建构可持续发展的机器人教育生态体系*

夏勇 郭洪

摘   要：人工智能时代机器人教育的重要性越来越受到社会各界的重视，浙江省依托教育机器人应用试点示范学校建设工作，就建构可持续发展的机器人教育生态体系作了有益的实践探索。

关键词：机器人;教育生态;持续发展

中图分类号：G434 文献标志码：B 文章编号：1673-8454（2020）23-0034-04

国务院印发的《新一代人工智能发展规划》，明确提出在中小学阶段设置人工智能相关课程、逐步推广编程教育、建设人工智能学科，培养复合型人才。教育机器人应用试点示范学校建设是浙江省“十三五”期间推进教育信息化发展、促进信息技术与教育教学融合的重要抓手和有效载体，旨在培育示范学校、培养种子教师、普及机器人教育、创新人才培养模式，从而构建可持续发展的机器人教育生态体系。

一、政策引领，积极推进系列活动的规范化

1.谋划原点，厘清“机器人教育”核心要素

2018年6月，浙江省教育厅开始启动教育机器人应用试点示范学校申报与建设工作，力争到2020年，建成100所特色鲜明、具有示范引领作用的教育机器人应用试点示范学校，推动中小学校开展智慧教育。由此，浙江省从省级层面明确了教育机器人应用试点示范校建设的宗旨和任务，厘清了“机器人教育”工作推进的核心要素。一是探索推进机器人和人工智能技术在教育管理、师资培训、辅助教学、教学评价等方面的应用，促进与教育教学的融合创新;二是探索在中小学校设置机器人和人工智能课程，通过结构组装、编程控制、创意创作等培养学生对机器人的兴趣，以及动手、协作和创新能力，提升科学素养和信息素养。

2.建立支点，保障“机器人教育”实施推进

省级层面“顶层设计”的优势在资源调配上反映得最为明显，这一举措从源头解决了基层学校工作推进中的问题，做到了统筹兼顾。省级层面通过资源调配进行顶层设计，以一系列举措为支点，统筹兼顾，推进机器人教育在基层学校的开展。

一是组建浙江省教育机器人应用指导专家组。成员由高校、省市教研室、教育技术中心等在信息化、机器人教育教学、课程建设等方面具有深入研究和丰富经验的专家学者组成。其主要任务是在浙江省教育技术中心领导下，对中小学校开展教育机器人工作进行研究、咨询和指导。

二是开展系列活动并不断续航。浙江省通过持续开展试点示范建设学校培训、典型应用案例征集、建设研讨、示范校评估等系列活動不断为示范校建设活动推进续航。

三是通过竞赛展示促进师生素养的提升。通过举办中小学电脑制作活动、创客大赛，培养中小学生利用信息技术发现问题、分析问题、解决问题的能力，全面提升学生的创新思维、动手实践能力和信息素养。通过教师教育机器人技能比赛，不断促进教育机器人教师专业能力提升，有效提升了教师的学科素养。

3.确定锚点，构建“机器人教育”评价体系

合理构建示范学校评价指标不仅可以为考察学校层面的建设情况提供一种评估手段，也能为提升学生信息素养指明方向。《浙江省教育机器人教学示范学校评价指标体系》，经过专家意见征询和反馈，优化并确定了相关评价指标内涵及其权重，最终形成了较为科学的评价指标体系，如图1所示。

评价指标主要分为5个一级指标、15个二级指标，涵盖“组织领导、条件保障、教育教学、社团活动、特色与创新”，赋分的权重着眼于“条件保障”、“教育教学”两大指标。

二、协同提升，积极推进实施项目的系统化

1.四级联动，构建项目管理的运行机制

建立省、市、县、校四级联动体系，推进机器人和人工智能的教育教学。省级层面分别成立小学、初中、高职学校机器人协作组，分学段开展相应活动;市县级层面成立区域机器人协作组，组织辖区内示范学校开展具体活动;每个协作组都有牵头学校和成员学校，每次活动分别由牵头学校负责组织实施。通过动态整合指导组专家资源和当地资源，利用学段协作组组内同质特点和区域协作组组内异质特色，形成协作型项目运行机制，明确职责，协调推进教育机器人示范学校建设。

2.多方协同，整合各个部门的专业优势

一是建立“四位一体”协同机制，从资源整合入手为工作的推进增添新动力。

以绍兴市越城区为例，越城区教师发展中心是集教学研究、教育科研、教师培训、教育技术四位一体的单位。为积极推进工作的开展，越城区分别成立了“课程研发与学业评价指导委员会”、“教师培训和教育科研指导委员会”、“教育技术应用与管理指导委员会”，从区域层面开展机器人教育的顶层规划，并在专任教师培训、教学研讨、拓展课程共建、小课题研究、区域机器人竞赛等方面，进行了探索与实践。

二是建立校外课程实践基地，从资源拓展入手为工作的推进增添新途径。

以绍兴市为例，绍兴市教育技术中心与绍兴科技馆联合打造了中小学科技教育实践基地，构建了校外科技活动场所与学校拓展课程相衔接的有效机制。基地研学活动的场所主要分为科学梦工场教学区和展教活动区。作为课程开设的主要阵地——科学梦工场教学区共有16个专用实验室，其中人工智能实验室、机器人学科教室所开设的《WeDo》等课程更是受到学生的追捧。2017年至2020年基地连续四年获全国青少年人工智能活动特色单位称号。

3.协作推进，实现研究经验的共同分享

如果说“四级联动”是纵向层面项目顺利开展的保障措施，那么在横向层面的“协助组联动”，则打破了壁垒，为不同学段、跨区域、跨学校的活动组织凝聚了合力。通过协作组活动，小组成员内部优势互补，相互促进，不但为组内的教师提供了一个互相交流和学习的平台，着力提升了教师的专业能力，也让越来越多的学生感受到了机器人教育的魅力。

以嘉兴教育机器人协作组为例，协作组由嘉兴技师学院、经开区塘汇实验学校、桐乡市茅盾实验小学、桐乡市振东小学、桐乡市语溪小学、秀洲区王江泾镇中心小学等学校自发组建，每次活动由协助组内不同的学校牵头开展。活动中，与会人员共同观摩机器人展示课、交流智能机器人课程教学实践心得、分享各校在创建工作中的做法与困惑，并围绕如何开展机器人课程建设与应用进行深入研讨。同时，协助组的活动也辐射到了其他周边学校，为其他学校开展机器人教育应用指明了方向。

三、培育特色，积极推进课程建设的校本化

1.统筹规划，践行学校的办学理念

办学理念是一所学校的精神和灵魂，是办学者在办学实践中对学校的理性认识和理想追求。学校应该通过既定的育人目标统筹规划，以核心素养为导向，充分挖掘地方和学校文化资源，在机器人教育方面找准项目加以建设，因势利导，深入挖掘，不断升华，建立符合学生成长需要的总体目标，形成自己的特色。

以杭州市余杭区天长世纪小学为例，学校秉承“差异教育”的办学理念，营造“开卷正心”的教学氛围，践行“育人心志、启迪智慧”的总体目标，培养“博艺尚美”的世纪少年。学校将基于普惠教育的机器人校本课程建设与实施纳入学校的发展规划，目的就是在和谐的校园中培育学生健康良好的心智，让学生在学校中找到自己感兴趣的课程，发现适合自己的课程，走进能促使自己提升的课程。学校课程指向学生“科学精神”素养的培养，“探索”科学和人工智能技术，将科学知识和信息技术赋予动手操作实践的体验，在“玩”中生“趣”，在“探”中究“新”，同时也为学校教育注入了新的活力。

又如金华永康第五中学，学校将“人格健全、善于学习、勇于创新、持续发展”作为育人目标，在育人目标的引领下结合学校办学理念“实践引领成长”，立足校本课程改革和实践，构建了有五中特色的“行在五中，绿色成长”课程体系。课程以“行文化”为中心点，辐射出“习德行、实践行、笃志行”三大类型课程，涵盖道德涵养、体育健康、科学人文、艺术才能等系列。“实践行”下设“智学”、“雅美”、“趣创”，“趣创”通过编程、创客、人工智能、机器人课程，激发学生“爱科技、学科技、用科技”的志趣，培养学生的动手、动脑能力，培养学生的创新精神、创新意识、创新能力，进一步全面提高学生的信息科技素养，锻炼创新精神和实践能力。

2.配足开齐，提高专用教室的使用效率

机器人专用教室的建设需要注重科学的环境布置与教学资源的有效配置，在配足各类设备的同时，开齐、开好机器人课程，积极提高专用教室的使用效率。

以温州市第十四中学为例，学校的机器人教育项目设计了三大类活动教室：一是机器人实验室，二是机器人拓展实验与开发创客车间，三是编程与图形设计机房。设备设施均按照教学和实验相结合的布局模式，给学生提供体验创新创造和动手实践的机会，充分满足师生的教学探究需求。其中，智能机器人实验室配备各类机器人标准套件，根据需求逐年升级，能满足机器人普惠课在全段进行教学的需求，人工智能套件也能满足校本拓展课的需求。因此，学校的“科技楼”成了学生最向往的学习活动场所。

又如湖州市长兴县吕山乡中心小学，学校的“LDM创客空间”和“智慧机器人实验室”颇具特点。“LDM创客空间”是一个集3D打印教育、智能机器人、简单物联技术研究和DIY动手制作等多方面研究的师生活动空间，学生可以使用3D打印机、电烙铁、简易单片机等设备和资源，将机器人编程、结构搭建与3D打印、小机床加工等DIY创作结合起来。“智慧机器人实验室”则是在浙江省教育技术中心提供的创新实验室基础上，经过不断改造与添置，逐渐形成一个以智能机器人套件搭建为主的创新实验室。创客空间和机器人实验室为学生量身打造了真正的造梦工作室，深受师生喜爱。

3.分步实施，建设开放多元的拓展课程

（1）堅持“以生为本”，深化学科核心素养的培养

拓展性课程的开发首先应该考虑课程建设是否基于学生的核心素养，开发实施基于学生的需求与发展的“生本课程”，在学生学习的基础上，对课程进行评价反馈，并对课程做出相应调整，以保障课程在相对稳定中更新、在不断发展中完善。

以杭州市学军小学为例，学校开设的《飞驰的虚拟小车》拓展性课程立足提升学生学科核心素养，采用生活情境化的仿真场景，通过搭建虚拟机器人并用可视化儿童编程实现机器人的运动，课程框架如图2所示。课程在教学目标上进行了分层设计，在教学内容选择上循序渐进，对各个年级的学生分别设置了不同的教学目标与内容。从基本的搭建与程序编写，到增加传感器的使用完成综合性的智能化的任务，以不断发展学生的动手实践能力、自主探究能力。又如，舟山绿城育华（国际）学校聘请设计团队结合地域特色以舟山洋山港集装箱码头为蓝本，构建了《江海联运人工智能装卸》校本课程。学生通过动手搭建装、卸货装置，AVG运输小车，并编写控制小车巡线检测障碍物和位置等程序，增强了对机械结构的认识，并有效提升了编程逻辑思维能力，模型如图3所示。两个学校都把相关课程作为小课题开展持续研究，注重课程实施后的改进，让课程处于动态的自我更新状态，让课程更受学生欢迎。

（2）坚持“学为中心”，提升项目课程学习的实效

项目式学习方法是以学生为中心，学生在实际操作的过程中，通过不断学习信息技术理论知识，提升学生的实践能力，这与机器人课程的实施非常契合，因此，教师应整体规划设计课程，促使学生形成核心素养。

以柯桥区实验中学为例，学校将STEAM教育理念与机器人教育结合，先后开展了《地球有多大》《火星上的飞行探测器》《风力涡轮机挑战》等STEAM教育项目课程与课堂实践。在项目活动中，通过教师对科学中的力学、空气动力学等知识的讲解，指引学生理解按照工程设计流程设计、制作、测试、展示、迭代一个火星探测机器人的方式，从而提高了学生的科学、信息、数学知识应用、工程设计能力。

（3）坚持“能力导向”，建构多元层级培养的体系

对机器人教育进行普及，扩大机器人普及教育受众面，这是人工智能时代机器人教育的时代需求。这就要求我们变竞赛导向为能力导向，建构“普及教育—社团培养—竞赛提高”的三级体系，最终达成优质人才资源的阶梯培养和学校机器人教育的可持续发展。

以宁波市海曙区高桥镇中心初级中学为例，学校根据不同的学情，使校本课程、学生机器人社团、主流科技竞赛三条主线并行发展，满足不同层次学生的需求，全面覆盖了科普入门、爱好兴趣、能力提高三个方面。为促进社团活动高质量开展，学校重点建立了机器人教学家长认可、班主任支持、学生学习意愿强烈且表现突出、指导教师充分认可的“四维”选拔制度，教学情况评价、活动和竟赛评价、家长和高中教师评价的“三方”教学评价机制，使学校机器人教育从制度上实现了可持续发展。

又如上虞区闰土小学，学校制定了《闰土小学“扬帆机器人”拓展性课程实施方案》，将机器人课程纳入学校“有道素养”拓展性课程体系，推进普及教育。学校构建了基础搭建、基础编程、创意编程三个递进式机器人教育课程框架，根据学生年龄特点，分别在三至六年级信息技术课中实施常态化普及教育。三、四年级每学期安排6课时，五年级每学期安排7课时。目前，《基础搭建》、《创意编程》、《IRobotQ3D》相关课程，分别在对应年级中选择了两个班级开展实践，六年级则在信息技术学科机器人教学单元中开展软银pepper机器人融合教学。同时学校还积极实施机器人社团精品化，通过设置高品质社团文化、机器人社团队服等多种举措，在校内营造以进入机器人社团为自豪、为向往的良好氛围，优化机器人教育环境。目前，学校机器人教育应用成果已初显成效，惠及了多层次的学生，也凸显了学校机器人教育的品牌特色。闰土小学机器人普及教育课程结构如图4所示。

综上所述，机器人教育有助于学生的逻辑思维能力、创新精神的培养和实践动手能力的培养。浙江省开展教育机器人教学示范学校建设活动，以期通过顶层政策引领，构建协同提升的机制，通过培育学校特色，尝试建构可持续发展的机器人教育生态体系，以此来推动机器人与教育教学的深度融合，并为培养具有创新能力和合作精神的人工智能高端人才做好铺垫。

参考文献：

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（编辑：王天鹏）