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让你的孩子赢在起跑线上--谈教育机器人

收藏本信息编号:424 发布时间:2013-04-17 截止日期: 地区:

  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。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。

目录

1 简介
1.1 市场现状
1.2 相关评论
2 国外机器人教育现状与发展趋势
2.1 机器人教育
2.2 国际几项影响较大的机器人竞赛
3 我国中小学机器人教育的开展
3.1 机器人教育
3.2 国内较有影响的3个竞赛
3.3 国内常见的教育机器人产品
4 机器人教育面临的问题
4.1 概述
4.2 教育研究欠缺,教学活动随意性强
4.3 教学目标尚欠科学
4.4 缺乏科学规划与教学设计
4.5 竞赛活动商业化严重
4.6 产品缺少规范
4.7 资金严重缺乏
4.8 教育行政部门不够重视
5 技术标准
5.1 2 机器人的定义
5.2 3 教育机器人简介
5.3 4 教育机器人产生背景
5.4 5 教育机器人应用现状
6 组织
7 结语

教育机器人 - 简介

 

  内容 
  “ 机器人教育”(Robot-Based Education)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RRR)等。 
  ③机器人与传统学科相互渗透。 
  分类 
  教育机器人分为面向大学的学习型机器人,和面向中小学的比赛型机器人。学习型机器人提供多种编程平台,并能够允许用户自由拆卸和组合,允许用户自行设计某些部件;比赛型机器人一般提供一些标准的器件和程序,只能够进行少量的改动。适用于水平不高的爱好者来使用,参加各种竞赛使用。教育机器人也用于教学。

市场现状

 

  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将不断涌现,如SmartCar、SUUNY618、博思威科教育机器人等均已投入市场。上海飒昂机器人科技有限公司是一家专业提供教育机器人产品和服务的高科技机器人公司,代理了多家国内外知名的教育机器人产品,并有着自己的机器人实验和研发基地。 
  教育机器人虽然已经有了不少,但是对于广大的机器人爱好者来说,这并不是他们的首选。他们喜欢自己选择零件,自己设计电路板,自己编写程序,从头到尾自己搞出一套机器人来。

相关评论

 

  联合国2002年《教育中的信息与通讯技术中小学课程框架和教师发展纲要》:信息技术素养是人类继读、写、算后的第四素养,为人类的第二文化。 
  盖茨:现在,我看着多种技术发展的趋势开始汇为一股推动机器人技术前进的洪流,我完全能够想象,机器人将成为我们日常生活的一部分。机器人将彻底改变人类的生活方式。 
  苗逢春(联合国教科文组织亚太教育局信息技术部主任、全国中小学计算机教育研究中心(北京)主任、全国“中小学机器人实验”项目发起人与项目负责人 ): 
  1.机器人教学即将进入中小学信息技术课程体系。 
  2.机器人教学集中承载着中小学信息技术教育的诸多核心价值。 
  3.中小学机器人教学是最具持续发展潜力的中小学信息技术领域之一。 
  4.目前的信息技术教育还处于应用层面,与其他学科的整合成熟后,信息技术课程应重点关注的领域应回归到属于信息技术技术特有的技术层面:算法与程序设计、数据管理、网络。机器人教育的开展对中小学信息技术教育的发展具有历史价值。 
  郭善渡(全国中小学计算机教育研究中心研究员,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):智能技术是信息技术领域的一个学术前沿,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。这无疑会会为信息技术学科带来新的活力,对目前信息技术教育重软件应用轻编程开发的局面会有所改善。 
  彭绍东(湖南师大教育技术学系教授 硕士生导师):人工智能技术是信息技术发展的一次重大飞跃。信息技术教育未来发展的趋势必然是向机器人教育重心转移。并代替人类学习或工作。

教育机器人 - 国外机器人教育现状与发展趋势

 

机器人教育

 

  在国外,机器人教育一直是个热点:早在1994年麻省理工学院(MIT)就设立了 “设计和建造LEGO机器人”课程(Martin),目的是提高工程设计专业学生的设计和创造能力,尝试机器人教育与理科实验的整合;麻省理工学院媒体实验室“终身幼儿园”项目小组开发了各种教学工具,通过与著名积木玩具商乐高公司的紧密合作,该项目组开发出可编程的乐高玩具,帮孩子们学会在数字时代怎样进行设计活动。同时,国外的一些智能机器人实验室也有相应的机器人教育研究的内容。 
  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。 
  自1992年开始,美国政府有关部门在全国高中生中推行“感知和认知移动机器人”计划,高中生可免费获得70公斤重的一套零件,自行组装成遥控机器人,然后可参加有关的比赛。 
  日本发展机器人起步比号称“现代机器人故乡”的美国晚了十年,但是在机器人产业化发展道路上,已经走在了欧美国家的前面。这跟日本高度重视机器人教育和机器人文化的普及是分不开的。在日本,每所大学都有高水平的机器人研究和教学内容,每年定期举行各种不同层次的机器人设计和制作大赛,既有国际性高水平比赛,也有社区性中小学生参加的比赛。 
  新加坡国立教育学院(NIE)和乐高教育部于2006年6月在新加坡举办了第一届亚太ROBOLAB国际教育研讨会,通过专题报告、论文交流和动手制作等方式,就机器人教育及其在科技、数学课程里的应用进行交流,以提高教师们开展机器人教育的科技水平与应用能力。

国际几项影响较大的机器人竞赛

 

  .FIRA机器人足球赛始于1995年。 
  .机器人足球世界杯赛RoboCup (RCJ) 
  .机器人灭火比赛 
  .FLL机器人世界锦标赛 
  .机器人迷宫 
  每年都有来自加拿大、中国、丹麦、以色列、新加坡和美国等的100多支代表队参加。 

教育机器人 - 我国中小学机器人教育的开展

 

机器人教育

 

  近年来,我国的机器人教育在全国中小学计算机教育研究中心及众多知名专家以及一些发达省市的大力推动下,有了很大的发展。(请参见一中的“专家论述”)教育机器人逐步成为中小学技术课程和综合实践课程的良好载体。新的高中课程标准在“信息技术”科目中也设立了“人工智能初步”选修模块,迈出了我国高中阶段开展人工智能教育的第一步,这也意味着我国的人工智能教育在大众化、普及化层面上跃上了一个新的台阶。 
  我国目前两大主要研究部门:全国中小学计算机教育研究中心北京部、全国中小学计算机教育研究中心上海部。共举办了两界“全国中小学程序设学计与机器人教学研讨会”。2005年启动了“全国中小学机器人教学实验区、实验学校”项目,由苗逢春主任担任项目负责人主 。打造了机器人教育交流的全国性网络平台:机器人教育在线。 
  从各地情况来看,较多的学校只是以课外活动、各种兴趣班、培训班的形式开展机器人教学。通常的做法,是由学校购买若干套机器人器材,由信息技术课程老师或综合实践课程教师进行指导,组织学生进行机器人组装、编程的实践活动,然后参加一些相关的机器人竞赛。目前,只有极少数的地区和学校将机器人教学纳入了正规课堂教学。 
  2000年,北京景山学校以科研课题的形式将机器人普及教育纳入到信息技术课程中,在国内率先开展了中小学机器人课程教学。2001年,上海市西南位育中学、卢湾高级中学等学校开始以“校本课程”的形式进行机器人活动进课堂的探索和尝试。2005年,哈尔滨市正式将机器人引入课堂教学,在哈尔滨师范附小、60中、省实验中学等41所学校开设了“人工智能与机器人”课程,用必修课形式对中小学生进行机器人科学方面的教育。此外,香港在高中及高等教育新学制的改革中,也在高中“设计与应用科技”课程中增设了机器人制作的课程。 
  目前,北京、上海、广东、山东、湖北、黑龙江、浙江等省市已经开展了较大规模的机器人教学实验。这说明,我国青少年的机器人普及教育正在迎来一个快速发展的新时期。 
  在国际上获过奖项的省市有:上海、山东、北京、广州。

国内较有影响的3个竞赛

 

  中国青少年机器人竞赛青少年机器人世界杯 
  全国中小学电脑制作活动 
  全国中小学信息技术创新与实践活动(NOC)  
  中国城际家庭机器人挑战赛

国内常见的教育机器人产品

    未来机器人科技

  能力风暴机器人 
  上海广茂达 
  乐高机器人 
  诺宝机器人 
  深圳诺博特智能科技 
  紫光机器人 
  南京紫光科教 
  通用机器人 
  北京通用依耐特 
  慧鱼机器人 
  慧鱼中国 
  中鸣机器人 
  中鸣数码科技 
  纳英特机器人 
  杭州纳英特电脑电子工程 
  未来之星机器人 
  上海积成电子系统 
  研究版机器人 
  上海英集斯自动化技术

教育机器人 - 机器人教育面临的问题

 

概述

 

  机器人已经成为呼声很高的创新教育平台,并且正在大踏步地走向基础教育。但是,目前主要还是处于综合实践活动的层面,随着各地中小学机器人实验室的迅速建设,它作为课程,各种活动不成熟的表现也越发明显,并且遇到了诸多方面的制约。

教育研究欠缺,教学活动随意性强

 

  目前机器人进入课程或者参与学科整合的经验还很少,教育研究成果非常缺乏。尤其对中小学教师而言它是一种全新的事物,课程内容、教学方法、学业检测等都很欠缺。虽然在高中信息技术新的课程标准中增加了人工智能部分,但是理论比重较大,机器人实践活动较少,非常不利于开展相关教学。在高中通用技术课程标准中,增加了简易机器人选修课,但是由于受到课程地位和课时的局限,目前效果尚不明显。虽然,有些教育较发达的地区作为地方课程或校本课程来开设,但教学内容与活动随意性都较强。

教学目标尚欠科学

 

  小学、初中、高中机器人教学的分阶段目标的划分不够明确与合理,导致相关教材的区分度低、特色不强。

缺乏科学规划与教学设计

 

  目前机器人教学的“教材”质量不高,大多属于“产品说明书”或“用户指南”式的,缺少课程与教学专家的参与和指导。

竞赛活动商业化严重

 

  一方面,由于机器人竞赛的组织形式,目前大部分是由某些机器人制造商独立或联合举办,教育行政部门的监管力度不够,在竞赛规则、裁判确定、奖励办法等方面存在较大差异。

产品缺少规范

 

  目前教育机器人的品牌十分繁杂,并且大多自成体系,互不兼容,开放度低。另一方面,适应于不同学段的性能价格比高的教育机器人产品却很少。

资金严重缺乏

 

  资金严重缺乏,配套组件及设施不够,给普及增加了难度。

教育行政部门不够重视

 

  教育行政部门不够重视,缺少从教育视角进行的研究。当前中小学机器人教育的开展,在一定程度上是由教育机器人企业在推动。虽然企业在初期所为此作出的贡献应当予以肯定,但是随着机器人教育的逐渐深入与普及,目前亟需教育行政部门、教学研究机构给以充分的关注、协调与引导。

教育机器人 - 技术标准

 

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。

教育机器人 - 组织

 

  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]。

教育机器人 - 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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