推进机器人教育：背景、定位及可能路径

　　机器人教育强调手脑并用、知能并举，是培养中小学生创新实践能力的重要载体。首先，文章分析了机器人教育的发展背景。其次，文章将机器人教育定位为发展学生核心素养的中坚力量、基础教育课程改革的核心抓手和推动智能教育发展的重要基石。最后，文章提出制定有关政策、强化师资队伍建设、开发优质课程资源、加快建设教学环境、建立示范点是推进我国机器人教育普及的可能路径，以期为我国中小学机器人教育的深入发展提供一些有益的参考。

　　在人工智能和机器人技术的推动下，人机结合的教育可能是未来教育的普遍形态[1]。2018 年4 月，教育部颁布的《教育信息化2.0 行动计划》中精确指出， 要加强智能教学助手、教育机器人、智能学伴等关键技术探讨研究与应用。机器人教育作为机器人技术在教育领域的典型应用模式，对发展学生的设计思维、计算思维和创新思维具备极其重大价值，并逐步成为共识。可以说，机器人教育在创新人才教育培训上拥有不能够比拟的发展前途，并将迅速在我国教育教学领域火热起来。然而，无论是机器人教育的研究者还是一线实践者，都应在机器人教育的热潮中保持冷静思考，形成对机器人教育的发展背景、战略定位以及可能路径的清醒认识。

　　近年来，在我国基础教育课程改革的推动下，中小学机器人教育取得了较快发展。毋庸置疑，中小学开展机器人教育与科学技术进步紧密关联，其发展背景更复杂和多样。

　　随着大数据、人工智能、区块链等技术的持续不断的发展与逐步应用，预示着智能时代的来临。《智能教育2018 观塘宣言》认为，智能教育有着非常丰富的内涵，既是以AI为知识与内容的教育，也是强调用智能技术作为环境与工具的教育，更是以培养适应智能时代的人才为目标的教育[2]。这表明人才培养已成为智能时代教育实践的重要使命，并已成为共识。此外，根据《全球AI产业分布》报告，中国在人工智能项目的数量已超美国，但人才储备方面却远远落后[3]。为此，教育部于2018 年4 月颁布《高等学校AI创新行动计划》，精确指出要不断推动A与教育深层次地融合，加大人才教育培训力度，鼓励和支持在中小学开展人工智能普及教育。换句话说，智能时代的人才教育培训要以中小学开展普及教育为契机。毫无疑问，机器人教育是当前中小学开展人工智能普及教育的重要方法，其满足了智能时代对人才培养的需求。

　　开源运动是开放源码运动的简称，是计算机科学领域的一种文化现象，其意义在于开放源代码、信息共享和自由使用[4]。开源运动追求自由、分享的理念， 其背后体现了一种开放精神。在全球化进程中，“开放” 已成为当今世界发展的主旋律，是人类文明进程中重要的文化精神，也为机器人教育的实践提供了精神引领。可以说，开源运动不仅为机器人教育的实施与推广提供了技术上的支持，而且体现了一种开放创新的理念，让学生体验课程学习的快乐和分享学习中的收获。目前，市场上常见的开源硬件开发平台有50 余种[5]，而在中小学机器人教育中使用较多的开源硬件开发平台有Arduino、树莓派等，这些开源硬件具有一些共同的优势，包括价格适中、简单易上手、兼容性强、用户基数大等，这些优势是推动和普及中小学机器人教育的重要保障。

　　作为一种新型的教育形态，创客教育秉承“开放创新、探究体验”的教育方法的理念，以“创造中学”为主要学习方式，并以人才培养为核心目的[6]。从已有研究和实践来看，其特点最重要的包含以下六个方面：第一，教育方法的理念强调开放创新；第二，教育目标注重培育学生的综合实践能力与创造力；第三，学习方式侧重学生自主体验与探究创造；第四，学习工具包含了Arduino、树莓派等开源硬件；第五，学习结果强调以作品为导向；第六，学习评价采用多元评价方式。不难发现，在教育方法的理念、教育目标、学习方式、学习工具、学习结果、学习评价六个方面，中小学机器人教育与创客教育高度相似。换句话说，机器人教育是中小学创客教育实践的有效载体。近年来，创客教育俨然已成为中小学探索创新教育的热点方向，这为机器人教育的实践与普及提供了绝佳的发展条件。

　　STEM教育是Science( 科学)、Technology( 技术)、Engineering( 工程) 和Mathematics(数学) 四门学科的简称，强调多学科的交叉融合，以培育学生的创新精神与实践能力[7]。作为一种教育方法的理念，STEM 教育强调通过跨学科整合来学习多学科知识，课程学习注重与学生实际生活相联系。在学习方式上，STEM 教育提倡项目式学习，鼓励学生动手实践来解决真实问题。而机器人教育涉及物理、工程、艺术、生物等多学科知识，强调应用教育机器人来解决实际问题，这与STEM 教育的跨学科理念吻合。此外，STEM 教育所倡导的项目式学习法也是机器人教育实践常用的学习方式[8]。简言之，STEM 教育与机器人教育紧密关联， 其教育方法的理念与学习方式相同。毋庸置疑，在STEM 教育的热潮下，机器人教育的实践与普及也得到了迅速发展。

　　当前，人类正迈入智能时代，以AI为代表的智能技术正深刻影响社会生产和生活的每个方面。加快创新型人才教育培训和储备，已变成全球各国应对智能时代挑战的重要举措，而机器人教育是落实这一举措的必要路径。换言之，确立机器人教育的战略地位是加快我国创新型人才教育培训和推动我们国家基础教育改革发展的必然要求。本研究认为，机器人教育是发展学生核心素养的中坚力量、基础教育课程改革的核心抓手以及助推智能教育发展的重要基石。

　　21世纪以来，科技的迅速发展对当前人才教育培训提出了更高的要求，也对当前教育体系产生了极大的冲击与挑战。为此，教育界亟须思考和回答“培养什么样的人？”这一重要问题。核心素养也许是回答该问题的一剂“良药”。核心素养是指学生适应终身发展和社会持续健康发展需要的必备品格和关键能力，包括人文底蕴、科学精神、学会学习、健康生活、责任担当、实践创新六大素养[9]。不难发现，科学精神、学会学习以及实践创新是机器人教育的核心价值取向。具体来讲， 在科学精神层面，机器人教育鼓励学生勇于探究，并以批判质疑的态度去辩证地分析问题，进而让学生理解和掌握基本的科学原理与方法，发展其理性思维；在学会学习层面，机器人教育能激发学生的学习兴趣， 通过解决实际问题来帮助学生认识和理解学习的价值；在实践创新层面，机器人教育鼓励学生善于察觉缺陷和提出问题，并制定合理的解决方案，通过应用工程思维，将创意和方案转化为成品并不断调试和优化，以培育学生的动手实践能力。综上所述，可以说，机器人教育是发展学生核心素养的中坚力量。

　　近年来，随国家基础教育课程改革的不断深入， 中小学课程改革取得了一些成效和经验，但也面临诸多问题与挑战，比如，素质教育推进困难、部分课程（主要是综合实践活动课）实施艰难、探究教学实施乏力、中小学课业负担过重、学生创造新兴事物的能力不足等[10]。改革是解决教育难题和直面教育挑战的唯一途径，是落实立德树人的根本任务、推进素质教育以及提升教育质量的必然要求。

　　机器人教育是一种具有鲜明时代色彩和技术特点的教育模块，可当作基础教育课程改革的核心抓手。从教育方法的理念看，机器人教育活动设计与实践是以发展学生核心素养为指导，强调手脑并用、知能并举，以培育学生的问题解决能力、批判精神以及创新思维。从课程结构看，机器人教育强调以模块化的方式来进行组织，通常情况下以主题或项目的形式来构建整个课程教学体系，以便于课程内容灵活组装与实施个性化教学。从学习活动看，机器人教育倡导探究体验式学习，从学生的实际生活问题出发，引导学生展开小组合作与探究。从学习内容看，机器人教育提倡跨学科整合，运用多学科知识来处理问题，为培养新时代跨学科、复合型、高素质人才提供了良好平台。此外，在新技术、新理念的推动下，我国中小学机器人教育取得了较快发展，其课程价值已逐步获得社会的认可。可以说，机器人教育在解决基础教育课程改革有关问题中具备极其重大价值，是基础教育课程改革的核心抓手。

　　在人工智能浪潮的推动下，全球多个国家已将智能教育提升为国家战略的高度。新加坡在“IN2015 计划” 中提出，要着重推进智能教育，以助推教育深化改革[11]。韩国2011 年颁布了推进智能教育战略实施计划，描绘了一幅未来教育的崭新图景[12]。美国2016 年相继颁布了两个人AI相关的政策报告，掀起了智能教育研究与实践的热潮[13][14]。我国在2017 年颁布的新一代AI发展规划中精确指出，要推动AI在教学、管理、资源建设等全流程应用，大力推动智能教育发展[15]。智能技术对人类生活方式、思维方法正产生深刻影响，而智能教育是智慧教育的实践路径[16]，也正成为全世界教育发展的重要趋势。

　　智能教育兼具教育属性与技术属性之双重属性。从教育属性来看，智能教育是促进人类智能发展的教育，以培养适应智能时代发展的人才为目标；从技术属性来看，智能教育是强调将智能技术作为工具或环境，以支持或辅助教育教学实践。当前，机器人教育是智能教育实践的新形态，推动和普及机器人教育是助推智能教育发展的重要基石，其作用大多数表现在以下四个方面：其一，人才培养从“粗放工厂式”生产转变为“精细个性化”培养，教育质量逐步提升；其二， 学习方式从教师讲授转变为学生探究体验，课堂活力进一步释放；其三，活动过程从“重静不重动、重脑不重手”转变为“手脑并用、知能并举”，学习效率显著改善；其四，学习评价从单一固化转变为多形态、多主体，评价结果走向全面、真实。

　　毋庸置疑，机器人教育在发展学生社交技能、批判性思维、计算思维等方面具备极其重大价值，同时在构建个性化学习环境和开发趣味性学习课程方面拥有巨大潜能[17]。近年来，中小学机器人教育的发展虽然取得了一定成效和影响，但在推广和普及的过程中仍面临诸多问题，如理论体系不完善、师资力量薄弱、课程教学体系缺乏、教育机器人标准不统一等[18][19]。因此， 需要从多个角度和不同层面来探索中小学机器人教育发展和普及的可能路径。

　　在中小学普及机器人教育是一项较为复杂和极具时代意义的教育工程建设项目，需要政府、社会、学校和企业的广泛关注。为拓宽机器人教育的发展之路，政府需牵头制定有关政策和保障机制。一方面，应加快构建“政企学研”多方协同合作机制，一同推动中小学机器人教育实践和发展。政府要格外的重视中小学机器人教育的普及与发展，建立完整制度保障体系，加大对中小学机器人教育的经费扶持力度。企业要积极与学校、科研院所开展合作，加紧研发高质量、易推广的教育机器人产品。学校要开设机器人教育课程，并积极探索机器人教学模式，以培养智能时代所需的高素质、复合型的创新人才。科研院所要关注机器人教育的发展前沿，构建相对完善的机器人教育理论体系。通过多方协同合作，为中小学机器人教育实践和发展提供外部保障。另一方面，应加紧研制较为完善的机器人教育标准体系，加速中小学机器人教育的推广与普及。机器人教育标准体系涵盖课程标准和教育机器人标准。课程标准是中小学开展机器人教育实践的重要依据，高中新课程标准虽然对此留有空间，但小学和初中缺乏对应的课程标准，这极大阻碍了机器人教育的普及之路。因此，应加强机器人教育的顶层设计，构建中小学机器人教育课程教学体系，并将其正式纳入中小学教育体系中，以此规范课程设置的目标、内容及教材，解决学段衔接不畅、内容五花八门等问题，保障中小学机器人教学质量。教育机器人是开展机器人教育实践的载体，研制教育机器人的统一标准能够大大减少经费的投入[20]。目前市场上教育机器人产品品种类型繁多、标准不一，这造成了教育资源的极大浪费。为此，政府应牵头，建立科研院所、学校以及企业组成的多方协作共同体，加紧研制教育机器人统一标准。该标准既要最大限度地考虑中小学校的真实的情况，也要符合学生的认知发展规律。

　　优秀的师资队伍是中小学机器人教育质量的根本保证。相比于传统的信息技术课程，机器人教育课程对一线教师的专业素养提出了更高的要求，不仅体现在教学模式和方法上的差异，更重要的是要求教师具备科学、技术、工程、数学等多学科知识，需要教师具备跨学科整合的能力。因此，强化机器人教育师资队伍建设迫在眉睫。具体而言，可以从以下三个方面着手：一是在信息技术教师对口的大学专业设置机器人专业课程，从源头把关机器人教育的师资力量和质量，形成专业化的师资培养。二是各级教育主管部门应联合高校和企业力量，为在职老师提供有明确的目的性的机器人教育课程培训，在转变教师观念的同时，拓展教师的跨学科视野。三是各区域的教研部门应积极发挥教研和统筹的功能，开展常态化的机器人教育教研活动，主动筹建区域机器人教育联盟，协同促进区域机器人教育均衡发展。

　　优质的课程资源是机器人教育普及和推广的坚实基础。当前，我国多个地方（如北京、上海、广州、江苏等地）开设了机器人校本课程或地方课程，这对推进机器人教育课程的普及具备极其重大的现实意义。遗憾的是，优质的机器人教育课程较少，大多数课程以竞赛驱动为主，其教学过程充斥着大量重复性实验、机械性模仿的学习活动[21]。为此，开发优质的机器人教育课程资源显得很重要。首先，应开展机器人教育课程研究，探索中小学机器人教学的有效模式和方法，为开发优质的机器人教育课程提供指导。其次，应组建由工程、生物、技术、航空等多领域专家、一线教师、高校科研工作者以及学校管理人员构成的开发团队，以社会需求为导向，紧密联系学生的实际生活， 以此来设计和开发优质的机器人教育课程。最后，学校可以与校外机器人教育学习管理机关展开合作，在课程开发方面做深度交流，并以开发优质课程资源为出发点，推进学校与机构的协同合作。

　　机器人教育涉及软件、硬件、编程、电路以及机械， 并强调“做中学”，因而课程实施要良好的教学环境。换句话说，教学环境的建设是推动中小学机器人教育普及的必要条件。然而，机器人教学环境的建设不是大刀阔斧的改革，更不是“隔空建楼”，应秉持开源节流、因地制宜的建设理念。其一，学校可以继承和改造已有的创客空间。比如，温州中学利用已有的创客空间来积极开展机器人普及教育。其二，应充分的利用已有的计算机教室，选用性价比较高的开源机器人硬件。比如，受到一线教师欢迎的Arduino 开源机器人硬件，不仅价格低，而且能结合已有的计算机教室展开教学。其三，要充分的利用既有的网络站点平台和移动终端，搭建课程学习和管理平台。比如，借助电子书包和在线学习社区搭建课程管理平台，一方面支持学生在线交流和资料收集，另一方面便于教师实施和管理机器人教育课程，从而极大提升中小学机器人教育普及的可行性与便捷性。

　　为推进中小学机器人教育普及，依据“试点先行，以点带面，逐步推广”的原则，在经济条件较好的地区或学校，建立机器人教育示范点，探索机器人教育应用模式，进而逐步向全国推广。比如，我国教育改革前沿省份浙江省已明白准确地提出，到2020 年浙江省将建成100 所特色鲜明、具有示范引领作用的教育机器人应用试点示范学校[22]。这一创新举措为机器人教育示范点的建设提供了经验借鉴，具体来讲，示范点要积极与科研院所和企业展开协同合作，积极组建由一线教师和行业专家组成的专业团队。同时，定期对管理者和教师展开机器人教育培训，转变学校管理者对机器人教育的认识，提升一线教师开展机器人教学实践的能力。此外，加大经费投入，建立完整体制、机制保障体系，确保示范建设工作稳定运行。最后，制定有效的激发鼓励措施，鼓励各学科教师积极展开机器人教学创新应用。

　　创新人才教育培训是基础教育课程改革的内在核心。当前，我国中小学机器人教育的实施依然停留在以竞赛模式为主，其普及率仍然很低[23]。因此，亟须厘清机器人教育的发展背景、战略定位以及可能的路径， 才能有助于推进我国中小学机器人教育的普及与深入发展。需要指出的是，在推进机器人教育的普及过程中，难免会遇到很多问题与挑战，这需要研究者和实践者协同合作，共同谱写我国中小学机器人教育发展的新篇章。

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　　周进（1993— ），男，湖北鄂州人，华中师范大学教育信息技术学院博士研究生，主要研究方向为人工智能教育应用、学习分析；

　　叶俊民（1965— ），男，湖北武汉人，博士，教授，博士生导师，主要研究方向为人工智能教育应用、学习分析与教育大数据。