孔德彭 ，宋偉文 ，顧偉駟 ，李久勝 ，呂上一

（1.浙江工業(yè)大學 機器人教育研究中心，浙江 杭州 310023；2.浙江機電職業(yè)技術(shù)學院，浙江 杭州 310053）

一、引言

教育機器人是基于教學理念并富于教學教法和教學案例而開發(fā)的教學裝備，早期歸屬服務機器人之列，現(xiàn)也有專家學者將其單獨劃分為“教育機器人”一類，它不但是工業(yè)機器人技術(shù)的延伸，更是服務機器人的功能與種類的拓展。隨著學習者所需求功能的增多，教育機器人不但應該具有更多服務資源，而且應提供以完成深度學習和復雜教學為目的的教學服務策略。[1]大數(shù)據(jù)、物聯(lián)網(wǎng)和通信技術(shù)等新技術(shù)的發(fā)展，促使科學與工程深度融合，促進了教育機器人關(guān)鍵技術(shù)的進步，這不僅是人工智能時代對機器人的“教育機器人”分支提出的新要求、新挑戰(zhàn)，也是一條探索我國工程科技復合型人才培養(yǎng)的新方法和新途徑。

二、教育機器人國內(nèi)外發(fā)展現(xiàn)狀

經(jīng)過20多年的發(fā)展，教育機器人充分融合了科學、技術(shù)、工程及數(shù)學（即STEM）的屬性，已經(jīng)逐漸走進課堂、實驗室和千家萬戶，被教育界和家長接受與認可，于是教育機器人便以承載時代使命的角色登上了新時代舞臺。

1.國外教育機器人發(fā)展現(xiàn)狀

發(fā)達國家探究機器人在教育領域的應用從未停止過，不但探究中小學、大學如何開設了機器人方面的理論課程和實踐課程，而且教育機器人產(chǎn)品如何改造升級也在持續(xù)進行研究。如洛桑聯(lián)邦理工學院開發(fā)了適用于六歲以上兒童教學的低價教育機器人；意大利技術(shù)研究院開發(fā)了一個開源的認知人形機器人平臺，針對環(huán)境自動調(diào)適利用傳感器所收集到的線索來辨識物體，并接收學習任務予以執(zhí)行；郝特福德大學研究協(xié)助自閉癥兒童的教育機器人，正向影響自閉癥兒童與教育機器人進行互動，效果非常明顯；[2]麻省理工學院從機器人與周圍環(huán)境協(xié)調(diào)與互動著手，進行智慧教育感知技術(shù)研究；喬治亞理工學院研發(fā)了Simon機器人，通過學習機器人能夠靈活地掌握技能并積極運用；卡耐基梅隆大學（CORAL Group）的CORAL研究團隊主要研究Cobots機器人知道自己的知覺、身體和推理受到限制會主動尋求人類的幫助；宮城大學研發(fā)的機器人面向生活、學習，不但具有可愛外形，而且可以與學習者產(chǎn)生共鳴；比勒菲爾德大學的 CoR-Lab研究機器人如何成為人類學習的助手；熱那亞大學研發(fā)的iCub人形機器人建構(gòu)一個模擬人類的生態(tài)自我的過程，適用自我感知與修正學習。近年來國外積極對外開展合作，一方面商業(yè)化向全世界輸出各類教育機器人產(chǎn)品，另一方面通過行業(yè)協(xié)會、學會、產(chǎn)學研共同體開展機器人課程和教學創(chuàng)新設計、競賽，擴大其影響力。

2.國內(nèi)教育機器人研究現(xiàn)狀

國內(nèi)關(guān)于工業(yè)機器人核心技術(shù)的研究團隊比較多。如哈爾濱工業(yè)大學開展機器人相關(guān)的機電一體化集成、人機交互、智能技術(shù)和基礎理論研究等；國科院沈陽所側(cè)重機器人思維與動作、感知與互動、理論與方法的研究；北京理工智能機器人創(chuàng)新中心，在仿生機械、多元控制、多尺度控制及交叉融合領域解決了一系列重大前沿科學問題；浙江大學智能系統(tǒng)與控制研究所設有“機器人技術(shù)”等研究室和研究中心；浙江工業(yè)大學成立機器人協(xié)同研究中心，發(fā)揮機械、電氣控制和計算機與電子通信的優(yōu)勢，致力于工業(yè)機器人與服務機器人核心問題的探究。也有部分研究團隊專門從事教育機器人的研發(fā)，如北京師范大學黃榮懷團隊，2015年10月成立“教育機器人工程中心”，率先進行教育機器人相關(guān)領域的研究與開發(fā)；2017年7月浙江工業(yè)大學成立 “機器人教育研究中心”從事機器人的教學教法、資源共建共享、教育機器人的標準體系建設等方面的研究；2016年全國科技人才培養(yǎng)工程管理中心率先批準成立全國科技人才培養(yǎng)工程物聯(lián)機器人研究發(fā)展中心，致力于物聯(lián)網(wǎng)與機器人的智能設備開發(fā)與應用、人才培養(yǎng)與培訓，采集物聯(lián)機器人的信息大數(shù)據(jù)，進行實時決策與控制管理，積極開展國際合作，提升企業(yè)的市場競爭力，促進教育機器人的產(chǎn)業(yè)化，推進機器人換人工程全面展開。

《機器人產(chǎn)業(yè)發(fā)展規(guī)劃（2016-2020年）》提出：無論是在制造環(huán)境下應用的工業(yè)機器人，還是在非制造環(huán)境下應用的服務機器人，其研發(fā)及產(chǎn)業(yè)化應用是衡量一個國家科技創(chuàng)新、高端制造發(fā)展水平的重要標志。[3]但是，市場上我國的教育機器人品牌數(shù)量較少，缺乏核心技術(shù)，多為初級創(chuàng)投企業(yè)，產(chǎn)業(yè)發(fā)展雷同嚴重，在市場競爭中不具有絕對優(yōu)勢。[4]為此，從本國教育機器人市場前景出發(fā)，結(jié)合本國的文化和環(huán)境定位，把握教育機器人發(fā)展機遇，迎接挑戰(zhàn)，開展基于產(chǎn)業(yè)發(fā)展的新業(yè)態(tài)新模式研究具有重要意義。

三、教育機器人市場前景分析

教育機器人不但豐富了教育裝備的產(chǎn)業(yè)類型，也可以促進教育智能化、智慧化和信息化發(fā)展。各國都在積極探索教育機器人產(chǎn)業(yè)化布局，例如在美國，機器人教育主要是通過理論實踐課程來進行的，其中涉及教學、技術(shù)及實踐課程等方面的機器人。隨著教育機器人種類及功能增多，教育機器人未來將達到130多億左右市場規(guī)模，如此龐大的新業(yè)態(tài)市場，無論是政府、協(xié)會還是研究院所及企業(yè)自身，探索適合教育機器人自身產(chǎn)業(yè)發(fā)展的路徑是歷史的必然。目前，銷量較好的教育機器人產(chǎn)地分布在日韓及歐美，其中我國的高端機器人產(chǎn)品也主要依賴進口。如以硬件產(chǎn)品為代表的樂高機器人，側(cè)重于機器人本身組裝與構(gòu)造設計上；以美國WonderWorkshop為代表的“教育功能”派，主要偏重于機器人的教育功能；其他品牌的產(chǎn)品也有一定的市場份額，其中國外教育機器人市場排名前十的為Fischerchnik、Lego、Modular Robotics、Robotis、Tetrix Robotics、Aldebaran、Wonder-Workshop、Honda Motor、LASY、Robotshop；國內(nèi)教育機器人知名品牌為上海未來能力風暴、浙江開心果、深圳小西科技、奧飛動漫、深圳中科歐鵬、哈工大服務機器人和南京紫光科技等。隨著教育信息化進程的推進，教育機器人的功能發(fā)揮出越來越重要的作用，隨著對智能教育裝備需求量的逐步增加，教育型機器人市場將逐漸擴大。

四、教育機器人產(chǎn)業(yè)化路徑探析

教育機器人讓學習者獲取機械、電子、信息、傳感技術(shù)知識之外，還能培養(yǎng)技術(shù)應用、解決問題、動手能力，團隊協(xié)作以及表達能力，批判思維能力。國發(fā)[2017]35號《國務院關(guān)于印發(fā)新一代人工智能發(fā)展規(guī)劃的通知》鼓勵全國有條件的高校、研究院開設人工智能專業(yè)，在中小學開設機器人相關(guān)的課程和競賽。[5]為此，教育機器人表現(xiàn)出了其無可比擬的教育價值及實用潛質(zhì)，為培養(yǎng)多學科交叉融合、高素質(zhì)、復合型的工程人才提供了一個理論教學、實訓實踐和資源共享的綜合平臺。

1.破解機器人教育難題

為了更好地促進高層次人才的培訓與培養(yǎng)，一方面大力研究開發(fā)及生產(chǎn)高端合格的教育機器人產(chǎn)品，另一方面全面開展機器人教育的宣傳，但是還有一些難題亟待破解。

一是諸多教育機器人課題亟待破題。在經(jīng)濟全球化背景下，通過機器人教育促進創(chuàng)新型科技人才隊伍壯大與建設是我國人才培養(yǎng)的新途徑和新模式，為此在技術(shù)傳授的前提下，加快相關(guān)理論研究、學術(shù)探討和培養(yǎng)模式研究，激發(fā)學生的興趣，引導學生思考，加深對理論的引領、理解和人才培養(yǎng)研究，是教育機器人的主要研究問題。

二是服務于機器人教育的公共資源比較稀缺。與國外比較來看，無論是教學設備還是教學案例及教育在線資源，遠遠不能滿足教學的需求，為此實行中小學、大學課程及教學資源的開發(fā)，促進更多的教育教學資源共享，滿足機器人教育需求是前提。

三是教師隊伍的人數(shù)不多?？v觀整個發(fā)展過程，無論是中小學教師，還是大中專院校，機器人教師需求缺口較大。一方面是培養(yǎng)出口師資力量薄弱，另一方面受薪資待遇的影響，具有機器人操作技術(shù)和技能的人，就業(yè)口徑比較寬，較少人愿意去當教師，為此應加大教師隊伍建設及師資長遠規(guī)劃，將崇尚教育、樂教和施教的人聚集過來。

四是機器人教育活動的目的性不是很明確。目前機器人相關(guān)的設備推廣、大型會展、學術(shù)交流、推介會、競技比賽等教育性不太突出，商業(yè)成分過重，同時，目前的教育機器人現(xiàn)有產(chǎn)品同質(zhì)化嚴重、機器人研發(fā)與教育結(jié)合不夠緊、產(chǎn)品價格和學費太高、教育形式過于封閉、細分市場發(fā)掘不充分、推廣形式單一、機器人教育需求宣傳不到位，高端缺技術(shù)、低端缺市場。以上問題應該采取相應的方法、手段及措施加以應對與解決。

2.加快行業(yè)標準研究

據(jù)了解工業(yè)機器人標準相對成熟，但從教育機器人這個角度而言，無論外國品牌，還是正在崛起的中國自主研發(fā)的品牌，都缺乏與之相適應的規(guī)范與標準約束。教育機器人是機器人產(chǎn)業(yè)細分領域的一大類產(chǎn)品，研究制定科學化、規(guī)范化的標準體系，才能促進教育機器人產(chǎn)業(yè)健康發(fā)展。所以，加快教育機器人相關(guān)標準的研究時不我待，同時需要盡快上升為國家標準，從而引領國際標準，倒逼產(chǎn)業(yè)，給產(chǎn)業(yè)發(fā)展提供方向，規(guī)范和促進產(chǎn)業(yè)發(fā)展。具體實施過程應該遵循教育機器人的安全性、可用性、互操作性、可追溯性原則，建立并完善教育機器人的基礎共性、互聯(lián)互通、行業(yè)應用、網(wǎng)絡安全、隱私保護等技術(shù)標準研究；當然在完善以上內(nèi)容的同時，研究者還需要繼續(xù)研究新技術(shù)，如感應技術(shù)、辨識技術(shù)、控制語言、機器人結(jié)構(gòu)、無線網(wǎng)絡、云端科技和仿生技術(shù)等與教育機器人融合后的評價與判斷準則，并從教育機器人的系統(tǒng)架構(gòu)標準、教學平臺管理標準、移動設備與管理端關(guān)聯(lián)標準探究，使教育機器人標準體系更加更完備。

3.健全教育機器人法律體系

教育機器人在設計、開發(fā)、生產(chǎn)、銷售和使用過程中，關(guān)乎到國內(nèi)外的道德準則、社會倫理、用戶安全和權(quán)益訴求等諸多法律方面的問題，為此從以下幾個方面進行加強。

一是探究國際規(guī)則、深化法律規(guī)范，構(gòu)建風險防控機制和預警監(jiān)測體系，研判就業(yè)替代與社會倫理道德問題，[6]促使教育機器人教育資源綠色健康、安全可靠可控、造福于民。

二是研究機器人教育與教師職業(yè)崗位有機結(jié)合與協(xié)調(diào)發(fā)展問題，依托機器人智能技術(shù)發(fā)展，構(gòu)建教育機器人的倫理學特性。

三是不同國界、不同文化、社會意識及宗教信仰，造成教育機器人服務對象的倫理學標準也不盡然相同，因此基本規(guī)則就是集中全社會的智慧，使其盡量建立在民主公平健康基礎之上。

四是在使用過程中，教育機器人是一個責任主體，在遵循道德規(guī)則基礎上，具有人類的基本認知能力，不斷貫徹“和諧”宗旨，延展教育機器人的倫理學深度，實現(xiàn)教育機器人與教師及學生等和睦共處。為教育機器人產(chǎn)業(yè)發(fā)展和形成區(qū)域競爭優(yōu)勢、更好地服務于“學習者”目標而不斷探索。

4.構(gòu)筑機器人教育云平臺

當前，教育機器人可以應用于教學的資源很少，[7]因為每個廠家基于自己的水平開發(fā)資源平臺，彼此不兼容，不同機器人安裝不同APP程序，資源設計者從單一的角度設計教學資源，沒有考慮普眾需求，制約了產(chǎn)品的應用推廣。為此，開展機器人教育工程技術(shù)方面的研究，從教育機器人資源共享標準制定、服務技術(shù)策略及數(shù)字化資源服務設計與推送角度出發(fā)，立足自主知識品牌，促進規(guī)模及規(guī)范的產(chǎn)業(yè)化發(fā)展，充分考慮物聯(lián)網(wǎng)、大數(shù)據(jù)及云服務技術(shù)，在共建共享技術(shù)上對教育機器人進行完善與功能提升。[8]調(diào)研可知，通過智能云功能，實現(xiàn)如同真人般的口語互動與通過能力，扮演教師、學習同伴、助理多重角色，并與使用者進行互動和實時反饋，模仿人腦從事推理、證明和設計等思維活動的功能。因此，進行教育機器人資源共享云平臺開發(fā)是當務之急。再者，根據(jù)當前人工智能發(fā)展的現(xiàn)狀，深挖教育機器人在家庭服務和教育應用方面的需求，利用、整合科技資源和研發(fā)優(yōu)勢，[9]聚焦前沿技術(shù)，開展教育機器人服務體系的頂層設計，開展在線服務，建立認證與檢測一體化云服務體系，實證并完善評價標準，建立國家教育機器人評測與評定網(wǎng)上中心，開發(fā)教育機器人關(guān)鍵部件及整體系統(tǒng)檢測儀器儀表實時系統(tǒng)，實施第三方網(wǎng)上評價與異地認證。

5.構(gòu)建教育機器人產(chǎn)業(yè)聯(lián)盟

為了更好地滿足多樣化的用戶需求，堅持經(jīng)濟全球化大方向，發(fā)揮高校、科研院所、企業(yè)和行業(yè)組織的作用，健全高效靈活、優(yōu)勢互補的教育機器人產(chǎn)學研用協(xié)同創(chuàng)新體系，在教育機器人產(chǎn)品試制、功能完成、系列產(chǎn)品打造和產(chǎn)業(yè)鏈塑造等方面進行全方位一體化設計；根據(jù)科技部、財政部等六部委《關(guān)于推動產(chǎn)業(yè)技術(shù)創(chuàng)新戰(zhàn)略聯(lián)盟構(gòu)建的指導意見》的精神，有條件的產(chǎn)業(yè)園、經(jīng)濟帶依托省市縣區(qū)域，[10]成立教育機器人方面的產(chǎn)業(yè)聯(lián)盟或行業(yè)協(xié)會，致力于產(chǎn)學研綜合體，在行業(yè)引領、產(chǎn)業(yè)定位、人才培養(yǎng)、標準制定、技術(shù)創(chuàng)新、產(chǎn)品開發(fā)、實驗室建設、課程體系開發(fā)、社會服務等方面發(fā)力引領教育機器人產(chǎn)業(yè)健康發(fā)展，解決人才供給不足的難題；同時從理論層面、學科體系和標準研究與制訂的高度開展人才培養(yǎng)體系及平臺構(gòu)建方面的工作；從中國企業(yè)文化環(huán)境、全國產(chǎn)業(yè)聚合和宏觀布局層面出發(fā)，結(jié)合區(qū)域經(jīng)濟的產(chǎn)業(yè)類型、區(qū)塊特點、人才匹配和政策優(yōu)勢等方面因素，進行正確的產(chǎn)業(yè)布局，打造教育機器人特色的產(chǎn)業(yè)鏈，形成產(chǎn)業(yè)集群。鼓勵有條件的企業(yè)進行教育機器人系列品牌建設，整合區(qū)域產(chǎn)業(yè)優(yōu)勢，形成示范產(chǎn)業(yè)應用工程及基地。[11]立足有效果、關(guān)聯(lián)度高，分層次、分步驟進行市場差異化發(fā)展，促進傳統(tǒng)產(chǎn)業(yè)企業(yè)與互聯(lián)網(wǎng)及新技術(shù)企業(yè)耦合發(fā)展，借助行政手段和資本杠桿進行整合與重組，實現(xiàn)跨界融合，培育具有強勁競爭力的龍頭企業(yè)，形成教育機器人產(chǎn)業(yè)重新布局及鏈條式發(fā)展。

6.整合資源，加強統(tǒng)籌

推動教育機器人產(chǎn)業(yè)良性發(fā)展，不但需要地方政府的正確產(chǎn)業(yè)導向，還需要發(fā)展改革、工業(yè)管理、科技服務和財政稅收等不同職能部門之間的資源配合及大力支持。一是利用好中央基金及資金扶持政策，抓住重大技術(shù)裝備保險補償及免稅政策，鼓勵企業(yè)加大資金投入，提升科技生產(chǎn)水平，發(fā)揮關(guān)稅動態(tài)保護作用及優(yōu)惠措施，利用多樣化的投融資渠道，借助銀行、基金在業(yè)務范圍內(nèi)支持教育機器人優(yōu)勢，采取海內(nèi)外的投融資、并購及上市手段發(fā)展企業(yè)。

二是用好用活產(chǎn)業(yè)政策，在有條件、有環(huán)境、有后勁的地方，發(fā)展教育機器人產(chǎn)業(yè)集群，引導生產(chǎn)要素與產(chǎn)業(yè)鏈的聚集。[12]

三是地方政府營造一個良好守信的市場氛圍，鼓勵企業(yè)形成行業(yè)標準與體系，鼓勵教育機器人知識產(chǎn)權(quán)申請與保護，形成教育機器人行業(yè)注冊及數(shù)據(jù)統(tǒng)計制度，打造教育機器人產(chǎn)業(yè)聯(lián)盟和服務共享平臺，集中資源向高深方向發(fā)展，構(gòu)建教育機器人產(chǎn)業(yè)孵化轉(zhuǎn)型及綜合服務平臺。

四是政府部門在行業(yè)管理上應更為系統(tǒng)、嚴謹，做到精準指向。財稅扶持重點要向研發(fā)環(huán)節(jié)過渡，進一步提高對核心技術(shù)的財稅扶持力度，提高對基礎理論研究和關(guān)鍵技術(shù)開發(fā)的財政補助強度，擴大研發(fā)型企業(yè)稅收優(yōu)惠政策。此外要規(guī)范應用環(huán)節(jié)的財稅政策，完善支持手段，進一步建立規(guī)范管理制度。政府部門在行業(yè)管理上應更為系統(tǒng)、嚴謹，如行業(yè)準入設立一定的門檻、標準，實施基于誠信體系前提下的注冊制。如產(chǎn)業(yè)稅收優(yōu)惠政策、補貼政策、考核指標方面，能量化就要量化，該明確就要明確。行業(yè)對知識產(chǎn)權(quán)加強保護，官方處理糾紛要嚴謹、嚴格。

五、結(jié)束語

通過對教育機器人產(chǎn)業(yè)化路徑的論述，教育機器人的教育特性與服務功能重要性得到比較完備的彰顯，無論教育工作者還是產(chǎn)品生產(chǎn)廠家，甚至是學習者，都需對教育機器人進行系統(tǒng)了解與全面認識，而且厘清教育機器人的各自產(chǎn)品屬性、產(chǎn)業(yè)特點及產(chǎn)業(yè)化的可行性，[13]這樣不但有助于適合本土的教育機器人落地生根，也可以促進外埠及國外品牌進行本土化轉(zhuǎn)型及提供更加適合中國人的教育機器人產(chǎn)品，當然也會涉及資源配置與售后服務等方面，促進機器人輔助教育的發(fā)展。在“互聯(lián)網(wǎng)+”時代，恰當發(fā)揮政府宏觀調(diào)控的杠桿優(yōu)勢，立足本國，面向國際，引導教育機器人產(chǎn)業(yè)進行科學布局，打造具有時代特色的教育機器人產(chǎn)業(yè)基地，形成中國特色產(chǎn)業(yè)集群。