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摘 要:中学机器人教育在中美国两国都有十余年的开展历史。本文试图分析两国教育背景对机器人教育的影响,并进一步寻求一种对学生发展切实有益的机器人教育的模式。
中图分类号:G631 文献标识码:A 文章编号:1673-1875(2009)20-076-02
机器人教育的发展背景
机器人是一种通过程序控制,能自主完成某类任务的机器系统。随着社会科技的发展,其应用范围十分广泛,在工业、农业、医疗、教育、社会服务、环境保护、空间探测等几乎人类生活的所有领域都有应用。机器人技术对社会的发展具有重要的影响,在美国,机器人教育一直是个热点,机器人教育早已进入大学教育,列入了人工智能、自动化等相关专业的课程之中,从课程理论到课程实践已渐成熟。一些著名的机器人制造公司与实验室合作进行了相应的机器人教育的研究。1994年,麻省理工学院就设立了 “设计和建造LEGO机器人”课程,目的是提高工程设计专业学生的设计和创造能力,尝试机器人教育与理科实验的整合;麻省理工学院媒体实验室“终身幼儿园”项目小组开发了各种教学工具,通过与著名积木玩具商乐高公司的紧密合作,开发出可编程的机器人(Mind-storms)套件,帮孩子们学会在数字时代怎样进行设计活动。让机器人制造变得跟搭积木一样,相对简单又能任意拼装,使机器人开始走入个人世界,从而使机器人教育得到了充分的普及。
2003年我国教育部公布的《普通高中技术课程(实验)标准》就明确将机器人内容列入了通用技术课程之中,它是基于计算机技术的学习平台、将机械传动与单片机的应用有机组合的一个选修课程,与此同时,新的高中课程标准在“信息技术”科目中也设立了“人工智能初步”选修模块,迈出了我国高中阶段开展人工智能教育的第一步,这也意味着我国的人工智能教育在大众化、普及化层面上跃上了一个新的台阶。
中美两国中小学机器人教育特点
美国中小学课程设置与我国有很大的不同,美国中小学没有统一设置的国家课程,学校在如何实施课堂教学,如何丰富学校课程体系上有很大的自主性,在基础教育领域,机器人教育主要有以下四种类型:1、机器人技术课程;2、与各种机器人竞赛相结合为特点的课外活动;3、以机器人为主题的夏令营活动;4、利用机器人技术作为辅助性工具来辅导其它课程的教学(或者作为一种研究工具来培养学生能力)并同时学习机器人知识。
以学生为中心开展活动,学生有较大的自主发挥空间。学生自主性强,增加了学生学习的主动参与意识。
由于机器人活动的普及,机器人已经作为一用以加强课程联贯性帮助学生理解各学科之间的联系,让学生综合自己所学知识,提供理解课程的情境,通过学习平台,使概念变具体,并提供学生可以解决复杂问题的情境,有共同兴趣的同学形成学习共同体,为学生提供动手空间、增加动手经验,同时提供了一个工程实践的模拟环境有利于同学模拟相关的工程实践。
从以上美国中小学开展机器人教育的形式来看与我国的一些中学名校机器人教育相比较,虽然推广的形式有所不同,但其效果并无太大的差距。以我们调查了解的北京十二中为例,该校机器人项目是作为学校科技的一重要组成部分,承担着全校(4000余学生)机器人选修课教学、竞赛、以及学生以机器人为平台的科技创新活动,为了适应教学并满足不同学生的要求,学校采取课程选修与机器人俱乐部,以及寒暑假夏(冬)令营活动相结合的组织方式,并与部分高校以及校外教育机构协作开展科研讲座、合作训练和比赛,在校内亦积极倡导并开展了利用机器人进行学科课程的整合。承担了全国教育技术“十一五”重点课题《信息技术与学科教学整合的策略研究》等研究工作。
根据我们调查了解了北京的部分机器人项目开展学校,能够将这一项目普及并作为选修课程面向全体学生的仍是少数几所学校。多数中小学开展这一活动仅局限于动员几个学生去参加一些比赛,投入的设备并不足以开展面向全体学生的教学活动,学校满足于在比赛中获奖以提高学校的知名度,至于如何通过这一项目的开展为学生提供一个新的学习的环境,培养创新思维,引发学习的变革,一些学校领导对此亦无充分的认识。笔者在调查时某中学一教师曾表示,虽然现在有一些好的设备,适合教学使用,但在申请购买时会有顾虑,如果买了设备却拿不出成绩就难以交差。这种情况其实已经影响了机器人项目的开展。
相比较面言,中美两国中学机器人教育各有特点,虽然开展的形式并无太大差异,但普及程度则有明显的差距。
我国机器人教育的现状与存在的偏差
功利性的影响
我们调查了在京的部分高中示范校机器人开展的情况,这些学校在每年的各项机器人比赛中都有十分优秀的成绩。以北京十二中为例,机器人教育以选修课、机器人俱乐部的形式开展、集教学、比赛、科技创新以及研究性学习为一体,每年约有150余人进行学习和训练,开设了几乎国内所有的机器人项目,在课程内容上一方面围绕各个比赛项目,同时兼顾机器人理论与实验的教学。每年在机器人俱乐部中选拔学生参加各种比赛,由于要让更多学生有比赛的机会,所以每年都用新生参加比赛,使比赛成绩受到很大的影响。而另外一些被调查的学校则以机器人小组的形式开展活动,以每年某个比赛为目标,在学生中并不具有普及性,甚至几个学生连续几年参加某项比赛。在我们调查的学校中这一情况是比较常见的现象。
机器人比赛异化
每年全美(包括加拿大)高中生机器人俱乐部举行的比赛,由全美俱乐部每年统一发布一个机器人比赛内容和规则(每年都不一样),统一购置并发放一批器件材料。而我国教育部所举办的机器人比赛,近10年在项目要求和规则没有大的改动,对于选用器材却未加限制,这就使得众多的机器人制造商成为了比赛的主角。为了在比赛中具备优势,机器人更新成为了众多机器人制造商的首要任务。针对比赛任务改进软硬件,已经成为能否占领市场的重大课题,因此很大程度上机器人比赛成为了制造商的竞争。以学生的知识很难对现有比赛用机器人加以改进,学生也失去了自主思考设计反复尝试的机会,他们的任务退化为被动地接受厂商提供的机器和训练,违背了机器人教育开发学生潜能、为学生提供创新的发展空间这一初衷,而很多学校的机器人教学仅仅围绕比赛而展开,智能机器人教育作为一种全新的教学平台,它在学科教学中的作用远远没有发挥出来。在比赛中,由于过分追求比赛结果,造成学生学习的主动性和思维的开放性、创造性没有得到充分的体现。。
比赛影响教学内容
机器人教育是一个系统工程,虽然机器人在不断更新,其教育内容应保持相对的稳定性,由于目前我国中小学机器人教育是以各种比赛形式进行推动,这就使得比赛成为了决定教育过程的一个重要的指标,因此在很大程度上影响了教育内容的选择,有些学校实行比赛与教学分离,以保证在教学中能系统的开展机器人的研究,尽可能不受比赛的影响,或只将比赛作为一个实践的案例来进行探讨。但是我们调查的大多数学校却很大的受制于比赛。由于各厂家提供的器材在操作系统上相差很大,产品更新快,学生很难有一个深入的了解,教师也难以认真研究各种产品的性能,造成教学难度大,内容庞杂。为应付每年的各项比赛,一些学校在课程上牺牲内容深度和难度,仅仅是围绕比赛而开展培训。
对机器人教育的几点设想和建议
随着中国教育改革的深入,机器人教育也将得以健康地发展,机器人比赛无疑会对机器人项目开展起到推动的作用,但是我们更应了解到机器人将对于学生、对于教师、对于教育内容、对于教育方式都将产生的重要影响。更多吸引学生加入到这一项目中来无疑是为学生提供了一个可以充分发展的空间。
不要急功近利,要通过教材编写、课题研究、使机器人教育真正完善起来,植根于中小学基础教育之中,将机器人交给学生,不仅是交给他们一个好的比赛成绩,而且是教给他们一个思考习惯。
针对目前机器人中所存在的问题,笔者认为可以采取以下一些措施加以改进:
1.建立一个多元的价值评价系统
由于目前各学校所采用的教材不同、设备不同,通过限定任务进行比赛不足以体现教学与活动的真正水准。因此美国中小学对机器人活动的评价方法就非常值得提倡和采用,针对不同形式的活动设定不同的目标和考核方法,使教学活动、竞赛中每一学生的亮点都会得以展示,真正做到重在学生的参与、过程与体验、对形为的影响与反思,树立他们自信心、培养其价值观和良好的习惯,使他们在活动中培养自己的独立思考能力、动手能力、协作沟通能力、对新事物的好奇心并使潜能得以充分地发挥。
2、开展校际的协作教学研究
目前由于竞赛已经成为评价机器人活动水平唯一指标,学校之间充满了相互间的竞争,极大的妨碍校际间教学合作的开展,对教师业务的提高起着消极的作用,现在对学校机器人项目的推动、对教师的培训主要由机器人厂家在进行,而机器人厂家的技术人员对于专业的教学活动往往是难以胜任的,这就使得原本可以通过校间协作、教研活动形成的对教学的促进难以开展。以我区少年宫和北京十二第中学等学校倡导的校间协作不仅使校间资源得以共享,而且避免了协作校教师间的竞争关系,使得教研活动得以开展,促进了机器人项目的健康开展。
3.重视课堂教学与机器人项目的普及
目前大多数学校机器人活动停留于课外兴趣小组的阶段,为参加各种比赛而开展各种活动和训练,并没有得到真正意义上的普及,普及仍然是需要一个过程并有一些问题需要解决。如何在开展《简易机器人制作》这一课程之后协调与各种比赛的关系、《简易机器人制作》课程内容与俱乐部培训课程的关系都是应该加以考虑的。
4.以校外俱乐部的形式取代现在的以学校为单位的比赛制度
笔者多年来致力于机器人教学工作,特别是近年来我单位机器人项目得到了北京十二中学等学校的大力支持,在师资、设备、信息等方面实现了资源共享,在工作中优势互补充分发挥了各人、各校、各实验室之所长,为学生提供了一个良好的环境。开展了更多的项目,提供了更多的参赛机会。目前这种校间协作的形式正受到更多的关注,得到了周边学校的充分肯定和积极响应和,我区现已有一些学校加盟到这一合作之中,我们认为这一合作模式是值得推广的。
中图分类号:G631 文献标识码:A 文章编号:1673-1875(2009)20-076-02
机器人教育的发展背景
机器人是一种通过程序控制,能自主完成某类任务的机器系统。随着社会科技的发展,其应用范围十分广泛,在工业、农业、医疗、教育、社会服务、环境保护、空间探测等几乎人类生活的所有领域都有应用。机器人技术对社会的发展具有重要的影响,在美国,机器人教育一直是个热点,机器人教育早已进入大学教育,列入了人工智能、自动化等相关专业的课程之中,从课程理论到课程实践已渐成熟。一些著名的机器人制造公司与实验室合作进行了相应的机器人教育的研究。1994年,麻省理工学院就设立了 “设计和建造LEGO机器人”课程,目的是提高工程设计专业学生的设计和创造能力,尝试机器人教育与理科实验的整合;麻省理工学院媒体实验室“终身幼儿园”项目小组开发了各种教学工具,通过与著名积木玩具商乐高公司的紧密合作,开发出可编程的机器人(Mind-storms)套件,帮孩子们学会在数字时代怎样进行设计活动。让机器人制造变得跟搭积木一样,相对简单又能任意拼装,使机器人开始走入个人世界,从而使机器人教育得到了充分的普及。
2003年我国教育部公布的《普通高中技术课程(实验)标准》就明确将机器人内容列入了通用技术课程之中,它是基于计算机技术的学习平台、将机械传动与单片机的应用有机组合的一个选修课程,与此同时,新的高中课程标准在“信息技术”科目中也设立了“人工智能初步”选修模块,迈出了我国高中阶段开展人工智能教育的第一步,这也意味着我国的人工智能教育在大众化、普及化层面上跃上了一个新的台阶。
中美两国中小学机器人教育特点
美国中小学课程设置与我国有很大的不同,美国中小学没有统一设置的国家课程,学校在如何实施课堂教学,如何丰富学校课程体系上有很大的自主性,在基础教育领域,机器人教育主要有以下四种类型:1、机器人技术课程;2、与各种机器人竞赛相结合为特点的课外活动;3、以机器人为主题的夏令营活动;4、利用机器人技术作为辅助性工具来辅导其它课程的教学(或者作为一种研究工具来培养学生能力)并同时学习机器人知识。
以学生为中心开展活动,学生有较大的自主发挥空间。学生自主性强,增加了学生学习的主动参与意识。
由于机器人活动的普及,机器人已经作为一用以加强课程联贯性帮助学生理解各学科之间的联系,让学生综合自己所学知识,提供理解课程的情境,通过学习平台,使概念变具体,并提供学生可以解决复杂问题的情境,有共同兴趣的同学形成学习共同体,为学生提供动手空间、增加动手经验,同时提供了一个工程实践的模拟环境有利于同学模拟相关的工程实践。
从以上美国中小学开展机器人教育的形式来看与我国的一些中学名校机器人教育相比较,虽然推广的形式有所不同,但其效果并无太大的差距。以我们调查了解的北京十二中为例,该校机器人项目是作为学校科技的一重要组成部分,承担着全校(4000余学生)机器人选修课教学、竞赛、以及学生以机器人为平台的科技创新活动,为了适应教学并满足不同学生的要求,学校采取课程选修与机器人俱乐部,以及寒暑假夏(冬)令营活动相结合的组织方式,并与部分高校以及校外教育机构协作开展科研讲座、合作训练和比赛,在校内亦积极倡导并开展了利用机器人进行学科课程的整合。承担了全国教育技术“十一五”重点课题《信息技术与学科教学整合的策略研究》等研究工作。
根据我们调查了解了北京的部分机器人项目开展学校,能够将这一项目普及并作为选修课程面向全体学生的仍是少数几所学校。多数中小学开展这一活动仅局限于动员几个学生去参加一些比赛,投入的设备并不足以开展面向全体学生的教学活动,学校满足于在比赛中获奖以提高学校的知名度,至于如何通过这一项目的开展为学生提供一个新的学习的环境,培养创新思维,引发学习的变革,一些学校领导对此亦无充分的认识。笔者在调查时某中学一教师曾表示,虽然现在有一些好的设备,适合教学使用,但在申请购买时会有顾虑,如果买了设备却拿不出成绩就难以交差。这种情况其实已经影响了机器人项目的开展。
相比较面言,中美两国中学机器人教育各有特点,虽然开展的形式并无太大差异,但普及程度则有明显的差距。
我国机器人教育的现状与存在的偏差
功利性的影响
我们调查了在京的部分高中示范校机器人开展的情况,这些学校在每年的各项机器人比赛中都有十分优秀的成绩。以北京十二中为例,机器人教育以选修课、机器人俱乐部的形式开展、集教学、比赛、科技创新以及研究性学习为一体,每年约有150余人进行学习和训练,开设了几乎国内所有的机器人项目,在课程内容上一方面围绕各个比赛项目,同时兼顾机器人理论与实验的教学。每年在机器人俱乐部中选拔学生参加各种比赛,由于要让更多学生有比赛的机会,所以每年都用新生参加比赛,使比赛成绩受到很大的影响。而另外一些被调查的学校则以机器人小组的形式开展活动,以每年某个比赛为目标,在学生中并不具有普及性,甚至几个学生连续几年参加某项比赛。在我们调查的学校中这一情况是比较常见的现象。
机器人比赛异化
每年全美(包括加拿大)高中生机器人俱乐部举行的比赛,由全美俱乐部每年统一发布一个机器人比赛内容和规则(每年都不一样),统一购置并发放一批器件材料。而我国教育部所举办的机器人比赛,近10年在项目要求和规则没有大的改动,对于选用器材却未加限制,这就使得众多的机器人制造商成为了比赛的主角。为了在比赛中具备优势,机器人更新成为了众多机器人制造商的首要任务。针对比赛任务改进软硬件,已经成为能否占领市场的重大课题,因此很大程度上机器人比赛成为了制造商的竞争。以学生的知识很难对现有比赛用机器人加以改进,学生也失去了自主思考设计反复尝试的机会,他们的任务退化为被动地接受厂商提供的机器和训练,违背了机器人教育开发学生潜能、为学生提供创新的发展空间这一初衷,而很多学校的机器人教学仅仅围绕比赛而展开,智能机器人教育作为一种全新的教学平台,它在学科教学中的作用远远没有发挥出来。在比赛中,由于过分追求比赛结果,造成学生学习的主动性和思维的开放性、创造性没有得到充分的体现。。
比赛影响教学内容
机器人教育是一个系统工程,虽然机器人在不断更新,其教育内容应保持相对的稳定性,由于目前我国中小学机器人教育是以各种比赛形式进行推动,这就使得比赛成为了决定教育过程的一个重要的指标,因此在很大程度上影响了教育内容的选择,有些学校实行比赛与教学分离,以保证在教学中能系统的开展机器人的研究,尽可能不受比赛的影响,或只将比赛作为一个实践的案例来进行探讨。但是我们调查的大多数学校却很大的受制于比赛。由于各厂家提供的器材在操作系统上相差很大,产品更新快,学生很难有一个深入的了解,教师也难以认真研究各种产品的性能,造成教学难度大,内容庞杂。为应付每年的各项比赛,一些学校在课程上牺牲内容深度和难度,仅仅是围绕比赛而开展培训。
对机器人教育的几点设想和建议
随着中国教育改革的深入,机器人教育也将得以健康地发展,机器人比赛无疑会对机器人项目开展起到推动的作用,但是我们更应了解到机器人将对于学生、对于教师、对于教育内容、对于教育方式都将产生的重要影响。更多吸引学生加入到这一项目中来无疑是为学生提供了一个可以充分发展的空间。
不要急功近利,要通过教材编写、课题研究、使机器人教育真正完善起来,植根于中小学基础教育之中,将机器人交给学生,不仅是交给他们一个好的比赛成绩,而且是教给他们一个思考习惯。
针对目前机器人中所存在的问题,笔者认为可以采取以下一些措施加以改进:
1.建立一个多元的价值评价系统
由于目前各学校所采用的教材不同、设备不同,通过限定任务进行比赛不足以体现教学与活动的真正水准。因此美国中小学对机器人活动的评价方法就非常值得提倡和采用,针对不同形式的活动设定不同的目标和考核方法,使教学活动、竞赛中每一学生的亮点都会得以展示,真正做到重在学生的参与、过程与体验、对形为的影响与反思,树立他们自信心、培养其价值观和良好的习惯,使他们在活动中培养自己的独立思考能力、动手能力、协作沟通能力、对新事物的好奇心并使潜能得以充分地发挥。
2、开展校际的协作教学研究
目前由于竞赛已经成为评价机器人活动水平唯一指标,学校之间充满了相互间的竞争,极大的妨碍校际间教学合作的开展,对教师业务的提高起着消极的作用,现在对学校机器人项目的推动、对教师的培训主要由机器人厂家在进行,而机器人厂家的技术人员对于专业的教学活动往往是难以胜任的,这就使得原本可以通过校间协作、教研活动形成的对教学的促进难以开展。以我区少年宫和北京十二第中学等学校倡导的校间协作不仅使校间资源得以共享,而且避免了协作校教师间的竞争关系,使得教研活动得以开展,促进了机器人项目的健康开展。
3.重视课堂教学与机器人项目的普及
目前大多数学校机器人活动停留于课外兴趣小组的阶段,为参加各种比赛而开展各种活动和训练,并没有得到真正意义上的普及,普及仍然是需要一个过程并有一些问题需要解决。如何在开展《简易机器人制作》这一课程之后协调与各种比赛的关系、《简易机器人制作》课程内容与俱乐部培训课程的关系都是应该加以考虑的。
4.以校外俱乐部的形式取代现在的以学校为单位的比赛制度
笔者多年来致力于机器人教学工作,特别是近年来我单位机器人项目得到了北京十二中学等学校的大力支持,在师资、设备、信息等方面实现了资源共享,在工作中优势互补充分发挥了各人、各校、各实验室之所长,为学生提供了一个良好的环境。开展了更多的项目,提供了更多的参赛机会。目前这种校间协作的形式正受到更多的关注,得到了周边学校的充分肯定和积极响应和,我区现已有一些学校加盟到这一合作之中,我们认为这一合作模式是值得推广的。