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机器人教育的核心及战略定位

2019-08-08 18:10:18   机器人教育

在当今人工智能和机器人技术的大背景下,人机结合的教育将成为未来教育的普遍形态。

然而,越是置身在热潮中,越是需要保持冷静的思考。无论是机器人教育者还是从事机器人研究的一线工作者,都应该对机器人教育的发展背景、战略定位和推动路径保持清醒的认知。

机器人教育的发展背景

在我国基础教育课程改革的背景推动下,中小学的机器人课程教育取得了较快的发展,这与智能时代背景下的科技进步有着密切的关系。

1智能时代对人才培养的需求

《智能教育2018 观塘宣言》中认为,智能教育拥有丰富的内涵,它不仅是以人工智能为知识和内容的教育,更是以培养适应智能时代的人才为目标的教育[2]。

机器人教育是当前中小学开展人工智能普及教育的重要途径,其满足了智能时代对人才培养的需求。换言之,智能时代的人才培养要以中小学开展普及机器人教育为契机。

此外,据《全球人工智能产业分布》报告,中国在人工智能项目的数量已超美国,但在人才储备方面却远远落后[3]。

因此,为加快我国的人才培养力度,教育部于2018 年4 月颁布《高等学校人工智能创新行动计划》,明确指出要推动人工智能与教育的融合,大力支持在中小学开展人工智能普及教育。

机器人教育作为机器人技术在教育领域的典型应用模式,对发展学生的设计思维、计算思维和创新思维具有重要价值,并逐步成为共识。可以说,机器人教育在创新人才培养上拥有无法比拟的发展前景,并将迅速在我国教育教学领域火热起来。

2开源运动提供了精神引领与技术支持

开源运动是开放源码运动的简称,其意义在于开放源代码、信息共享和自由使用[4], 其背后体现了一种开放精神。

在全球化进程中,“开放” 已成为当今世界发展的主旋律。

可以说,开源运动不仅为机器人教育的实施与推广提供了技术支持,而且体现了一种开放创新的理念,让学生体验课程学习的快乐和分享学习中的收获。

目前,市场上常见的开源硬件开发平台有50 余种[5],而在中小学机器人教育中使用较多的开源硬件开发平台有Arduino、树莓派等,这些开源硬件具有一些共同的优势,包括价格适中、简单易上手、兼容性强、用户基数大等,这些优势是推动和普及中小学机器人教育的重要保障。

3创客教育与STEM教育的直接推动

(一)创客教育

创客教育作为一种新型的机器人教育形态,秉承“开放创新、探究体验”的教育理念,并以“创造中学”为主要学习方式,从而培养开放创新的人才为目的[6]。

从大量研究和实践结果中不难发现,创客教育主要包含以下六个方面的特点:

第一,其教育理念强调“开放创新”;

第二,教育目标注重培养学生的综合实践能力与创造力;

第三,学习方式侧重学生自主体验与探究创造;

第四,学习工具包含了Arduino、树莓派等开源硬件;

第五,学习结果强调以作品为导向;

第六,学习评价采用多元评价方式。

从这六个特点中可以看出,中小学机器人教育与创客教育有着高度相似的共同点!换句话说,机器人教育是中小学创客教育实践的有效载体。

且近年来,创客教育俨然成为了中小学生探索创新的主流方式,这为机器人教育的普及和推动提供了绝佳的土壤。

(二)STEM 教育

STEM 教育是Science( 科学)、Technology( 技术)、Engineering( 工程) 和Mathematics(数学) 四门学科的简称。

作为一种教育理念,STEM教育强调多学科的交叉融合,以培养学生的创新精神与实践能力为目的[7]。课程学习注重与学生实际生活相联系。这与机器人教育强调应用教育机器人来解决实际问题的理念吻合。而且,STEM 教育所倡导的项目式学习法也是机器人教育实践常用的学习方式[8]。

简言之,STEM 教育与机器人教育夕夕相关, 在STEM 教育的热潮下,机器人教育的实践与普及也得到了迅速发展。

机器人教育的战略定位

近年来,以人工智能为代表的智能技术正深刻影响社会生产和生活的各个方面。加快培养创新型人才是全球应对即将到来的智能时代的必要举措,而机器人教育,毋庸置疑是落实这一必要举措的重要途径。

换言之,确立机器人教育的战略地位是加快我国创新型人才培养和推动我国基础教育改革发展的必然要求。

1机器人教育是发展学生核心素养的中坚力量

机器人教育是发展学生核心素养的中坚力量、基础教育课程改革的核心抓手以及助推智能教育发展的重要基石。

21 世纪以来,科技的迅速发展对当前人才培养提出了更高的要求,也对当前教育体系产生了极大的冲击与挑战。不管是机器人教育者还是从事机器人研究的一线工作者,在保持冷静思考的同时,还亟须思考和回答“培养什么样的人?”这一重要问题。

核心素养也许是回答该问题的一剂“良药”。

什么是核心素养?

它是指学生适应终身发展和社会发展需要的必备品格和关键能力,包括人文底蕴、科学精神、学会学习、健康生活、责任担当、实践创新这六大素养[9]。

具体来说, 在科学精神层面,机器人教育鼓励学生勇于探究,通过实践来解决真实的问题,发展其理性思维,并以批判质疑的态度去辩证地分析问题;在社会学习层面,机器人教育能激发学生的学习兴趣, 从而帮助学生认识和理解学习的价值;在实践创新层面,机器人教育鼓励学生善于发现问题和提出问题,并制定合理的解决方案,通过应用工程思维,将创意和方案转化为成品并不断调试和优化,以培养学生的动手实践能力。

所以说,机器人教育是发展学生核心素养的中坚力量。

2机器人教育是基础教育课程改革的核心抓手

随着国家基础教育课程改革的不断深入, 中小学课程改革取得了一些成效和经验,但也面临诸多问题与挑战。比如,素质教育推进困难、部分课程(主要是综合实践活动课)实施艰难、探究教学实施乏力、中小学课业负担过重、学生创新能力不足等[10]。

而改革是解决教育难题和直面教育挑战的唯一途径,是落实立德树人的根本任务、推进素质教育以及提升教育质量的必然要求。

2018 年4 月,教育部颁布的《教育信息化2.0 行动计划》中明确指出, 要加强智能教学助手、教育机器人、智能学伴等关键技术研究与应用。

从教育理念看,机器人教育活动设计与实践是以发展学生核心素养为指导,强调手脑并用、知能并举,以培养学生的问题解决能力、批判精神以及创新思维。从课程结构看,机器人教育强调以模块化的方式进行组织,通常情况下以主题或项目的形式来构建整个课程体系,以便于课程内容灵活组装与实施个性化教学。从学习活动看,机器人教育倡导探究体验式学习,从学生的实际生活问题出发,引导学生展开小组合作与探究。从学习内容看,机器人教育提倡跨学科整合,运用多学科知识来解决问题,为培养新时代跨学科、复合型、高素质人才提供了良好平台。

此外,在新技术、新理念的推动下,我国中小学机器人教育取得了较快发展,其课程价值已逐步获得社会的认可。可以说,机器人教育在解决基础教育课程改革相关问题中具有重要价值,是基础教育课程改革的核心抓手。

3机器人教育是助推智能教育发展的重要基石

目前,全球多个国家已将智能教育提升为国家战略的高度。

新加坡在“IN2015 计划” 中提出,要着重推进智能教育,以助推教育深化改革[11]。

韩国2011 年颁布了推进智能教育战略实施计划,描绘了一幅未来教育的崭新图景[12]。

美国2016 年相继颁布了两个人工智能相关的政策报告,掀起了智能教育研究与实践的热潮[13][14]。

我国在2017 年颁布的新一代人工智能发展规划中明确指出,要推动人工智能在教学、管理、资源建设等全流程应用,大力推动智能教育发展[15]。

在人工智能的热潮中,智能技术对人类生活方式、思维方式正产生深刻影响,而智能教育是智慧教育的实践路径[16]。

此外,智能教育兼具教育属性与技术属性之双重属性。从教育属性来看,智能教育是促进人类智能发展的教育,以培养适应智能时代发展的人才为目标;从技术属性来看,智能教育是强调将智能技术作为工具或环境,以支持或辅助教育教学实践。

当前,机器人教育是智能教育实践的新形态,推动和普及机器人教育是助推智能教育发展的重要基石,其作用主要体现在以下四个方面:

其一,人才培养从“粗放工厂式”生产转变为“精细个性化”培养,教育质量逐步提升;

其二, 学习方式从教师讲授转变为学生探究体验,课堂活力进一步释放;

其三,活动过程从“重静不重动、重脑不重手”转变为“手脑并用、知能并举”,学习效率显著改善;

其四,学习评价从单一固化转变为多形态、多主体,评价结果走向全面、真实。

机器人教育的可能路径

毋庸置疑,机器人教育除了在发展学生社交技能、逻辑思维、批判性思维等方面具有重要价值外。在构建个性化学习环境和开发趣味性学习课程方面也拥有巨大潜能[17]。

就现阶段而言,中小学机器人教育的发展虽然取得了一定成效和影响,但是在普及和推广的过程中还是会面临诸多问题。如理论体系不完善、师资力量薄弱、课程体系缺乏、教育机器人标准不统一等[18][19]。

因此, 需要从多个不同的角度和层面来探索中小学机器人教育发展的可能路径。

1、制定发展机器人教育的相关政策

在中小学普及机器人教育是一项较为复杂和极具时代意义的教育工程项目,需要政府、社会、学校和企业的广泛关注。通过多方协同合作,才能为中小学机器人教育实践和发展提供外部保障。

首先,为拓宽机器人教育的发展之路,政府需牵头制定相关政策和保障机制。政府要高度重视中小学机器人教育的普及与发展,建立健全制度保障体系,加大对中小学机器人教育的经费扶持力度。企业要积极与学校、科研院所开展合作,加紧研发高质量、易推广的教育机器人产品。学校要开设机器人教育课程,并积极探索机器人教学模式,以培养智能时代所需的高素质、复合型的创新人才。科研院所要关注机器人教育的发展前沿,构建相对完善的机器人教育理论体系。

另一方面,应加紧研制较为完善的机器人教育标准体系,再者,应该加强机器人教育的顶层设计,并将其正式纳入中小学教育体系中,以此规范课程设置的目标、内容及教材,解决学段衔接不畅等标准不统一的问题,保障中小学机器人教学质量。

教育机器人是开展机器人教育实践的载体,研制教育机器人的统一标准可以减少经费的投入[20]。目前市场上教育机器人产品种类繁多、标准不一,这造成了教育资源的极大浪费。

2、强化机器人教育师资队伍建设

优秀的师资队伍是中小学机器人教育质量的根本保证。

但因机器人教育课程对一线教师的专业素养提出的要求较高等客观原因,导致机器人教育优质师资队伍严重匮乏。因此,强化机器人教育师资队伍建设迫在眉睫。

具体而言,组建优秀机器人师资队伍可以从以下三个方面着手:

一是在信息技术教师对口的大学专业设置机器人专业课程,从源头把关机器人教育的师资力量和质量,形成专业化的师资培养。

二是各级教育主管部门应联合高校和企业力量,为在职的教职工提供有针对性的机器人教师培训课程,在转变教师观念的同时,拓展教师的跨学科视野。

三是各区域的教研部门应积极发挥教研和统筹的功能,可以多开展常态化的机器人教育教研活动,主动筹建区域机器人教育联盟,协同促进区域机器人教育均衡发展。

3、开发优质的机器人教育课程资源

在机器人教育的推动和普及过程中, 优质的课程资源是推动机器人教育的坚实基础。遗憾的是,优质的机器人教育课程较少。

虽然我国多个地方(北京、上海、广州、江苏等地)已经相继开设了机器人校本课程或地方课程,但课程大多以竞赛驱动为主,其教学方式多为重复式、机械性模仿的学习活动[21]。

为此,开发优质的机器人教育课程,为机器人课程注入更多的活力源泉显得尤为重要。

其一,教育研究院和学校应开展对机器人教育的课程研究,探索中小学机器人教学的有效的模式和方法。其二,组建由工程、生物、技术等多领域专家、一线教师、科研工作者构成的开发团队,紧密联系学生的实际生活,以社会需求为向导来设计和开发优质的机器人教育课程。其三,学校也可以与校外机器人教育机构协同合作,在机器人课程和技术方面多进行沟通交流。

4、加快建设机器人教学环境

机器人教育涉及软件、编程、硬件、电路以及机械,且具有调动学生积极性的要求,所以,机器人教学要求有良好的教学环境。

“开源节流、因地制宜”的建设理念是机器人教学环境建设的原则。学校可以改造已有的创客空间作为机器人教学环境,这体现了因地制宜的建设理念。

另外,充分利用已有的计算机教室,选用性价比较高的开源机器人硬件,从而达到开源节流的效果。

最后,利用已经搭建好的网络平台或者APP端,为中小学生建设搭建机器人课程的学习和管理平台,充分发挥其便捷性和可行性。

创新型人才的培养是智能时代的核心内在,我国目前机器人教育主要以竞赛模式为主,对中小学的普及率依然很低[23]。

不可否认,在推进机器人教育的过程中,我们会遇到各种阻力和挑战,这需要从事机器人教育的研究者和实践者以及企业、政府们的多方合作,才能共同谱写出我国中小学机器人教育的新发展。

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