教育機器人在教育產(chǎn)業(yè)發(fā)展進(jìn)程中的應用研究

摘要：文章簡(jiǎn)要介紹了教育機器人的構成及發(fā)展情況，在此基礎上論述了教育機器人產(chǎn)業(yè)化發(fā)展的意義，進(jìn)而分析了目前產(chǎn)業(yè)化發(fā)展中遇到的難題，并尋找出幾個(gè)破解難題的對策。

關(guān)鍵詞：教育機器人；教育產(chǎn)業(yè)；應用

一、引言

近年來(lái)，人工智能技術(shù)在教育領(lǐng)域逐步擴大其落地應用場(chǎng)景，但大多數應用場(chǎng)景仍然很難真正滲透到教學(xué)的核心環(huán)節并對學(xué)生的學(xué)習效果起到關(guān)鍵性作用。由于可以在不同教學(xué)環(huán)節提供人性化交互方式及個(gè)性化智能輔導與教學(xué)，基于人工智能技術(shù)的教育機器人受到越來(lái)越多的重視和發(fā)展，因此有必要對教育機器人在教育產(chǎn)業(yè)發(fā)展中的應用進(jìn)行研究。

二、教育機器人的簡(jiǎn)介

提起機器人，我們馬上就會(huì )聯(lián)想到科幻小說(shuō)和電影中的機器人。近一個(gè)世紀以來(lái)，機器人在娛樂(lè )和虛構的世界中有著(zhù)重要的地位，甚至“機器人”這個(gè)詞本身就來(lái)自一部科幻作品—— 1920年，前捷克斯洛伐克作家卡雷爾·恰佩克的科幻小說(shuō)中第一次出現“機器人（Robot）”這個(gè)詞，它被用于指代人類(lèi)創(chuàng )造的用來(lái)代替人工的物體。隨著(zhù)計算機網(wǎng)絡(luò )、機械制造、人工智能等技術(shù)的不斷發(fā)展，機器人已經(jīng)從一個(gè)虛擬的名詞發(fā)展成一項蓬勃的產(chǎn)業(yè)，并從工業(yè)領(lǐng)域向醫療救援、教育、娛樂(lè )、勘測、探險、救援等領(lǐng)域迅速擴展。

本文所論的機器人主要是指教育產(chǎn)業(yè)中的教育機器人。教育機器人主要由硬件平臺和軟件平臺組成，硬件平臺主要包含教育機器人的硬件規格以及提供硬件之間的通信，完成某些動(dòng)作或者輸入輸出某些信號，它相當于機器人的手腳；軟件平臺主要包含教育機器人的各種輸入信號的處理和開(kāi)發(fā)，完成某種可預期的場(chǎng)景的實(shí)現及表述，它相當于機器人的大腦。教育機器人是面向教育領(lǐng)域專(zhuān)門(mén)研發(fā)的，以培養學(xué)生的分析能力、創(chuàng )造能力和實(shí)踐能力為目標的機器人[1]，它具有教學(xué)適用性、交互性、開(kāi)放性、可擴展性等特點(diǎn)[2]。教育機器人的出現為機器人教育提供了載體。

三、教育機器人產(chǎn)業(yè)化發(fā)展的意義

當前，國外教育機器人的發(fā)展集中在青少年陪伴與輔助教學(xué)、特殊教育、機器人競賽等領(lǐng)域，也更加注重實(shí)踐性研究與課堂中的實(shí)際應用。相比于國外，國內教育機器人總體上還處于起步階段，在理論與實(shí)踐研究上都存在一定差距。但隨著(zhù)人工智能教育、STEM教育、創(chuàng )客教育等的興起，國內對于教育機器人技術(shù)的研究及大規模實(shí)踐應用在迅速增長(cháng)，產(chǎn)學(xué)研相結合的模式也促進(jìn)了該領(lǐng)域的市場(chǎng)化進(jìn)程。因此，產(chǎn)業(yè)化發(fā)展具有一定意義。

1. 對教育創(chuàng )新的推進(jìn)

教育機器人產(chǎn)業(yè)化有助于對教育創(chuàng )新的推進(jìn)，包括創(chuàng )客教育、STEAM教育、素質(zhì)教育、STS教育（科學(xué)、技術(shù)、社會(huì )）和教學(xué)改革。Chris? Rogers認為，教育機器人產(chǎn)業(yè)化教育能夠將“Engineering”帶進(jìn)基礎教育中，培養學(xué)生的STEM素養，推動(dòng)基礎教育改革[3]。

2. 對教學(xué)模式和策略的改進(jìn)

對教學(xué)模式和策略的改進(jìn)，包括教學(xué)目標、教學(xué)模型、教學(xué)策略、教學(xué)設計、課程開(kāi)發(fā)等。王雪雁等認為，教學(xué)形式的多元體驗是教育的重點(diǎn)，而將體驗教學(xué)法融入機器人教育中進(jìn)行研究，也在一定程度上促使其他科目在教學(xué)改革中形成較有前景的發(fā)展方向[4]。

3. 對學(xué)生綜合素養的提升

對學(xué)生綜合素養的提升，包括創(chuàng )新精神、實(shí)踐能力、科學(xué)素養以及綜合能力。D? Alimisis在調研了目前教育機器人領(lǐng)域現狀的基礎上，對當前教育機器人領(lǐng)域熱點(diǎn)問(wèn)題發(fā)表了自己的看法，他肯定了機器人在培養學(xué)生創(chuàng )造力和“? 21世紀技能”方面的重要作用[5]。

四、教育機器人在教育產(chǎn)業(yè)化進(jìn)程中的遇到的難題

教育機器人除了讓學(xué)習者獲取機械、電子、信息、傳感技術(shù)知識，還能培養技術(shù)應用、解決問(wèn)題、動(dòng)手能力、團隊協(xié)作以及表達能力、批判思維能力?！秶鴦?wù)院關(guān)于印發(fā)新一代人工智能發(fā)展規劃的通知》鼓勵全國有條件的高校、研究院開(kāi)設人工智能專(zhuān)業(yè)，在中小學(xué)開(kāi)設機器人相關(guān)的課程和競賽。為此，教育機器人表現出了其無(wú)可比擬的教育價(jià)值及實(shí)用潛質(zhì)，為培養多學(xué)科交叉融合、高素質(zhì)、復合型的工程人才提供了一個(gè)理論教學(xué)、實(shí)訓實(shí)踐和資源共享的綜合平臺。

為了更好地促進(jìn)高層次人才的培訓與培養，一方面，我們要大力研究開(kāi)發(fā)及生產(chǎn)高端合格的教育機器人產(chǎn)品，另一方面，我們要全面開(kāi)展機器人教育宣傳，但是還有一些難題亟待破解。

一是諸多教育機器人課題亟待破題。在經(jīng)濟全球化背景下，通過(guò)機器人教育促進(jìn)創(chuàng )新型科技人才隊伍壯大與建設是我國人才培養的新途徑和新模式。為此，在技術(shù)傳授的前提下，加快相關(guān)理論研究、學(xué)術(shù)探討和培養模式研究，激發(fā)學(xué)生的興趣，引導學(xué)生思考，加深對理論的引領(lǐng)、理解和人才培養研究，是教育機器人的主要研究問(wèn)題。

二是服務(wù)于機器人教育的公共資源比較稀缺。與國外相比，無(wú)論是教學(xué)設備還是教學(xué)案例及教育在線(xiàn)資源，遠遠不能滿(mǎn)足教學(xué)的需求。為此，實(shí)現中小學(xué)、大學(xué)課程及教學(xué)資源的開(kāi)發(fā)，促進(jìn)更多的教育教學(xué)資源共享，滿(mǎn)足機器人教育需求是前提。

三是教師隊伍的人數不多?？v觀(guān)整個(gè)發(fā)展過(guò)程，無(wú)論是中小學(xué)還是大中專(zhuān)院校，機器人教師需求缺口較大。?一方面是培養出口師資力量薄弱，另一方面受薪資待遇的影響，?具有機器人操作技術(shù)和技能的人才就業(yè)口徑比較寬，較少人愿意去當教師。為此，應加強教師隊伍建設及師資長(cháng)遠規劃，將崇尚教育、樂(lè )教和施教的人聚集過(guò)來(lái)。

五、破解教育機器人產(chǎn)業(yè)化難題的對策

1. 構筑機器人教育云平臺

當前，教育機器人可以應用于教學(xué)的資源很少，因為每個(gè)廠(chǎng)家基于自己的水平開(kāi)發(fā)資源平臺，彼此不兼容，不同機器人安裝不同的APP程序，資源設計者從單一的角度設計教學(xué)資源，沒(méi)有考慮普眾需求，制約了產(chǎn)品的應用推廣。為此，開(kāi)展機器人教育工程技術(shù)方面的研究，從教育機器人資源共享標準制定、服務(wù)技術(shù)策略及數字化資源服務(wù)設計與推送角度出發(fā)，立足自主知識品牌，促進(jìn)規模及規范的產(chǎn)業(yè)化發(fā)展，充分考慮物聯(lián)網(wǎng)、大數據及云服務(wù)技術(shù)，在共建共享技術(shù)上對教育機器人進(jìn)行完善與功能提升。

2. 健全教育機器人法律體系

教育機器人在設計、開(kāi)發(fā)、生產(chǎn)、銷(xiāo)售和使用過(guò)程中，關(guān)乎國內外的道德準則、社會(huì )倫理、用戶(hù)安全和權益訴求等諸多法律方面的問(wèn)題。一是探究國際規則，深化法律規范，構建風(fēng)險防控機制和預警監測體系，研判就業(yè)替代與社會(huì )倫理道德問(wèn)題，促使教育機器人教育資源綠色健康、安全可靠可控、造福于民。二是研究機器人教育與教師職業(yè)崗位有機結合與協(xié)調發(fā)展問(wèn)題，依托機器人智能技術(shù)發(fā)展，構建教育機器人的倫理學(xué)特性。

3. 加快行業(yè)標準完善

據了解，工業(yè)機器人標準相對成熟，但從教育機器人這個(gè)角度來(lái)說(shuō)，無(wú)論外國品牌還是正在崛起的中國自主研發(fā)的品牌，都缺乏與之相適應的規范與標準約束。教育機器人是機器人產(chǎn)業(yè)細分領(lǐng)域的一大類(lèi)產(chǎn)品，研究制定科學(xué)化、規范化的標準體系，才能促進(jìn)教育機器人產(chǎn)業(yè)健康發(fā)展。所以，加快教育機器人相關(guān)標準的研究時(shí)不我待，同時(shí)需要盡快上升為國家標準，從而引領(lǐng)國際標準，倒逼產(chǎn)業(yè)，給產(chǎn)業(yè)發(fā)展提供方向，規范和促進(jìn)產(chǎn)業(yè)發(fā)展。

4. 構建教育機器人產(chǎn)業(yè)聯(lián)盟，提高教育產(chǎn)業(yè)轉化度

為了更好地滿(mǎn)足多樣化的用戶(hù)需求，堅持經(jīng)濟全球化大方向，發(fā)揮高校、科研院所、企業(yè)和行業(yè)組織的作用，健全高效靈活、優(yōu)勢互補的教育機器人產(chǎn)學(xué)研用協(xié)同創(chuàng )新體系，在教育機器人產(chǎn)品試制、功能完成、系列產(chǎn)品打造和產(chǎn)業(yè)鏈塑造等方面進(jìn)行全方位一體化設計。以筆者所在中職學(xué)校為例，可以聯(lián)合當地的高校、政府和其他企業(yè)單位建設產(chǎn)學(xué)研平臺，豐富教學(xué)實(shí)踐手段，提高教育機器人在教育產(chǎn)業(yè)中的轉化度。

5. 強化產(chǎn)品開(kāi)發(fā)，增強教師參與度和教學(xué)應用度

機器人教育產(chǎn)業(yè)鏈涉及硬件制造、平臺開(kāi)發(fā)、應用服務(wù)提供等幾類(lèi)廠(chǎng)商，但目前很多機器人公司只負責教育機器人硬件的開(kāi)發(fā)、制造、組裝及測試，提供簡(jiǎn)單的產(chǎn)品說(shuō)明和操作手冊，并不參與課程開(kāi)發(fā)和教學(xué)設計。這樣的產(chǎn)業(yè)模式顯然不利于機器人教育發(fā)揮最大的作用。只有當教育機器人的制造商與學(xué)校教師共同參與課程開(kāi)發(fā)和教學(xué)設計，設計開(kāi)發(fā)出豐富的教學(xué)情境應用程序、服務(wù)與內容，才能使教育機器人真正滿(mǎn)足教與學(xué)的需求。

總之，教育機器人的產(chǎn)業(yè)化應該結合當地經(jīng)濟社會(huì )和文化特點(diǎn)，真正有力有效服務(wù)于地方教育和經(jīng)濟文化。同時(shí)要注意在“互聯(lián)網(wǎng)+”時(shí)代，恰當發(fā)揮政府宏觀(guān)調控的杠桿優(yōu)勢，立足本國，面向國際，引導教育機器人產(chǎn)業(yè)進(jìn)行科學(xué)布局，打造具有時(shí)代特色的教育機器人產(chǎn)業(yè)基地，形成中國特色產(chǎn)業(yè)集群。

［1］ 黃榮懷，劉德建，徐晶晶，等 . 教育機器人的發(fā)展現狀與趨勢［J］.現代教育技術(shù)，2017，27（01）：13-20.

［2］ 張劍平，王益 . 機器人教育：現狀、問(wèn)題與推進(jìn)策略［J］.中國電化教育，2006（12）：65-68.

［3］ Rogers C，Portsmore M. Bringing Engineering to Elementary School［J］.Journal of Stem Education Innovations & Research，2004（05）.

［4］ 王雪雁，楊冬梅 . 樂(lè )高機器人教育與體驗教學(xué)法的融合［J］.教育教學(xué)論壇，2017（24）：132-134.

［5］ Alimisis D. Educational Robotics Open Questions and NewChal-lenges［J］.Themesin Scienceand Technology Education，2013（01）：63-71.