中小學(xué)機(jī)器人教育困境路徑探尋

張津瑋

(武漢大學(xué) 教育科學(xué)研究院，湖北 武漢 430000)

0 引言

2018年教育部在《普通高中通用技術(shù)課程標(biāo)準(zhǔn)(2017年版)》(以下簡(jiǎn)稱課標(biāo))中，將“機(jī)器人設(shè)計(jì)與制作”模塊納入普通高中階段通用技術(shù)的選擇性必修模塊，與此相關(guān)的是在信息技術(shù)學(xué)科中，設(shè)立“人工智能初步”并將編程納入學(xué)習(xí)內(nèi)容。在此背景下，機(jī)器人教育中存在的許多問(wèn)題暴露出來(lái)，如基礎(chǔ)教育階段機(jī)器人教育“外熱內(nèi)冷”的狀態(tài)；課程拘泥于形式教學(xué)內(nèi)容單一，忽視學(xué)生綜合能力的培養(yǎng)等?；谝陨蠁?wèn)題，要從根源上提升機(jī)器人教育質(zhì)量，不僅需要國(guó)家層面政策推動(dòng)，還需要從現(xiàn)狀與困境切入，結(jié)合理論與實(shí)踐探尋解決路徑。

1 機(jī)器人教育現(xiàn)狀與困境

1.1 機(jī)器人教育概念

機(jī)器人教育，至今較權(quán)威的定義由彭紹東[1]教授于2002年提出：機(jī)器人教育是指學(xué)習(xí)、利用機(jī)器人,優(yōu)化教育效果及師生勞動(dòng)方式的理論與實(shí)踐。可從理論與實(shí)踐兩方面理解：理論部分包括自身理論與現(xiàn)有理論的有機(jī)結(jié)合，形成一套獨(dú)立的科學(xué)體系；實(shí)踐部分則把機(jī)器人視為學(xué)習(xí)內(nèi)容或教學(xué)工具，以此為基礎(chǔ)開(kāi)展系列教學(xué)活動(dòng)，教學(xué)活動(dòng)通過(guò)具體實(shí)踐應(yīng)用完成。最終目的是通過(guò)機(jī)器人教育將教學(xué)效果朝向最優(yōu)方向發(fā)展，進(jìn)而優(yōu)化教學(xué)效率。

1.2 機(jī)器人教育主要開(kāi)展方式

1.2.1 學(xué)校課程

《普通高中通用技術(shù)課程標(biāo)準(zhǔn)(2017年版)》將課程類別調(diào)整為必修課程、選擇性必修課程與選修課程。在保證共同基礎(chǔ)前提下，為不同發(fā)展方向?qū)W生提供有選擇的課程。選擇性必修課程根據(jù)學(xué)生個(gè)性發(fā)展與升學(xué)考試需要設(shè)置，選修選考[2]?！皺C(jī)器人的設(shè)計(jì)與制作”這一模塊被歸在通用技術(shù)選擇性必修中，并由“機(jī)器人結(jié)構(gòu)與傳動(dòng)機(jī)械”、“機(jī)器人感知與傳感器”、“機(jī)器人控制器”、“機(jī)器人控制策略”4單元組成。在義務(wù)教育階段則有略有區(qū)別，機(jī)器人設(shè)計(jì)與制作被歸入信息技術(shù)課程并且以選修形式開(kāi)設(shè)。

1.2.2 課外活動(dòng)

這部分包括校內(nèi)興趣班與校外培訓(xùn)。由于開(kāi)展機(jī)器人課程需要配備系列設(shè)施，導(dǎo)致一些學(xué)校無(wú)法滿足全體學(xué)生學(xué)習(xí)需求，只能以校內(nèi)興趣班形式開(kāi)展機(jī)器人課程。然而因課時(shí)限制無(wú)法滿足機(jī)器人教育所需條件，于是大量機(jī)器人培訓(xùn)機(jī)構(gòu)迅速占據(jù)教育市場(chǎng)。

1.3 校外培訓(xùn)市場(chǎng)巨大

目前中小學(xué)機(jī)器人教育存在明顯“外熱內(nèi)冷”現(xiàn)象，即校外機(jī)器人培訓(xùn)市場(chǎng)火爆，校內(nèi)機(jī)器人教育不溫不火。我國(guó)機(jī)器人教育產(chǎn)業(yè)發(fā)展迅猛，截至2016年9月，全國(guó)范圍有7 000-8 000家機(jī)器人教育培訓(xùn)機(jī)構(gòu)，比2011年增長(zhǎng)了近15倍，專家預(yù)計(jì)到2025年，我國(guó)機(jī)器人教育產(chǎn)業(yè)市場(chǎng)將達(dá)到3 000億元[3]。校外培訓(xùn)由于監(jiān)管力度不大，缺乏行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)存在以下問(wèn)題：①校外培訓(xùn)打著培養(yǎng)創(chuàng)造性思維的口號(hào)，收取高昂費(fèi)用；②培訓(xùn)機(jī)構(gòu)所使用的機(jī)器人配套設(shè)備及教材五花八門(mén)，兼容性不高，課程設(shè)置是否符合學(xué)生身心發(fā)展無(wú)法檢驗(yàn)；③師資不均衡導(dǎo)致教學(xué)效果與質(zhì)量缺乏保證。

1.4 機(jī)器人課程存在偏差

近年，聚焦機(jī)器人課程的研究日漸豐富，出現(xiàn)許多新穎的課程設(shè)計(jì)與教學(xué)模式，但中小學(xué)機(jī)器人課程在教育內(nèi)容層面存在側(cè)重學(xué)科本位，重技術(shù)輕整合的現(xiàn)象[4]。培養(yǎng)學(xué)生創(chuàng)新應(yīng)用能力是機(jī)器人教育的重心，也是機(jī)器人教育核心價(jià)值的體現(xiàn)。但實(shí)際教學(xué)情景中，創(chuàng)新能力培養(yǎng)被束之高閣。具體表現(xiàn)為教師基本沿襲傳統(tǒng)講練結(jié)合或封閉式任務(wù)教學(xué)法，以簡(jiǎn)單搭建組裝為主要教學(xué)任務(wù)，學(xué)生按照設(shè)定步驟程序完成機(jī)器人制作，不僅缺少創(chuàng)新思維引導(dǎo)，而且持續(xù)削弱學(xué)生個(gè)性[5]。

機(jī)器人只是作為學(xué)習(xí)對(duì)象，關(guān)于機(jī)器人基礎(chǔ)知識(shí)與基本操作技能的學(xué)習(xí)構(gòu)成了機(jī)器人課程的核心或全部?jī)?nèi)容，總體來(lái)說(shuō)機(jī)器人課程體系還不夠科學(xué)，阻礙著機(jī)器人教育的發(fā)展。

2 提升機(jī)器人教育質(zhì)量路徑探索

2.1 師資培養(yǎng)與提升

師資是制約機(jī)器人教育發(fā)展的關(guān)鍵因素。學(xué)校信息技術(shù)教師雖然具備大類學(xué)科相關(guān)背景，但容易將信息技術(shù)課上慣用教學(xué)方式與固定教學(xué)思維帶到機(jī)器人教學(xué)中。機(jī)器人課程區(qū)別于其它課程關(guān)鍵在于，這是一門(mén)偏重實(shí)踐的課程，主要培養(yǎng)學(xué)生動(dòng)手實(shí)操能力與應(yīng)用創(chuàng)新能力。因此，教師要最大化激發(fā)學(xué)生綜合能力，首先自身應(yīng)熟練掌握操作，進(jìn)而傳授給學(xué)生。這里傳授不僅僅是指機(jī)械、單一的操作流程示范，還要把其中原理知識(shí)與思維方式通過(guò)課堂教給學(xué)生。因此提高教師整體素質(zhì)與能力顯得尤為重要。

提高師資水平需加強(qiáng)人才的供給輸出。一些師范院校中教育技術(shù)、信息技術(shù)或者非師范院校計(jì)算機(jī)專業(yè)可以將機(jī)器人課程盡快納入培養(yǎng)體系，最好是以專業(yè)必修課的形式，考核方式以實(shí)操為主，知識(shí)為輔[6]，同時(shí)為學(xué)生提供觀摩真實(shí)中小學(xué)課堂的機(jī)會(huì)，儲(chǔ)備經(jīng)驗(yàn)。除了培養(yǎng)新型教師外，一線教師則要加強(qiáng)交流學(xué)習(xí)，尤其是校際合作，學(xué)?？陕?lián)合從校外或者高校聘請(qǐng)專業(yè)教師給予指導(dǎo)。教師通過(guò)培訓(xùn)改進(jìn)教學(xué)，螺旋式提升教學(xué)水平。

2.2 以學(xué)生發(fā)展為導(dǎo)向

(1)課程設(shè)置再完善?！读x務(wù)教學(xué)階段信息技術(shù)課程標(biāo)準(zhǔn)》指出，學(xué)會(huì)設(shè)計(jì)與制作簡(jiǎn)單的機(jī)器人，具備識(shí)別機(jī)器人基本構(gòu)造、描述部分功能工作原理、區(qū)分各類傳感器等能力，并根據(jù)實(shí)際生活設(shè)計(jì)、制作或組裝簡(jiǎn)單的實(shí)物機(jī)器人[7]。此外還突出編程思維培養(yǎng)，引入流程圖讓學(xué)生掌握利用程序設(shè)計(jì)解決問(wèn)題的基本過(guò)程。相對(duì)而言，高中階段培養(yǎng)目標(biāo)則更細(xì)致全面，這就導(dǎo)致從義務(wù)教育階段向高中階段銜接不夠。一旦學(xué)生缺乏相關(guān)基礎(chǔ)知識(shí)背景則較難適應(yīng)高中階段學(xué)習(xí)。此外，迫于高考?jí)毫C(jī)器人課程易被邊緣化。選擇性必修看似突出學(xué)生自主權(quán)，但對(duì)機(jī)器人教育來(lái)說(shuō)具有一定局限性。由于通用技術(shù)中選擇性必修共計(jì)11個(gè)模塊，學(xué)生選擇機(jī)器人設(shè)計(jì)與制作的概率僅為9%，因此有必要在必修課程中普及機(jī)器人基礎(chǔ)知識(shí)，有效引導(dǎo)學(xué)生選擇這一模塊深入學(xué)習(xí)。總而言之，讓機(jī)器人正式進(jìn)入課堂，還需不斷完善課程設(shè)置，落實(shí)課程目標(biāo)。

(2)教學(xué)模式再開(kāi)發(fā)。以往的機(jī)器人課堂教師一般沿用講授法、任務(wù)驅(qū)動(dòng)法等基礎(chǔ)教學(xué)方法，但傳統(tǒng)教學(xué)方法與機(jī)器人課程融合度欠缺，因此教師應(yīng)該充分考慮學(xué)生特征，更新教學(xué)方式。如果學(xué)生動(dòng)手能力強(qiáng)，應(yīng)激發(fā)學(xué)生動(dòng)手能力，給學(xué)生留足自主發(fā)展的時(shí)間。如果學(xué)生基礎(chǔ)知識(shí)掌握較好，對(duì)問(wèn)題表現(xiàn)出極大探索興趣，則應(yīng)盡可能引導(dǎo)學(xué)生理解背后的原理，促進(jìn)學(xué)生全面發(fā)展。隨著技術(shù)與教育深度融合，教師應(yīng)充分利用學(xué)習(xí)資源調(diào)動(dòng)學(xué)生學(xué)習(xí)動(dòng)機(jī)以促進(jìn)教學(xué)效果，如微課、慕課、翻轉(zhuǎn)課堂等[8]。另外，可通過(guò)小組合作學(xué)習(xí)，2-3人一組最佳，學(xué)習(xí)活動(dòng)范圍不局限在幾十人的課堂中，可以擴(kuò)展到課外、校外等。知識(shí)講授與示范不再是在機(jī)器人課程重點(diǎn)，教師在機(jī)器人教學(xué)中的地位要弱化，而學(xué)生則要突出主體地位。學(xué)生通過(guò)自主性學(xué)習(xí)，培養(yǎng)問(wèn)題解決的能力、知識(shí)遷移能力、思維創(chuàng)造能力、合作交流能力，在學(xué)習(xí)合作中不斷進(jìn)步。想要根據(jù)學(xué)生水平進(jìn)行有區(qū)別、合適的指導(dǎo)就無(wú)法忽視教師能力，因?yàn)閹熧Y水平與教學(xué)模式是相輔相成的。

2.3 發(fā)揮機(jī)器人競(jìng)賽價(jià)值

雖然諸多學(xué)者對(duì)機(jī)器人競(jìng)賽存在質(zhì)疑，但不可否認(rèn)的是機(jī)器人競(jìng)賽確實(shí)在一定程度上推動(dòng)了機(jī)器人教育發(fā)展。當(dāng)今我國(guó)機(jī)器人競(jìng)賽種類接近20余種，其中很多競(jìng)賽參賽人數(shù)年年上升，一些學(xué)生也有機(jī)會(huì)在國(guó)際比賽嶄露頭角，這些豐碩成果背后離不開(kāi)機(jī)器人競(jìng)賽的推動(dòng)。以往的爭(zhēng)議點(diǎn)在于競(jìng)賽忽略了機(jī)器人教育的意義，其實(shí)參賽本身就是一次鍛煉，一種教育方式。機(jī)器人教育特殊性正是在于它的過(guò)程，它沒(méi)有統(tǒng)一標(biāo)準(zhǔn)與結(jié)果，因此強(qiáng)調(diào)過(guò)程應(yīng)該是機(jī)器人教育關(guān)注的地方。對(duì)于學(xué)生而言競(jìng)賽榮譽(yù)可能帶來(lái)升學(xué)競(jìng)爭(zhēng)優(yōu)勢(shì)，這確實(shí)是一種利益驅(qū)動(dòng)，但比賽過(guò)程中的收獲與體驗(yàn)無(wú)法衡量，有益無(wú)益完全取決于學(xué)生對(duì)于比賽的付出程度。因此教師與教育工作者需要改變觀點(diǎn)，以發(fā)展的眼光看待競(jìng)賽，向?qū)W生傳達(dá)“參與即學(xué)習(xí)”的新理念，讓機(jī)器人競(jìng)賽發(fā)揮最大價(jià)值。