科技馆在机器人教育活动中大有可为(上)

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  随着机器人技术在工业生产、军事、日常生活中的普及,公众越来越意识到培养机器人方面人才的重要性。因此,相关部门纷纷出台政策加强对中小学生进行机器人教育。科技馆作为重要的校外科普机构,也有必要在此领域发挥自己的作用。本文通过分析认为,科技馆的机器人教育应该是中小学校校内机器人教育的补充与提高。在科技馆专业教师的指导下,以学习机器人技术的模式,组织机器人竞赛带动机器人科普活动,以机器人工作室、俱乐部、技术论坛、夏令营、科普车、机器人进校园等多种形式开展中小学生机器人教育。
  机器人教育活动有助于青少年创新能力的培养
  随着科学技术的迅猛发展,机器人技术在工业、农业、医疗、空间探测、教育等领域的应用十分广泛,机器人技术给21世纪的人类社会带来了更多的福音。机器人技术是现代信息技术与先进制造技术的综合,已成为世界各国竞相发展的科技前沿之一。机器人技术涉及机械工程、电子工程、人工智能、计算机视觉、自动控制、精密仪器、传感和信息等一系列学科,它代表着一个国家高新技术发展的综合水平。
  青少年在机器人教育活动中需要综合运用电子、机械、自动控制、计算机、信息等多学科知识,发挥团结协作、顽强拼搏、创新不息的精神,在制作机器人活动中不断提高自身科学素养和综合能力。机器人活动使青少年在科技领域不断学习、探索和研究,在培养青少年创新意识和实践能力、提高青少年的科学素养和团队协作精神方面发挥了积极的作用。
  目前,中小学机器人教育活动主要围绕以下6项国内外赛事开展。
  中国青少年机器人竞赛
  主办单位:中国科协青少年科技中心
  竞赛项目:机器人综合技能赛、FLL工程挑战赛、VEX工程挑战赛、机器人创意赛、机器人足球赛
  全国中小学电脑机器人竞赛
  主办单位:教育部电教馆
  竞赛项目:机器人灭火、机器人足球、机器人篮球、机器人舞蹈、人形机器人全能挑战赛
  Robocup Junior(RCJ)世界杯比赛
  主办单位:中国自动化学会
  竞赛项目:机器人足球、机器人搜救、机器人舞蹈、Cospace机器人赛、慧鱼工程技术竞赛、机器人创意闯关(RTEC)
  FLL(FIRST LEGO League)国际工程挑战赛
  由美国FIRST机构和LEGO集团联合主办的一个针对9~16岁孩子的国际性机器人比赛。
  WRO(World Robot Olympiad)国际机器人奥林匹克机器人大赛
  由国际奥林匹克机器人委员会(IROC)和LEGO教育部主办的国际性机器人比赛。
  竞赛项目:机器人常规赛、机器人创意比赛、机器人表演赛
  VEX机器人世界锦标赛
  参赛的机器人既能自动程序控制,又能通过遥控器控制,并可以在特定的竞赛场地上,按照一定的规则要求进行比赛。 机器人活动的困境 从目前国内机器人活动的现状来看,主要存在以下儿个问题。
  机器人活动虽然得到广大师生的热爱,但参与人数有限,且主要集中在市区
  机器人教育在提高学生素质方面的作用已经得到大多数学校的认同,软硬件结合的学习方式改变了过于一贯的重理论轻实践的学习模式。学生在机器人的制作过程中,理论和实践能力同步提高,部分学校在机器人竞赛方面取得了很好的成绩。目前,以机器人竞赛为手段促进机器人科普活动的开展,成为机器人活动的主要形式。按目前竞赛队伍的人员配置看,一个竞赛代表队按项目的不同,可以配置2~4个学生,每所学校、每个项目可以推荐2个代表队参加比赛。这样的话,每所学校即使所有项目都参赛,能参加机器人活动的学生数量也非常有限,无法在学生中得到普及。以福州市为例,从2010年的74支代表队近200名选手参赛,发展到2013年144支代表队350名选手参赛。目前全市有50多所学校参加了机器人竞赛活动,而2005年的参赛学校不足10所,参赛选手不足百人,虽然学校和学生的参与热情都大为提高,但在福州市(包括5个城区和8个县)近2000所中小学中,普及率仅约3%;参与学生的数量上,只有极少的一部分,且主要集中在软硬件条件较好的部分市区学校。 机器人器材价格高昂 参加机器人竞赛的代表队为了获得好成绩,都争相配置高标准设备,每套机器人少则数千元,多则上万元甚至几万元,虽然成绩上去了,却无法使该项活动得到普及。在与机器人指导教师的日常交流中,教师们普遍认为缺乏适用、经济的教育机器人器材是目前开展机器人教育活动的首要“拦路虎”。
  机器人教师专业背景复杂,专业能力参差不齐
  数据统计,大多数教师来自信息技术、科学、通用技术这3个相关性较强的学科,这些教师的专业知识与机器人教学所需知识与能力吻合度较高。除此之外,一些数学、物理、自然等理科教师甚至体育教师也加入到机器人教学活动。虽然教师们有着一腔热情,然而机器人学科是一门交叉性极强的综合性学科,具有不同专业背景的教师在从事机器人活动时,势必遇到知识和技能上的难题。因此,无论是何种专业背景出身的教师,由于机器人教育的综合性和专业性,在从事机器人活动时都有着自身的优势与不足。
  机器人教育学习资源分散,教学研究资源匮乏
  新老教师在获取机器人相关知识和技能的途径上存在差异。新教师主要通过参加科协每年举办的若干场相关培训进行学习,且学习的主要内容为机器人竞赛规则解读和技术实现方法,学习途径比较单一、被动。而富有机器人教学经验的老教师,学习途径则显得多样化。除参与培训之外,他们还会主动地通过机器人技术交流网站、博客、QQ群、自主研究等多渠道获取相关信息。这说明机器人指导教师在成长初期,由于缺乏丰富的机器人教学资源和有效的信息交流平台,只能通过为数不多的培训活动接受知阻,靠自身慢慢积累,摸索到其他的学习资源与渠道,才得以逐步成长。从国内儿大机器人相关网站显示的信息看,大部分都是关于竞赛的通知、报道和技巧分析,或者是爱好者的自娱自乐,而关于机器人教育、教学的讨论与研究、技术资源的共享是极其缺乏的。这主要源于缺乏相对应的教师奖励、职称评定机制,缺乏适合普及的教学模式,教师自身为获取竞赛的好成绩而对相关技术保密,缺乏相关部门和领导的支持,以及缺乏完善的教学内容、教学目标和教学评价机制。
  中小学机器人教育与高一级院校缺少衔接
  目前中小学机器人教育方向以竞赛获得名次为目标,缺乏系统、延续性的发展规划,与大学和高职院校的教学研究缺乏有效沟通。大学和高职院校是中小学生的下一站学习基地,相对于中小学来说,拥有良好的师资条件和研究人才,具备先进的实验室和设备,培养的学生也将直按走向各行各业的第一线。如能在中小学和高等、高职院校的机器人教育之间建立一个良好的沟通平台,丰富中小学机器人教育的实验场所和体验平台,可使中小学的机器人教育获得更多的教育资源。
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