美国KIBO机器人课程的实践分析与改进

钟莉 刘晴 黄芳华 赖桂花 吴彦林

摘 要：人工智能时代，幼儿编程发展迅速，幼儿编程课程的开发和应用也得到较大的促进，如KIBO机器人课程。但是，其实施效果欠佳，存在一些问题，如行动路径过于理想化、无法查看扫入的程序、按键太单一、售价高、普及率低等，需要进行改良，提高KIBO机器人课程实施效果，促进幼儿编程教育发展。

关键词：KIBO; 机器人; 编程教育; 课程分析与改进

中图分类号：G434         文献标识码：A         文章编号：1006-3315（2021）12-008-002

近年来，随着大数据和人工智能的快速发展，国家和各级政府高度重视，出台系列政策措施推进幼儿编程教育。例如2017年浙江将信息技术编程纳入高考科目[1];2018年，重庆明确要求：小学、初中累计不少于36课程[2];2020年教育部在相关的答复函中指出：已制定专门文件，将包括编程教育在内信息技术内容纳入到中小学相关课程[3]。因此如何有效推进幼儿编程教育是我们当前急需改革与实践的重要课题。然而我国幼儿编程课程起步较晚，幼儿编程课程的开发和应用大多数都是引进和借鉴国外的幼儿编程技术，如美国KIBO机器人课程。在实践中，该课程本土化实施效果欠佳。

一、KIBO机器人的概况

（一）KIBO的发展

KIBO机器人课程是由毕业于美国麻省理工学院媒体实验室的MARINA教授，领衔塔夫茨大学KINDERLAB ROBOTICS实验室，在美国国家科学基金会资助下，成功研发KIBO机器人及配套的课程[4]。该课程体系基于国际先进的STEAM教育理念，根据美国及其周边国家的使用案例与市场反馈，在全美四十多个州普及，并在欧洲落地。2019年波士顿美亚集团将KIBO机器人及其教学课程引入中国大陆市场并做好本土化改进，命名为CODE KEY编程课程[5]。

（二）KIBO课程体系

该课程体系是以美国知名编程教育机器人KIBO为载体，由国内外教育学背景的专业团队设计开发，是国内低龄段编程教育赛道，非常具有竞争力的一套课程体系。该课程体系专为3-8岁孩子量身打造的，培养工程实践思维和计算思维能力的STEAM教育课程体系，以提升中国孩子在人工智能时代的核心竞争力为最终愿景[4]。

1.KIBO课程的目标

KIBO的课程目标旨在提升幼儿编程的能力，对幼儿编程进行启蒙，通过寓教于乐、团队协作的教学方式，激发幼儿对编程的兴趣。在学习中掌握编程的基本理念，树立新的思维方式。在学习过程中，提高幼儿在相关学科上的能力与综合素养[6]。

2.课程内容

KIBO课程的设置主要包含8节课，每周1节课，每节课2小时，每节课分2次进行授课，每次授课时长1小时。

8节课授课内容如下：第1节课，学习KIBO机器人有关配件的调试、设计过程的概念;第2节课，了解机器人特殊组件、组件上条形码、技术、技能等，掌握组建机器人小车，遵循的命令;第3节课，学习编程指令及排序;第4节课，学习传感器的知识，使用声音传感器编程机器人;第5节课，学习重复指令和参数;第6节课，掌握光和距离传感器的使用;第7节课，学习控制流程的概念，掌握条件语句，学会根据传感器的状态对机器人进行编程;第8节课，成果展示汇报。幼儿对所学的编程内容和核心概念进行迁移与应用，按照给出的路线对机器人进行编程，并控制机器人到达目的地[7]。

3.课程特点

一是思维开放性。KIBO机器人具有极强的思维开放性，在思维上对幼儿进行引导。如我们想让kibo机器人按照我们心中所想的去执行指令，从这个地方到另外一个地方。我们可以把路线拆解，换成一个又一个的指令，例如我想让它进行直行10步，然后左转再直行五步，再右转直行五步，最后停下。我们可以依次扫码输入“begin（开始）——forward（直走）（扫描10次）——turn left（左转）——forward直走（扫描5次）——turn right（右转）——forward直行（扫描5次）——end（结束）”。

二是团队合作性。在学习过程，强调寓教于乐，注重团队协作。通过让孩子适应拆分步骤的思维方法，让孩子尽快养成独立思考，懂得用拆分的方法去完成既定的目标。引导幼儿建立并完善编程思维、逻辑思维、计算思维。同时，引导孩子们通过协作使用编程块来构建一系列代码来控制机器人的动作和声音，灵活地搭建机器人、制作自己的拼贴画、分享玩具。

4.课程评价

幼儿在寓教于乐的KIBO机器人编程学习中，培养计算机的思维能力，掌握了学会用步骤将问题化简，以清晰、有条理的思路去解决问题。以小组方式去学习，在学习过程中，懂得了与同伴分工合作和交流。在学习中由于不可抗力因素，而产生的路线偏移，幼儿可以在教师的正确引导下，积极探索路线產生偏差的原因。培养幼儿敢于批判，敢于质疑，勇于创新，积极探索问题的能力。运用一些科学原理来解释这些出现的问题，能够将此类问题与今后学习的“物理”、“数学”等学科的知识联系起来，起到了一个实质性的启蒙作用。也进一步鼓励幼儿积极探索新领域，培养发散性的思维能力，掌握解决问题的能力。

二、KIBO机器人实施现状

作为国际大都市，广州幼儿编程教育相对起步快，幼儿编程相关机构相继出现。带有商业性质的编程机构，捕捉住家长“望子成龙，望女成凤”的心理，逐渐兴起一股“编程热”。

通过对广州市花都区幼儿编程机构KIBO课程实施的调查，我们发现KIBO的课程实施模式都存在延展性。首先，KIBO课程前几节课是由编程老师对幼儿进行编程教育与启发。让幼儿掌握KIBO机器人的相关构造及操作。其次，教师会对幼儿进行分组，让他们根据前面课程学到的知识，进行团队协作，自主编程KIBO机器人。让幼儿自己设计路线将KIBO机器人从起点送达目的地。以实际的操作培养幼儿的动手能力，培养幼儿的编程思维。最后，进行汇报展示，分享学习成果。

根据我们对于花都区XX幼儿编程机构课程观察，我们发现了KIBO幼儿编程课程实施现存的一些问题。

（一）KIBO课程实施现存问题

1.行动路径过于理想化

根据幼儿编程机构课程教学观察，两组小朋友在同一个起点，输入同一指令，KIBO机器人开始运动。一般来说，这两组机器人应当是到达同一个目的地。可是结果却多次与之相驳。通过观察KIBO机器人的运行轨迹，发现前后两次的运行轨迹，都有差别。走直线的差别较小，而经过旋转或者转弯后再直行的差别较大，甚至在后面会发生两个完全不同方向的运行轨迹。

根据观察发现，由于车轮本身设计问题，车轮小且与地面的接触面也很小，车身较轻，不同地面的摩擦力也不同等原因，会影响到它的行动路径，造成行动路径的偏转，以至于指令相同，而走出不同的路径，使得机器人偏离既定的轨道，甚至发生很大地改变，没有办法正确地完成指令。

2.无法查看扫入的程序

根据对机器人的操作可以发现KIBO机器人仅仅只有一个扫码器（传感器），没有显示屏。操作机器人需要通过扫码器来输入指令，而扫码器仅仅用于扫码，而没有办法把扫进去的码通过屏幕展现出来，这将无法查看指令的功能。调研发现，上课过程中，幼儿经常会问：“老师，下一个该扫哪一个积木？”而这时候授课的老师也很难回答他们所提的类似问题。只能通过启动机器人来判断。

此外，扫码器不够灵敏。KIBO机器人的扫描器，属于红外线传感器，且感应范围也小，需要通过条形码对准扫描器，才可以扫入指令。可是幼儿在使用过程中经常会出现扫码扫不上或者出现存在着重复扫描的现象。

3.按键太单一

KIBO机器人仅有开关机的键。而在实践过程中发现，在机器人的扫码过程中，极易出现多扫、漏扫、错扫等现象，而这时候就需要一个删除键来进行改正。KIBO机器人并没有delete键，孩子在扫码的过程中如果出现错扫时，就需从头开始进行扫描，这就会造成学习成本过高，且可能让幼儿产生厌弃的心理。

4.售价高，普及率低

KIBO机器人在国内是没有生产销售的，全都来自于进口，而进口售价又相对比较高，市场的普及率低。调查发现，许多机构的KIBO机器人在上课时，需要五六个甚至更多的小朋友一起共用一个。而学习操作的团队人数过多，不能很好地发挥小朋友各自的特长，一些不善言辞的小朋友，在团队中更没有机会接触到KIBO机器人，导致一些幼儿对KIBO机器人的操作不足。

5.语言障碍加大学习难度

在上课的过程中，发现带有条形码的积木的命令是以英文为主，箭头为辅。这无疑加大了我国幼儿学习难度，一方面要记住辨别积木上面英文，一方面要理解其表达的意思。可是，很多幼儿方向感与理解能力也不是很强，仅仅通过箭头来分清楚路径与方向，但是对于前进和后退两个又很容易混淆。

三、美国KIBO机器人课程的改进对策

（一）改进机器人外观，更换车轮

一是把KIBO机器人的轮子换成一种较宽的轮胎，摩擦力较大的轱辘轮，减少地面摩擦力对车轮偏转的影响。

例如汽车在比较光滑的路面行驶，需要换上防滑的轮胎，来增大与地面的摩擦力。比较而言，自行车遇到障碍物时，如果经过障碍物，自行车收到的偏转，比汽车的要大。由于kibo机器人的重量是固定的，牵引力无法改变，但是可以改变摩擦力使得正常行驶。

在kibo机器人教学的过程中教师是无法去改变上课时的地板。所以可以改变轮胎。因为轮胎与地面的接触面积和轮胎面的花纹会直接影响摩擦力。所以可以通过增大KIBO机器人轮胎的接触面积和增大车轮的花纹。即换一种大一些而花纹多些的车轮，来改善教学过程中KIBO机器人的路线偏移。

二是两轮改变为4轮，并使得两侧轴距相同，对四轮进行固定。

（二）增加显示屏

通过在扫码器上面再加一个显示屏，通过显示屏展示出扫入的指令，来解决无法观看了KIBO机器人仅仅通过扫码器来输入指令，扫码器仅仅用于扫码，而没有办法查看指令的这一缺陷。使得教师在日常教学工作中，及时发现学生扫入的指令正确或错误。

（三）添加一个“delete”按键

在实践过程中，如果出现扫码错误，多扫或者漏扫的现象，这时候就可通过一个delete键来进行改正。KIBO机器人并没有delete键，如果出现错扫时，就需从头开始进行扫描。对于昂贵的幼儿编程课程价格来说，这是一种极其浪费时间和精力的，尤其是对于低龄的孩童来说，多次的重复操作，大多孩子会失去学习的兴趣或者是觉得这个过程是痛苦的，产生排斥的心理。

（四）加大幼儿编程自主研发生产

随着我国科技创新水平的提高，国家对编程教育更加地重视。积极研究、努力丰富我国幼儿编程的课程，对国外编程教育的教学工具进行研究与借鉴，取其精华，综合创新的研制适合我国幼儿学习与发展的编程教育工具及开发具有我国特色的编程教育课程，使每个幼儿有机会区接触编程、学习编程，方便幼儿对编程的学习[8]。

基金项目：本文为2020年广东省科技创新战略专项（攀登计划专项）“广州幼儿编程教育的实证研究——以花都幼儿园为例”的研究成果之一，项目批准号为pdjh2020b1037）

参考文献：

[1]浙江省深化高校考试招生制度综合改革试点方案[EB/OL]https：//www.zjzs.net/moban/index/4028485474720c500174721cf8410012.html.

[2]關于加强中小学编程教育的通知[N].重庆晚报，2018-09-19

[3]关于政协十三届全国委员会第三次会议第3172号（教育类297号）提案答复的函[EB/OL].（2020-12-09）http：//www.moe.gov.cn/jyb_xxgk/xxgk_jyta/jyta_jiaocaiju/202012/t20201209_504364.html

[4]幼儿编程观察.酷奇编程课程体系介绍[EB/OL].（2020-10-28）https：//www.sohu.com/a/427892890_120867974

[5]Scratch少儿编程网.株洲晚报老年大学引进机器人编程课，想了解一下啵？[EB/OL].（2019-10-22）https：//www.china-scratch.com/news/9076.

[6]邓磊.幼儿编程实行的分析研究与改进—— 一种幼儿编程游戏卡牌教具[J].数码世界，2020（03）：115

[7]程艺.美国幼儿编程教育初探[D]上海师范大学，2019：30