陳染

2017年5月，中國圍棋烏鎮(zhèn)峰會在烏鎮(zhèn)互聯(lián)網(wǎng)國際會展中心召開，重出江湖的人工智能程序AlphaGo以4：0的戰(zhàn)績再一次戰(zhàn)勝人類頂尖棋手。據(jù)AlphaGo的開發(fā)者DeepMind表示，經(jīng)過升級的AlphaGo的版本比1年前的版本提高二子水平，這再次標(biāo)志著人類的“智慧堡壘”不僅被攻克，而且已經(jīng)無法追趕人工智能發(fā)展的腳步了。隨著人工智能時(shí)代的來臨，越來越多的職業(yè)正在被具有人工智能的機(jī)器人所取代，給人們帶來危機(jī)的同時(shí)，也帶來了更多的機(jī)遇。作為一項(xiàng)面向未來的事業(yè)，只有讓學(xué)生在基礎(chǔ)教育階段掌握一定的機(jī)器人知識，才能在未來世界中抓住機(jī)遇，迎接挑戰(zhàn)。認(rèn)識機(jī)器人、學(xué)習(xí)機(jī)器人的最好方式，就是通過動(dòng)手，讓教育機(jī)器人幫助學(xué)生建立起自己的知識。

顧名思義，教育機(jī)器人就是應(yīng)用于教育領(lǐng)域的機(jī)器人，有廣義和狹義之分。廣義的教育機(jī)器人是指具有輔助教學(xué)、管理教學(xué)、處理教學(xué)事務(wù)乃至主持教學(xué)等功能的機(jī)器人（彭紹東，2002）。而狹義上的教育機(jī)器人是指以面向教育領(lǐng)域?qū)ｉT研發(fā)以培養(yǎng)學(xué)生分析能力、創(chuàng)造能力和實(shí)踐能力為目標(biāo)的機(jī)器人（黃榮懷，2017）。一般來說，面向基礎(chǔ)教育領(lǐng)域的教育機(jī)器人是指狹義上的教育機(jī)器人。

狹義上的教育機(jī)器人有不同的形態(tài)、技術(shù)和面向群體。從形態(tài)上看，由主板、傳感器、運(yùn)動(dòng)模塊和功能模塊組成，它的形態(tài)可以是有定型的，也可以是無定型的積木式機(jī)器人；從技術(shù)上看，機(jī)器人融合了機(jī)械設(shè)計(jì)、單片機(jī)、傳感器、人工智能等方面的技術(shù)，學(xué)生在參與機(jī)器人活動(dòng)的時(shí)候能夠得到多項(xiàng)知識技能的鍛煉和提升。

作為使用教育機(jī)器人的方法，機(jī)器人教育培養(yǎng)學(xué)生對機(jī)器人的設(shè)計(jì)和操作。它的使用群體涵蓋了小學(xué)、中學(xué)、大學(xué)，以及成人群體，每一個(gè)使用群體包含不同的教育主題。在基礎(chǔ)教育階段，不同類型的教育機(jī)器人的培養(yǎng)重點(diǎn)各不相同，有的著重培養(yǎng)學(xué)生的動(dòng)手制作能力，有的著重培養(yǎng)編程能力，還有的著重于人工智能、人機(jī)交互等不同方面。

教育機(jī)器人50年：從一枝獨(dú)秀到百花齊放

20世紀(jì)40年代末期，美國生理學(xué)家、機(jī)器人專家威廉·華爾特（William Grey Walter）設(shè)計(jì)了機(jī)器人小海龜（Turtle），用于機(jī)械工程培訓(xùn)。1968年，在麻省理工學(xué)院媒體實(shí)驗(yàn)室工作的西摩爾·派普特（Seymour Papert）決定開發(fā)面向兒童的教育機(jī)器人套件。派普特在小海龜上加裝了一支筆，學(xué)生可以使用他開發(fā)的Logo兒童編程語言控制小海龜繪圖，成為教育機(jī)器人的起源。

1980年，派普特將他的思想寫成《頭腦風(fēng)暴：兒童、計(jì)算機(jī)及充滿活力的創(chuàng)意》（Mindstorms：Children，Computers and Powerful ideas）一書。派普特在書中闡釋了對于“做中學(xué)”的建構(gòu)主義學(xué)習(xí)理論，讓孩子去理解編程及機(jī)器人。派普特的思想啟發(fā)了時(shí)任樂高（Lego）公司首席執(zhí)行官的克伊爾德·克里斯丁森（Kjeld Kirk Kristiansen），樂高決定與麻省理工學(xué)院媒體實(shí)驗(yàn)室合作，開發(fā)智能積木，將計(jì)算機(jī)程序與樂高融合起來，并于1998年發(fā)布了第1代頭腦風(fēng)暴（Mindstorms）教育機(jī)器人。從此，教育機(jī)器人逐漸從實(shí)驗(yàn)室走進(jìn)學(xué)校、社區(qū)，成為一種被教師、家長和學(xué)生廣為認(rèn)同的教學(xué)工具。

隨著教育機(jī)器人技術(shù)的成熟和發(fā)展，樂高先后在2006年推出第2代Mindstorms NXT，2013年推出第3代Mindstorms EV3，進(jìn)一步刺激越來越多的創(chuàng)業(yè)者投入到教育機(jī)器人產(chǎn)業(yè)的生產(chǎn)、研發(fā)、服務(wù)中，各家開發(fā)出不同特色的機(jī)器人，形成百花齊放的產(chǎn)業(yè)格局。

機(jī)器人教育15年：從方法探索到理念融合

自教育機(jī)器人誕生起，機(jī)器人教育就成了教育者致力研究的主題。從2000年到2003年，我國的少數(shù)學(xué)校開始對機(jī)器人教育進(jìn)行初步嘗試和探索，取得了一定的成效。2003年4月，教育部正式發(fā)布《普通高中技術(shù)課程（實(shí)驗(yàn)）標(biāo)準(zhǔn)》，首次將“簡易機(jī)器人”制作納入通用技術(shù)課程選修模塊，正式啟動(dòng)了我國的教育機(jī)器人的發(fā)展。

從2003年起，我國以機(jī)器人競賽的形式推動(dòng)機(jī)器人教育的發(fā)展，積極參與并承辦國際機(jī)器人比賽，如2006年在南寧舉行的國際機(jī)器人奧林匹克大賽、2008年蘇州及2015年合肥舉行的機(jī)器人大賽。在國內(nèi)，面向中小學(xué)舉行機(jī)器人競賽也受到了眾多學(xué)校的歡迎，例如中國科學(xué)技術(shù)協(xié)會主辦的中國青少年機(jī)器人競賽，設(shè)立了機(jī)器人綜合技能比賽、FLL機(jī)器人工程挑戰(zhàn)賽、VEX機(jī)器人工程挑戰(zhàn)賽、機(jī)器人創(chuàng)意比賽、WER工程挑戰(zhàn)賽等比賽項(xiàng)目。經(jīng)過十幾年探索，機(jī)器人教育得到了長足進(jìn)步，一批批學(xué)生以校本課程或興趣小組的形式，得到了綜合能力的鍛煉。

近幾年，隨著創(chuàng)客運(yùn)動(dòng)的深入，越來越多的科技教師將創(chuàng)客教育理念與機(jī)器人教育相融合，為機(jī)器人教育賦予了多樣化的方式。學(xué)生學(xué)習(xí)機(jī)器人的動(dòng)力從單純的比賽任務(wù)驅(qū)動(dòng)，擴(kuò)展到創(chuàng)客項(xiàng)目的學(xué)習(xí)，拓展了機(jī)器人教育的深度。

在創(chuàng)客運(yùn)動(dòng)的背景下，教育機(jī)器人成為創(chuàng)新課程的載體。教育機(jī)器人是學(xué)生實(shí)現(xiàn)創(chuàng)客作品智能化的工具，且能更好地服務(wù)于STEAM學(xué)習(xí)。在創(chuàng)客理念之下，機(jī)器人教育中教師的角色從主導(dǎo)者轉(zhuǎn)變?yōu)橹С终?；學(xué)生的學(xué)習(xí)形式更加多樣化，動(dòng)手時(shí)間更充足；課程更加注重分享與交流，學(xué)生分享想法和資源，還可以在其他同學(xué)的作品基礎(chǔ)上繼續(xù)創(chuàng)作。這些教學(xué)理念上的轉(zhuǎn)變，讓教育機(jī)器人發(fā)揮更大的作用。

創(chuàng)客教育為機(jī)器人賦予更多可能的形式，打破了材料運(yùn)用的局限。例如，運(yùn)用3D打印機(jī)等工具，與機(jī)器人主板和基本構(gòu)建結(jié)合起來，方便學(xué)生更好地完成機(jī)器人項(xiàng)目。這種理念也悄然改變了機(jī)器人比賽，比如廣州市中小學(xué)電腦機(jī)器人競賽活動(dòng)的競賽項(xiàng)目“智能機(jī)器人垃圾分類”，就要求參賽學(xué)生必須用3D打印機(jī)完成機(jī)器人配件的制作。

教育機(jī)器人的多樣化發(fā)展產(chǎn)生了更加豐富的機(jī)器人教育活動(dòng)，機(jī)器人教育的理念變化則挖掘了更多教育機(jī)器人的潛能，成為面向未來的工具和方法。

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