中小学机器人教育中的问题及思考

张世超

摘   要：机器人是具有战略意义的领域，要加强中小学机器人教育。通过调查，当前河北省县级及以下中小学机器人教育存在教师缺乏、机器人教育的硬件配置良莠不齐、机器人教育教学实效低等问题，为有效解决上述问题，学校及有关部门应以师资、硬件及教学课程等为抓手，促进河北省县级及以下机器人教育的发展。

关键词：机器人教育;师资建设;硬件设备;课程设计

中图分类号：G633.98    文献标识码：A    文章编号：1009-010X（2019）21/24-0033-03

智能機器人技术融合了机械，电子，传感器，计算机软、硬件，人工智能等众多先进技术，体现了当代信息技术多个领域的先进技术，是信息技术的重要内容。因此，在信息技术教育中渗透机器人学科知识与机器人应用前景方面的教育是当今科技发展的必然趋势。2017年，国务院印发《新一代人工智能发展规划》，明确指出应逐步开展全民智能教育项目，在中小学阶段设置人工智能课程。虽然，全国很多地区的小学都开展了机器人教育课程，但机器人教育在小学开展过程中遇到了些许难题，制约了机器人教育的发展。为了能更好地开展机器人教育，笔者展开了本项研究，主要调研了河北省县级及以下中小学机器人教育的问题，并针对上述问题进行了思考。

一、中小学机器人教育现状及问题

（一）机器人教师现状及问题

笔者对河北省机器人教育的教师现状进行了调查，调查对象来自河北省校外教育组织的机器人骨干教师培训中的参训教师和河北省电教站组织的机器人教师培训的参训教师。调查的92位教师在原单位都是从事或即将从事机器人教学工作的专任或兼任教师。在这些教师中约有59%的教师具有信息技术学科背景;约有10%的教师有物理学学科背景;有14%的教师具有数学学科背景;而约有11%的教师具有科学教育专业背景;具有人工智能和其他学科专业背景的教师占比较小，只有2%和4%（如图1所示）。从调查结果中看，绝大多数的参训教师具有理工科专业背景，而具有人工智能机器人专业背景的且从事机器人教育的教师占比较少。

表1是机器人教师的从教时间，如表所示：有14.13%的教师从事机器人教育小于一年;有41.30% 的教师从事机器人教育1～2年，其对机器人教育有一定的了解，是各地在将来推广普及机器人教育所依靠的中坚力量;有30.43% 的教师从事机器人教育在2～3年，这部分教师是当前机器人教育的骨干教师;而从事机器人教育大于3年的占比14.13%，这些教师具有丰富的教育经验和竞赛经验，是当前机器人竞赛中优秀的指导教师。

总的来说，机器人教师方面的主要问题表现在：1.教师数量欠缺，由于机器人教育是新鲜事物，在现有的教师培养系列中机器人教师属于稀缺资源，中小学机器人教师普遍缺乏。2.教师队伍的专业知识储备有待提高，大部分机器人教师具有理工科背景，专业的人工智能方面的机器人教师少之又少，且从业时间较短，缺乏丰富的教学经验和竞赛经验。此外，机器人教育除了程序控制外，合理的构建也是必需的，但注重机械构建的教师也非常少。

（二）机器人教育硬件配置现状和问题

表2是对机器人专用教室配备的情况调查。如表2所示：有22.83%的教师所在学校有专用的机器人活动教室，这些学校一般分布在经济较为发达的地区;71.74%的教师所在学校没有配备专用的机器人活动教室，且机器人装备仅配置到了县青少年活动中心，学校不予配置。

总的来说，机器人教育在硬件配置方面的问题为：1.机器人专用教室及机器人设备配置率低。很多县域都没有把机器人专用设备配置到学校，仅仅是给青少年活动中心配置了一小部分设备，这些设备并不能满足学校日益增长的学习及教学需要。2.机器人装备质量良莠不齐。很多活动中心及学校配置的是一些流传度极低的机器人设备，这些设备没有资格参加一些较为正规的机器人竞赛。3.机器人器材缺乏标准导致课程体系设计无法统一。各机器人厂家的机器人器材除外形不一致外，控制芯片、传感器、数据接口等均不统一，这导致课程内容体系的统一设计无从谈起。

（三）机器人教学方面的现状和问题

关于机器人教学层面的调查，主要涉及教学规模和教学组织形式、教材、教学方法。师资配备直接影响机器人教育的规模和教学形式，图2是机器人教育的组织形式统计图，如图2所示：机器人教育组织形式中占主导地位的是活动小组和竞赛小组模式，分别占比39.68%和36.51% 。较低的机器人装备配置率和较为缺乏的师资，不能满足较多学生同时学习机器人课程的需要;此外，有限的教师和机器人设备使得真正接受机器人教育的学生人数非常少。而采用班级授课模式占比14.29%，这些学校的机器人设备相对较多，能够同时满足较多的学生进行学习，一般是按照小组形式进行授课，每班人数20人左右。

如表3所示，在机器人教材方面，由于开设机器人课程的学校多以校本课程的方式开设，他们或者使用自编教材，或者没有使用教材，这两者分别占据调查比例的52.38%和17.46% 。有25.40%的教师使用了统一采购的教材，所谓统一采购的教材也多是由机器人厂家编写的类似产品说明书式的教材，即产品使用手册，致使教学目标不明确、教学重点不突出、课程缺乏精心的设计。

在教学方法层面，一线教师常用的教学方法是任务驱动法、讲授演示法、讲练结合法，分别占调查教师总数的66.67%、63.49%、50.79%，此三种方法也是普通信息技术课堂的常用方法。但在国外，常用的机器人教学方法是项目教学法和实验法，且项目教学法被很多教育者认为是非常适用于机器人教育的方法，其常常需要学生合作设计、构造和操控机器人项目作品，但在我们的调查中，这两种方法的选用率仅分别为23.81%和28.57%。

总的来说，当前机器人教学现存的问题有：1.机器人教育受益人群少。机器人教学采取的是兴趣小组或竞赛小组模式，使真正学习机器人的学生仅占很小比例。2.缺乏课程标准，这导致当前各学段的机器人教育的教学内容、教学目标、教学重点和难点等不明确，缺乏教学内容的连贯性。

二、中小学实施机器人教育的建议

（一）强化教师培训，加强教师队伍建设

教师的专业化水平是推动机器人教育不断发展并提升其实效性的必要条件。但目前教师的专业化水平不高，有些学校安排信息技术教师或者其他课程的教师来兼任机器人教育课程。针对此种情况，教育主管部门和学校要加大机器人教育的培训力度，组织教师参加各级机器人教师培训，努力培养一支优秀的机器人教师团队。

（二）加大资金投入，规范器材配置，建立机器人器材标准

首先，加大机器人教育资金投入力度，在学校配置机器人专用教室及一定数量的高质量机器人设备，并对这些设备实时更新，以满足不同形式的竞赛需要。其次，规范器材配置，建立机器人器材标准。机器人课程对器材具有显著的依赖性，各厂家应将核心部件中的控制器、传感器、数据接口等进行统一，以为课程内容体系的建立打下物质基础。

（三）做好课程顶层设计，建立课程体系

当前的机器人教育采用的是竞赛或者兴趣小组模式，受众人数较少。要想实现机器人教育从小众范畴向大众范畴的转变，必须做好课程的顶层设计，建立课程体系。如在时间序列上形成小学、初中、高中相互衔接的机器人课程体系;在横向联系上，与程序设计、物理、数学、通用技术等课程内容合理整合、相互支持;制定全国性的机器人课程标准。只有这样才能规范课程开设的目标、内容、课时、教材、师资等与课程配套的相关要素。