機器人教育是多種學科綜合的學科,是由各種傳統的學科構成,例如:數學、物理、化學、結構、建筑、地理、生物、能源、信息技術等。學習機器人可以培養孩子的各種能力,包括動手、想象、創造、觀察、分析、判斷、歸納、理解、決策、組織、實驗、計劃性、條理性等。如果你正為這些紛繁的學科感到束手無策時,機器人技術會讓你在輕松的環境中掌握這些知識。今天我們一起來了解一下機器人教育的起源與發展。
(1)教育機器人學的萌芽
工程新學科的起源特點是先有實踐后有理論,如先有萊特兄弟的飛行實踐,后有系統的空氣動力學;先有Devol1954年發明的工業機器人,后有八十年代成熟的機器人學。同樣,教育機器人學的萌芽也來源于直覺地把機器人用于教育的實踐。
Parker,Martin,Sargent于1989年在麻省理工學院創辦了名為6.270的課程。該課程實質是一個面向本科生的機器人設計競賽,參加該課程的學生組成一個小組,運用統一的器材設計參加比賽的機器人。
該課程的影響深遠,許多機器人比賽項目的靈感均來源于此課程,以及把機器人設計實踐導入大學工程教育的思想也大多來源于此課程。
(2)教育機器人產品的研發與應用
教育機器人公司的產品研發和產品應用也成為教育機器人學萌芽階段的重要力量,為全球教育機器人的應用實踐提供了開創性的平臺。
(3)教育機器人比賽的起源
于1993年創辦的美國家用機器人滅火比賽是第一個面向全球、定位于教育的機器人比賽,也是第一個由大學生、中小學生共同參加的機器人比賽,對全球機器人進入科學、技術教育起到了巨大的推動作用。
1997年開始來源于學術研究的機器人世界杯比賽(Robocup)逐步給大學工科教育帶來越來越大的影響,該比賽目前是全球機器人學術領域最權威的機器人比賽。
2000年開始的初級機器人世界杯(RobocupJunior)也開始給中小學技術教育帶來深遠影響。
2013年,世界教育機器人協會推出了世界教育機器人大賽(WER),該賽事鼓勵現場命題,學生現場動手完成比賽,這是機器人比賽的一場變革,突破傳統,創造一種全新的競賽模式。
如今,全球每年要舉行一百多種機器人比賽,有力推動了教育機器人的教育實踐活動。
(4)教育機器人教學實踐的嘗試
除競賽之外,教育機器人應用于課程實踐也成為重要的教育實踐活動。
英國1998年就開始嘗試在小學生中開設機器人課程;1999年,Beer等研究了如何把機器人用于科學和工程教學;以色列于2001年開設了高中教育機器人課程;2006年,智利的Novales系統研究了在大學中導入教育機器人。2007年,Kao等研究了兒童如何在課程中運用機器人學習角度的概念。
在中國研究出了教育機器人如何應用于中國的中小學信息技術課程,2002年出版了《信息技術-智能機器人》小學、初中、高中版(廣西科學技術出版社);華師大陶增樂教授于2002年基于機器人編寫了《小學信息科技》、《初中信息科技》(華東師范大學出版社)教材,首次在中國把教育機器人編入中小學課程。
2003年,我國把簡易機器人制作列為高中《通用技術》的選修課。
(5)教育機器人學理論研究的起步
與豐富多彩的教育機器人學的應用實踐相比,教育機器人學的理論研究比較散亂,尚缺乏學者系統地把教育機器人學作為全新的、獨立的、自成體系的學科方向來研究,主要原因是教育學屬于綜合的社會科學,機器人學屬于最綜合的科學和工程學科,很難有學者同時精通教育學和機器人學,目前國際上尚沒有真正的旗幟性的教育機器人學家。
目前的理論研究散布在教育學或機器人學的研究中。機器人的教育價值可以系統借鑒數學家、思想家、教育家Papert的經典著作“頭腦風暴:兒童、計算機及充滿活力的創意”,他的核心思想是做中學的建構主義理論,當然,機器人比計算機提供了更廣更有趣味的知識和概念建構空間。
惲為民系統論述了智能機器人具有重大技術教育價值的四大原因,以及教育機器人必須具備的九大特征。Verner系統研究了機器人設計中基于項目的學習,研究了學習中的動機、問題解決、團隊合作等問題,特別是發現基于項目的學習能有效自我內部激勵。
在優化學習方式和重視技術教育的教育需求引導下,在廉價微控制器和傳感器的技術成熟背景下,教育機器人學的應用實踐從1989年開始戲劇性地得到了迅猛的發展,為教育機器人這一全新學科的誕生奠定了堅實的基礎。
一個工程新學科的形成過程分萌芽、成長、成熟、穩定發展四個階段。
萌芽階段的特征是擁有豐富創新的實踐活動,理論成果少,分散,不系統;
成熟階段的特征是開始快速出現術語,大量的理論性論文;
成熟階段的標志是出現一個集大成的學者,出一本奠基性質的專著,接著會有一系列的專著。
教育機器人學從1989年的萌芽算起,至今25年,開始進入新學科形成的萌芽后期,成長前期,教育機器人學將開始迎來理論上的快速發展。
(審核編輯: 滄海一土)
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