机器人教育有望孕育出统整识能应用的新学习生态（下）

黄德好 刘党生

● 我们必须重构相关生态

1.如何界定机器人教育的业内、业外？说真的不容易。

教育领域尤其是基础教育领域，涉足机器人教育项目的经验有限，除了社会上专注机器人教育的培训机构外，还有众多看似与教育关联度不大的行业，它们对机器人教育发展的关注度倒是给了我们很多“意外”的反思。其中最出乎意料之外，又在情理之中的，恐怕就是我们将机器人教育纳入到了文化的范畴，包括教育文化、校园文化和社会文化。

反思之一：机器人教育体现了国家育人的意志。在为期5天的2016世界机器人大会上，与机器人教育相关的话题贯穿了会议的各个方面（这在前几届的会议议程中是绝无仅有的），中共中央政治局委员、国务院副总理刘延东在致辞中指出，“当前，世界机器人技术发展开启了人类经济社会发展的新时代”。她倡议，各国要深入挖掘科技创新潜力，加大机器人重点领域的研发力度……推动各领域交叉融合和协同创新……加强创新人才培养，完善产学研用结合的协同育人机制和激励评价机制，让创新人才竞相涌流……努力形成包容开放、资源共享、优势互补的机器人发展格局。在机器人教育发展论坛上，中国教育技术协会学术委员会副主任刘雍潜等专家的演讲分别围绕“中国教育信息化的发展给机器人教育带来的机遇与挑战”“基于机器人技术的青少年电子信息水平能力评价体系”“面向未来的机器人人才浮华与创新”“新一代信息技术在青少年信息化人才培养中的应用与发展”“青少年机器人运动的国际化交流与实践”“青少年机器人创客理论与实践的融合发展”“决胜能力——青少年计算思维能力的构建”等话题展开；圆桌会议的主题也确定为“建设面向未来的青少年机器人教育体系”。

反思之二：机器人教育凸显了新教改的变轨方向与施力重点。作为本届大会唯一被安排了全天的一个论坛——机器人教育教学发展与标准论坛，委托中国陶行知研究会主持。中国陶行知研究会副会长、秘书长吕德雄先生称其为机器人教学领域的一次盛会。除了教育部教育装备研究与发展中心曹志祥主任作为论坛主席致辞外，教育部基础司原司长郑增仪先生也为分论坛作了“机器人教育与中小学教育相结合”的主旨报告，工业和信息化职业教育教学指导委员会秘书长兼工业与信息化部人事教育司人才工作处魏宁处长等分别作了相关发言。而在另一个机器人创客成长论坛上，教育部教育装备发展与研究中心梁森山处长解读了我国青少年科技教育与创客教育政策，教育部创新教育方法指导委员会陈言俊委员等分别论述了“基于大学专业实验室的中小学教育师资培养体系”“创客时代的机器人教育”“创客教育能力培养体系及推广模式”“普通高中技术课程标准建设”等话题。

反思之三：机器人教育也契合了中国传统教育注重能力培育的主脉。汉朝之前的兴学历程、李约瑟笔下的《中国的科学与文明》（即《中国科学技术史》）、陶行知教育思想、近现代教育传承，无不凸显出东方教育人对工业、机械、工匠精神的重视与结合。不夸张地说，“陶学”的建构与推广，有可能让世人更全面地了解中国教育的内涵，了解华人教育的特质，了解东方教育在严谨与发散相结合点位上有别于官办教育的另一面。

反思之四：机器人教育有可能成为现阶段基础教育变革历程中得力的课程演绎“抓手”，成为深度试验STEM教育与现行学科教材中的知识元素实现对接的有效杠杆。2016年世界机器人大会以“共创共享共赢，开启智能时代”为主题，也恰好因应了创客教育全面孵化青少年健康成长的导引路线图。

反思之五：机器人教育也面临着社会各界站在自己视角上的价值评估与涉足，而这一现象最容易引起争议。例如，某专业人才专委会主办的“2016全球机器人人才创新设计大赛”引起了诸多观点的碰撞。我们无意去检测这件事情本身，但确实很期待社会各方都给予机器人教育良性的生存空间和发展前景，也期待社会各方能利用自己的专业优势，为机器人教育添砖加瓦（而不是视这一项目为盈利机会）。机器人教育从来都是一个开放的领域，任何垄断和短视的行为，都是对机器人教育的不理解、亵玩，甚至是误伤。

2.我們尝试勘探一番机器人教育有待开发的处女地。

第一，机器人教育的呈现形式，必须突破单线条的课程培训的思维定势。把开发、调动学生（学员）的主观能动性放在首位。科学管理之父泰罗的一句话曾被很多人所熟知：“任何节约劳动、提高效率的行为都会取得最终的胜利。”浙江工业大学经贸管理学院教授王治平这样解释这句话：“这就是机器排斥劳动的结果。以机器人为代表的高产能智能技术来替代相对而言效率较低的人力劳动，是生产力与生产关系发展的规律，是社会进步的必然趋势。”而我们认为，来自中原的郑州市教育局副局长的“声音”可能更接近机器人教育的本质所在，即“创造是你来到这个世界的唯一目的，其他一切均为准备”。中国自上而下都非常重视创客教育和创客培养的国家环境可以为这句话作出背书，创客教育的表征就是基于项目、基于玩乐、基于动手的学习方式；而在这方面，机器人教育几乎与之有着先天的契合度。

第二，机器人教育的承载架构，必须突破整机概念，而下移到套件、组件和散件的呈现形态。科技教育伴随着时代发展而进步，从手工劳动课程里的折纸飞机到现在普及开展的电脑课教育是一个重要的发展阶段，今天，从单纯的电脑基础课程学习进入融合多种学科知识的机器人教育学习，科技教育正迎来又一次新的飞跃。对于机器人教育而言，事实上，目前的机器人教育运作模式，乃至于运作手段，距离机器人教育应有的价值以及可以涵盖的领域，还有非常大的空间——我们甚至可以这么断言：机器人教育作为一种独有的智能学习门类，其品牌意义，远不是“搭建”“组装”“拼器材”和“玩规则”所能涵盖的，更不是简单考级题库、应知应会翻版所能囊括的。STEM教育也好，创客教育也罢，最得力的抓手乃至于最有可能实现与现行学科教学（学科知识）形成彼此照应的综合实践形式，机器人项目都是最佳选择之一。

第三，机器人教育的舞台形制，必须走开源兼容之路。机器人教育提供了一种素质教育、创新教育与前沿科技紧密结合的生动形式，系统专业地将素质教育落实到位，着重培养科学态度、科学方法、科学知识，这些正是科学素质教育的初衷所在。机器人教育具有实践性强、探索性强和综合性强的特点，有利于迅速接触前沿研究，并有利于提高学生的创新能力和科学素养。机器人学习不只是组织课堂授课，开展一次专题学生活动或参加一次全国性、地区性的机器人竞赛，而是利用科学的手段、科学探究的方法去研究科学本身，进而利用机器人课程上所学的知识和培养的科学方法来研究更多的领域。相信这次科学进程，将会让中小学以前所未有的热情期待即将到来的机器人教育时代。

第四，机器人教育的核心要义，必须紧跟机器人产业的步伐，注重传感器应用和机械设计，乃至于融入工程规划的思想。经过四十多年的发展，机器人技术已经取得长足发展，随着机器人技术的进一步发展，机器人除了智能程度在持续提高外，其应用范围也从工业向各个行业渗透。专家认为：智能机器人将成为继家电和个人电脑后，第三个以超常规速度走向我们日常生活的产品。比尔·盖茨在2007年就预言：“机器人将重复个人电脑的崛起之路，迈入家家户户，改变人类的生活方式。我们掌握的不再是高端技术，而是必须技能。提前学习，你就是走在时代最前列的人。”我们还应该记住另一位名人凯文·凯利的类似思考：“技术给教育带来了改变的精神。”

第五，机器人教育的游戏规则，必须摆脱企业定制或产品捆绑的功利烙印，走与学科知识单元渗透融合、与识能工匠意识无缝嫁接、与工程创造意识孵化并轨的新路。在拓展的进程中，创客教育最大的瓶颈是与现有学科教学的互联互通，而机器人教育恰好因应了杠杆两端的需求与期待，并且由于机器人教育本身的内涵和外延的特质效应，使得两端资源的叠加产生出1+1>2的复合效应。光这一点，就已经突破了现有机器人产品设计的初衷，更挑战着机器人竞赛规则的功利短视特性。机器人产业必须形成联动优势，及早重构与社会大教育的多交叉生态环境，实现机器人教育可以达成的最大外延，并经由机器人教育促进新教改与深度学习的高度匹配。科技是第一生产力，对于教育来说，发现和激发每一个人的潜能，既是自我终身发展的需求，也是满足社会进步的需要。我们有必要打破工业革命后形成的教育体系（采用一种流程化、线性、大规模地培养人才的方式）。

第六，机器人教育的课程设置，要借鉴教育机器人的开发理念，更多地、自如地游弋于教育自有的经验教学与文化自有的时代使命感之间，形成校园与社会的良性过渡。不夸张地说，机器人项目有可能是现阶段教育领域中不多的几条紧密链接科技最新发展的纽带之一，机器人技术是综合了计算机、控制论、机构学、信息和传感技术、人工智能、仿生学等多学科而形成的高新技术，是当代研究十分活跃、应用日益广泛的领域。教育机器人是综合了人的特长和机器特长的一种拟人的电子机械装置，是一种仿人操作、自动控制、可重复编程、能在三维空间完成各种作业的机电一体化自动化机器学习设备。从某种意义上说，它既是机器进化过程的产物，也是深度学习的派生物。在推进机器人教育的过程中，我们尤其要注重这样几大特点：机械结构向模块化、可重构化发展；控制系统向基于PC机的开放型控制器方向发展，便于标准化、网络化；虚拟现实技术在机器人中的作用已从仿真、预演发展到用于过程控制；特别要借鉴当代遥控机器人系统的发展特点不追求全自治系统，而是致力于操作者与机器人的人机交互控制，即遥控加局部自主系统构成完整的监控遥控操作系统，使智能机器人走出实验室，进入实用化阶段。

第七，机器人教育的评价模式，亟待脱俗。机器人教育评价免不了脱俗之嫌至少有三个方面：首先是评价形式过于功利化，无论是考级还是竞赛，都过于急功近利；其次是评价系统的单一化加速了课程直奔主题的追求，仿佛机器人教育只与机器人项目相关，而忽略了机器人教育对学生潜质的调动和开发；最后是评价甚少涉及过程性观照，导致机器人教育呼之欲出的众多特质被机器人本身所淹没。事实上，机器人教育之所以被看好，除了浅显易懂的动手能力训练、工科环境的体验以外，它的复合型价值内涵是目前机器人教育远未企及的。例如，挑战批判思维与计算思维的“冲突”；对于游戏规则的理解和利用；抽象思维与具象思维的联动；工程规划遭遇技术壁垒的突破；对非标器件的自力更生化解；化繁为简的优化意识；触类旁通的自我学习能力的自觉强化；等等。至于说到与现行学科知识的嫁接和贯通，那更是机器人教育的绝活。

第八，关于机器人教育的考绩（不是考级），我们的建议是必须突破所谓基本类别[如知识目标（理论测试）、能力目标（实际操作）、情感目标（演示答辩）等]的框架局限，避免应试题库记忆阴魂的轮回。考绩应用应更倾向于倡导即时反应、团队策略，做到选拔机制（如自主招生）与长板效应（专业遴选）相结合、潜质发掘与职业导向相结合、循序渐进与不拘一格相结合等。

● 我们有望最先融合国际

工业革命初期，亨利·福特曾发出这样的感慨：“每次只需要一双手，来的却是一个人。”而到了今天，面对一个崭新的时期，我们一定要警示自己，避免再犯“每次需要一个人，来的却是一双手”的低级过失。

1.站在国际舞台之上，我们首先要立足于工业4.0范畴的“大规模机器学习”和教育理解层面的“深度学习”这两个视角的夹角，来定义今天乃至未来的机器人教育。

融入路线图之一：机器学习研究的是从数据中自动归纳逻辑或规则，并根据这个归纳的结果与新数据来进行预测的算法。在机器学习的应用上，我们接触到的各种问题、算法、技术等看似复杂，但主要可以看成两个方面：一方面是根据要建模的问题和应用的数据，确定模型的representation方案，另一方面是在representation的无限种可能中去寻找最优的模型的optimization方法。“大规模机器学习”所涉及的就是从这两个方面去解决应用大规模的数据时的理论和工程上的问题。因此，大规模机器学习的知识构成，从本质上可以说是由机器学习系统、并行计算、分布式系统三个Domain的知识构成。机器学习应用的问题，本质上包括建模（representation）和求解（optimization），这就与“深度学习”初始概念（源于人工神经网络的研究）形成了太多的交集，也因其通过组合低层特征形成更加抽象的高层表示属性类别或特征，以发现数据的分布式特征表示特定的深度学习结构，被传统教育所接纳。

融入路线图之二：机器人教育模式之辨。国际机器人教育研究院致力于海内外机器人教育的理念树立与引领建构研究，致力于未来机器人教育产品开发的导向与产学研一体化推进，致力于机器人教育新思维、新课程与既有学科教学之间的渗透和融合。重点锁定国内机器人教育企业三大流派中的中国系（另外两个是乐高系、韩国系）产品，以及课程整体较乐高系和韩国系偏弱的现状。在优化其看好对学生动手能力的锻炼，选择拼搭入门的特点基础上，特别辅导课程向提高孩子的逻辑思维能力方向训练。一方面，在通过硬件的方式教孩子学软件的编程方面，更倾向于满足图形化的简单编程，止步于适度参与；另一方面，在模塊化硬件的自由组配，以及软件编程的开放度方面，研究院正在研发一款兼容性良好的低结构模块化通用机器人产品，同时也在调研和设计中高端的通适性国际品牌（包括课程、评价系统）的孵化。

融入路线图之三：建立开源的机器人教育实验室。由于智能机器人几乎集成了数学、物理、化学、生物、机械、电子、材料、能源、计算机硬件、软件等众多领域，所以它也派生出N+1种机器人实验室的样式。就其形制而言，目前市面上绝大多数的机器人教育实验室都摆脱不了这样三种：一是机器人展示实验室——侧重展示和表演，属于橱窗类；二是单一机器人类型的伪功能实验室——学生虽然有能够动手的环节，但是可以按照自己的意愿开发机器人的几率非常之少；三是竞技类机器人实验室——拼的是硬件和升级，注重的是对竞赛游戏规则的解析和针对性策略的研究，以及不厌其烦的训练。鉴于此，我们给出的拓展性建议是：首先，寻找机器人教育与产品之间的最大公约数，尽快地形成机器人实验室对各种各类机器人产品的兼容性；其次，建议在机器人教育过程中，更多地倾向于机器人项目（不是单一产品）的联动渗透；再次，强烈建议优先武装机器人实验室，使之兼容3D打印、编程等创客元素，形成以机器人特色为主干的创客活动空间；最后，建议机器人实验室优先成为教师的全科师资培训工作室，鼓励尽可能多的不同学科的教师来此跨界体验，寻找与自己所熟悉的学科门类之间的交叉点。

2.可能的机器人教育实验生态设计描述——众筹、社群、社交式学习。需要说明的是，下面所述的机器人教育实验生态，不再拘泥于上述的机器人教育实验室，而是更侧重于学校文化、学校特色和学校品牌的学习生态综合规划。针对特色教育，尤其是贴合当前时代特性的办学特色定位的课程达成度，始终是横亘在学校首长面前的一大难题，这里不仅包括了师资、教材、入口、出口等因素的考量，更意味着特色定位和可持续发展的远瞻，尤其是与国家课程、地方课程相结合的空间的预留。

生态设计1.0版：众筹。例如，由于得到了国务院公布的《关于政府向社会力量购买服务的指导意见》的政策支撑，北京、上海等地率先推行的“学校向社会购买服务”模式发展非常快捷。各级社会建设专项资金购买社会组织服务，以满足社会需求、解决社会问题为重点，主要支持扩大和新增公共服务，多元参与社会治理和社会公益类项目。同时，通过购买服务的方式，促使更多的社会组织参与社会事务，培育和发展社会组织，从而推动现代社会组织制度的建立，加快构建“枢纽型”社会组织工作体系。

生态设计2.0版：社群。其优势在于能够跨越更大的时空界限，调用更多的技术手段，为学习者的需求创造新的学习场所。双师（主讲+助教）模式就是其经典应用。最早时候，大多采用教师负责课程的研发，通过在线的方式传播到远端，属于纯单向输出。目前，已经有教学培训实体采用“远程同步授课”模式，同时参与模式的有四个角色：教师——课程的讲授者，项目经理——负责课后答疑，助教——教师讲完知识点后串讲这些知识点（助教和项目经理只负责一个班级），教研——研发课程教材。研发团队除了研发标准化的课件外，还要研发一套与课程相配套的类似于“剧本”的内容。这套剧本甚至比标准化课程还要详细，它会将教师讲课的每一个细节标准化，以进一步提高教师讲课的模式和标准化。结合授课过程中和学生的互动、对学生上课效果的即时反馈，教师能有针对性地开发该系统，使其涵盖教学中的所有环节，包括教材、讲义、作业、课堂练习等都会在系统上完成。对于培训机构而言，相对于其在扩张过程中面临的师资不平衡、线下校区房租成本高等难题，双师模式不失为一种节约成本、规模化发挥教师最大价值的方式。

生态设计3.0版：共创。改变线性教育（它非常容易让人们忘记教育的目的，只关注帮助学生们顺利达到下一站）的主阵地依旧在学校，学校将扮演更为重要的角色。它不是课程标准、教材以及评价实施中的一个极为被动的组织环节，而是一个“为了学生”能够按需创建课程、营造丰富多彩的人生经历的主阵地。随着大数据和智能时代的到来，“新计划经济”势必会影响明天的教育，而机器人教育在浪潮中无疑会走在教改的前列。因此，我们在筹谋明天的发展时，一定要把机器人教育与个性教育、智能教育、资本市场、时代未来，乃至国际教育同步共振诸环节一并考虑。目前，我们正在布局機器人教育国际合作项目的一系列专项开发，希冀达成与国际教育的共振、与科技进步的共创、与时代发展的共鸣。