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[日期:2011-01-20] 来源:石景山科普网  作者:shareit [字体: ]
智能机器人是信息技术教育的良好平台
                郭善渡先生谈机器人教育 
 
 
    记者:近年来,开始听到“机器人教育”这一提法。对很多人说来,“机器人教育”是个新概念。请您介绍一下“机器人教育”在中小学应该包括哪些内容。
    郭善渡:提到教育领域出现“新概念”,使我联想起上个世纪八十年代初我国中小学开始出现“计算机教育”提法时的一些情况。“计算机教育”指的是“用计算机进行教育”,还是“学习计算机知识和技能”是“工具论”,还是“文化论”或二者兼而有之——但孰轻孰重一直争论不休。1987年教育部成立了全国中小学计算机教育研究中心,我被聘为中心的研究员。我在参与这些问题的讨论时,有意用“计算机与基础教育相结合”取代“计算机教育”这个容易引起歧义的词组。我在《课程 教材 教法》1991年第1期发表了《关于计算机与基础教育相结合的几点思考》,(该文被《全国中小学计算机教育资料汇编》收录,电子工业出版社1991年7月第1版)。文章指出:计算机与基础教育相结合有三个结合点,或者说三条结合途径:①开设计算机课程,学习计算机的基础知识与技能;②计算机作为重要的教学工具,开展计算机辅助教育;③计算机与传统学科相互渗透,即课程整合。这三条途径应并行不悖。我国幅员辽阔,各地区发展水平差异较大,应该允许在计算机与基础教育相结合的三条途径上分别有所侧重,但并不存在孰优孰劣,必须用某一途径取代另外途径的问题。
    类似地,我认为机器人进入中小学或者说“机器人教育”(Robot-Based Education)也应该包括以下三方面内容:
1.机器人学科教学(Robot Subject Instruction,简称RSI)。
2.机器人辅助教育(Robot-Assisted Education ,简称RAE)。
    有人将机器人辅助教育细分为:机器人辅助教学(Robot-Assisted Instruction,简称RAI)、机器人管理教学(Robot-Managed Instruction,简称RMI)、机器人辅助测试(Robot- Assisted Test,简称RAT)、机器人辅助学习(Robot- Assisted Learn,简称RAL、机器人代理(师生)事务(Robot-Represented Routine,简称RRR)等。
3.机器人与传统学科相互渗透。
    由于以下原因,目前人们所说的“机器人教育”主要指的是学习机器人的知识与技能,而较少涉及以上第二和第三两方面的内容:机器人的核心技术是人工智能技术,而人工智能技术隶属于信息技术。也就是说,信息技术基本涵盖了人工智能技术和机器人技术。在教育中应用现代信息技术、将信息技术与传统学科进行整合(或简言之教育信息化)包括了机器人辅助教育、智能教学代理等内容,一般无须单独强调此种意义上的机器人教育。因此,我们这里讨论机器人教育也是取其狭义,主要指开设机器人课程和课外活动,学习人工智能和机器人的知识与技能。
    记者:“机器人学”是一门学科。中小学开展“机器人教育”是不是要把这门学科引进中小学?
    郭善渡:机器人不是一门学科,而是一个学科技术群。机器人的核心是智能技术,其外延则涵盖了机械、电子、通讯、控制等多个学科和技术领域。我们不可能将大学的相关专业课程简单地“下放”到中小学来,而是必须根据基础教育的教育目标和学生的认知特点,选取适当的教学内容,使我们的青少年学习一点机器人的基础知识和基本技能,以培养他们的创新精神和综合实践能力。
    我们应该注意克服“学科本位”对我们的束缚。机器人进入中小学,绝不意味着要在中小学开设一门“机器人学”的新学科,或者单独设立的机器人课程。目前,许多学校的做法是将机器人的知识与技能,以知识更新的方式纳入已经开设的《信息技术》、《通用技术》、《综合实践》等课程,更多的学校是以课外活动和各种兴趣班、培训班的模式开展机器人教学,在不增加学生学业负担的情况下,取得了较好的效果。
    记者:为什么应该将机器人的知识与技能纳入《信息技术》、《通用技术》、《综合实践》等课程?
    郭善渡:《信息技术》、《通用技术》、《综合实践》已经是我国中小学教育的重要组成部分,但在课程内容的选取上,明显缺乏前瞻性和有效培养学生创新精神和综合实践能力的针对性。例如,目前中小学各学段的信息技术课程,绝大部分内容是office等应用软件的使用。有人讥讽这是在为微软公司办培训班,背离了基础教育的宗旨。
    我国中小学的《信息技术》课程是在原来的计算机课程的基础上发展演变而来。众所周知,信息技术的基本内容包括:感测技术、通信技术、智能技术和控制技术。然而,由于教学载体的单一性,目前的《信息技术》课程名实不符,只是原有计算机课程简单的改头换面,不能适应当今信息技术各领域迅猛发展和广泛普及对教育提出的新要求。
    智能技术是信息技术领域的一个学术前沿,智能机器人的开发与应用全面涉及感测技术、通信技术、智能技术和控制技术,是进行信息技术教育的最佳载体,也是全面培养学生信息素质提高其创新精神和综合实践能力的良好平台。
    从信息技术发展的角度看,国际上公认上个世纪八十年代,为个人计算机(PC)的时代,九十年代则是Internet飞速发展的时代,而本世纪的第一个十年,将会是个人机器人(PR)的时代。据预测,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;机器人的制造与广泛应用将成为一个新的经济增长点。随着智能机器人技术的迅猛发展和性价比的大幅度提高,智能机器人进入中小学,将智能机器人的基础知识和技能纳入中、小学的信息技术或综合实践等课程的必要性和可行性已经逐趋明朗和成熟。
    日本、美国等一些发达国家高度重视机器人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中开设了有关机器人的教学内容。所以,我国各地中小学正在开展的各类机器人教育活动,可以说恰逢其时,顺应了国际潮流,符合“教育要面向现代化,面向世界,面向未来”的指示精神。
    记者:您认为中小学智能机器人课程的主要任务是什么?
    郭善渡:我认为中小学智能机器人课程的主要任务是:培养学生对智能机器人的兴趣,让学生了解和掌握以智能机器人为载体的通用技术与信息技术的基本知识和技能,了解技术的发展及其应用对人类生活和科学的深刻影响。通过智能机器人课程培养学生良好的信息素质、创新精神和实践能力。教育学生正确认识和理解技术与文化、伦理和社会等问题,树立正确的技术观。
    记者:您认为中小学智能机器人课程的主要特点是什么?
    郭善渡:我认为,智能机器人在中小学既不是一门学科也不是一门独立开设的课程。随着科学技术的发展和课程改革的深入,智能机器人的教学内容将渗透到越来越多的中小学校的多门课程和课外科技活动中,成为这些课程或活动的重要组成部分。中小学智能机器人课程的主要特点是创新性和综合性。
    创新性主要表现在以下几个方面:①智能机器人的研发与应用,虽然已有一段较长的历史,但其快速发展与较大范围的普及则是近几年的事情。②智能机器人作为教学内容进入中小学,无论国内还是国外,目前都处于起步阶段。③不能简单地把现有的工业机器人或玩具机器人引入中小学,研发制作具有良好适用性的中小学教学用机器人本身即具有创新性。④中小学智能机器人教学的主要目标之一是培养学生的创新精神,其教学设计、教学模式、教学方法和教学评价也必须具备创新性。⑤开展各种展示和竞赛活动是普及智能机器人的重要途径之一,智能机器人竞赛项目的内容、规则以及评分办法等的创意设计都极富创造性和挑战性。
    智能机器人课程的综合性是显而易见的。智能机器人集材料、机械制造、能源转换、生物仿真、信息技术之大成,是综合性很强的现代技术。以智能机器人为载体的教学,能够而且必须着眼于培养学生的综合实践能力。现在一些学校将智能机器人教学纳入综合实践课是很有道理的。
    此外,中小学智能机器人课程的主要特点还有开放性、发展性、实践性、探究性等,这里就不展开谈了。
记者:您认为在中小学开设机器人课程的具体的教学目标是什么?
    郭善渡:这是一个需要认真研讨的问题。这里不揣冒昧提一点看法,供同行在制订机器人教学目标时批评。我认为智能机器人的教学目标在不同学段应有不同的要求和表述,一般说来,主要有以下三个方面:
1,使学生了解智能机器人的概念和工作方式,破除青少年对机器人的神秘感,为进一步学习机器人的有关知识和技能打下基础。
2.使学生了解和掌握智能机器人一般用到的传感器和驱动装置的作用,理解体会程序是智能机器人的灵魂,了解机器人是怎样在人类的指挥下工作的,通过为机器人编写程序学到科学而高效的思维方式,提高逻辑思维能力、规划能力,提高学生分析问题和解决问题的能力。
3.通过组装机器人的过程培养学生的动手能力、协作能力和创造能力。
    记者:请您简单介绍一下我国中小学目前机器人教学活动开展的状况和存在的主要问题。
    郭善渡:上世纪八十年代,北京、上海等地区的青少年科技馆、少年宫等科普机构结合单片机和传感器的开发制作与应用,即已开始了简易机器人的教学活动。九十年代以来,随着人工智能技术的迅猛发展,全世界范围内掀起了一股智能机器人竞赛的热潮。从美国三一学院的机器人灭火、韩国的FIRA、日本的RoboCup、FLL挑战赛,到国内的青少年机器人竞赛、中小学电脑制作活动、中小学信息技术创新与实践活动等,使许多青少年有机会接触、了解、学习这一高科技的产物。
    青少年机器人竞赛活动推动了机器人进入中小学的进程。国内许多有条件的中小学校纷纷将智能机器人引入校园,开展了一系列丰富多彩、形式各样的机器人教学活动。目前,我国中小学开展机器人教学活动的形式主要有:课外科技小组、选修课、综合实践活动课、信息技术课等。北京市东城区已经在全区所有小学的信息技术课增加了智能机器人的教学内容,北京市西城区、黑龙江省哈尔滨市等地区也已经开展了较大规模的机器人教学实验。2004年在昆明召开的《第一届全国中小学程序设计与机器人教学研讨会》上,进行了机器人教学观摩课评选活动。各地经过初评筛选,向大会送交57节机器人教学课例。在观摩和评审过程中,与会专家和教师一致反映:机器人作为一种新型教学载体,有效地调动了学生学习的积极性,有利于培养他们的创新精神和实践动手能力。
目前,机器人进入中小学存在的问题主要有:
1)一些教育行政领导和校长对机器人进入中小学的意义认识不足、重视不够。
2)机器人教学的师资水平和素质亟待提高。智能机器人作为高科技的产物,需要指导教师掌握机器人所涉及学科的相关知识和技能,但实际情况是很多教师尚不具备这种能力。
3)中小学机器人教学的目标、内容、方法和评价的理论研究和实践经验尚十分薄弱。
4)教育用智能机器人的教学适用性和性能价格比尚有待提高。
    记者:请您简单介绍一下青少年智能机器人竞赛活动开展的状况和存在的主要问题。
    郭善渡:上世纪90年代中后期,全世界范围内掀起了智能机器人竞赛的热潮,主要有机器人足球竞赛(韩国的FIRA、日本的Robocup等)、美国三一学院的机器人灭火比赛(the Connecticut Robot Fire Fighting challenge)以及国际机器人奥林匹克竞赛(IROC)和FLL世锦赛等。我国科协等教育机构和一些机器人厂家也相继引进并举办了机器人足球、机器人灭火等赛项,这对在青少年中普及机器人的知识和技能起到了很好的推动作用。但是,一些青少年智能机器人竞赛活动还存在比较多的问题。例如,商业因素对竞赛项目的设立和评价干扰过度;一些竞赛内容固定、死板,科技含量不高、教育意义不明显;一些竞赛活动的举办者和参赛者动机不端正,急功近利,有的甚至弄虚作假,靠厂家提供的技术人员直接参与帮助选手取胜等。
    记者:请您简单介绍全国青少年迎奥运机器人竞赛活动的初衷和特色。
郭善渡:2004年我们在昆明召开了《第一届全国中小学程序设计与机器人教学研讨会》,并成立了机器人学组。此次会议的一项重要内容是征集和评选《机器人竞技项目创新设计》。
    北京教育学院朝阳分院王立春先生主持此项工作,他不仅提交了“机器人越野赛”的设计方案,而且发表了《谈机器人的竞赛项目创新设计》的论文,阐述了机器人竞赛活动项目创新设计及评价应当注意的教育性、可行性、创新性、智能性、趣味性与竞技性等原则。王立春先生为提高我国青少年机器人竞赛活动中的创新价值做了许多有益的工作。
    2005年6月和2006年1月我们分别召开了“苏州会议”和“珠海会议”,进一步研讨和完善了机器人竞赛活动项目创新设计及评价的课题。经长达两年的筹备,并集中了许多一线教师的经验,我们策划并开展了全国青少年迎奥运机器人竞赛活动。
    全国青少年迎奥运机器人竞赛活动具有四个鲜明的特色:
    第一,它把机器人竞赛活动与奥林匹克教育紧密结合起来,彰显科技奥运的理念,将奥林匹克精神渗透到活动的各个环节。这实际上是机器人竞赛活动与素质教育的有机融合。
    第二,“活动”突出强调创新。除了机器人足球是其他机器人竞赛的保留项目,机器人篮球、机器人越野、机器人接力、机器人跨栏、机器人相扑都是新设立的赛项。这些新赛项的创意、比赛规则、评分办法等都来自师生在机器人竞赛项目创新设计中的获奖作品。而且,从实际比赛中我们看到,这些新创意的赛项具有良好的开放性,给选手提供了许多再创造的空间。
    第三,“活动”淡化了普通教育与职业教育的界限。普通中小学的同学与中专、中技、职业高中、高等职业学校以及特教学院的同学首次同台竞技。各类学校优势互补,十分融洽。
    第四,全国青少年迎奥运机器人竞赛活动明确提出不限机型、不限厂家、不限编程语言。
以上这些做法也是针对某些竞赛的弊端做的一些尝试,因此,得到了相关领导、专家、一线教师和同学们的普遍好评。
    (作者郭善渡:中国教育学会中小学信息技术教育专业委员会理事兼机器人学组负责人。)
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