机器人研究背景

机器人课题研究背景

(2011-04-10 10:08:48)

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教育

美国

建构主义

机器人

全球竞争力报告

近几年来随着扩招政策在各大高校的不断开展，我国高等教育也开始进人了一个“快车道”的发展时期。但是在高校学生数量的不断增加的同时,也暴露出我国高校在学生培养上的种种弊端，其中实践能力和创造力的缺乏已经成为我国高校学生的主要缺点。世界经济论坛发表的《全球竞争力报告》显示，最近几年中国的全球竞争力排名在不断下降，分别是2004年46位、2005年49位、2006年54位。而在评估报告的各项指标中，我国技术革新指标的排名依次是2004年62位、2005年64位、2006年57位，可见技术创新能力不足已成为影响我国竞争力排名的主要原因。综合国力的竞争实际上是科学技术的竞争，归根到底是人才的竞争，一个国家能否拥有创造力取决于这个国家是否拥有优秀的人才。所以说如何来提高我国大学生尤其是占总数近40%的工科学生的竞争力是一个非

常值得我们探讨的问题。

在我国传统的实验教学模式落后，验证性试验多，设计性、创新性实验少;在实验教学过程中，学生仅仅是被动接受教师安排，完成规定程序的实验任务，其学习自主性和个性的发展被埋没了。另一方面由于专业实验室工程背景较强，设备更新周期短、投人大的需求与学校建设经费不足形成较大反差，教学设备陈旧过时;科学研究与本科教学脱节，实验已名存实亡。而国外的高等院校的实验室非常注重培养学生的创新能力和实践能力，并为学生提供了非常先进的科研设备。例如美国的麻省理工大学（Massachusetts Institute of Technology）非常注重利用实验室对学生进行培养，并专门设立了UROP （undergraduate research opportunities program）机构用于激励在校大学生参与科研锻炼，学生可以根据UROP的规定自主选择研究方向，并根据自己的研究方向选择校内的任何一所实验室进行研究，学校实验室为学生提供实验设备、实验指导及项目基金，学生要提出研究计划、进行研究实验、分析数据，最终写出实验报告。斯坦福大学（Stanford University）的实验室非常重视知识向实际应用的转化，采用“学校＋企业”的实验教学模式,学校的很多实验室都与企业共同使用。在大学实验室从事的研究的人员由教师、学生和工业研究人员共同组成，学生的实验内容经常是来源于生产实践，很多是结合了企业界正在使用的新技术。当然在当

前国情下，我国的高等院校不可能像国外那样为学生提供如此优越的教学条件，但是国外很多先进的教学理念还是值得我们借鉴的。

工科教育的现状暴露了我国高等教育中教学方法的弊端。在传统的教学方法中，知识由教师灌输给学生，造成了学生对教师的过分依赖，而忽视了学生的自主学习。方法上的落后源自于理念上的落后，要解决我国教育中存在的上述问题，进行教学方法上的革新，就需要有先进的教育理论作为支撑。描述如何学习的理论繁多，影响较大的主要有以下几个流派：行为主义学习论[1]、社会主义学习论[2]、认知主义学习论[3]、人本主义学习论[4]和建构主义学习论[5][6]。而在诸多的流派之中，建构主义作为当代教育和心理学的一场革命，越来越引起教育学者的关注，是最得到学术界认可，也是被国外教育学者所广泛推崇的一种教学理念，在国外几乎所有的教学机构都以建构主义作为教学指导思想。建构主义认为，知识不是通过教师传授得到的，而是学习者在一定的情境下，借助于其他人的帮助，利用必要的学习资料，通过意义建构的方式获得的[7][8]。它以学生为中心，强调的是充分发挥学生的主动性和创新性，强调学习者的自主发现、自主探究、自主建构，并要求将这种自主学习与基于情境的合作式学习、与基于问题解决的研究性学习结合起来。

把建构主义引入到工科教育中，以建构主义作为高等教育革新的理论支撑，可以有效地培养学生的创新能力与合作精神；而这恰恰是21世纪所需人才应当具备的最重要的素质，也正是目前我国教育模式下培养的工科毕业生所欠缺的。北京师范大学教育技术研究所所长何克抗教授强调，与其说建构主义是最理想的教育理论，不如说建构主义是最适合我国当前教育领域改革的理论。

在建构主义理论的指导下，产生了很多新型的教学实践方法，其中教育机器人就是一个典型的代表。教育机器人就是以机器人为载体，来完成相关学科教学的一个系统平台。在工程教育中以教育机器人为实践方法，让学生通过教育机器人这个综合的技术与创新平台，在教师的指导下，主动地去探索、发现、联系相关事物，加工信息，建构知识，使学生由被动接受转变为主动探索，这更有利于培养学生的创新精神，以及发现问题、解决问题的能力。而教育机器人作为建构主义理论在工程教育中最好的实践方法，已经在西方国家成为应用热点[3]。当前随着素质教育的推广，我国的很多教育机构已经认识到教育机器人在教学中的优越性，并逐步把教育机器人应用到了教育中，但是我国在教育机器人的应用中还存在很多弊端：

1、国内公司所生产的教育机器人产品主要应用于中小学，而针对大学教育的机器人产品在国内市场上基本上是空白。

2、国外公司的教育机器人产品不但价格昂贵而其对学生编程能力要求很高（例如：熟悉LINUX、VC等编程语言），根本不适合我国的教育现状。

3、很多教育机器人的应用是以竞赛为形式，而机器人竞赛毕竟只是针对少数学生而言的，大多数的学生在日常学习中并没有合适的教育机器人产品。

4、很多学校所使用的教育机器人产品，要么过分模块化，不适合做深入研究，要么就类似一个黑箱子，学生只能用来编程，其教育意义不大。

由此可见，在当前我国的高等工科教育中，急需一种合适的教育机器人产品来为之服务。这种机器人产品应具有如下特点：成本低廉，易于在国内普及、扩展性强，软硬件升级方便、模块化结构，可针对不同学科选择不同结构、教育意义明显，把教育机器人应用到工科院校的日常教学中，而不是仅仅用来讲授机器人课程。