任向紅

摘 要：人工智能時代正在加速向我們走來，由此引發(fā)的教育變革、人才培養(yǎng)新需求等受到越來越廣泛的關(guān)注。在此背景下，文章回顧總結(jié)了浙江省中小學(xué)生智能機器人比賽的活動歷程，分析了其活動的現(xiàn)實意義和存在的問題，并對如何推動活動進一步健康發(fā)展進行了展望。

關(guān)鍵詞：中小學(xué)；智能機器人；活動歷程

中圖分類號：G434 文獻標(biāo)志碼：A 文章編號：1673-8454（2018）10-0005-04

雖然人工智能技術(shù)早已經(jīng)是智能手機上很多應(yīng)用程序的核心驅(qū)動力，但大部分人對人工智能的驚艷認知，或許是始于2016年初AlphaGo與圍棋世界冠軍的驚世對局。人工智能這兩年的蓬勃發(fā)展、高歌猛進，推動人工智能戰(zhàn)略上升為國家戰(zhàn)略。在人工智能時代加速到來的當(dāng)下，在中小學(xué)生群體中開展智能機器人比賽工作顯得更加具有時代意義和全新價值。因此，有必要對浙江已經(jīng)開展十四年的中小學(xué)生智能機器人比賽進行回顧總結(jié)和展望，以便更好地推動這項活動健康發(fā)展，為人工智能時代培養(yǎng)專業(yè)人才做出應(yīng)有的貢獻。

一、活動歷程回顧

浙江省中小學(xué)生智能機器人比賽是省中小學(xué)電腦制作活動的項目之一，是指中小學(xué)生按照命題要求編程，控制智能機器人完成相關(guān)任務(wù)的比賽項目。在現(xiàn)場比賽中，學(xué)生要在限定時間內(nèi)自行進行拆裝機器人和編程調(diào)試，完成一系列的比賽任務(wù)，這一過程集成了計算機、機械、物理、電子、數(shù)學(xué)等眾多的學(xué)科知識，是進行中小學(xué)生素質(zhì)教育，培養(yǎng)學(xué)生創(chuàng)新精神、探究精神、實踐能力和動手能力等的有效平臺。浙江省自2004年啟動首屆比賽，至今已經(jīng)連續(xù)舉辦了十四屆。多年來，活動內(nèi)容隨著中小學(xué)校信息技術(shù)教育的發(fā)展和智能機器人技術(shù)的發(fā)展而不斷豐富，項目設(shè)置不斷優(yōu)化，參與群體逐漸增加。

1.活動項目不斷優(yōu)化

最初的智能機器人比賽項目主要為機器人滅火、足球、籃球等幾個傳統(tǒng)項目。在十幾年的活動發(fā)展中，組委會不斷吸收貼近中小學(xué)生生活、適合中小學(xué)生參與的智能機器人項目。至2017年，全省中小學(xué)生智能機器人比賽項目增至機器人滅火、足球、籃球、人型、FLL、WER、九宮、軌跡賽、虛擬仿真等10個項目。這些項目任務(wù)十分有趣，很容易激發(fā)學(xué)生的參與熱情，可看性也比較強，如通過傳感器等探測設(shè)備模仿消防隊員用最快的速度找到火源并將其撲滅的滅火項目；人型機器人跨欄、鉆障礙、上下樓梯等挑戰(zhàn)項目；模擬工業(yè)任務(wù)、醫(yī)療任務(wù)、農(nóng)業(yè)種植的項目；對抗激烈的足球、籃球大戰(zhàn)等等。多種多樣的項目，有利于孩子們根據(jù)自己的特長，挑選感興趣的項目參與。

2.活動內(nèi)涵不斷豐富

活動剛剛開始興起的時候，比賽規(guī)則尚不盡完善，對學(xué)生編程能力、動手能力的考查要求也不夠充分，像足球、籃球等對抗性的項目，只是在賽前進行簡單的知識測試，而不要求現(xiàn)場拆裝和編程，因此比賽常常成為機器性能的比拼和廠家程序設(shè)置的比拼，賽場上不乏“開關(guān)師傅”型學(xué)生。但隨著比賽設(shè)置的越來越科學(xué)，中小學(xué)生智能機器人比賽越來越重視參賽學(xué)生編程能力、創(chuàng)造能力、分析實踐等綜合能力的考察，多數(shù)項目都要求學(xué)生清空程序、拆散機器后進場，然后在限定時間內(nèi)自主組裝機器，拆裝機器人、編程調(diào)試的要求越來越高，任務(wù)越來越復(fù)雜。有些項目現(xiàn)場通過抽簽公布任務(wù)和規(guī)則，真正成為學(xué)生智力、創(chuàng)意、動手能力和多學(xué)科知識儲備的比拼。

3.虛實項目逐漸融合

近幾年，浙江省將虛擬項目引入全省中小學(xué)生智能機器人比賽。虛擬項目的引入，降低了參與比賽的門檻和經(jīng)濟成本，使得沒有條件購買實體機器人的學(xué)校和學(xué)生也有條件參與到比賽中來。隨著全省中小學(xué)校生機比的提高，可以說虛擬機器人項目向每一個愿意參加這項活動的學(xué)生敞開了大門。同時，在其他實體機器人項目中，比賽也不再限定品牌和廠家，符合“機器人”定義概念的各類機器人產(chǎn)品均可參加。這在促進各機器人廠家充分競爭的同時，最終使各中小學(xué)校受益。

4.活動規(guī)模不斷擴大

規(guī)模的擴大與上文所述的比賽項目設(shè)置不斷優(yōu)化、內(nèi)涵不斷豐富、比賽門檻逐漸降低是相輔相成的。每年的省級比賽，都規(guī)定各地在遴選和比賽的基礎(chǔ)上，每個項目限額推薦一兩支隊伍參加比賽。2017年，全省共有380多名中小學(xué)生參加了省級比賽，其中，270多名學(xué)生參與了實體機器人競賽，110余名學(xué)生參加了虛擬機器人比賽。限額推薦決定了只有很小一部分的學(xué)生才能參與到全省的比賽中。但據(jù)統(tǒng)計，2017年參與各市智能機器人比賽的學(xué)生達到了1700余人，有470余所中小學(xué)校參與了市級的比賽和遴選，可見這項賽事已經(jīng)有了較廣泛的學(xué)生基礎(chǔ)。因為比賽的促進，各級領(lǐng)導(dǎo)對機器人賽事越來越重視，中小學(xué)校以基礎(chǔ)課程為依托的機器人活動、機器人拓展課程、以機器人為載體的創(chuàng)客活動、校本機器人課程等越來越多。

二、活動現(xiàn)實意義

1.促進了學(xué)生綜合素質(zhì)的提升

學(xué)生動手實踐能力得到提升。這一點是毋庸置疑的。每一次比賽過程中，看到學(xué)生們把機器人逐一拆散，再將這些零零散散的配件搭建起來，電機、馬達、齒輪、傳感器……真是手腦并用、心靈手巧。

學(xué)生計算思維、邏輯思維能力得到提升。編程是智能機器人比賽的重要環(huán)節(jié)，根據(jù)比賽的任務(wù)，編寫程序控制機器人按照指令完成任務(wù)，學(xué)生必須具有嚴(yán)密的邏輯思維，并且成功應(yīng)用算法一步一步推演，尋找最佳方案，計算和編程思維給了學(xué)生看待世界的不同方式。

學(xué)生多學(xué)科融合的探索創(chuàng)新能力和科學(xué)情感得到提升。智能機器人活動與STEAM教學(xué)理念一脈相承，以應(yīng)用驅(qū)動，促進學(xué)生掌握多個學(xué)科的知識，特別是數(shù)學(xué)、物理、工程、機械、電子、人工智能等眾多領(lǐng)域的科學(xué)與技術(shù)知識，以任務(wù)驅(qū)動，學(xué)生不斷發(fā)現(xiàn)問題、解決問題，從容面對難題挑戰(zhàn)，凝練創(chuàng)新和科學(xué)品質(zhì)。

學(xué)生處理突發(fā)事件的應(yīng)變能力得到提升。每一次比賽活動中，都有不少學(xué)生要面臨意外的狀況，處理得好壞，直接影響自身的比賽結(jié)果。比如在2對2的足球或籃球項目中，其中一個隊員的機器人發(fā)生故障，按照比賽規(guī)則，允許一定的維修時間，這期間，這臺故障機器禁止上場，該如何取舍，要求學(xué)生迅速理清思路，快速處理問題。

學(xué)生團隊合作能力得到提升。機器人比賽過程中，多數(shù)項目是每2人為一個團隊，在機器人教學(xué)的過程中，也多數(shù)以小組形式開展。因此，他們自然而然地進行有效溝通和交流，彼此開展合作，共同解決問題。這種溝通協(xié)作的團隊合作能力為日后的團體生活和工作奠定堅實的基礎(chǔ)。

2.促進了信息技術(shù)課程的完善

雖然浙江省基礎(chǔ)教育信息技術(shù)課程中，只在小學(xué)六年級和初中三年級開設(shè)了機器人教學(xué)的課程，但是在中小學(xué)生智能機器人比賽的促進下，很多學(xué)校以拓展課程、興趣選課、課外活動的形式開展機器人教學(xué)。比如杭州市保俶塔實驗學(xué)校，每周二下午開展智能機器人拓展課程，主要對象是機器人愛好者，其中小學(xué)生30人，中學(xué)生25人；學(xué)校午間休息時間，機器人教室也對學(xué)生開放，做好學(xué)生活動記錄；小學(xué)六年級下學(xué)期，開設(shè)整個學(xué)期的機器人課程，并整合虛擬機器人課堂改進了實體機器人課堂。對于學(xué)習(xí)任務(wù)完成得較好的學(xué)生，該學(xué)校還獎勵他們可以借機器人回家研究。近幾年，在浙江各地中小學(xué)校，以創(chuàng)客空間、STEAM課程為載體開展機器人教學(xué)的學(xué)校更是數(shù)不勝數(shù)；機器人校本課程也不在少數(shù)，不少師生都在呼吁將更多的機器人知識編入通用教材。

3.促進了信息技術(shù)教師的自我提升

作為一項每年都在更新的教學(xué)內(nèi)容，機器人教學(xué)具有綜合滲透性、前瞻未來性、創(chuàng)新實踐性等很多特性，很多教師也是在興趣的驅(qū)動下邊學(xué)邊教，因此，他們最容易接觸信息技術(shù)的前沿知識，他們承載了學(xué)校教學(xué)改革和未來人工智能時代人才培養(yǎng)的重任，在做好基礎(chǔ)機器人知識教學(xué)的同時，他們每年都要研究不同賽事推出的新的比賽項目、新的比賽規(guī)則，了解新的發(fā)展趨勢，在與學(xué)生的互促互學(xué)中，他們成為了教學(xué)路上的有心人，有一部分可以說成為了機器人教學(xué)的專家。浙江省每年在全國中小學(xué)生智能機器人比賽中取得的優(yōu)異成績，都凝結(jié)了教師的心血，是他們的努力為學(xué)生創(chuàng)造了更廣闊的發(fā)展空間。

三、活動問題反思

1.參賽師生功利心較強

由于不少學(xué)校針對中小學(xué)生智能機器人比賽都有相應(yīng)的激勵機制，如對在全省或全國獲獎的師生進行精神或者物質(zhì)上的獎勵；特別是在全省和全國獲獎，對于高中階段學(xué)生來說，有資格入選有關(guān)高校的自主招生資格或三位一體考試資格，因此，中小學(xué)生智能機器人比賽帶有一定的功利性。有些參加比賽的師生，僅僅只為了成績，有的指導(dǎo)老師在比賽時對組委會直言不諱：我們就是沖著一等獎而來，如果不獲獎，對我們沒有絲毫意義。每次全省的比賽，仲裁組都會接到部分因為輸了比賽而找各種原因來申請仲裁的指導(dǎo)教師，比賽的矛盾、糾紛都源于十分在意比賽結(jié)果，而仲裁組經(jīng)過認真分析調(diào)查發(fā)現(xiàn)，多年來的有效申訴寥寥無幾。如何減少比賽的功利性，促進賽事健康可持續(xù)發(fā)展是我們面臨的現(xiàn)實問題。

2.機器人廠商介入過多

目前我們的機器人比賽項目和規(guī)則一般來自于機器人生產(chǎn)廠家，如近幾年，樂高、納英特、能力風(fēng)暴、中鳴、BOTBALL等廠商設(shè)置的項目已經(jīng)成為全國和全省的常規(guī)賽事，不少廠商都在積極爭取將自己的項目納入中小學(xué)校的各項比賽和活動。往往在比賽中競爭實力較強的學(xué)校和學(xué)生，從學(xué)生訓(xùn)練、機器設(shè)計到程序設(shè)置，都有廠家在背后做堅強的后盾。機器人廠商的介入，對于活動的發(fā)展存在著利弊兩方面的影響。一方面，生產(chǎn)廠家優(yōu)化了項目和比賽規(guī)則的設(shè)置，將最新的技術(shù)和最新的理念引入比賽，有利于促進中小學(xué)了解和把握最前沿的信息技術(shù)，也給了活動組織方場地、器材、人力的大力支持；另一方面，廠家過多介入現(xiàn)場比賽，可能會影響比賽的公平、公正性，參賽的主體變成了學(xué)生背后支持的力量，而并非學(xué)生本身，這無疑會對部分學(xué)生產(chǎn)生負面影響。

3.比賽規(guī)則尚有待完善

智能機器人比賽是一個動態(tài)發(fā)展、每年都充滿了新變化的活動，很多項目每年挑戰(zhàn)的主題有所不同，而且這些主題大都根據(jù)實際問題提出，比如這兩年的“未來農(nóng)業(yè)”、“資源再生”、“火星救援”、“動物之友”等挑戰(zhàn)主題，有利于學(xué)生結(jié)合生活發(fā)揮想象力、創(chuàng)造力。但比賽的評價往往單一地以結(jié)果為導(dǎo)向，過于重視學(xué)生的技術(shù)水平，甚至有時候是臨場發(fā)揮的水平，這也是導(dǎo)致參賽師生功利心過強的原因之一。據(jù)參加國外比賽的老師們反映，國際機器人比賽往往在注重創(chuàng)造、設(shè)計、創(chuàng)意等評價標(biāo)準(zhǔn)的同時，也注重學(xué)生活力、合作、支持等標(biāo)準(zhǔn)評價，注重發(fā)掘每一個參賽學(xué)生的優(yōu)點。近幾年，我們的某些比賽也在向這個方向靠攏，比如2017年10月浙江省青少年校外教育中心等單位主辦、省教育技術(shù)中心協(xié)辦的“The blast game”競技活動中，除了常規(guī)結(jié)果表彰，還設(shè)置了合作分享獎、道德風(fēng)尚獎、信息傳播獎等獎項，注重結(jié)果的同時也注重過程性的多維度評價。但這種規(guī)則要想在所有賽事中實行，對主辦方提出了較高的要求，目前來看，還是新的挑戰(zhàn)。

4.區(qū)域校域發(fā)展不均衡

我省中小學(xué)生智能機器人的區(qū)域校域發(fā)展不均衡性比較明顯。這一方面與活動對資金投入和師資投入的要求較高有關(guān)，因此在區(qū)域經(jīng)濟水平和教育水平較發(fā)達的杭州、寧波、溫州等地，對機器人教學(xué)向來比較重視，師生、家長對比賽參與的熱情和積極性都較高，成績也比較令人矚目；另一方面，也與學(xué)校領(lǐng)導(dǎo)和教師的教育理念支撐有著密不可分的關(guān)系，如應(yīng)試教育理念的影響等等。因此，此項活動的群眾基礎(chǔ)既高也不算太高，一直徘徊在相對固定的區(qū)域和學(xué)校領(lǐng)域。

四、活動發(fā)展展望

得益于深度學(xué)習(xí)算法和大數(shù)據(jù)技術(shù)的應(yīng)用，人工智能在近年來突飛猛進。無所不在的傳感器、物聯(lián)網(wǎng)、云計算，讓人工智能像水、電一樣幾乎無處不在。并且人工智能正在依賴遷移學(xué)習(xí)，呈現(xiàn)加速發(fā)展的趨勢。斯坦福大學(xué)人工智能實驗室主管李飛飛曾經(jīng)發(fā)問：AI改變世界，那么改變AI的又是誰呢？筆者認為，未來改變AI的群體中，肯定少不了今天熱愛并積極參與智能機器人活動的孩子們。這些具備了編程思維和編程能力的學(xué)生，在以后的工作和生活中，將自覺應(yīng)用“AI+”的先進思維方式，在人機協(xié)作時代占得發(fā)展的先機。

對應(yīng)人工智能技術(shù)的快速發(fā)展，中小學(xué)生智能機器人活動也是方興未艾、蓬勃發(fā)展，并且肩負人工智能人才培養(yǎng)的重任。據(jù)Linkedln統(tǒng)計，全球目前擁有約25萬名人工智能專業(yè)人才，其中美國約占三分之一。這樣的人才儲備，遠遠無法滿足未來幾年人工智能快速、穩(wěn)健增長的宏觀需求。人才供需矛盾顯著，高級算法工程師、研究員和科學(xué)家的身價持續(xù)走高。對應(yīng)這種需求，呼吁將智能機器人知識列入中小學(xué)信息技術(shù)通用課程和在中小學(xué)機器人教室中引入多種多樣的人工智能機器人的呼聲越來愈多。

近年來，浙江省教育信息化的高水平發(fā)展，為中小學(xué)生智能機器人活動普及發(fā)展奠定了基礎(chǔ)。2018年，全省將著力組織開展機器人教室建設(shè)和應(yīng)用培訓(xùn)，培育形成80個機器人教學(xué)示范校，機器人教學(xué)的軟硬件環(huán)境在不斷完善。與此相應(yīng)，機器人比賽的項目設(shè)置也將在越來越重視多任務(wù)驅(qū)動的綜合技能考查、越來越重視比賽規(guī)則的優(yōu)化和多維度的評價上下功夫。

每年暑期的全國中小學(xué)生電腦制作活動夏令營中，作為領(lǐng)隊，筆者都會看到孩子們或扛或提或推著自己的比賽工具箱，這其中不乏很多稚嫩的小學(xué)生的面孔，他們在賽場上進行智力、腦力甚至體力的比拼，他們揮灑汗水，收獲喜悅，這對他們而言，本身就是一種難得的體驗，他們也都樂在其中。真心地希望，這些孩子們中，有越來越多的人能成為高端計算機人才，運用“AI+”的思維，為我們創(chuàng)造更加美好的未來。

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