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一、机器人教育发展历程
随着科技的飞速发展，让遥不可及的机器人也走入了寻常百姓家，机器人已经从各个角度融入到了我们的工作和生活。机器人教育的萌芽也来源于机器人进入家庭用于改进人们的生活质量。从最初的机器人工程新学科的起源特点是先有实践后有理论，早在1954年Devol发明的第一台工业机器人，逐步在八十年代成熟的机器人概念,到现在的家用服务型机器人进入人们生活，人类对机器人的探索不再满足于简单的使用，正在对机器人的工作原理进行深度的研究挖掘。从手机、电脑、网路，到各式各样的电子商品，让我们得生活变得越来越方便，其实一切都取决于机器人技术的发展。而技术的发展离不开教育的普及与奠基作用。
二、机器人教育国内外现状
在机器人教育领域，发展处于前列的国家中，西方国家以美国、德国和法国为代表，亚洲以日本、韩国和新加坡为代表。国外的机器人教育领先于国内的教育，国外的STEAM教育理念最早是美国政府提出的教育倡议，为加强美国K12关于科学、技术、工程、艺术以及数学的教育。STEAM教育在美国的重要性不亚于中国的素质教育，在美国大部分中小学都设有STEAM教育的经费开支，在2015年，美国政府专门拨款2.4亿用来推广STEAM教育的发展。
在我国，相较于传统的英语培训行业市场，家长们对孩子的能力培养逐渐转移到新兴的机器人教育方向，在短短几年内，机器人教育机构如雨后春笋般相继成立，市场规模就已达了千亿级别，并且在国家创新教育政策支持与机器人概念竞赛的大背景下，呈现出逐年上升的趋势。虽然在中国起步较晚，但随着消费水平的以及相关竞赛的兴起，机器人教育近几年在我国快速地发展起来。从国务院的宏观教育政策指导层面上也提出：即日起，从小学教育，中学科目，到大学院校，通通逐步新增人工智能课程，建设全国人才梯队。
为了展现学生对于机器人科技的理解与应用，各国更是不遗余力的推广各类以机器人为目的的课题研究、教育推广、赛事等活动，借此来促进各国科技事业发展。从国内的机器人足球赛、机器人灭火竞赛到国际上的机器人奥林匹克竞赛、FLL机器人世锦赛、VEX机器人世锦赛等项目上都可以看出全球赛事对于青少年的培养之决心。而我国青少年频频在国际大赛上获得荣誉和奖项则证明了中国对于机器人教育事业的重视度。
三、机器人教育分类
通常的机器人教育是指以各种机器人产品或机器人零部件为平台，通过机器人与孩子之间互动，从而激发孩子学习、探索、掌握和运用知识的能力，培养和提高孩子发现问题、分析问题、解决问题等多项能力，能够激发孩子学习兴趣，提高孩子综合素质。
机器人教育在根据应用对象的年龄段具有不同的教育应对方案。根据用途可以分为娱乐类、教育类、陪伴类、专业实训类等。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。学生们可以利用机器人零散的部件，发挥独立思考的能力，提出自己的机器人设想，使用机器人部件器材、组装、搭建来提高孩子的创造力和逻辑思维能力的教育方式；其整合了机械力学、工程结构、计算机编程、逻辑训练等结构化知识体系。
表1 机器人教育产品类型划分
少儿编程则根据不同年龄的儿童，分阶段、系统性地教授儿童编程语言，从最开始的逻辑思维和抽象思维的培养，再到教会孩子学会运用“编程思维”，最后利用高级计算机语言编写机器人算法去解决实际问题的教育方式。
儿童学习机器人编程没有相关计算机语言基础知识，机器人教育的开发者们已经解决了这一问题，机器人编程语言采用图形化设计代替计算机语言。每条计算机指令及功能化身成为带有结构图形的功能快，每一个快都有一种形状，只允许和与它的形状适合的对象结合在一起。图形化拖拽式编程降低了儿童学习机器人的入门门槛，简化类编程的难度。特别适合没有计算机相关基础知识的少年儿童。下面是适合青少年编程的几款编程语言：Scratch、Blockly、Alice、LEGO EV3等。
图1 拖拽式机器人编程界面
对于具有一定计算机编程基础知识的青少年，对于机器人编程的灵活性方便了很多。机器人的复杂程度远高于图形化编程的机器人。机器人编程语言是一种程序描述语言，它能十分简洁地描述机器人的动作以及所在环境的位置关系，能把复杂的操作内容通过尽可能简单的程序来实现。机器人编程语言也和一般的程序语言一样，具有结构简明、概念统一、容易扩展等特点。常用的机器人编程语言为：C++，python，java等。
四、机器人教育的能力提升分析
机器人产品为多学科、跨领域的产物。机器人教育引入中小学课堂之后，学生们会有哪些方面的提升，每个机器人都是一个复杂的系统，下面就机器人学科的所涉及到的知识点进行详细的分析：
1、机械部分：齿轮、滑轮、杠杆、棘轮棘爪、蜗轮、蜗杆、不同型号轴；
2、动力部分：不同功率的伺服电机；
3、传感器部分：颜色传感器、超声波传感器、红外传感器、触动传感器、陀螺仪传感器等；
4、中控部分：中央处理器，负责整个装置的控制与运行；
5、结构器件部分：各种搭建结构件，如不同型号的梁、板、砖、框架、连接器等。
上述这些器材基本就是工程领域机械、电气、传动、通信、建筑等产品的微缩版本，功能极其强大，几乎可以模拟所有机械类运转、传动与控制。因此，通过教具搭建出来的作品类型可以说是包罗万象，丰富多彩的，一般来说只有您想不到的，而没有搭建不出来的，这是任何玩具完全无法比拟的。
机器人教育与传统的教学方式比较具有下面的四大优势：
1、学习机器人结构知识，培养孩子的空间想象能力，提升思维扩展空间;
2、严谨而周密的编程过程，培养孩子的逻辑思维能力;
3、自己动手搭建、编程、调试、操作、运行机器人的过程，加强了孩子动手能力的培养;
4、在学习教育机器人的过程中，孩子不断尝试新的方法去解决困难，锻炼孩子的耐心，培养解决问题的方法，培养了孩子的探索能力和独立思考能力。
五、机器人教育现状及展望
近年来，机器人教育课程还是以社会上培训机构招生课程为主，孩子家长利用休息时间带孩子参加机器人培训课程，无形中减少类孩子们休息、玩耍的时间。家长还需要付出一笔额外的培训费用。 国内一线城市的某些中小学校引进了机器人教育课程，机器人也成为创客教育的一部分。但内开设机器人教育课程的学校还是占据很小的部分。大部分的中小学课堂，仍然没有开设机器人教育课程的计划。目前国内中小学全面开设机器人课程还有一定的困难，主要体现在：
1.机器人教学设备的采购需要大笔经费，需要占据教育投资的经费的很大比例，短期之内教学设备的购进难以全面普及。
2.中小学缺乏机器人教育专业相关的教师，机器人教育是最近几年兴起的专业，师范院校没有机器人教育专业的专业教师。
3.缺乏适合中小学学生课堂使用的机器人教育相关教材，目前市场上已有的机器人书籍多数是机器人用户手册或专业书籍等。适合中小学生使用的培训教材没有编写完成。所以中小学全面开设机器人教育课程还需要准备的时间。
机器人教育全面开展需要多方共同努力，
国家支持，投入机器人培训资金，让机器人在学校落地发芽
过去，机器人的相关知识、内容都是在信息技术课上短暂的出现，老师通过理论知识讲解让孩子进行了解。真正的机器人教育更多的是在于理论学习加实践操作的过程。国家对中小学提供资金补助，完成其对机器人教育器材的采购。
2. 与企业联合办学，提升教师机器人教学能力
机器人教育是一门综合性课程，其中融合了计算机、机械、电子、通讯、控制、声、光、电、磁等多个学科领域的知识。这就对从事机器人教育的教师提出了要求，如何提升教师的专业水平成为当务之急。企业具有丰富的机器人使用经验，可结合实际项目，有目地的进行案例讲解。
3. 应用案例总结，形成机器人教育校本课程体系
机器人教育的内容非常的广泛，各类厂家设备也是五花八门，在课程内容上，应该结合学校实际分年级进行机器人教育活动，在课程的安排上，低年级主要培养拼插能力，中年级在动手能力的基础上慢慢接触简单的编程，高年级主要开展的是机器人高级编程学习，以“项目”学习为主，通过讨论，交流，独立思考，对主题项目进行方案的设计，并逐步予以分解，以不同的思路、方案去解决共同的目标，完成对机器人机构的搭建、程序的编写、机器人的控制，最终完成主题任务。引导学生主动探索，乐于操作，亲身实践，让抽象的理论知识变得生动具体，让难以解决的课题变得触手可及，轻轻松松就能享受到成功的快乐。
4. 以赛促学，全面提升学生综合能力
由于机器人教育融合了多种信息技术，并且实践性较强，通过在信息技术教育中引入机器人教育，学生可以在课堂上充分开拓思维，在不断的尝试、交流中提高学习兴趣，提高动手能力，培养学习信心，从而全面推进学生的发展。
5. 加大宣传，创建学校机器人教育特色品牌
机器人教育是学校教学能力的提升和品牌的建立，在积极开展机器人教育普及的基础上，通过承办各级各类机器人教学活动，走进社区、幼儿园进行机器人教学展示，积极参与机器人教学经验的交流活动，同时通过微信、网站、电视台等媒体进行宣传，让更多的家长了解学校机器人教育的开展，促进学校机器人教育的稳步提升。
六、结语
虽然我国的机器人学科起步较晚，和美、日、欧等机器人强国还有一定的差距。但随着国家政府规划对机器人教育的重视，大力发展机器人教育，从娃娃教育开始对机器人的认知，机器人中小学教育得到快速的发展。机器人教育已经上升为国家战略，具有当前扎实的教育基础，在未来的十年内，我们的机器人一定会领跑人工智能的前沿。2017年7月8日，国务院出台《新一代人工智能发展规划》指出，推动人工智能在教学、管理、资源建设等全流程应用；构建包含智能学习、交互式学习的新型教育体系。由此，在这个新时代，人工智能进学校上升为国家战略。
论文作者:陈廷辉1,陈睿1 李嘉巍1 李晨2
论文发表刊物:《科技新时代》2018年10期
论文发表时间:2018/12/6
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