机器人教育

机器人教育研究报告

所谓的机器人教育，则通常指学习机器人的基本知识与基本技能，或利用教育机器人优化教育教学效果的理论与实践。机器人教育走进中小学，开发机器人教育功能和教育价值，对推进素质教育，培养中小学生的信息素养和技术素养，提高中小学生的创新和实践能力，具有重要的现实意义和战略意义。“学生们通过设计、组装各种机器人，不仅加深了对电学、力学、机械原理等知识的了解，还能掌握日常生活所需要的各种技能，这将使孩子们受益终生。”教育部信息技术课程标准专家组组长李艺说。

（一）机器人教育可以培养学生信息素养和技术素养

在现代信息社会，培养学生的信息素养和技术素养已经成为国家教育改革的主流取向，而中小学的机器人教育综合了计算机、机械、电子、通讯、控制、声、光、电、磁等多个学科领域的知识和技能，学生通过查阅并学习机器人知识、亲手组装机器人、调试传感器、设计并编写程序、完成任务等活动，可以进行大量的信息活动和技术锻炼，从而有效的提高了信息素养和技术素养。

1、机器人知识的教学可以培养学生的信息素养

所谓信息素养，是指利用利用信息技术手段（如Internet，计算机等）积极主动地开展收集信息、判断信息、处理加工信息、表现信息、创造信息、合情合理地发送或传播信息能力的培养。[2]

集计算机和计算机语言、通信、网络、传感技术、自动化技术、人工智能等为一体的教育智能机器人的出现，为中小学信息科技教育提供了一个生态学习环境。从智能机器人系统的结构和功能要素看，由于智能机器人的信息获取模块、信息加工、处理模块、信息应用模块的功能与人类的感觉器官、大脑、四肢是一一对应的，以此作为中小学生全面接触、学习信息科技，理解信息科技内涵的智能化学习平台，有利于中小学生信息素养、想象力、创造力的全面提高。通过机器人知识的学习，学生需要不断的去查阅各类资料，整理并分析出有效材料，这个过程学生就掌握了更多的获取信息的手段和方法，当然也就可能了解和掌握更多的信息加工和处理的知识、方法和能力，逐渐的培养和提高学生的信息素养。

2、机器人技术的教学可以培养学生的技术素养

技术素养是指的是使用、管理、评价和理解技术的能力。[3]技术素养首先要求学生具有一定的基本技能，同时对于技术与设计的原则要有明确的思想认识；在情感上要乐意学习技术、掌握技术、从事技术活动；技术素养还表现在学生具有一定的技术创新能力和创造才能；技术素养还表现在学生能在学习、掌握技术的同时，感悟到技术的文化内涵等人文因素。

在机器人技术的教育中，学生需要将具体的活动抽象为编程的思想，再用图形化编程语言或代码程序语言在计算机上编成程序，然后通过计算机和机器人的通讯，将程序下载到机器人的微处理器，通过观察机器人的运行情况来调试、验证、反思、改进程序。并且在机器人的组装调试过程中，学生需要不断熟悉操作技术，反复动脑动手尝试，这个过程可以加深学生对技术的认识和理解，有效提高技术的设计和创造能力，从而提升了技术能力和技术素养。（二）机器人教育可以培养学生创新能力

在多数情况下，学生表现出的创新，是他们想出了解决问题的办法或策略，尽管这些方法或策略对老师来说是早已熟悉的，但对学习者本人来说却是新鲜的独特的，是有意义或具有社会价值的，这就是学生的创新。

学生通过亲手组装机器人、调试传感器、编写程序、完成任务等活动，可以使动手能力、逻辑思维能力、综合应用能力、创新能力等都得到全方位的训练和提升。机器人活动还能激发学生充分发挥想像力、创造力，有利于培养学生的开放性思维。在开展机器人活动时，所设定的机器人活动主题不但具有一定的挑战性和趣味性，而且对其问题的解决方案不限定，都是开放性的，对机器人的组装和编程也不规定统一的模式、统一的答案，可以用不同的方法达到同一个目标，完全靠学生运用自己的聪明才智去创造。同样的模块组装成不同的样式，相同的机器人采用不同的编程方式，也使得机器人有了异样的思维。

要想控制好机器人，必须要了解机器人软件工程、硬件结构、功能与应用等方面的基本知识。只有掌握了这些基本知识知识，才能发挥自己的聪明才智，构思出巧妙的机器人方案。这一过程是极其富有挑战性的，最能培养学生创新能力的过程。

机器人教育以学生为主体，在教师的引导下以任务驱动进行个性化教育，因材施教，突出培养学生的创新精神和创新能力。因此，机器人教育是培养高素质创造性人才的好素材，是开展创新教育的重要方法。

（三）机器人教育为实施素质教育提供实践平台

通过举办机器人比赛，为我国的中小学生提供了一个充分展示创造力的舞台，有利于激发青少年开发、研制高科技的兴趣与爱好。通过研究设计、制作、调试机器人,激发学生的想

象力，培养了学生的设计能力、创新能力、动手能力和跨专业的综合应用能力，为全面素质教育的开展，开辟了新路，提供了好教材。把机器人教育引入中小学，不仅有利于信息技术教育的发展；有利于探索教育改革和人才培养的新途径、新方法；有利于高素质人才的培养；同时将推动我国智能机器人知识和技术的普及；促进我国智能机器人事业的发展和专业人才的培养；促使新兴的智能机器人产业的形成。可以说，智能机器人教育为实施素质教育提供了一个可操作性的实践平台。

机器人教育作为一种新型技术类教育，承载着培养学生众多能力的使命，结合其课程的实际情况，仅凭课堂教学难以使得学生完全掌握机器人知识和技术，研究性学习恰好可以为机器人教育提供良好的教学平台，机器人教育也可以为研究性学习提供具备研究性的课题内容。学生根据教师的指导、可以自主的对机器人的局部知识和技术进行课外研究、分析，在掌握所学知识和技术的基础上，间接培养了自主研究、积极创造和通力合作精神，这也正符合了素质教育的要求和特征。

二、中小学机器人教学的目标、内容、模式与方法

随着科学技术的发展和课程改革的深入，智能机器人的教学内容将渗透到越来越多的中小学校的多门课程和课外科技活动中，成为这些课程或活动的重要组成部分。中小学智能机器人课程的主要任务是，培养学生对智能机器人的兴趣，让学生了解和掌握以智能机器人为载体的通用技术与信息技术的基本知识和技能，了解技术的发展及其应用对人类生活和科学的深刻影响。通过智能机器人课程培养学生良好的信息素养、创新精神和实践能力。教育学生正确认识和理解技术与文化、伦理和社会等问题，树立正确的技术观。

（一）教学目标

智能机器人本身是高科技发展的产物，机器人教学也应该是技术的传承和发展，中小学的机器人教学主要向学生传播机器人的基本知识、基本操作和研究兴趣，具体可以从知识、能力、情感三个维度进行阐述。知识目标为了解机器人软件工程、硬件结构、功能与应用等方