论文部分内容阅读
[摘要] 随着机器人产业的发展,世界各国都认识到,培养机器人设计与操作人才的重要性。因此,纷纷出台政策加强对中小学生的机器人教育。科技馆作为重要的校外教育机构,也有必要在此领域发挥自己的作用。通过分析认为,科技馆的机器人教育应定位于中小学机器人校内教育的补充与提高,提出在建构主义教育理论的指导下,以项目学习的模式,开展机器人俱乐部、夏令营及机器人比赛等形式的中小学生机器人教育。
[关键词] 科技馆 中小学机器人教育 建构主义 项目学习
自上世纪50年代以来,随着人工智能技术的迅速发展,机器人产业也发生了日新月异的变化。虽然其初衷是为工业、农业、国防等领域服务,但随着技术的进步及社会需求的发展,它已对普通公众的生活产生了潜移默化的影响,在医疗、教育、娱乐、交通等领域都能看到机器人“身影”,这也使人们愈来愈认识到,培养机器人设计与操作人才对机器人产业发展的重要性。因此,目前很多中小学校和校外机构都开设了机器人教育及培训课程,这对机器人人才储备而言具有重大意义。而作为校外教育不可或缺的一个环节,科技馆在中小学机器人教育体系中理应占据一席之地,发挥出自己的作用。那么,如何发挥呢?笔者认为,应在明确机器人教育的概念、厘清其发展现状的基础上,结合科学教育理论,确定合适的教育模式并加以实施。
一、机器人教育的概念
1920年,当捷克斯洛伐克作家卡雷尔•恰佩克在他的科幻小说《罗萨姆的机器人万能公司》中创造出“机器人(Robot)”这个词的时候,他肯定没料到在近一个世纪之后,其小说中让机器人代替人类劳动的情节已经变成了现实,并且它们还对公众生活产生了巨大的影响。
伴随着“机器人”这个词的诞生,社会各界一直对它的定义争论不已,但是一般说来,人们都可以接受这种说法,即机器人是靠自身动力和控制能力来实现各种功能的一种机器。联合国标准化组织采纳了美国机器人协会给机器人下的定义:“一种可编程和多功能的,用来搬运材料、零件、工具的操作机;或是为了执行不同的任务而具有可改变和可编程动作的专门系统。”
那么,什么是“机器人教育”呢?根据目前被广泛采用的彭绍东教授的定义,“机器人教育”就是学习、利用机器人,优化教育效果及师生劳动方式的理论与实践。
彭教授根据机器人在教学中扮演的角色,把机器人教育分为五大类:
(1)机器人学科教学(Robot Subject Instruction,简称RSI);
(2)机器人辅助教学(Robot—Assisted Instruction,简称RAI);
(3)机器人管理教学(Robot——Managed Instruction,简称RMI);
(4)机器人代理(师生)事务(Robot—Represented Routine,简称RRR);
(5)机器人主持教学(Robot——Directed Instruction,简称RDI)。
国内外目前所开展的主要是前两个类型,即机器人学科教学(RSI)和机器人辅助教学(RAI)。前者是指以机器人为对象进行学习,学习的内容是“机器人学科”;而后者指的是以机器人为工具进行学习,学习的内容是“自然科学的各个学科”。由于国内外情况的差异,我国中小学目前所开展的机器人教育以“机器人学科教学”为主,而国外则两种教育类型发展较为平均,并无特殊偏重。
二、国内外中小学机器人教育的现状
在一些发达国家,机器人教育已经成为中小学教育的热点。在美国,一般通过机器人技术课程、机器人辅助教学课程、课外活动及机器人主题夏令营等定期活动来对中小学生进行机器人教育。比如,美国加利福尼亚州高中工程与技术联盟在为高中生开设的工程与技术选修课程中,提供了ROBOTICS课程,主要介绍机器人技术历史,基础,术语,微控制,传感器,程序控制等方面的知识;美国国家自然基金支持的项目“K—12 教育中的机器人技术”,目的是帮助K—12 教师以及其他教育者开发或改进以机器人作为一种工具,来教授STEM 的课程和开发机器人技术课程;印地安那州的Purdue大学与LAFAYETTE学校合作,在5至8年级学生课外活动中开展的ROBOTICS项目;Carnegie Mellon大学提供的针对高中生的ROBOCAMP暑期机器人计划,通过八星期的课程,使学生懂得一些基本的与机器人有关的电子,机械和计算机科学知识。
在日本,其机器人产业的发展已经超过了欧美各国,这与他们对机器人教育的高度重视密不可分。他们不光在各个大学设立了机器人研究专业,并且在中小学的教学大纲中也加进了机器人课程。每年定期举办针对不同层次学生的机器人设计和制作大赛,各个学校也会在假期举办机器人研习营,从而形成了一个多角度、全覆盖的机器人教育体系。
此外,英国、俄罗斯、巴西、新加坡等国也早已出台了多项措施推进本国的中小学机器人教育发展。
而我国的中小学机器人教育则起步较晚,且覆盖面较小。2000年,北京景山学校以科研课题的形式将机器人普及教育纳入到信息技术课程中,在国内率先开展了中小学机器人课程教学。2001年,上海市西南位育中学、卢湾高级中学等学校开始以“校本课程”的形式进行机器人活动进课堂的探索和尝试。2005年,哈尔滨市正式将机器人引入课堂教学,在哈尔滨师大附小、60中、省实验中学等41所学校开设了“人工智能与机器人”课程,用必修课形式对中小学生进行机器人科学方面的教育。
除了这些进行正规课堂教学的学校外,有些中小学则采用兴趣班、培训班的形式开展机器人教育。
庆幸的是,我国政府已经意识到中小学机器人教育的重要性,并在“课标”中有所体现。如教育部在2003年4月正式颁布的《普通高中技术课程(实验)标准》中,首次在“通用技术”科目中设立了“简易机器人制作”模块,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模块。现在,新的高中课程标准在“信息技术”科目中也已设立了“人工智能初步”选修模块,这是我国高中阶段开展人工智能教育迈出的第一步。
不过值得注意的是,在我国中小学机器人教育体系中,科技馆所占比例几可忽略。我们认为作为青少年科普的重要阵地,科技馆理应在中小学机器人教育中发挥更大的作用。
三、科技馆与中小学机器人教育
1.科技馆在中小学机器人教育中的定位
作为校外科普机构,科技馆不可能将完成“课标”为己任,而是应定位于中小学机器人校内教育的补充与提高。就中国的情况而言,我们认为,补充的内容应该是校内教育极少涉及的机器人辅助教学(RAI),而提高的内容是校内教育已有一定基础的机器人学科教学(RSI)。
2.科技馆在中小学机器人教育中可采用的指导理论
在杜威“做中学”、皮亚杰的“发生认识论”以及维果斯基“心理发展的文化历史学说”基础上发展起来的建构主义教育理论(本文的讨论范围不包括激进的建构主义〈radical constructionism〉),近年来已经在科学教育领域中产生了巨大影响。
建构主义认为,世界是客观存在的,但世界的意义却是由人建构的。它强调知识的动态发展性,并认为知识不是通过教师传授得到的,而是学习者在一定的情境(即社会文化背景下),借助其他人(包括教师和学习伙伴)的帮助,利用必要的学习资料,通过意义建构的方式而获得。由于学习是在一定的情境(即社会文化背景下),借助其他人的帮助(即通过人际间的协作活动)而实现的意义建构过程,因此建构主义学习理论认为“情境”、“协作”、“交流”和“意义建构”是学习环境中的四大要素。
在学习过程中,学习者处于中心地位,是信息加工的主体,要主动对意义进行建构;而教师则是意义建构的帮助者,而非知识的灌输者。故在此理念下,整个学习过程中,学生要充分发挥自己的主动性,使用探究的方式,以自己已有的知识和经验为基础,努力构建属于自己的新知识;他们需要主动搜集、分析相关信息、资料,并对要学习的问题提出假设并加以验证。而教师的任务则是激发学生的学习兴趣,创设符合学习内容的情境,提示新旧知识之间联系,引导学生之间的协作、对话,从而帮助学生完成新知识的构建。
建构主义教育理论与科技馆教育的教育特点非常契合。因为“科技馆教育的本质特点在于它模拟再现了科研和生产活动的实践过程,并且不是简单地模拟再现,而是以学习为目的、经过改造的模拟再现,创造了引导观众进入探索与发现科学过程的条件。科技馆提供的‘从实践中学习’的途径不仅成为它与其他教育、传播机构及传统博物馆的最大区别,而且是科技馆生存与发展的价值所在。”也就是说,科技馆的教育需要创设学习情境,引导观众自己进行意义建构,并且在此过程中,可能伴有观众与科技馆员工或观众之间的交流,这恰恰正是一个完整的建构主义者所提倡的教育过程。
3.科技馆在中小学机器人教育中可采用的模式
1918年,著名教育学家克伯屈(William Heard Kilpatrick)在他名为《项目(设计)教学法:在教育过程中有目的活动的应用》的文章中,首次提出了“项目学习(Project-based Learning)”的概念,用以说明有目的的设计行为对教育的重要性及其在教育过程中的应用。它让“学生自己计划、运用已有的知识经验,通过自己的操作,在具体的情境中解决实际问题”。它是“一套能使教师指导儿童对真实世界进行深入研究的课程活动,它在真实世界中让学生借助多种资源开展探究活动,并在一定时间内解决一系列相互关联着的问题的一种新型的探究性的学习,具体表现为构想、验证、完善、制造出某种东西,它可以是有形的由学生制作的物体,如书、剧本或一项发明等。”20世纪二三十年代,项目教学法已经在美国一些学校的低年级中得到了运用,到20世纪八九十年代,则在广大中小学中得到了普遍推广。
我们认为,项目学习法正是在科技馆中进行机器人教育所可以采用的模式。不论是机器人学科教学(RSI),还是机器人辅助教学(RAI),都可以项目学习的模式开展。而可采用的活动形式有机器人俱乐部、夏令营、机器人比赛等。
选定项目后,就需要组织学生对主题的探究活动。这一阶段一般都以学习小组或团队的形式进行。学生首先要对项目的主题进行调查、讨论,提出解决问题的假设;然后收集相关信息,对它们进行处理和分析,再验证或推翻之前的假设,最终得出问题的解决方案。在整个探究过程中,为有利于学生自我知识的建构,应对他们的一切探索和决定都持鼓励态度,而毋须规定出唯一正确的答案。
四、结论
科技馆作为重要的校外教育机构,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定位于中小学机器人校内教育的补充与提高,补充的内容应该是校内教育极少涉及的机器人辅助教学(RAI),而提高的内容是校内教育已有一定基础的机器人学科教学(RSI)。具体应在建构主义教育理论的指导下,以项目学习的模式,开展机器人俱乐部、夏令营及机器人比赛等形式的中小学生机器人教育。
参考文献:
[1]彭绍东.论机器人教育(上)[J].电化教育研究,2002,(6):4.
[2]王益,张剑平.美国机器人教育的特点及其启示[J].现代教育技术,2007,(11):109.
[3]教育新闻网[EB/OL].
[4]刘文利.学校科学教育需要科技馆积极支持[J].中国教育学刊,2008,(3):45.
[5]杨洁.多元智能理论视野下的项目学习[D].2004.5.
[关键词] 科技馆 中小学机器人教育 建构主义 项目学习
自上世纪50年代以来,随着人工智能技术的迅速发展,机器人产业也发生了日新月异的变化。虽然其初衷是为工业、农业、国防等领域服务,但随着技术的进步及社会需求的发展,它已对普通公众的生活产生了潜移默化的影响,在医疗、教育、娱乐、交通等领域都能看到机器人“身影”,这也使人们愈来愈认识到,培养机器人设计与操作人才对机器人产业发展的重要性。因此,目前很多中小学校和校外机构都开设了机器人教育及培训课程,这对机器人人才储备而言具有重大意义。而作为校外教育不可或缺的一个环节,科技馆在中小学机器人教育体系中理应占据一席之地,发挥出自己的作用。那么,如何发挥呢?笔者认为,应在明确机器人教育的概念、厘清其发展现状的基础上,结合科学教育理论,确定合适的教育模式并加以实施。
一、机器人教育的概念
1920年,当捷克斯洛伐克作家卡雷尔•恰佩克在他的科幻小说《罗萨姆的机器人万能公司》中创造出“机器人(Robot)”这个词的时候,他肯定没料到在近一个世纪之后,其小说中让机器人代替人类劳动的情节已经变成了现实,并且它们还对公众生活产生了巨大的影响。
伴随着“机器人”这个词的诞生,社会各界一直对它的定义争论不已,但是一般说来,人们都可以接受这种说法,即机器人是靠自身动力和控制能力来实现各种功能的一种机器。联合国标准化组织采纳了美国机器人协会给机器人下的定义:“一种可编程和多功能的,用来搬运材料、零件、工具的操作机;或是为了执行不同的任务而具有可改变和可编程动作的专门系统。”
那么,什么是“机器人教育”呢?根据目前被广泛采用的彭绍东教授的定义,“机器人教育”就是学习、利用机器人,优化教育效果及师生劳动方式的理论与实践。
彭教授根据机器人在教学中扮演的角色,把机器人教育分为五大类:
(1)机器人学科教学(Robot Subject Instruction,简称RSI);
(2)机器人辅助教学(Robot—Assisted Instruction,简称RAI);
(3)机器人管理教学(Robot——Managed Instruction,简称RMI);
(4)机器人代理(师生)事务(Robot—Represented Routine,简称RRR);
(5)机器人主持教学(Robot——Directed Instruction,简称RDI)。
国内外目前所开展的主要是前两个类型,即机器人学科教学(RSI)和机器人辅助教学(RAI)。前者是指以机器人为对象进行学习,学习的内容是“机器人学科”;而后者指的是以机器人为工具进行学习,学习的内容是“自然科学的各个学科”。由于国内外情况的差异,我国中小学目前所开展的机器人教育以“机器人学科教学”为主,而国外则两种教育类型发展较为平均,并无特殊偏重。
二、国内外中小学机器人教育的现状
在一些发达国家,机器人教育已经成为中小学教育的热点。在美国,一般通过机器人技术课程、机器人辅助教学课程、课外活动及机器人主题夏令营等定期活动来对中小学生进行机器人教育。比如,美国加利福尼亚州高中工程与技术联盟在为高中生开设的工程与技术选修课程中,提供了ROBOTICS课程,主要介绍机器人技术历史,基础,术语,微控制,传感器,程序控制等方面的知识;美国国家自然基金支持的项目“K—12 教育中的机器人技术”,目的是帮助K—12 教师以及其他教育者开发或改进以机器人作为一种工具,来教授STEM 的课程和开发机器人技术课程;印地安那州的Purdue大学与LAFAYETTE学校合作,在5至8年级学生课外活动中开展的ROBOTICS项目;Carnegie Mellon大学提供的针对高中生的ROBOCAMP暑期机器人计划,通过八星期的课程,使学生懂得一些基本的与机器人有关的电子,机械和计算机科学知识。
在日本,其机器人产业的发展已经超过了欧美各国,这与他们对机器人教育的高度重视密不可分。他们不光在各个大学设立了机器人研究专业,并且在中小学的教学大纲中也加进了机器人课程。每年定期举办针对不同层次学生的机器人设计和制作大赛,各个学校也会在假期举办机器人研习营,从而形成了一个多角度、全覆盖的机器人教育体系。
此外,英国、俄罗斯、巴西、新加坡等国也早已出台了多项措施推进本国的中小学机器人教育发展。
而我国的中小学机器人教育则起步较晚,且覆盖面较小。2000年,北京景山学校以科研课题的形式将机器人普及教育纳入到信息技术课程中,在国内率先开展了中小学机器人课程教学。2001年,上海市西南位育中学、卢湾高级中学等学校开始以“校本课程”的形式进行机器人活动进课堂的探索和尝试。2005年,哈尔滨市正式将机器人引入课堂教学,在哈尔滨师大附小、60中、省实验中学等41所学校开设了“人工智能与机器人”课程,用必修课形式对中小学生进行机器人科学方面的教育。
除了这些进行正规课堂教学的学校外,有些中小学则采用兴趣班、培训班的形式开展机器人教育。
庆幸的是,我国政府已经意识到中小学机器人教育的重要性,并在“课标”中有所体现。如教育部在2003年4月正式颁布的《普通高中技术课程(实验)标准》中,首次在“通用技术”科目中设立了“简易机器人制作”模块,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模块。现在,新的高中课程标准在“信息技术”科目中也已设立了“人工智能初步”选修模块,这是我国高中阶段开展人工智能教育迈出的第一步。
不过值得注意的是,在我国中小学机器人教育体系中,科技馆所占比例几可忽略。我们认为作为青少年科普的重要阵地,科技馆理应在中小学机器人教育中发挥更大的作用。
三、科技馆与中小学机器人教育
1.科技馆在中小学机器人教育中的定位
作为校外科普机构,科技馆不可能将完成“课标”为己任,而是应定位于中小学机器人校内教育的补充与提高。就中国的情况而言,我们认为,补充的内容应该是校内教育极少涉及的机器人辅助教学(RAI),而提高的内容是校内教育已有一定基础的机器人学科教学(RSI)。
2.科技馆在中小学机器人教育中可采用的指导理论
在杜威“做中学”、皮亚杰的“发生认识论”以及维果斯基“心理发展的文化历史学说”基础上发展起来的建构主义教育理论(本文的讨论范围不包括激进的建构主义〈radical constructionism〉),近年来已经在科学教育领域中产生了巨大影响。
建构主义认为,世界是客观存在的,但世界的意义却是由人建构的。它强调知识的动态发展性,并认为知识不是通过教师传授得到的,而是学习者在一定的情境(即社会文化背景下),借助其他人(包括教师和学习伙伴)的帮助,利用必要的学习资料,通过意义建构的方式而获得。由于学习是在一定的情境(即社会文化背景下),借助其他人的帮助(即通过人际间的协作活动)而实现的意义建构过程,因此建构主义学习理论认为“情境”、“协作”、“交流”和“意义建构”是学习环境中的四大要素。
在学习过程中,学习者处于中心地位,是信息加工的主体,要主动对意义进行建构;而教师则是意义建构的帮助者,而非知识的灌输者。故在此理念下,整个学习过程中,学生要充分发挥自己的主动性,使用探究的方式,以自己已有的知识和经验为基础,努力构建属于自己的新知识;他们需要主动搜集、分析相关信息、资料,并对要学习的问题提出假设并加以验证。而教师的任务则是激发学生的学习兴趣,创设符合学习内容的情境,提示新旧知识之间联系,引导学生之间的协作、对话,从而帮助学生完成新知识的构建。
建构主义教育理论与科技馆教育的教育特点非常契合。因为“科技馆教育的本质特点在于它模拟再现了科研和生产活动的实践过程,并且不是简单地模拟再现,而是以学习为目的、经过改造的模拟再现,创造了引导观众进入探索与发现科学过程的条件。科技馆提供的‘从实践中学习’的途径不仅成为它与其他教育、传播机构及传统博物馆的最大区别,而且是科技馆生存与发展的价值所在。”也就是说,科技馆的教育需要创设学习情境,引导观众自己进行意义建构,并且在此过程中,可能伴有观众与科技馆员工或观众之间的交流,这恰恰正是一个完整的建构主义者所提倡的教育过程。
3.科技馆在中小学机器人教育中可采用的模式
1918年,著名教育学家克伯屈(William Heard Kilpatrick)在他名为《项目(设计)教学法:在教育过程中有目的活动的应用》的文章中,首次提出了“项目学习(Project-based Learning)”的概念,用以说明有目的的设计行为对教育的重要性及其在教育过程中的应用。它让“学生自己计划、运用已有的知识经验,通过自己的操作,在具体的情境中解决实际问题”。它是“一套能使教师指导儿童对真实世界进行深入研究的课程活动,它在真实世界中让学生借助多种资源开展探究活动,并在一定时间内解决一系列相互关联着的问题的一种新型的探究性的学习,具体表现为构想、验证、完善、制造出某种东西,它可以是有形的由学生制作的物体,如书、剧本或一项发明等。”20世纪二三十年代,项目教学法已经在美国一些学校的低年级中得到了运用,到20世纪八九十年代,则在广大中小学中得到了普遍推广。
我们认为,项目学习法正是在科技馆中进行机器人教育所可以采用的模式。不论是机器人学科教学(RSI),还是机器人辅助教学(RAI),都可以项目学习的模式开展。而可采用的活动形式有机器人俱乐部、夏令营、机器人比赛等。
选定项目后,就需要组织学生对主题的探究活动。这一阶段一般都以学习小组或团队的形式进行。学生首先要对项目的主题进行调查、讨论,提出解决问题的假设;然后收集相关信息,对它们进行处理和分析,再验证或推翻之前的假设,最终得出问题的解决方案。在整个探究过程中,为有利于学生自我知识的建构,应对他们的一切探索和决定都持鼓励态度,而毋须规定出唯一正确的答案。
四、结论
科技馆作为重要的校外教育机构,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定位于中小学机器人校内教育的补充与提高,补充的内容应该是校内教育极少涉及的机器人辅助教学(RAI),而提高的内容是校内教育已有一定基础的机器人学科教学(RSI)。具体应在建构主义教育理论的指导下,以项目学习的模式,开展机器人俱乐部、夏令营及机器人比赛等形式的中小学生机器人教育。
参考文献:
[1]彭绍东.论机器人教育(上)[J].电化教育研究,2002,(6):4.
[2]王益,张剑平.美国机器人教育的特点及其启示[J].现代教育技术,2007,(11):109.
[3]教育新闻网[EB/OL].
[4]刘文利.学校科学教育需要科技馆积极支持[J].中国教育学刊,2008,(3):45.
[5]杨洁.多元智能理论视野下的项目学习[D].2004.5.