我国机器人教育研究热点分析

卢晓琦+秦健

摘 要：随着教育改革的深入推进，我国的机器人教育也得到了较快发展，其教育价值已得到社会认可。本文以2012-2017年CNKI收录的的333篇“机器人教育”相关文献为研究对象。基于词频分析和可视化共词网络图，得出我国机器人教育的研究的热点及趋势。文章明确了机器人教育的研究热点及发展趋势，并立足国内研究和自己的所见所得提出建议，以期为我国机器人教育的可持续发展提供借鉴。

关键词：机器人教育；词频分析；可视化共词网络图

中图分类号：G434 文献标志码：A 文章编号：1673-8454（2018）03-0027-05

一、引言

随着人工智能、创客教育和STEM教育的发展，机器人教育有了新的发展方向，并成为近年来教育领域的研究热点。机器人教育如何在中小学落地，成为研究者关注的焦点。王珂[1]等人从当前机器人教育存在的问题的角度梳理了机器人教育的发展趋势及未来把握。李俊港、李呈玉[2]等人也纷纷结合机器人教学现状和教学实践对机器人教育现状进行思考和分析。但总的来说，目前对于机器人教育的研究方法单一、研究者局限、研究热点和未来发展趋势不明确等问题。本研究综合采用词频分析、社会网络分析等可视化方法，梳理并阐释了我国机器人教育研究的热点和趋势，并对存在的问题提出可行性的建议。以期为机器人教育的实践与研究提供参考。

二、数据、方法与工具

1.数据来源

在中国知网（CNKI）的高级检索中，分别以期刊和博碩士为来源，以主题 =“机器人教育”或含“机器人教学”，时间限定为2012-2017，检索出349 篇文章 ，包括期刊论文321篇，博硕士论文28篇。除去会议通知 、征稿说明等与本研究无关的内容，剩余可用文献为 333篇。保存成NoteFirst格式的文件。

2.研究方法

本文主要采用词频分析和共词分析法。

词频分析主要对反映文献核心内容关键词出现的频次进行统计。如果一个关键词在该领域文献中反复出现，那么该词就能反映这一领域的研究热点和发展态势。

共词分析法指的是当两个可以代表某一学科领域研究主题的关键词在一篇文献中同时出现时，表明这两个词之间具有一定的关系，出现的次数越多，代表它们的关系越紧密。

将国内机器人教育相关论文中的关键词加以提取、修改、统计，从而归纳出该领域的研究热点、主题与发展趋势。

3.研究工具与思路

首先将与主题相关的文献在中国知网的文献管理中心中输出为NoteFirst格式；然后导入书目共现分析系统Bicomb中进行关键词、发表年份、所属期刊等和相应的共词矩阵的提取和统计分析；最后把关键词共现矩阵导入社会网络分析软件Ucinet 中，绘制机器人教育相关文献中关键词的社会网络关系图谱。把发表年份和所属机构等统计结果导出到Excel中，并绘制相应的折线图和柱形图。

三、数据统计与结果分析

1.论文发表年份分布

机器人教育领域每年的文献发表数量能在侧面反映出机器人教育研究的发展速度和理论水平。如图1所示，2012～2017年国内共发表机器人教育相关文献333篇，由于2017年的时间节点的限制，目前仅有18篇相关文献，2012年发表文献52篇，2016年发表文献数量为76篇。文献数量保持相对平稳；但可以从这些数据中看出机器人教育的相关研究还没有受到足够的重视，机器人教育的理论研究不足，导致机器人教育发展速度缓慢。近几年为提高国人的创造力、问题解决能力等综合素质，创客教育、STEM教育的不断兴起，机器人教育作为创客教育和STEM教育的一部分，也将从以前的机器人教育中不断变革，以机器人教学和机器人竞赛相结合的方式，成为新时代的一大发展趋势。

2.作者所属机构分布

通过论文的所属机构体现领域研究的主要机构和团队力量的分布。如图2所示，从论文所属机构分布图中得出发表论文2篇及以上的机构有12个；发文量最多的是兰州大学教育学院，有5篇。从研究机构来看，有关机器人教育的研究大多存在于各大高校，且多为师范大学和工程类大学，同时也有一部分职业技术院校开展了相关研究，中小学校的研究力量相对薄弱。但目前研究力量中知名大学相对较少，有的大学才刚刚引进机器人教育。机器人教育是学校对学生进行工程教育的重要抓手，在各类学校开展机器人教育，研究机器人的教育价值，对加快教育改革和机器人教育的发展，提高学生的创新能力和跨学科整合能力的发展具有重要的现实意义。[3]因此，由高校研究机构带头研究，与中小学校合作，深入中小学一线进行跟踪研究。同时中小学校也要积极组织相关教师进行机器人教育的研究，共同促进机器人教育的发展。

3.高频关键词分析

某个领域的热点可以通过高频关键词反映出来。某一研究领域在一段时期的很多研究成果的关键词集合，可以反映出该领域的研究主题、发展走向以及热点等[4]。本文通过B icomb书目共现分析系统提取关键词，并在提取过程中修改并删除部分意义相同或者无效的关键词。高频关键词选择的标准一般为高频词累计频次达到总频次的40%左右的部分[5]，但由于本研究各方面条件的限制，40%左右的关键词出现频次较低，且数量较多。因此，本研究选择词频大于等于6的27个关键词作为高频关键词，代表了国内近年来机器人教育研究的热点，如表1所示。

除去“机器人教育”主要检索词外，排在前10位的高频关键词依次为：机器人教学（52次）、创新（36次）、中小学（27次）、信息技术（21次）、智能机器人（18次）、机器人竞赛（18次）、基于项目的学习（12次）、校本课程（10次）、Arduino（10次）、职业教育（10次）。这10个核心高频关键词反映了国内机器人教育研究所关注的焦点。可以得出目前各类研究者所关注的焦点已从对机器人教育基本概念和理论基础的探讨，过渡到了机器人教育在具体教育领域的实践应用、教学模式设计及教学效果评价等。

4.社会网络分析

为了进一步分析近年来我国机器人教育研究热点的联系，本研究在书目共现分析系统中通过对关键词的提取、统计最终形成共现矩阵，并保存成txt格式的文件，随后用社会网络分析软件Ucinet 打开此文本，最终描绘出基于中介中心度（Betweenness）的高频关键词社会网络关系图谱，如图3所示。

图3中的正方形节点越大表示该节点在整个网络中作用越大，表示节点之间关系的实线越粗，这两个节点所代表的关键词的关系越紧密。因此，从节点大小来看，我们能够得出近年来对机器人教育的研究主要集中在对机器人教学的研究。机器人教育由机器人教学和竞赛组成，目前机器人竞赛非常火爆，但是由上图可以看出，机器人竞赛相关研究却不是很多，原因在于机器人竞赛主要是由公司企业等非研究机构发起和组织。除此之外，机器人教育的研究主要针对的是中小学机器人教育，并且机器人教育大多是作为中小学信息技术课程创新的一个方面；从节点之间的关系来看，与机器人教育关系最紧密的是中小学，而与中小学关系最紧密的是机器人教学和创新，与机器人教学关系最密切的是信息技术、自主学习等。可以看出国内学者比较认同将机器人教育引进中小学，作为目前提升学生创造力的一项内容；同时还关注基于项目的学习、创客教育背景下的机器人教学模式和教学方法的研究；从图中的自主学习、合作学习等词可以看出，机器人教育在培养学生自主学习、合作学习等方面的能力功不可没。

四、国内机器人教育研究热点和趋势分析

通过查阅相关文献，以及机器人教育研究的高頻关键词表和社会网络关系图谱，本研究对机器人教育领域目前的研究热点和研究趋势进行了如下分析。

1.中心节点——目前的研究热点

（1）中小学机器人教育——信息技术课程创新

目前机器人教育不断被引进中小学，以兴趣班或者社团的形式展开，作为信息技术课程创新的一部分。很多研究者也认为，以社团形式而非必修课程的形式开展的机器人教育更符合机器人教育的初心。通过社团学习，多样化的学习者合作完成任务，集思广益，各自发挥优势，并最终完成可以分享的机器人作品。

（2）创客教育、STEM教育和机器人教育相互融合

随着创客教育和STEM教育理念的提出，传统的机器人教育有了新的发展思路，创客视域下的机器人教育，对机械结构的要求并没有传统的机器人竞赛要求那么高。设计一个完成特定任务的机器人，可以成为创客教育的一个教学情境。这就为机器人教学过程中的教学模式、活动、评价等各方面的都提供了很多思路。钟博昌等研究者也指出，技术类课程尤其是机器人课程是开展创客教育先导课程[6]。同时通过创客教育和STEM教育融合理念的指导，机器人教学过程将各学科知识整合，进而培养学生的跨学科整合思维以及分享精神。

（3）机器人教育与竞赛相互促进

机器人竞赛平台是对传统课堂教育的完美补充。目前研究比较热的，参与度比较高的机器人竞赛多为辅助教学类的，这类比赛的主要路径是把机器人竞赛作为机器人教育中间重要的模块或环节，通过这种机器人比赛可以让学生充分的把机器人竞赛当成项目化教学目标，培养他们的综合实践能力。

2.边缘节点——未来的研究热点

（1）更加个性化的机器人教育课程——校本课程

机器人教育校本课程强调以学生为主体，以培养学生的创新实践能力为目标，充分带动学校、社会、公司的各类资源，一起完成课程建设[7]。机器人教育校本课程的建立，不仅使学校的机器人教育各具特色，还为机器人创业者提供与学校合作的机会，为机器人教育提供了更宽阔的发展空间。

（2）更高领域的研究机构——高等教育、职业教育

创业团队的纷纷成立，相对应的是更加多样化的教育机器人产品，为什么有这种机器人又有那种机器人，是因为不能让孩子输在起跑线上，有些机器人适合高中生用，而另外一些机器人适合8-12岁的小学生用。机器人教育要不仅要在中小学开展，高等教育和职业教育也可以因地制宜地引进机器人教育，为在校大学生提供更多的发展机会，同时也为机器人教育注入更多的研究力量，共同促进机器人教育的发展。

（3）更多新兴技术与机器人教育的融合

“互联网+”在给我们带来便利的同时，也为教育带来了很多的发展机遇。同样，“互联网+机器人教育”无疑为机器人教育的带来新的发展思路。随着微课、慕课不断发展，国内也有少部分研究者开始研究微课在机器人教育中的应用，提出微课作为机器人教育的导学部分，同时也有部分研究者针对中小学机器人课程实操性较强的特点，构造了基于“微课”和“研学案”的机器人教学模式。其次，目前很多机器人可以通过手机控制，机器人与手机的配合越来越流畅，机器人与手机的兼容性越来越好例如，编程猫手机App的奖励机制。可想而知，移动学习支持下的机器人教育的相关研究将会成为今后的研究热点。

（4）更加宽广的机器人教育应用领域

机器人教育不断向残疾人教学引进。随着智能社会的来临，国家越来越重视机器人教育的普及，倡导“普惠教育”，机器人教育也不断降低门槛。从3岁少儿开始感知机器人到高等研究机构对机器人高端技术的研究，机器人教育的研究领域不断扩展，并逐渐关注到对残疾人群的教育，通过机器人与智障儿童的互动来锻炼其交流沟通能力。机器人教育如何在残疾人群中开展应收受到更多研究者的重视。

五、建议

1.加强机器人教育的相关理论研究

目前的机器人教育由于公司企业的推动，多以机器人竞赛的形式为主。虽然机器人教学也在进行，但最终目的依然会定位到比赛。不可否认机器人竞赛也是机器人教育的一部分，能够锻炼学生各方面的能力，同时也可作为评价学生学习的一个方面。但是我们更应该重视机器人教育的理论研究，为机器人教学提供理论支持。通过回答机器人教育到底培养学生什么样的核心素养等一系列问题，让机器人教育走进学校和课堂中，从人才培养的角度，从素质教育的目标出发，通过学生的动手实践，自主学习、编程等一系列教学活动培养学生的科学素养、问题解决和创新能力。

2.加强合作共享，共筑机器人教育的发展

为了响应国家政策，大部分中小学校都引进了各种设备，建立了创客空间，购买大批了机器人零件和开源硬件等。至于如何组织机器人教学，运用什么样的课程体系等一系列的机器人教育的解决方案是目前中小学存在的问题。这就要求各个中小学、高校、职业院校企业齐努力，共同促进机器人教育的快速发展。如图4所示，在机器人公司提供的技术、产品和平台的支持下，各类学校合作，共同探究研发完善的机器人课程体系，促进机器人教育的发展。

3.由解决技术问题，导向实际生活问题.

目前的机器人教育教学大都是解决机器人领域的技术问题，典型的如寻迹问题，而非指向实际生活问题[8]。面对这样的问题，机器人教学过程中应该引导学生关注现实世界中存在的问题，以项目式学习的方式，激发学生的学习动机，带领学生自主探索解决办法，进而提高其解决问题的能力。机器人公司也开始关注这个问题，卡耐基梅隆大学机器人学院 ROBOTC 课程内容中涵盖大量从实际工程问题提取出来的竞赛任务[9]。例如某机器人竞赛主题是环境保育和太空救援，让孩子在比赛中不仅获得机器人知识，还能正视目前的环境问题，对太空探索产生兴趣，这无疑也是一个让机器人教育导向实际生活问题的发展方向。

4.机器人教育的评价体系的建立

机器人教育的效果如何，最终还是要落实到评价这个不可缺少的环节上。机器人教育的评价与其他学科的学习评价不同。机器人教育的评价要求由教师、同学、家长、公司、社会人士和学生共同来完成。它强调对创造制品过程的评价，真正做到了多种评价方式的良好结合，重视学生的参与性[10]。机器人教学评价的内容主要包括方案制定、硬件搭建与优化、作品展示与交流等，其中表现性评价目标体现在如图5所示的几个方面。[11]据此，我们应该研究更为准确的机器人教育评价体系，可以建立创客教育理念下的机器人教育评价体系，例如增加创意设计等方面的评价。加快机器人教育与学校教育的深度融合。

5.建设供学生展示和分享的空间和平台

目前的机器人教育过程中，由于各种条件的限制，很多孩子缺少展示的平台。我们应该给孩子提供更多的线上和线下的展示平台，让孩子们尽情的展示自己，并学会和他人沟通分享。例如，像“3done”社区和“好好搭搭”社区已经完成了部分功能，但是分享还没有形成一种习惯。我们要不断完善类似的展示平台和空间，培养孩子的分享意识。

六、结语

机器人作为教育信息化的新载体，正在全面走进学校课堂、家庭和社区。在中小学全面推进机器人教育与创客活动，对提升青少年的创新能力和实践能力，具有重要的意义。随着人工智能时代的到来，机器人教育可能会像计算机的发展一样，潜移默化地进入人们的生活，与计算机一样成为21世纪公民的必备技能。少年强则国强，机器人教育关乎到我国未来机器人产业接班人的培育，直接影响我国机器人行业持续发展的能力。普及机器人教育需要参照“计算机的普及要从娃娃抓起”的做法，让机器人教育的普及也从娃娃抓起，加快机器人走进中小学课堂的步伐。政府管理部門、学校、企业、家庭也要齐心协力，提出机器人教育的相关标准，共同促进机器人教育的发展，为我国机器人的发展注入强大动力。

参考文献：

[1]王珂.机器人教育的发展趋势及未来把握[J].机器人产业，2016（3）：48-52.

[2]李俊港.关于中小学机器人教育的思考与分析[J].求知导刊，2016（5）：53.

[3]王玉珏.我国高校工科机器人教育发展现状及对策研究[D].兰州大学，2013.

[4]卜彩丽，张宝辉.我国翻转课堂研究热点、主题与发展趋势解析——基于共词分析的知识图谱研究[J]. 教育导刊，2015（9）：48-53.

[5]陈瑜林.我国教育技术主要研究领域的历史演进——基于 CNKI“两刊”关键词、主题词的类团分析[J].电化教育研究，2012（8）：39-40.

[6]钟柏昌.谈创客教育的背景、本质、形式与支持系统[J].现代教育技术，2016，26（6）：13-19.

[7]胡兵华，何少莎，王小根.中小学机器人教育的校本课程开发探讨[J].中国教育信息化，2009（2）：15-17.

[8]钟柏昌.中小学机器人教育的困境与突围[J].人民教育，2016（12）：52-55.

[9]王娟，胡来林，安丽达.国外整合STEM的教育机器人课程案例研究——以卡耐基梅隆大学机器人学院ROBOTC课程为例[J].现代教育技术，2017，27（4）：33-38.

[10]张爽，王小根，赵康健.创客教育视域下中小学机器人教学模型构建[J].中国教育信息化，2016（12）：19-22.

[11]魏倩倩.小学机器人教学的表现性评价研究与实践[D].西华师范大学，2016.

（编辑：王晓明）