机器智能视域下的机器人教育发展现状、实践、反思与展望*

吴永和 李彤彤

(华东师范大学 教育学部 教育信息技术学系，上海 200062)

在国务院印发的《新一代人工智能发展规划》[1]中明确指出，要在中小学阶段开展与人工智能相关的课程建设，推广编程教育的发展。同时支持开展人工智能竞赛，鼓励进行形式多样的人工智能科普创作。在《2018年度国家自然科学基金项目指南》[2]中，信息科学部设立“人工智能代码F06”，强调围绕人工智能领域的核心科学问题与关键技术进行研究。在交叉学科中的信息科学（F07）增设了“F0701教育信息科学与技术”二级代码，鼓励人工智能驱动教育的基础理论与方法、教育机器人等的理论与方法研究，还增设了“F070106教育机器人”三级代码。另外，国家自然科学基金委与深圳市政府合作，联合资助了“NSFC—深圳机器人基础研究中心项目”，共同推动机器人科技创新发展。近日，教育部印发的《教育信息化2.0行动计划》[3]也明确提出，要以人工智能、大数据、物联网等新兴技术为基础推动教育的模式变革与生态重构。这一系列举措足见国家和社会对人工智能与教育机器人的重视。

从国际领域审视，与人工智能相关的机器智能日益受到重视，美国继2016年发布了两个国家级人工智能发展战略报告之后，又在2018年3月1日发布了《美国机器智能国家战略》[4]（下文简称《战略》）。英国、日本、韩国、新加坡、加拿大等国近几年也发布了各自的人工智能国家战略。《战略》提到，机器智能可被融入课堂教学，以辅助教师的教学活动，为学生提供个性化的学习体验，满足学生的个体需求，并且能够有效提升教师的教学效率与学生的学习体验[5]。《战略》所指的机器智能，包括智能伙伴、机器人、智能系统等，其对教育具有潜在的影响力，应用日益广泛。因此，从机器智能视角来探讨机器人教育，符合时代的发展与教育的需求，具有重要的现实意义。

那么，机器人教育是如何发展起来的？现状如何？其教学实践如何开展？本文将从机器智能的视角切入，来分析机器人教育的背景、研究及应用现状，并通过具体教学案例设计为机器人教育的教学实践提供参考，最后对机器人教育的发展做反思与展望。

一、机器人教育的背景

（一）机器人的发展

提起机器人，我们马上就会联想到科幻小说和电影中的机器人。近一个世纪以来，机器人在娱乐和虚构的世界中有着重要的地位，甚至“机器人”这个词本身就来自一部科幻作品——1920年，前捷克斯洛伐克作家卡雷尔·恰佩克的科幻小说中第一次出现“机器人（Robot）”这个词，它被用于指代人类创造的用来代替人工的物体。随着计算机网络、机械制造、人工智能等技术的不断发展，机器人已经从一个虚拟的名词发展成一项蓬勃的产业，并从工业领域向医疗救援、教育、娱乐、勘测、探险、救援等领域迅速扩展，如图1所示。

图1 机器人的发展历程

从机器人的发展历程看，最先成熟并且得到最大规模应用的是工业机器人。1959年，世界上第一台工业机器人在美国出现，机器人的历史由此开始。工业机器人的功能比较单一，基本是为了完成一项简单重复的工作。工业机器人诞生后，机器人迅速进入产业化发展，并且在工业生产中得到广泛应用。上世纪末，随着传感器、人工智能等技术的进步，具有人性化交互能力的服务机器人逐步进入市场，出现在社会公共场合和部分家庭中。早期机器人技术的研究和发展主要以工业机器人为主，现代机器人技术则以服务型机器人为主，并且逐渐走向智能化。

随着机器人技术的普及，机器人的教育价值也日益受到关注，教育机器人应运而生。教育机器人是面向教育领域专门研发的，以培养学生的分析能力、创造能力和实践能力为目标的机器人[6]，它具有教学适用性、交互性、开放性、可扩展性等特点[7]。教育机器人的出现为机器人教育提供了载体。近年来，随着人工智能技术的进步，机器人的发展逐步走向智能化、人性化的特点也越来越显著。智能化和人性化的机器人产品将更加适合未来的教育教学环境。

（二）创客教育的推动

创客是指那些通过动手实践将自己的创意变成现实的人。当创客与教育碰撞，“创客教育”应运而生。2012年，美国政府开始启动“创客教育计划”（Maker Education Initiative），旨在培养学生成为创客。

中国的创客教育是从近几年开始发展的。2015年的《政府工作报告》中明确提出，要让“众多‘创客’脱颖而出”。李克强总理在考察深圳柴火创客空间时，也指出要“让众多‘创客’自由创业、能够成业”。创客教育是创客运动与教育的结合，学生可以利用自己充满想象力的大脑来亲自创造某种实际的事物，而不仅仅是依赖于纯粹的学科知识学习，还可以利用自己的发明解决现实中的问题。

创客教育的热潮，为机器人教育的发展提供了条件。有了创客教育，社会和学校、教师和家长能够充分认识并接受机器人教育，机器人教育也逐渐成为了社会各界关注的重点。所谓机器人教育是指以机器人为教学内容或教学工具而开展的教学活动，它涉及信息技术、数学、物理、电子、机械、通信、自动化技术、心理学和生物学等多个领域，学生在学习机器人基本知识、掌握编程技能的基础上，可将知识联系到真实生活，从而培养自身的创新素养、实践技能、思维与方法等。

（三）STEAM教育的需求

STEAM 是科学（Science）、技术（Technology）、工程（Engineering）、艺术（Art）、数学（Mathematics）的综合，由上世纪80年代美国的“STEM教育战略”衍生而来，目的是为了打破学科边界，培养学生的综合科学素养[8]。2011年，在“STEM”的基础上增加了“A（Arts）”，这里的“Arts”不仅指艺术，其涵盖范围可以扩大至包含人文教育在内的更广阔的领域。

STEAM教育对促进教育教学改革具有重要意义[9]，其本质是跨学科的综合素质教育，它有三个主要特点：第一，注重跨学科融合；第二，注重学习与现实世界的联系；第三，注重学习的过程，而非体现在试卷上的知识结果。STEAM教育提倡让学生们自己动手，从实践过程中学习跨学科知识。

机器人教育融合了物理、化学、生物、艺术、工程等多学科知识，符合STEAM教育跨学科的教育理念。同时，STEAM教育提倡的项目式学习方法，在机器人教育中也可以得到很好地应用。

二、机器人教育的研究现状

早期机器人教育以机器人竞赛为主要形式，通过竞赛激发学生的科技创新意识，培养实践能力、创新能力和设计思维等。近几年，机器人教育已经逐渐进入学校教育中。国外关于机器人教育的研究开展较早，尤其是美国、英国、日本等国家。最早的教育机器人，来自于上世纪60年代麻省理工学院Papert教授创办的人工智能实验室。机器人教育的相关研究源自大学，部分高校先开设了机器人课程，之后在中小学也开始了机器人相关的教学活动。

我国关于机器人教育的研究自上世纪70-80年始，在本世纪初得到加速发展。彭绍东于2002年首次提出并论述了机器人教育的定义与五种类型——机器人学科教学、机器人辅助教学、机器人管理教学、机器人主持教学和机器人代理师生事务[10]，这对我国机器人教育的研究具有指导意义。张剑平和王益在阐述教育机器人概念和角色定位的基础上，分析了机器人教育的现状和面临的问题，并提出了推进机器人教育的若干设想[11]。黄荣怀等提出了教育机器人研究关注的七个研究方向，探讨了十二类教育机器人产品、应用情境和三大关键技术，并在此基础上提出了教育机器人的十大核心观点[12]。

我们以“机器人教育”为主题在“中国知网”上进行检索，统计2000年至今的文献，其学科分布情况如图2所示。由图2可以看出，目前，国内关于机器人教育的研究，主要集中在教育领域（初等、中等、高等教育以及职业教育、成人教育与特殊教育）和自动化技术领域。通过进一步统计其中200多篇相关度较高文献中的关键词，并利用Word Cloud Generator制作出与“机器人教育”相关研究的关键词词云图，如图3所示。Word Cloud Generator是一款根据出现的词频数量，突出显示文本中的重点内容的词云图生成器。词频越大，显示的字号就越大。从词云图中可以看出，目前，机器人教育的相关研究主要集中在目的、技术与方法三个层面。

图2 “机器人教育”中文文献学科分布情况图

图3 “机器人教育”关键词词云图

（一）机器人教育的目的与意义

1.对教育创新的推进

机器人教育对教育创新的推进包括创客教育、STEAM教育、素质教育、STS教育（科学、技术、社会）和教学改革。Chris Rogers认为，机器人教育能够将“Engineering”带进基础教育中，培养学生的STEM素养，推动基础教育改革[13]。

2.对教学模式和策略的改进

机器人教育对教学模式和策略的改进，包括教学目标、教学模型、教学策略、教学设计、课程开发等。王雪雁等认为，教学形式的多元体验是机器人教育的重点，而将体验教学法融入机器人教育中进行研究，也在一定程度上促成其他科目在教学改革中形成较有前景的发展方向[14]。

3.对学生综合素养的提升

机器人教育对学生综合素养的提升，包括创新精神、实践能力、科学素养以及综合能力。D Alimisis在调研了目前教育机器人领域现状的基础上，对当前教育机器人领域热点问题发表了自己的看法，他肯定了机器人在培养学生创造力和“21世纪技能”方面的重要作用[15]。

（二）教育机器人的技术开发与创新

教育机器人是机器人教育发展的重要载体，人工智能、语音识别和仿生技术等是发展教育机器人的关键技术，对机器人教育的发展也有着重要的推动作用。国内外很多专家致力于教育机器人的研发工作，Thomas Hsiu等人介绍了教育机器人Trikebot的底盘和机构、通信架构、学生编程环境等设计特色和控制机制；Trikebot是专门为中学教育研发的一款教育机器人，由Thomas Hsiu团队设计并投入教学应用[16]；干国胜设计并开发了Robot-Ⅲ型教育机器人，并且进行了教学实践[17]；葛艳红研究了定位与导航、感知与交互等教育机器人关键技术，并开发设计了符合高校学生特点的物联网教育机器人和实验平台[18]；张国民对适用于不同阶段的教育机器人产品功能结构设计进行了分析探究，对未来教育机器人产品的开发提供了参考价值[19]。

（三）机器人教育的教学设计与方法

机器人在教育教学中的实践应用，是机器人教育应用与发展的关键。LOGO编程语言的发明者Seymour Papert是较早研究如何将机器人应用于课堂教学的学者之一，他试图用机器人为学生创设空间与机会去建构他们自己的知识体系，使学生获得驾驭技术的能力[20]。A Druin在他的书中介绍了应用于早教领域的各种机器人，包括积木机器人、宠物机器人等；同时，介绍了机器人应用于教育的创新方法及应用前景[21]。Rogers和Postmore介绍了如何使用乐高机器人，教授小学生数学、工程、阅读和写作以及科学探索[22]。

国内也有很多研究对机器人教育的教学设计进行了探讨。李鸣华对教学设计中的学习需要分析、教学目标、教学内容、教学策略、教学评价等具体要素展开了论述[23]。衷克定等人运用“主导—主体”教学模式进行机器人教学设计，培养了学生的创新能力[24]。在这个模式中，教师是观察者和咨询者，而学生是设计者和实践者，这充分发挥了学生的主体性。王小根等人基于任务驱动法进行校本课程开发设计[25]，以“灭火”为主题为例设计了三个任务，将知识的习得与能力的培养蕴藏在各个任务中，使学生通过自主探索与小组协作自主进行意义建构。

三、机器人教育的应用现状

（一）教育机器人产品

在机器人教育活动和相关研究积极开展的同时，市场上教育机器人产品也越来越多。国内外出现了不少优秀的教育机器人产品，如：丹麦的乐高机器人（LEGO）、德国的慧鱼（FISCHER）、韩国的ROBOROBO、美国的RB5X机器人以及中国的能力风暴机器人，具体如表1所示。

表1 教育机器人产品介绍

虽然现在教育机器人产业发展迅速，可供选择的教育机器人产品也很多，但这些机器人产品也存在着一些问题：（1）机器人构造复杂：有的机器人产品多达几百个零件，学生需要花费几个小时进行拼接和搭建，不仅效率低下，而且对学生的空间思维能力要求较高；（2）产品设计开放性较低：大部分机器人产品都只能按照说明手册搭建成固定的几种形态，不利于学生发散思维进行创新；（3）与学科知识联系不紧密：教育机器人产品在设计时大多只考虑到机械结构方面的知识，很少与其他学科知识相联系，其实机器人可以与很多学科知识相结合，包括物理、生物、化学，甚至是历史、地理、美术等人文学科。

为此，我们建议教育机器人的设计应该基于学科基础课程，体现多学科融合和多元智能交织的特点，贴近学生的生活与认知水平，并具有一定的开放性和创新性。

（二）机器人教育教材

我国的机器人教育仍处于起步阶段，机器人教材作为机器人教育的组成部分，与机器人教育的发展息息相关[26]。目前，市面上有很多不同种类的机器人教材（见表2），这些机器人教材在内容设置上，大部分都是围绕了解机器人概况、熟悉机器人硬件、掌握机器人编程、应用机器人项目这四个模块进行设计的。

从这些机器人教材中我们不难看出，目前机器人教材应该至少具备以下几个特点：（1）因材施教：针对不同年龄段的学习对象，开发不同的学习内容和学习活动，符合学习者的认知水平；（2）图文并茂：图片与文字穿插，帮助学习者理解搭建过程与机械结构；（3）开放创新：鼓励学生根据自己的想法进行全新的搭建，做出属于自己的机器人，而不是一味地根据已有的模型进行搭建。

表2 国内中小学机器人教育教材（部分）

作为机器人教育的重要载体，机器人教材不仅需要培养学生的搭建技能和操作技能，更要利用生活中的真实问题，设计多元化的学习活动和任务，鼓励学生进行研究性学习，进而促进学生的生涯发展，构建“深度学习—研究体验—生涯发展”的科创教育体系。同时，机器人教材的设计也应该贯彻“深度学习—研究体验—生涯发展”的教育理念，实现以下三个维度的发展：（1）深度学习∶培养学生学会学习（主动学习、自主学习、探究学习的能力），培养学生的高级思维，促进学习方式转变，培养学生的批评性思维、创新思维、问题解决能力与方法；（2）研究体验∶培养学生规范化科研和工程实践。以基于项目的学习（Project-based Learning）、基于问题的学习（Problem-based Learning）、基于探究的学习（Inquirybased Learning）来设计学习活动，重点培养学生的实践能力；（3）生涯发展∶提升学生的学习兴趣，引导学生关注未来，规划生涯发展。

（三）机器人竞赛

培养具有创新能力的高素质人才，是当前各类教育的首要目标。机器人竞赛作为培养具有创新精神和实践能力的有效载体，是机器人和教育联结的重要纽带。参与机器人竞赛不仅可以激发学生的兴趣，增强学生的动手能力，还可以培养学生的综合素质。目前，主流的机器人竞赛主要有三类：机器人足球竞赛、机器人灭火竞赛和机器人综合竞赛，如表3所示。

表3 国际主流的机器人竞赛

机器人比赛自上世纪末兴起后，在较短时间内经历了从无到有、从简单到复杂、从单一到综合的发展过程。近几年来，比赛规模不断扩大，比赛项目不断完善，社会影响力也不断增强。这些赛事大多以促进青少年发展为目标，同时也为人工智能研究与教育发展做贡献，推动了机器人技术的发展。比如，机器人足球系列比赛的主要目的是推动技术进步，而机器人综合比赛则蕴含了更多的教育意义，参赛对象也多为18岁以下的青少年群体。机器人竞赛不仅能够培养学生的动手能力、创新能力，更多指向了对思维的培养。值得注意的是，机器人教育不应以比赛为最终目的，而应该通过教育与兴趣的结合，提高学生的学习积极性，培养学生的综合能力。

（四）机器人教学

1.国外机器人教学现状

英、美、日、韩等国家率先开展了将机器人作为一种教学工具应用于中小学教育的教学实践。美国的中小学机器人教育，主要有四种形式：（1）机器人技术课程，一般开设在技术类课程；（2）课外活动，类似我国的综合实践活动课程；（3）机器人辅助教学，利用机器人作为教学工具来辅助课程教学；（4）机器人主题夏令营等定期活动[27]。同时，国外的高等教育很早就开始对机器人教育进行研究。1994年，麻省理工学院（MIT）开设了“设计和建造LEGO机器人”课程，这是机器人课程进入到大学课堂的一个标志。

2.我国机器人教学的现状

我国的机器人教学从上世纪末开始。2000年，北京景山学校率先开展了中小学机器人课程教学。2001年，上海市卢湾高级中学等学校开展了“机器人活动进课堂”的活动。2005年，哈尔滨师范附小开设“人工智能与机器人”课程。此外，香港也在高中学段增设了机器人制作的课程。

为了适应未来科技社会对技术型人才的需求，教育部于2017年9月印发了《中小学生综合实践活动课程指导纲要》，明确了中小学生关于综合素质教育和实践能力培养的重要性。目前，我国在中小学开展机器人教学，主要有三种形式：（1）机器人课程，将机器人作为独立课程，或者作为信息技术课、劳技课、综合实践课的组成部分或者；（2）课外活动，以机器人为辅助工具组织学生进行实践活动；（3）学科整合，将教育机器人作为教学资源整合到学科教学之中。

在高等教育领域，清华大学、北京科技大学、北京理工大学、哈尔滨工业大学等高校都开设了机器人相关课程，制定符合本校学生培养定位的机器人课程教学目标和教学内容，注重创新精神和实践能力的培养。2018年4月，在教育部颁布的《高等学校人工智能创新行动计划》中指出，完善人工智能领域人才培养体系，在学科布局、加强专业建设、加强教材建设、加强人才培养力度、开展普及教育和支持创新创业等方面，不断推进机器人教育发展。

四、机器人教育的教学设计

关于机器人教育的讨论虽然很多，但真正将教育机器人应用于教学中的案例并不多见。钟柏昌认为，中小学的机器人教育存在重基础轻应用、重技术轻整合的问题[28]，目前，我国的机器人教育确实存在教学内容单一、跨学科性不足、与学生日常生活联系不紧密等问题。

为了解决上述问题，我们以“氪5号”机器人的人形机器人形态进行教学设计，具体阐述机器人的教育应用，以期为机器人教育的教学实践提供参考：“氪5号”机器人是能力风暴积木氪系列的一款积木机器人，具有六面搭接体系，配备位置、超声、灰度、碰撞、颜色等传感器，能够搭建成人形、机械手、摩天轮、鳄鱼嘴等多种形态，在机器人搭建和运动过程中涉及到物理、生物、化学等多学科知识，适用于中小学教学，如图4所示。

图4 “氪5号”机器人

（一）教学目标

教学目标是教学活动预期得到的结果。我们结合机器人教育的特点，从深度学习、研究体验、生涯指导三个维度设计教学目标，并以此指导机器人教育课程的教学设计：（1）深度学习：学习机器人相关的基础知识，了解基本的传感器的作用与使用方法，学会通过简单的图形化编程来控制机器人的运动，并进行探究学习。（2）研究体验：引导学生发现问题与提出问题，在合作学习与小组讨论中体验研究的过程，掌握简单的科学探究和研究性学习的方法，并且能够解决问题。（3）生涯发展：能够激发学生对机器人的兴趣，培养学生的创新思维与探究精神，对学生的生涯规划有一定的指导，引发学生加深自我认识。

（二）教学过程

机器人教育的教学过程，如图5所示。

图5 机器人教育的教学过程

具体来说，主要分以下七个步骤：

第一步，课前准备：搭建好人形机器人，设计好有障碍物的路线。

第二步，课程导入：通过视频介绍社会生活中的智能应用，引发学生兴趣。接下来切换到具体情境——“氪5号”机器人所乘坐的时间机器发生了故障，导致他掉入时空漩涡，意外来到了恶魔星球。它必须找到失散的时间机器，才能够离开这个可怕的地方。

第三步，基础讲解：介绍“氪5号”机器人的基本结构和功能；讲解超声波传感器的原理和使用方法；引入速度的概念并讲解速度的计算方法；讲解机器人速度的设定方法以及简单的图形化编程。

第四步，学习活动：设计一个方案，帮助“氪5号”机器人找到时间机器。该环节可以细化为三个小任务——学会控制传感器；学会控制机器人转弯；学会控制机器人速度。最后编程实现总任务，使机器人沿着既定路线，走到终点。在这个过程中，教师要引导学生按照给定路线编程实现任务，并在学生遇到问题时给予适当指导。

第五步，思考探究：引导学生思考学习活动中涉及到的物理知识，师生讨论探究，共同解决问题。比如：机器人在运动的过程中如何转化能量（能量转化知识）？机器人的履带为什么要设置凹凸不平的花纹（摩擦力知识）？机器人为什么可以向前运动（力与运动知识）？机器人提速过快会出现后仰状态，这是为什么（惯性知识）？

第六步，生涯指导：教师提及人工智能相关领域及应用，结合活动引导学生发散思维，讨论自己感兴趣的东西和今后想做的工作。比如，有学生说自己长大后想当科学家，教师可以进一步提问“想当什么方面的科学家”，而从引导学生从小形成生涯规划的意识。

第七步，反思与评价：师生共同总结与反思教学过程中所学到的内容、遇到的问题以及解决办法。教师引导，师生一起讨论，完成自评与互评。值得注意的是，反思与评价应该贯穿于整个教学过程中。

（三）教学效果

上述教学方案，是我们在上海市某公益机构进行的为期一周的小班化试点教学活动。参与教学活动的共11人，年级分布为小学五年级到初中二年级。首先，在教学前根据学生的成就动机、学习风格以及对机器人的了解程度进行了分组，3-4人一组。然后，在教学过程中，先介绍机器人的相关知识，接着让孩子们尝试搭建人形机器人，并在这个过程中了解机器人的结构与功能。教学实践发现：小组成员均能够在教师指导下完成人形机器人的搭建。之后小组成员利用图形化编程软件，通过讨论与尝试，完成教师布置的任务。最后，教学活动结束后，利用问卷和访谈调查学生对机器人教学的满意程度及学习效果，问卷调查结果如图6所示。

图6 问卷调查结果

调查结果显示，大部分学生对教学活动表示“比较满意”。63.6%的学生认为在教育机器人学习活动中学到了一些数学知识；72.7%的学生认为学习到了物理知识；90.9%的学生表示会用机器人课上学到的知识和技能来解决生活中的一些问题；81.8%的学生能够说出所学内容可以用来解决哪些生活中的问题。由此可见，教育机器人可以在一定程度上帮助学生学习新知识，培养学生发现问题、分析问题和解决问题的能力。

（四）机器人教育的作用

爱玩几乎是每个孩子的天性，机器人教育正是利用了这一天性。传统教育一般采用讲授与模仿为主的填鸭式教学方法，学生始终处于被动接受知识的状态。而机器人教育以各式各样的机器人为载体，不同的机器人玩法就是孩子们需要体验的内容，在这个体验过程中，学习者是快乐的、积极的。机器人教育可以激发学生的好奇心与创造力[29]，还能培养孩子们对科学技术的兴趣，培养他们的团队协作能力、问题解决能力[30]和21世纪技能[31]。

1.培养学生的创新思维与实践能力

教育机器人可以激发孩子们对科学技术的兴趣，培养科学创新精神，激励创新思维。机器人教育的教学活动不以教师讲授为主，而是以学生的自主学习和协作学习为主要活动形式，在“做”中“学”，从而有效培养学生的动手能力。

2.培养学生的编程能力与计算思维

在美国，孩子从4岁起就已经开始接触编程逻辑思维，欧美国家编程教育的普及，也使得越来越多的中国家长开始关心起孩子的编程技能及创造能力的培养。计算思维是“运用计算机科学的基础概念进行问题求解、系统设计以及人类行为理解等，它涵盖计算机科学之广度的一系列思维活动”[32]。利用教育机器人合理设计教学活动能够提高孩子们的编程能力，培养学生用计算思维方法去发现问题和解决问题的能力。编程能力和计算思维就像阅读、写作、数学一样，应该成为21世纪学生必备的一项技能。

3.培养学生的团队协作能力与问题解决能力

机器人教学活动一般以学习小组为活动单位，学生是学习活动的主体和中心，教师指导为辅。小组成员之间相互配合，通过讨论和反复尝试，合作解决老师布置的任务。这个过程可以提高学生的团队协作能力和问题解决能力，使学生受益终身。

4.培养学生的21世纪技能与综合素养

21世纪最关键的技能是学习与创新技能，如信息、媒体和技术技能，生活与职业技能[33]。与传统教育的学科分类不同，机器人教育的综合性很强，集成了物理、数学、化学、生物、计算机、机械、电子、材料、能源、人工智能等学科，学生可以学到多领域的知识与技能。学习过程动静结合，学生的思考能力和实践能力都得到提升，获得更加全面的发展。机器人教育能够很好地将核心学科学习与跨学科技能的学习有效结合起来，以培养学生的综合素养。

5.特殊教育领域的作用

在特殊教育方面，机器人教育也有着不可替代的重要作用。教师可以对机器人编程或者使用教育机器人身上的程序，让机器人与患有自闭症的孩子进行交流互动，使他们从中获得一些与人互动的技巧。尽管他们可能有学习障碍和社交障碍，但他们也会自然而然地被机器人吸引。这样一来，机器人可以成为他们的学习工具与伙伴，帮助他们学习知识和社交技能，进而建立社交关系。

五、对机器人教育的反思与展望

我国机器人教育的发展还处于初级阶段，关于机器人教育的研究也没有国外深入，并且在教学实践中还有不少的问题亟待解决。2013年8月，美国教育部教育科学研究所和国家科学基金会颁布《教育研究和发展通用指南》指出，教育研究分为基础研究、早期阶段或探索研究、设计和开发研究、效用研究、有效性研究、规模化研究等六种类型[34]。针对机器人教育的发展，我们现已到了需要建设机器人教育的研究和发展的生态环境，不断加强教育的基础研究和探索研究这一新阶段。

（一）需要更多关键技术的支持

语音识别、人工智能和仿生科技是目前发展教育机器人的三个关键技术[35]。语音识别是机器人与人类沟通的重要手段；人工智能使教育机器人能够模仿人脑进行思维；仿生科技使教育机器人能够做出如人类或其他生物一样细腻的动作。2018年，自然基金信息科学部设立F070106教育机器人，用于解决教育机器人装备架构、教育机器人智能模式、教育机器人交互技术、教育机器人应用等方面的关键技术。智能性、互动性、角色性等是衡量教育机器人产品的重要指标，我们希望教育机器人具备像人一样思考和行动，从而能够更好地辅助教学，与学生进行互动，这离不开机器智能相关技术的支撑。

（二）开展机器人教育的难重点研究与师资培训

学术研究的重点应从现状分析向深入研究、从理论向实证进行转变，并且加强机器人教育的评价与师资培养方面的研究。目前，国内关于机器人教育的研究大多为研究综述和现状分析，而关于机器智能如何驱动教育发展、“人工智能+教育”对于学生素养培养的作用等内容，还缺乏深入的研究。我们需要对“人工智能驱动教育的基础理论与方法”进行相关研究与攻关。另外，关于教育机器人的教学设计、课程开发、实践应用之类的研究较少。今后的研究应该向实证研究方向倾斜，以教学实践为基础，切实推进机器人教育的发展。由于国内关于机器人教育的教学评价和师资培养方面的文献屈指可数，机器人教育的教学效果一般又是潜在的，利用目前的教学评价系统难以精确量化，因此，如何对机器人教育进行客观有效的评价仍是一个难题。同时，机器人教育的师资队伍也比较薄弱，专业的机器人教育教师相对匮乏，这在一定程度上也制约了机器人教育的发展。所以，加强机器人教育教师的培养，应成为今后一段时期机器人教育的研究重点[36]。

（三）教育应用从学科内容向能力转变

目前，国内的机器人教育正经历着由“竞赛导向→能力导向”的转变，机器人教育不再以竞赛为目标，而是以培养学生信息素养和综合能力为目标。由于机器人自身的综合性和应用领域的广泛性，机器人课程跨学科交叉的特征十分明显。在中小学教育中，机器人教育应该与创客教育、STEAM教育相结合，融入到日常的学科教学中，促进跨学科融合和课程改革。机器人教育不仅可以与信息技术课相结合，也可以与语文、数学、英语、物理、化学、生物等基础学科教学有机融合。比如，可以通过与人形机器人的对话互动，来帮助小学生提高语言技能；利用仿生机器人来学习生物知识和物理知识等。面向智能时代，机器人教育可以与3D打印技术、开源软件、开源硬件相结合，以拓展学生的知识面，培养学生面向21世纪的综合技能，有条件的学校还可以开设与机器人教育相关的校本课程。

（四）强化产品开发与教学应用的联系

机器人教育产业链涉及硬件制造、平台开发、应用服务提供等几类厂商，但目前很多机器人公司只负责教育机器人硬件的开发、制造、组装及测试，提供简单的产品说明和操作手册，并不参与课程开发和教学设计。这样的产业模式，显然不利于机器人教育发挥最大的作用。只有当教育机器人的制造商与学校教师共同参与课程开发和教学设计，设计开发出丰富的教学情境应用程序、服务与内容，才能使教育机器人真正满足教与学的需求。在普及推广机器人教育方面，可以借鉴日本“产政学合作”的经验，即政府、企业、学校三方加强合作，进一步完善机器人教育的产业链。

随着科学技术的不断发展、软硬件技术的不断成熟、制造成本的逐步降低，机器智能从根本上改变了我们现有的教育方式，教育机器人将会越来越广泛地应用到教学中去，开展机器人教育已是大势所趋。特别是在“教育信息化2.0”与“人工智能+教育”的背景下，机器智能与教育教学会不断融合，机器人教育本身高度的学科交叉与综合性，使之能在教育领域发挥重要的作用，不断推进教育创新与教学的变革。