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浅析教育机器人的应用现状

收藏本信息编号:364 发布时间:2012-01-31 截止日期: 地区:

 1 引言
  
  自从20世纪50年代末世界上第一台机器人诞生之后,机器人技术得到了迅速的发展。机器人技术是一个国家科学技术水平和国民经济现代化、信息化的重要标志,也是打开21世纪大门的钥匙[1]。
  随着机器人技术的发展,其在教育领域的应用也逐步得到重视。目前教育机器人主要应用于课内外教学和参加各级各类科技创新活动,表现出了无可比拟的教育价值和极待挖掘的发展前景。
  
  2 机器人的定义
  
  在科技界,科学家会给每一个科技术语一个明确的定义,但机器人的定义却至今没有统一。原因之一是机器人还在发展,根本原因则是机器人涉及到了人的概念,使之成为难以回答的哲学问题。早在1967年日本召开的第一届机器人学术会议上,就有专家提出了两个有代表性的定义[2]。之后又不断涌现新的见解。我国科学家对机器人的定义是:“机器人是一种自动化的机器,所不同的是这种机器具备一些与人或生物相似的智能能力,如感知能力、规划能力、动作能力和协同能力,是一种具有高度协同性的自动化机器。”[2]
  
  3 教育机器人简介
  
  干国胜在其硕士论文中对教育机器人解释如下:用在教育领域的以人工智能决定其行动的机器人[2]。从学习角度讲,“教育机器人是由生产厂商专门开发的以激发学生学习兴趣、培养学生综合能力为目标的机器人成品、套装或散件”[3]。它除了机器人机体本身之外,还有相应的控制软件和教学课本等。
  国内已有一些企业和公司可以生产教育机器人或教学平台。不同种类的教育机器人不断涌现,如SmartCar[4]、SUUNY618、博思威科教育机器人等均已投入市场。
  
  4 教育机器人产生背景
  
  机器人技术是在二战以后才发展起来的新技术。1958年美国的Consolidated公司制作出了世界上第一台工业机器人,由此揭开了机器人发展的序幕[5]。1967年日本川崎重工公司从美国购买了机器人的生产许可证,日本从此开始了研究和制造机器人的热潮。随着机器人在工业上的广泛应用,如何加强工人对机器人的了解从而提高他们对机器人的控制也就成为一个显著的问题。机器人教育也就随之产生。2003年4月3日到7日,日本横滨举行了2003年机器人博览会[6]。专门用于教学的教育机器人从此诞生了。
  国外教育机器人的研究开展较早。早在上世纪六十年代日本、美国、英国等西方发达国家已经相继在美国大学里开始了对机器人教育的研究,到了六十年代他们在中小学也开始了机器人教学,在此过程中也推出了各自的教育机器人基础开发平台[5]。我国的机器人研究在七八十年代就已开展起来,在我国的“七五”计划,“863”计划中均有相关的内容。但针对中小学的机器人教学起步较晚,到上世纪九十年代后期才得到了初步的发展,目前发展仍不完善。
  
  5 教育机器人应用现状
  
  教育机器人主要用于机器人竞赛和课内外教学。
  5.1 机器人竞赛机器人教育对高科技社会的巨大影响已经引起了美国、欧洲、日本等发达国家和亚洲各国的高度重视,也得到了我国教育界的极大关注。国内外机器人赛事不断,引人注目。目前,全球每年有一百多项机器人竞赛,参加人员从小学生、中学生、大学生到研究者[5]。
  1)国际比赛。①机器人足球竞赛。让机器人踢足球的想法是在1995年由韩国科学技术院(KAIST)的金钟焕(Jong-Hwan Kim)教授为了发展多智能体技术而提出的。1996年11月,他在韩国政府的支持下首次举办了微型机器人世界杯足球比赛(即FIRA MiroSot’96)。
  国际上最具影响的机器人足球赛主要是FIRA和RoboCup两大世界杯机器人足球赛,这两大比赛都有严格的比赛规则,融趣味性、观赏性、科普性为一体,为更多青少年参与国际性的科技活动提供了良好的平台。
  FIRA ( Federation of International Robot-soccer Association)是国际机器人足球联合会的缩写,于1997年第二届微型机器人锦标赛(MiroSot ’97)期间在韩国成立的。FIRA每年举办一次机器人足球世界杯赛(FIRA Robot-Soccer world Cup),简称FIRARWC,比赛的地点每年都不同,至今已经分别在韩国(三届)、法国、巴西、澳大利亚(两届)、中国等国家举办了多届赛事。
  RoboCup (Robot World Cup)是一个国际性组织,1997年成立于日本。RoboCup以机器人足球作为中心研究课题,通过举办机器人足球比赛,旨在促进人工智能、机器人技术及其相关学科的发展。RoboCup的最终目标是在2050年成立一支完全自主的拟人机器人足球队,能够与人类进行一场真正意义上的足球赛。RoboCup至今已组织了八届世界杯赛。比赛项目主要有:电脑仿真比赛、小型足球机器人赛、中型自主足球机器人赛、四腿机器人足球赛、拟人机器人足球赛等项目。
  ②机器人灭火竞赛。机器人灭火的想法是在1994年由美国三一学院的Jack Mendelssohn教授首先提出的。比赛在一套模拟四室一厅住房内进行,要求参赛的机器人在最短的时间内熄灭放置在任意一个房间中的蜡烛。参赛选手可以选择不同的比赛模式,比如,在比赛场地方面可以选择设置斜坡或家具障碍,在机器人的控制方面可选择声控和遥控,熄灭蜡烛所用的时间最短,选择模式的难度最大,综合扣分最少的选手为冠军。虽然比赛过程仅有短短几分甚至几秒钟的时间,用来灭火的机器人体积也不超过31立方厘米,但其中包含了很高的科技含量。目前,机器人灭火比赛已成为全球最普及的智能机器人竞赛之一。
③机器人综合竞赛。国际机器人奥林匹克竞赛。主要是亚太国家参与的一项国际机器人赛事,2002年中国北京成功举办了第四届比赛,有包括韩国、新加坡、中国大陆、香港、台湾、菲律宾、泰国在内的七个国家和地区参加了这一赛事,比赛圆满成功,第五届比赛于2003年月11月6日~10日在韩国举行。
  FLL机器人世锦赛,1998由美国非盈利组织FIRST发起,目前有10多个国家(英国、法国、德国、北欧5国家、新加坡、韩国、中国)及美国的46个州参加该活动。每年秋天,由教育专家及科学家们精心设计的FLL挑战题目将通过网络全球同步公布。各国/区域选拔赛在年底举行,总决赛于4~5月在美国举行。竞赛内容包括主题研究和机器人挑战2个项目,参赛队可以有8~10周的时间准备比赛。
  ④其他比赛。在国外,1980年,第一届全日本机器人走迷宫比赛;1992年,第一届美国人工智能学会移动机器人比赛;1998年,第一届国际海洋机器人竞赛;2001年,日本政府举办第一届国际机器人节,举行了十几项各种机器人比赛。教育智能机器人是目前欧美国家流行的用于培养学生动手能力,计算机应用能力,和创新思维的学习工具。
  孙媛媛、何花撰文指出,国际机器人竞赛有以下特点:比赛规模不断扩大,比赛项目不断完善,比赛的影响力不断完善,推动技术进步,促进学校教育[7]。
  2)国内比赛。在国内,2000年,FIRA中国区比赛;2002年,CCTV杯机器人比赛;2004年,第五届全国中小学电脑制作大赛;自2005年开始的全国青少年教育机器人竞赛[8];中国科协主办的中国青少年机器人竞赛,中央电教馆举办的中小学生电脑制作活动,教育部关心下一代工作委员会、中国发明协会举办的全国中小学信息技术创新与实践活动[9]。还有近几年各省、市组织各种类型机器人比赛。
  3)机器人竞赛的教育价值。何智等撰文指出中小学机器人竞赛对当前的教育会产生重大的作用:促进教育方式的改革,培养学生的综合能力;有利于建立一门新的标准课程;寓教于乐;培养学生的团队协作精神和宽容为怀的人文品格[9]。
  北京科技大学的郗安民教授在接受访谈时指出,大学生机器人比赛是一项很好的科技创新活动,不仅易于激发兴趣,而且综合了多学科的知识,是一项比较大的训练工程[10]。张云洲等探讨了机器人竞赛对于大学生教育的价值:机器人竞赛活动的开展有效激发了学生参与科技创新、开发与研制的兴趣爱好,有利于其综合素质的培养[11]。
  5.2 学科及课外教学目前,除将教育机器人用于参加各种比赛外,教育机器人还被用于课内外教学,以提高学生设计、开发、应用机器人的能力和创新能力。北京、上海、广东、浙江、江苏、湖北等省市已经先后将教育机器人纳入地方课程或校本课程。到2005年底,我国已有76所中小学成为机器人教学实验学校。教育机器人正在逐步地走入我国的各类学校[3]。
  王立春撰文从知识与技能、过程与方法、情感态度与价值观等各个方面探究教学机器人所具有的独特的教育价值,指出教育机器人在教育领域的顽强生命力和巨大发展前景[12]。
  张兴华以硕士论文的形式深入探究了基于机器人的青少年活动的教育价值。她从亲身体验的活动案例出发,把握了全国基于机器人的青少年活动的形势,在深入研究的基础上认为基于机器人的课外活动的教育价值主要体现在三个方面:对青少年各方面能力的培养;促进教育方式的改革;有利于建立一门新的标准课程[13]。
  
  6 结语
  
  教育机器人事业方兴未艾。教育机器人活动知识覆盖面广、能力锻炼多样、情感体验丰富,受到越来越多的师生欢迎,正向广大师生的普及过渡。教育机器人必将为我国的素质教育做出应有的贡献。教育机器人的前途是光明的。

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