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当前中小学机器人教育的困境与出路 (浏览次数:1881)
发表于2011-3-6 22:07:00

内容提要:

目前在大、中、小学校,机器人教育正以蓬勃之势如火如荼地快速发展,但是在发展过程中以比赛为目标的机器人教育存在诸多问题,对这些问题现象的描述和深层原因的分析,有助于我们擦亮双眼,矫正我们的思路。本文主要从两个方面来展开:一是对现状的描述和反思,二是对机器人教育的未来发展提出自己的管见。机器人教育的现状可以用一个“乱”字来概括,产品乱,比赛乱,教育途径各一,区域发展不均。这个“乱”字的背后有一些潜规则方面的深层原因,也有认识上的误区。机器人教育的未来发展之路没有现成的可以模仿和借鉴,必须要自我摸索,但要遵循一些原则:一,意识形态方面要统一认识,要加大宣传力度;二,产品选择上可以因校而异,但要照顾城乡大多数学校都能开展;三,机器人教育实施标准或方案需要行政的科学规划和积极落实。

关键词:机器人  机器人教育  发展  

正文

从铁臂阿童木到凡尔纳的太空飞船,从奥特曼到变形金刚……这些停留在我们记忆里的机器人仿佛还在昨天,然而,一夜之间,机器人这个怪物就走下屏幕,在我们的周围载歌载舞了。科技日新月异的发展又一次让人们以目瞪口呆的方式见证了什么叫梦想成真,什么叫“只有想不到,没有做不到。”

机器人教育正借着机器人发展的这股汹涌澎湃之势在全球的大中小学校迅速崛起,当我们意识到这点的时候,我们事实上已经落后了一些。好在目前全国开展机器人教育的学校越来越多,这有两种现象可以证明:一是每年参加各级各类机器人竞赛的学校和人数呈大幅上升的姿态,由最初的几所到达现在的上千所;二是各级种类的机器人比赛在内容和形式上不断翻新、层出不穷,由最初的一种扩大到现在的十几种。这都是缘于对机器人教育意义的认识:因其创新性而焕发出勃勃生机;因其前瞻性而诱发了强烈的好奇;因其软硬兼施而契合了全面发展;因其时代感而颠覆了传统教育的历史观。

但是,我国中小学机器人教育的开展存在着较多的问题,比如,从地域上来看是不均衡的,开展的学校大多集中在东南沿海一带,而且是大中城市学校,农村几乎为零。问题远远不止于此,本文试图对中小学机器人教育开展以来的现状来一个粗略的梳理,并对其发展方向谈一点管见。

现状及困惑:整个中小学机器人教育和比赛现状怎一个“乱”字了得。一方面,在管理上多头在抓,多管齐下,存在“三多三少”:比赛太多,普及太少;产品太多,精品太少;花费太多,收效太少。而缺少行业标准和规范,商业利益驱动和学校功利思想作祟,无异于把这一锅粥又倒在了一地鸡毛上面。具体说来:

产品:群雄纷争,但不是群星闪烁。

目前中小学机器人教育所采用的产品根据是否有芯片和软件控制分为普通机器人和智能机器人。普通机器人就是用一个或几个马达驱动机器人的四肢,使其机械地做出跑步、滑雪、爬梯、攀绳等动作的机器人。他们的动作是通过四肢和关节的曲轴和连杆作用来实现的,通常是厂家设计好的,因此动作不可以随意改变,不能实现智能控制。由于材料和设计成本低,所以这一类机器人价格通常在十几元到几十元之间。

开始

开关

Y

N

马达转动10

结束

智能机器人指用IC芯片控制的机器人。它的程序可以根据需要编写和修改,芯片通常可反复擦写。中小学目前所说的机器人缺省所指通常是这一类,但它的种类非常多。根据不同的标准分类如下:根据芯片数量不同分为:单片机和多片机,以2-6个芯片的机器多见,如广茂达公司的机器人,通用公司的机器人,乐高机器人,“未来之星”科技信息学习机,博思威龙机器人,等等。单片机根据芯片种类芯片不同分为:51系列、555时集IC系列、L293驱动ICATMEL公司生产的AVR系列芯片中的ATmega8芯片(简称M8芯片)……以前面两种为多见。根据编程软件可分为:厂家编好的图形编程软件和以C语言或BASIC语言为蓝本开发出来的通用语言。图形编程软件多为流程方框图(如下图),并不涉及某种编程语言的内部,上面几家公司在其产品中都附带了自己开发的图形操作软件,界面虽有不同,但内核和应用大同小异。配合芯片开发的语言,如MCS公司开发的BASCOM-AVR语言,它是基于BASIC语言开发出来的,浅显易懂而且深浅自如。

 

根据产品模型包装分为成套拼装散件和DIY。前者多功能强大,马达数量多,可做的动作也多,因此有极强的趣味性,它抓住了机器人的优点和中小学生的年龄特点,这是它们市场开发最成功的地方。

综上所述,机器人的分类可用下表概括:

分类标准

分类情况

是否有IC芯片

傻瓜型机械类机器人

智能机器人

使用芯片数量

单片机(不同系列)

多片机

使用软件不同

汇编语言界面

图形界面

产品是否成型

DIY

成套散件

价格

大众型(百元左右)

豪华型(千元上下)

商场如战场,目前的机器人市场正进入一个不断膨胀的战国时代。在智能机器人这一块阵地上,除了M8之外的产品通常都要达到上千元乃至上万元一套,而且商家在追求利润最大化这一欲望的驱使下,每年又会开发出新的配件进行升级,使得机器人投资变成一个无底洞,令人怯步。产品虽然很多,但适合广大中小学在更大的范围内开展活动的性价比优良的精品太少,这是机器人教育普及推进和发展提高的最大障碍。

比赛:积极参与,但不是为了提高。

目前的比赛按级别分为国际赛、全国赛和地方各级赛。国际赛事主要分为单项赛和综合赛,有的是由一个大学或一个机构发起,有的是由国际组织主办。单项比赛有机器人足球赛、灭火赛等,综合比赛主要有国际机器人奥林匹克竞赛、FLL世锦赛、FVC区域赛,国际机器人奥林匹克竞赛由非赢利性国际机器人奥林匹克委员会(IROC)组织,FLL世锦赛是由 FIJL(FIRST LEGO LEAGUE)一个为全世界9 -16岁的孩子们提供机器人竞赛的国际性组织主办的。条件好一点的学校把眼光定在国际赛事上,如常州一中和FLL国际锦标赛,上海建平中学和机器人灭火赛,这些学校在国际赛事中也曾获得过冠军,但这并不能证明中国中学生机器人教育整体水平与发达国家没有差距。

和国际赛事一样,全国比赛也比较乱。就主管来说,有教育部门组织的,如由教育部基础教育司和中央电教馆组织的全国机器人比赛已经举办了八届;有科协部门组织的,如中国科协组织的FLL赛和FVC赛;有专业部门组织的,如由中国科学技术馆、中国人工智能学会智能机器人专业委员会、中国教育学会中小学计算机教育专业委员会主办的中国智能机器人大赛;有体育部门组织的;等等。更多的比赛是多个部门联合组织的,如由国家体育总局、教育部、中国科协、团中央和全国妇联共同主办的全国青少年电子制作锦标赛中的机器人比赛。全国比赛通常一个共同的特点是商业运作,通常由一个或几个机器人生产厂家赞助,然后冠以××杯,其实质是通过指定器材来获益,模式是“商家+主管部门”。极少数的比赛是不指定器材的,如被称之为机器人全国三大赛事其中两个“中央电教馆搞的全国中小学电脑制作活动”和“关工委、发明协会搞的全国中小学信息技术创新与实践活动(NOC)”。正是由于主管和组织的部门比赛多,所以全国机器人比赛在好多人还没有听说的情况就有了令人眼花缭乱的比赛项目,虽然很难对这些机器人比赛在水平质量上作一个横向的评价,但我们可以想一下为什么会有那么多的全国比赛,唯一可以想到的答案是商业混战的结果。他们的乱还表现在缺少行业规范,各家为了达到垄断的目的,自立标准,自制规程,很少有学校能够全部参加这些比赛,这是造成目前中小学校开展机器人教育品种单一的根本原因,也就是机器人奖状和奖杯无法比较的缘由。

而更令人忧虑的是学校参加这些比赛的真正目的不是为了推广和普及机器人教育,学生参加比赛的真实动机禁不住拷问。学校参加比赛真实目的不是看这一活动会给学生的发展带来些什么,而是看中比赛中的奖牌和奖杯能够装点门面。大多数学生参加比赛的真实目的就是希望在升学的跑道上装一个助跳器,从而直接把自己弹进大学和重点中学。正是因为这种功利教育现实使得中小学机器人教育的连续性和长远性被无情地分割、剁碎。

途径:选修必修,但不是为了发展。

我国目前青少年机器人教育的途径主要是校内和校外双管齐下。

学校开展机器人教育由于不是国家课程计划内的规定,因此在内容和形式也是一片百草园。就途径来说有的把它作为必修课,有的把它作为选修课。在必修课中又是“八仙过海”景象:有的放在电脑课时中,有的放在科学课时中,有的放在劳技课时(小学为品德与生活课)中,有的放在综合实践课课中,有的放在校本课程机动课时中。而作为选修课的,只对一部分有兴趣的同学开设,它的随意性比较强,正规的,有“五定”:定时间,定地点,定师资,定计划,定内容。非正规的,通常是集训式,有比赛的时候,随时抓壮丁,挤时间,甚至连一块阵地都没有。而无论选修、必修,师生的心思都用在了怎样赢得比赛上面,用于钻研比赛技巧和用于学习机器人工作原理的精力不相上下,特别是老师。等到什么时候,学校、老师、学生把一门心思都用在钻研原理上,这时候就标志着机器人教育正式进入了良性循环。这不单单是机器人教育遇到的问题,它也是目前整个教育面临的困境。

在校外这一块,主要通过少年宫和社区科技活动中心这一途径来推进。大多的城市少年宫都有机器人这一块阵地,科技教育先进的地区像沪浙一带有社区青少年科技活动中心,这为机器人教育“飞入寻常百姓家”提供了便捷的通道。和校内机器人教育不一样,校外的机器人教育真正的目的更是难以启齿。

区域发展:贫富不均,但不全是经济的问题。

工业社会的文明特征是城市辐射农村,机器人教育也不例外。城市由于拥有先天性的物质条件,其开展机器人教育的时间早于农村、空间大于农村,特别是东南沿海一带,而农村因为一无资金,二无师资,三无电脑,而沦为机器人教育的不毛之地。因此,从区域开展情况看,马太效应非常明显:越有的越有,越没有的越没有。

但是事情远没有这么简单,除了物质和经济的原因外,边远地区开展机器人教育最大的障碍是意识问题。一是恐惧意识,恐惧性拒绝是最常见的,对海量投入的恐惧,把机器人当作高科技的恐惧,外行对内行的劣根性恐惧……这些恐惧无时不刻地在阻碍着机器人向农村进军。二是愚昧意识,对新鲜事物的排他和麻木是最明显的表现。我们渴望一个学习型的社会,但毕竟这个社会还没有到来,这个社会中躺在一个安逸的平台上拒绝学习新事物的人太多太多,缓慢发展的社会和飞速发展的经济已经形成突出的矛盾,但这种变化并没有引起一些人的关注,他们一味地认为世界的发展并没有那么快。功能性文盲的诞生速度丝毫没有得到有效的扼制,还是那句话,不是做不到,而是没有意识到要做新鲜的事,没有认识到机器人教育的内在价值,这才是最可悲的。这些地区被机器人教育彻底边缘化使得他们更加的弱势和绝望。

出路及对策:机器人教育的普及,任重道远,但不是希望渺茫;明确开展机器人教育的目的是为了锐意创新,而不是追逐名利;理顺关系,明确责任,统一标准,制订行业内部动作规程,是机器人教育健康有序发展的前提。

针对以上现状,谁来拨乱反正?组织比赛的单位很多,但真要明确各方的责任,很难界定。

首先要积极宣传,做好开展机器人教育的前期工作。宣传什么?答案是宣传机器人教育的内在价值,宣传它对中小学生数字技术素养开发方面的影响。

机器人教育必须实现跨越式发展。从三个面向的角度来认识机器人教育的历史使命感和紧迫性。一,从“教育要面向现代化”角度来看。让智能机器人教育走进中小学,开发机器人文化的教育功能和发掘智能机器人的教育价值,对推进教育创新,促进教育改革和教育现代化,对创造型、研究型、专家型教师队伍的形成,对提高中小学生的创新和实践能力,同时对我国机器人事业的发展、人才高地的建设,具有重要的现实意义和战略意义。二,从“教育要面向世界”这个角度来看。日本、美国等一些发达国家高度重视机器人学科教育对高科技社会的作用和影响,已在信息技术课与课外科技活动开设了有关机器人的课程内容。要赶超世界教育先进水平,机器人教育必须从中小学抓起。三,从“教育要面向未来”这个角度来看。21世纪中期,人类社会将全面进入以智能机器人为代表的智能时代。最近10年,有关机器人的研究与应用水平将取得重大突破。机器人的广泛应用将极大促进社会生产力的发展与产业结构的调整;机器人的制造与销售将成为一个新的经济增长点。在基础教育领域开展智能机器人教育,是为了让中国今天的中小学生能够有准备地迎接属于他们的明天——智能机器人时代的到来。

机器人教育是当代人数字技术素养的要求,也是人的发展过程中一种软硬搭配、手脑结合的良好操作手段。在学习过程中,既有硬件的动手技能的训练和提高,也有软件动脑方面的创造。同时,智能机器人的应用会顺理成章地带来创新,创新再也不会是不着边际的东西,因为“学生在学习知识过程中,要求他们不拘泥与书本,不迷信权威,不墨守成规,以已有的知识为基础,结合学习实践和对未来的设想,独立思考,大胆探索,积极寻求新思路、新问题、新设计、新方法,从而成为真正的学习的主人。”

其次,选择好性价比优良的产品。这一方面适以大面积推广,另一方面便于横向比较。首先要考虑成本,其次考虑性能,第三要考虑它的教育价值,它对学生的学习教育点在哪?

硬件的第一要求是价廉。根据国情,价格在百元以下适合广大农村地区开展。为了小学、中学、大学机器人教育的连续性,还应考虑芯片的结构层次性,就是既可在小学学习,同时大学生也有发挥的余地而不认为是小儿科。根据这两个要求,单片机应该是首选。

软件上,图形操作界面适合小学生,而汇编语言更为大中学生青睐。似乎很难找到一种老少皆宜的软件,放眼计算机语言的海洋,BASIC语言和准BASIC语言(基于BASIC语言开发出来的配合硬件的单片机语言)就显出强大的生命力。

以上两点需要专家论证,也需要科协和教育部门的调研。

第三,亟待规范比赛和相关标准。比赛很乱,这需要教育部门来治理,但需要听一听科协、专业协会和科教协会的意见。按地区、分层进行比赛可能会把一枝独秀变成满园春色,理,比治更重要。规范比赛的规程也是必要的,这需要相关部门通力合作才能完成。

目前的国家课程标准中,无论是科学还是信息都没有明确规定机器人教育的开展要求,这一方面给不开展机器人教育找到了借口,另一方面使得机器人教育始终无法底气十足地大面积推开。机器人教育的国家标准亟待出台,这一方面可以使我们的教育和比赛在一个有序的平台上开展,另一方面这一标准也是国家竞争力的表现。可喜的是现在许多有远见的地方教育部门已经出台机器人教育的法规、条例以及实施方案,这为学校开展机器人教育提供了法律依据,也让师生看到了机器人教育的光明未来。

  

参考资讯:

①机器人教育在线http://www.Yrobot.net

②引自网络文章<在中小学开展智能机器人教育的目的和意义>

③引自网络文章<中小学机器人教育需要什么样的产品?>

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