【摘要】近年來，技術(shù)課程越來越受到人們的廣泛關(guān)注，培養(yǎng)具備實踐動手能力及創(chuàng)新思維能力的學生正伴隨著新課程改革的推行，不斷地、迅速地向前發(fā)展。正因為如此，機器人教育再次進入了人們的視野。本文通過中國全數(shù)據(jù)期刊網(wǎng)等，在了解到國內(nèi)機器人教育的發(fā)展狀況以及存在的問題，對其作了總結(jié)的基礎(chǔ)上，從培養(yǎng)機器人教師的校本課程出發(fā)，結(jié)合相關(guān)的教學原則、理念，介紹了我校開展的針對教育技術(shù)學免費師范生機器人教育相關(guān)課程培養(yǎng)方式及理念的相關(guān)信息，以期推動中小學機器人教育的發(fā)展。
　　【關(guān)鍵詞】機器人教育；研究現(xiàn)狀；課程設(shè)計；機器人競賽；intel未來教育
　　
　　引言
　　
　　為了適應未來科技社會對技術(shù)型人才的需要，2003年起中小學機器人比賽被納入全國中小學電腦制作活動中。2003年頒布的普通高中新課程標準又將“人工智能初步”與“簡易機器人制作”分別列入“信息技術(shù)課程”、“通用技術(shù)課程”選修內(nèi)容。教育部新制定的《普通高中物理課程標準（實驗）》也提到“收集資料，了解機器人在生產(chǎn)、生活中的應用”的要求[1]。由此可見國家對機器人教育的重視。
　　機器人作為增強學生的動手能力，促進學生思維發(fā)展，創(chuàng)新能力訓練的有效工具，在教育界逐漸得到認同。那么機器人教育發(fā)展的現(xiàn)狀如何，還存在什么樣的問題以及應該如何解決這些問題便成了我們需要關(guān)注的焦點。
　　
　　機器人教育的研究現(xiàn)狀
　　
　　筆者對中國學術(shù)界所發(fā)表的相關(guān)文獻做了統(tǒng)計，以“機器人教育”、“機器人教學”、“機器人競賽”為關(guān)鍵字和索引，在“中國全數(shù)據(jù)期刊網(wǎng)、中國學術(shù)會議全文數(shù)據(jù)庫、中國優(yōu)秀碩士學位論文全文數(shù)據(jù)庫”進行搜索檢索，時間為1979年到2011年2月28日，通過篩選，剔除無關(guān)的條目，統(tǒng)計以“機器人教育”為關(guān)鍵字的文獻共有71篇，“機器人教學”共89 篇，“機器人比賽或者機器人競賽”共有328篇。通過上述數(shù)據(jù)對比可看出，研究人員從不同的角度對機器人教育進行了研究，但在各個研究內(nèi)容的投入的力量明顯不均衡，并且在中小學機器人教學在目前中小學開展的活躍性與研究人員在此方面的研究力度明顯不對稱。研究人員把注意力都集中在了機器人比賽上面，直接造成了機器人教育理論研究上的匱乏，最終導致機器人教學缺乏有效的理論指導，難以深入到課堂。可以說，當前“機器人教學”的發(fā)展狀況明顯滯后于“機器人比賽”的發(fā)展[2]。
　　同時，筆者針對有關(guān)機器人教育有關(guān)的文獻做了內(nèi)容分析研究，按文獻的內(nèi)容主旨將其分類：機器人教育的意義、阻礙機器人教育發(fā)展的因素（或者說機器人教育中存在的問題）、機器人教學的注意事項、機器人教育的現(xiàn)狀研究、機器人教育課程開發(fā)研究、國外機器人教育研究幾個方面。其中，最為重要的課程設(shè)計方面的相關(guān)文獻僅有1篇。將有關(guān)機器人競賽方面的文獻按內(nèi)容主旨分為機器人競賽對大、中小學學生素質(zhì)培養(yǎng)、創(chuàng)新能力、思維動手等方面的意義和機器人競賽的現(xiàn)狀與發(fā)展兩個大的方面。
　　筆者對各個文獻內(nèi)容作了大致歸納，并且結(jié)合機器人教學中需要注意的教學原則、機器人教育課程研究、機器人競賽的現(xiàn)狀及意義等方面的信息，結(jié)合先進的教學理念——Intel未來教育理念，針對我校免費師范生教育技術(shù)學專業(yè)學生，將相關(guān)課程做了調(diào)整，以期培養(yǎng)出合格的技術(shù)性教師，推動中小學機器人教育的發(fā)展。
　　
　　機器人教育的意義
　　
　　通過對相關(guān)文獻的整理，機器人教育的意義主要體現(xiàn)在下列方面。
　　1.對于智能機器人的發(fā)展
　　首先，讓學生較早地接觸機器人的相關(guān)知識，使學生了解到智能機器人的發(fā)展與應用的狀況，了解智能機器人的概念和工作方式，破除中小學生對智能機器人的神秘感，為進一步學習智能機器人有關(guān)知識打下良好的基礎(chǔ)[3]。其次，在學習的過程中，學生會對智能機器人的研究深感興趣，這對他們?nèi)蘸髲氖孪嚓P(guān)領(lǐng)域的研究埋下了伏筆，為以后普及機器人的運用、提升機器人應用水平和研究的深入都大有裨益[4]。相信長期堅持下去，中國機器人的發(fā)展一定會走在世界的前列。
　　2.對于中小學生的發(fā)展
　　隨著科學技術(shù)與時代的飛速發(fā)展，社會對具有創(chuàng)造性、動手能力的綜合性人才的需求與日俱增，而現(xiàn)在大多數(shù)孩子都是獨生子女，生活中根本沒有什么實踐動手的機會。有很多大學生在進入大學之前甚至沒有洗過自己的衣服，此種現(xiàn)象在生活中比比皆是。所以，在現(xiàn)代化教育中，技術(shù)課程的重要性被提到了前所未有的高度。
　　在中小學機器人教育活動中，學生必須自己親手設(shè)計與制作機器人，自己決定在組裝機器人的過程中需要用到哪些零部件。在電腦上設(shè)計相關(guān)程序，然后再不斷地進行試驗，不斷地修改相關(guān)設(shè)備參數(shù)，實現(xiàn)最優(yōu)化的實施效果。在這個過程中，學生可以得到很多方面的鍛煉。
　　首先，學生的知識得到鞏固與擴充。我們知道機器人教育是一門集成了數(shù)學、物理、化學、生物、機械、電子、材料、能源、計算機硬件和軟件、人工智能等眾多領(lǐng)域的科學與技術(shù)知識，可以說，智能機器人是一種高度綜合的技術(shù)平臺[5][6]。在學習的過程中，通過完成任務和模擬項目使學生在為機器人擴充接口的過程中學習有關(guān)數(shù)字電路方面的知識；通過為機器人編寫程序，不但學到了計算機編程語言、算法等顯性知識，更有意義的是通過為機器人編寫程序?qū)W到了科學而高效的思維方式、邏輯判斷思維、系統(tǒng)思維等隱性知識。此過程不但對物理學科、計算機學科的教學起到促進作用，同時也擴大和加深了學生的科學知識[7]。
　　其次，學生分析問題的能力得到了提升。在完成機器人比賽的過程中，調(diào)試是非常重要的環(huán)節(jié)。由于中小學生正處于思維（智力水平）迅速發(fā)展的階段，還不能夠較全面地分析問題[8]。在比賽項目完成的過程中，肯定會出現(xiàn)很多的失誤，這就要求學生能夠由現(xiàn)實情況分析，檢查程序或者組裝機器人機構(gòu)的不合理之處，從而進一步修改完善，直到達到比賽的要求。在為機器人編寫適當?shù)某绦蜻^程中形成高效的思維方式，提高學生的規(guī)劃能力，提高學生分析問題的能力[9]。
　　第三，提高學生思維創(chuàng)造性和動手能力。在機器人比賽的過程中，學生分析問題的能力會得到不斷的提升，同時，在好奇心的驅(qū)使下，學生往往會產(chǎn)生一些出人意料的想法。例如，在我們實驗室進行滅火實驗的開展過程中，學生的有些想法就特別好。我們的滅火場地是由四個大小不同獨立的小房子構(gòu)成的，每次開始時，我們的想法是讓小車按照一定的順序依次進入每一個小房間，然后探測火源。如果有火源則滅火返回。但是這樣做就有一個弊端，那就是無論如何我們必須浪費大量的時間去到四個房間探索該房間是否有火源。有一個學生的想法就很好：“老師，我們能不能在小車啟動的時刻就告訴它，去幾號房間滅火，這樣可以節(jié)省很多的時間?！苯?jīng)過不斷的推敲，我們把一個聲音傳感器作為小車的啟動裝置。命令分別設(shè)置為數(shù)字1、2、3、4，當小車辨別出發(fā)出的指令是“1”時，就直接跑到一號房間滅火，當聽到命令為“2”時，就直接跑向二號房間。這樣就可以縮短原來不必要的探測時間了。由此可見機器人教育是培養(yǎng)學生創(chuàng)新能力的有效途徑，它不僅能提高學生科技創(chuàng)新的興趣，而且能夠增強學生科技創(chuàng)新的意識，能夠培養(yǎng)學生科技創(chuàng)新的能力[10][11]。
　　在組裝機器人的過程中學生不斷地通過嘗試完成心中所想的機器人，在這個過程中學生的動手能力得到了提升。例如，在西安市我們對一家機器人培訓班作了解時（樂博機器人俱樂部），我們發(fā)現(xiàn)那里的小學生絡繹不絕。我們順便對一些孩子的父母做了訪談，他們說：“是孩子要求來的，而且我們覺得有時候孩子搭出來的東西，簡直出人意料，感覺自己對孩子的了解還是太少?！敝笪覀冇謪⒂^了孩子們的作品，里面有直升飛機、圣誕老人和他的馴鹿、投石車、不倒翁等。
　　
　　第四，學生團隊意識的培養(yǎng)[12]。在科學迅速發(fā)展的今天，可能短短的幾天時間產(chǎn)生的新知識就是過去知識的好幾倍，在這樣一個背景下。我們每個人都不可能獨自完成一項巨大的工程。對于中小學生來說，讓他們獨自完成機器人某項比賽也是很難的。這就需要學生通過團隊的形式合作學習。雖然一段程序、想制作的模塊、想加工的零件、想設(shè)計的模型等，學生可以自己通過獨立看書、鉆研動手解決，但大多數(shù)情況下，由于學生個人條件、環(huán)境、能力的制約，獨立完成起來是有困難的。為解決問題，他可以通過團隊學習的方式與同學交流，在團隊學習中學習者團結(jié)協(xié)作， 包容小組其他成員的缺點和不足， 能夠與他人進行有效溝通與交流，在實踐鍛煉中培養(yǎng)學生的團隊協(xié)作精神和寬容為懷的品格[13]。
　　第五，其他非技術(shù)能力的培養(yǎng)。主要體現(xiàn)在學生的交流能力和社會適應能力兩方面。在團隊學習的過程中，學習者必須不斷地與隊友分享自己的想法、問題，而且在觀點出現(xiàn)分歧時，甚至要試圖去說服對方。在這個過程中學生逐漸地不再以自我為中心，交流能力、思維能力都會得到明顯的提升。并且在學習的過程中，學生總會遇到各種各樣的困難，不免要面對失敗，然后重新開始。在這個過程中學生的毅力也會得到培養(yǎng)，為未來面對社會中的挫折或壓力時能夠正確穩(wěn)妥地處理打下基礎(chǔ)，提高學生的社會適應能力。
　　
　　機器人教育存在的問題
　　
　　目前，機器人教育已經(jīng)越來越被人們所關(guān)注，機器人教育的各項活動也在學校中得到了一定程度的開展，但是所存在的問題也不容忽視。
　　1.機器人教育的教學目標尚欠科學
　　小學、初中、高中機器人教學的分階段目標的劃分不夠明確與合理，導致相關(guān)教材的區(qū)分度低、特色不強。
　　2.缺乏科學規(guī)劃與教學設(shè)計，教學過程缺乏教育理念支持[14]
　　目前，機器人教學的“教材”質(zhì)量不高，大多屬于“產(chǎn)品說明書”或“用戶指南”式的，缺少課程與教學專家的參與和指導，并且國內(nèi)還沒有統(tǒng)一的教材，適合中小學教學的教材也不多[15]。
　　3.教育機器人產(chǎn)品缺少規(guī)范
　　目前，教育機器人的品牌十分繁雜，并且大多是自成體系，互不兼容，開放度低。另一方面，適應于不同學段的性能價格比高的教育機器人產(chǎn)品卻很少。
　　4.教育行政部門不夠重視，缺少從教育視角進行的研究
　　當前中小學機器人教育的開展，在一定程度上是由教育機器人企業(yè)在推動。雖然企業(yè)在初期為此做出的貢獻應當予以肯定，但是隨著機器人教育的逐漸深入與普及，目前亟需教育行政部門、教學研究機構(gòu)給予充分的關(guān)注、協(xié)調(diào)與引導。其次，學校及時開設(shè)的相關(guān)課程都是為機器人比賽開設(shè)的，這樣只有少部分學生接觸到了機器人教育[16]。
　　5.教育研究欠缺，教學活動隨意性強
　　目前，機器人教育進入課程或者參與學科整合的經(jīng)驗還很少，教育研究成果非常缺乏。尤其對中小學教師而言，它是一種全新的事物，課程內(nèi)容，教學方法，學業(yè)檢測等都很欠缺。雖然在高中技術(shù)新的課程標準增加了人工智能初步與簡易機器人制作，但由于受到課程地位和科室的局限，目前效果尚不明顯，而且即使有些教育發(fā)達的地區(qū)作為地方課程或者校本課程開設(shè)，但教學內(nèi)容與活動的隨意性都較強[17]。
　　6.師資隊伍的建設(shè)
　　在機器人教育產(chǎn)業(yè)化的發(fā)展過程中，只有不斷培養(yǎng)大量懂得多學科知識的優(yōu)秀人才，才能跟上機器人時代的發(fā)展步伐。這就有賴于機器人教學的專業(yè)化發(fā)展，需要提高全社會對機器人教育的認識，為機器人教育的發(fā)展提供一個良好的環(huán)境[18]。
　　
　　我校校本課程的開設(shè)理念
　　
　　作為教育部直屬的六所免費師范類院校之一，我校對中小學機器人教育的研究十分關(guān)注。在了解到國內(nèi)機器人教育的發(fā)展狀況以及存在的問題并對其作了總結(jié)的基礎(chǔ)上，從培養(yǎng)機器人教師的校本課程出發(fā)，結(jié)合相關(guān)的教學原則、理念，我們的教學思路主要如下。
　　1.相關(guān)課程的整合
　　眾所周知，“人工智能初步”是信息技術(shù)課程的選修部分，教育技術(shù)學的本科生培養(yǎng)目標就是勝任該學科的日常教學。“簡易機器人制作”是通用技術(shù)課程的選修課，教育技術(shù)學專業(yè)在培養(yǎng)通用技術(shù)課程教師方面有著得天獨厚的優(yōu)勢[19]。同時，簡易機器人制作可以看作是人工智能初步研究的基礎(chǔ)，所以在開設(shè)課程的過程中我們大膽將兩門課程進行了整合，融為一門課程進行學習。
　　2.結(jié)合機器人競賽項目[20]
　　筆者通過對文獻及一線教師的了解發(fā)現(xiàn)，比賽項目的種類非常多，而且很多項目的創(chuàng)新性非常好。高中院校對機器人比賽十分的關(guān)注，我們將競賽項目分解到日常教學中，可有效提高學生競賽的水平，同時也可反作用于競賽，推進機器人競賽向更尖端發(fā)展。所以，在對相關(guān)機器人教師培養(yǎng)的過程中，可以將相關(guān)的比賽項目進行分解成為較容易實現(xiàn)的小項目單元供學生學習。這樣做一方面可以激起學生的學習興趣，另一方面，機器人教師未來在工作中帶領(lǐng)團隊參加機器人比賽是必不可少的，通過這樣的活動，學生可以較快地適應相應的教學，教師也能夠更好地指導機器人比賽，并且具備相關(guān)領(lǐng)域研究的能力。
　　3.結(jié)合英特爾?未來教育教學理念
　　英特爾?未來教育項目是一個行之有效的全球?qū)I(yè)化發(fā)展計劃，它幫助全世界無論是職前還是在職的教育工作者學習如何更好地將信息技術(shù)和資源融入到他們的課堂教學中。英特爾?未來教育核心課程項目于2006年正式納入中國教育部“中小學教師教育技術(shù)能力建設(shè)計劃”。而且根據(jù)英特爾（中國）有限公司和教育部在2006年11月啟動的“共創(chuàng)未來教育計劃”，英特爾?未來教育項目將在中國繼續(xù)培訓100萬名中小學教師和師范生[21]。我們在教學過程中結(jié)合英特爾?未來教育的理念和相關(guān)核心的課程，欲以此促進免費師范生教師技能的培養(yǎng)，幫助學生實現(xiàn)從學生思維的角度到教師教學過程思維角度的轉(zhuǎn)型。
　　4.結(jié)合團隊學習的理念
　　在這樣一個科學技術(shù)飛速發(fā)展的社會，人與人的合作變得越來越重要。團隊學習變成了研究領(lǐng)域研究方式的主流。所以，在此課程開設(shè)的過程中，在考慮到實驗室的情況和未來社會對學生合作能力要求的基礎(chǔ)上，本課程所有的實驗將以小組學習的方式呈現(xiàn)。
　　
　　結(jié)束語
　　
　　機器人教育對學生的發(fā)展十分重要，它是高中技術(shù)課程“人工智能初步”、“簡易機器人制作”的整合課程。中小學機器人比賽是培育學生的實際動手能力、綜合創(chuàng)新能力的有效工具。如果能適當?shù)貙C器人比賽分解，使其逐漸地深入到中小學機器人教學中，相信定能使中小學機器人教育的教學效果得到有效的提升，同時也對機器人相關(guān)領(lǐng)域人才的培養(yǎng)和提升機器人應用水平與研究的深入大有裨益。筆者欲將此教學方法分享給大家，供廣大教育研究者與一線工作者參考，以推動機器人教育的發(fā)展。
　　
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　　[21]英特爾?未來教育核心課程中文7.1版.
　　2008英特爾公司