到越来越重要的作用。

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