机器人在教育领域应用的探索与实践

机器人在教育领域应用的探索与实践摘要

关键词：机器人，教育，DIY

1 教育机器人及其研发与应用现状

1.1 教育机器人简介

通俗地讲，教育机器人就是服务于教育的机器人。开发教育机器人是推动机器人在教育领域应用的重要基础和保障。

从结构上看，教育机器人大体上可分为成品、散件和套装三种类型。

机器人成品是指固定结构的机器人产品，一般不支持用户自行拆装，经常用于演示或者编程实验等。典型产品如仿人机器人NAO，结构非常复杂，具有25个自由度、100多个传感器，非专业人员不可以拆装机器人本体，大量研究工作集中在机器人软件开发上，产品使用门槛比较高，适用人群数量较少。

机器人散件产品是指支持多种不同类型机器人重构的产品，这种产品零配件较多，机器人组成形式多样，入门容易，但用户需要长期接受专门培训才能完成复杂结构的机器人设计。典型产品如乐高，幼儿就可以参与简单的拼装，但多数人只能停留在简单机械搭建的水平上，很多资源都没有真正得到开发和应用。

机器人套装是指可拼装成特定机器人的产品，其结构复杂性相对较低，使用门槛不高，适合人群较为广泛。典型产品如MINIROBOT，这是具有17个自由度的仿人机器人产品，包括17个舵机、控制器和外壳、支

架等，用户可从组装机器人开始学习其结构，通过编程了解其原理，组装的成品也可以实现教学演示和机器人功能展示等。

图1 不同类型的国外教育机器人产品

1.2 教育机器人市场

教育机器人市场前景广阔。从应用模式上看，教育机器人可以作为教学资源出现在课堂上，可以作为竞赛资源出现在赛场上，可以作为提升大众科学素养的展品出现在科技馆里，也可以作为机器人演员出现在舞台上。

目前，教育机器人主要应用领域有四个：教育机器人走进校园，从资源建设开始探索新的教育模式和课程体系；教育机器人走进培训机构，探索激发学习者兴趣的机制和目标；教育机器人走进科普场所，探索展品的互动性和活动的开放性设计方法；教育机器人走进家庭，探索机器人产品的普适性设计方法。可以预见，在不久的将来，教育机器人用户群会远远超过工业机器人。

在欧美国家有大量的机器人发烧友，曾经一款微型仿人机器人“索宝”在欧美等发达国家销售了10万台，主要用户群就是机器人发烧友。他们热衷于新型机器人功能体验，并在原有的机器人资源上开发自己创意的表演功能等。

我国澳门特区对教育机器人走进学校非常重视，在全部60余所大、中、小学中，有一半以上设立了机器人兴趣小组，学生们自主设计开发了多种仿人机器人、轮式机器人和履带式机器人，并且在国内外各种比赛中获得了很多奖项。他们利用3D打印、CNC加工、激光雕刻、模型翻制等多种不同方法实现机器人结构创意，充分展现了学生的创新创意能力。

我国内地由于应试教育压力很大，参与机器人素质教育的学生占比相对较小，但随着素质教育越来越受重视，教育机器人需求必将迅速提升。

图2 机器人应用模式

1.3 我国教育机器人研发与应用现状

我国机器人教育起步于20世纪末，主要从培养低龄儿童的动手动脑兴趣入手，代表性资源为乐高产品。同一时期，机器人竞赛开始走入高等学校，竞赛发起单位多以国外机器人研究机构为主，最早出现的是ROBOCUP和FIRA两种足球机器人比赛，促进了机器人研究在高校的开展，但早期中小学机器人教育几乎是空白。随着通用技术课程的设置，

中小学生才开始接触机器人。当时，我国教育机器人产品主要以国外引进为主，自主研发的产品很少，批量化的教育机器人产品更是无从谈起。

近年来，国内开始出现自主研发的教育机器人产品，而且随着技术进步，种类迅速增多，产品不断成熟，但不论是在产品开发还是在教学应用等方面，国内都有一个明显不足，就是缺乏自主创新，很多都是模仿国外机器人产品的结构、功能和使用方式，例如套装式机器人大多类似于乐高，仿人机器人大多与NAO和MINIROBOT类似。

图3 国产教育机器人资源

2 以DIY理念推动教育机器人研发与应用

推动机器人在教育领域应用是一项创新性工程。教育机器人的研发与应用，同样需要有创新的理念来引领，DIY就是一种很好的模式。

2.1 DIY使机器人教育轻松快乐