機(jī)器人教育是多種學(xué)科綜合的學(xué)科,是由各種傳統(tǒng)的學(xué)科構(gòu)成,例如:數(shù)學(xué)、物理、化學(xué)、結(jié)構(gòu)、建筑、地理、生物、能源、信息技術(shù)等。學(xué)習(xí)機(jī)器人可以培養(yǎng)孩子的各種能力,包括動(dòng)手、想象、創(chuàng)造、觀察、分析、判斷、歸納、理解、決策、組織、實(shí)驗(yàn)、計(jì)劃性、條理性等。如果你正為這些紛繁的學(xué)科感到束手無策時(shí),機(jī)器人技術(shù)會(huì)讓你在輕松的環(huán)境中掌握這些知識(shí)。今天我們一起來了解一下機(jī)器人教育的起源與發(fā)展。
(1)教育機(jī)器人學(xué)的萌芽
工程新學(xué)科的起源特點(diǎn)是先有實(shí)踐后有理論,如先有萊特兄弟的飛行實(shí)踐,后有系統(tǒng)的空氣動(dòng)力學(xué);先有Devol1954年發(fā)明的工業(yè)機(jī)器人,后有八十年代成熟的機(jī)器人學(xué)。同樣,教育機(jī)器人學(xué)的萌芽也來源于直覺地把機(jī)器人用于教育的實(shí)踐。
Parker,Martin,Sargent于1989年在麻省理工學(xué)院創(chuàng)辦了名為6.270的課程。該課程實(shí)質(zhì)是一個(gè)面向本科生的機(jī)器人設(shè)計(jì)競賽,參加該課程的學(xué)生組成一個(gè)小組,運(yùn)用統(tǒng)一的器材設(shè)計(jì)參加比賽的機(jī)器人。
該課程的影響深遠(yuǎn),許多機(jī)器人比賽項(xiàng)目的靈感均來源于此課程,以及把機(jī)器人設(shè)計(jì)實(shí)踐導(dǎo)入大學(xué)工程教育的思想也大多來源于此課程。
(2)教育機(jī)器人產(chǎn)品的研發(fā)與應(yīng)用
教育機(jī)器人公司的產(chǎn)品研發(fā)和產(chǎn)品應(yīng)用也成為教育機(jī)器人學(xué)萌芽階段的重要力量,為全球教育機(jī)器人的應(yīng)用實(shí)踐提供了開創(chuàng)性的平臺(tái)。
(3)教育機(jī)器人比賽的起源
于1993年創(chuàng)辦的美國家用機(jī)器人滅火比賽是第一個(gè)面向全球、定位于教育的機(jī)器人比賽,也是第一個(gè)由大學(xué)生、中小學(xué)生共同參加的機(jī)器人比賽,對(duì)全球機(jī)器人進(jìn)入科學(xué)、技術(shù)教育起到了巨大的推動(dòng)作用。
1997年開始來源于學(xué)術(shù)研究的機(jī)器人世界杯比賽(Robocup)逐步給大學(xué)工科教育帶來越來越大的影響,該比賽目前是全球機(jī)器人學(xué)術(shù)領(lǐng)域最權(quán)威的機(jī)器人比賽。
2000年開始的初級(jí)機(jī)器人世界杯(RobocupJunior)也開始給中小學(xué)技術(shù)教育帶來深遠(yuǎn)影響。
2013年,世界教育機(jī)器人協(xié)會(huì)推出了世界教育機(jī)器人大賽(WER),該賽事鼓勵(lì)現(xiàn)場命題,學(xué)生現(xiàn)場動(dòng)手完成比賽,這是機(jī)器人比賽的一場變革,突破傳統(tǒng),創(chuàng)造一種全新的競賽模式。
如今,全球每年要舉行一百多種機(jī)器人比賽,有力推動(dòng)了教育機(jī)器人的教育實(shí)踐活動(dòng)。
(4)教育機(jī)器人教學(xué)實(shí)踐的嘗試
除競賽之外,教育機(jī)器人應(yīng)用于課程實(shí)踐也成為重要的教育實(shí)踐活動(dòng)。
英國1998年就開始嘗試在小學(xué)生中開設(shè)機(jī)器人課程;1999年,Beer等研究了如何把機(jī)器人用于科學(xué)和工程教學(xué);以色列于2001年開設(shè)了高中教育機(jī)器人課程;2006年,智利的Novales系統(tǒng)研究了在大學(xué)中導(dǎo)入教育機(jī)器人。2007年,Kao等研究了兒童如何在課程中運(yùn)用機(jī)器人學(xué)習(xí)角度的概念。
在中國研究出了教育機(jī)器人如何應(yīng)用于中國的中小學(xué)信息技術(shù)課程,2002年出版了《信息技術(shù)-智能機(jī)器人》小學(xué)、初中、高中版(廣西科學(xué)技術(shù)出版社);華師大陶增樂教授于2002年基于機(jī)器人編寫了《小學(xué)信息科技》、《初中信息科技》(華東師范大學(xué)出版社)教材,首次在中國把教育機(jī)器人編入中小學(xué)課程。
2003年,我國把簡易機(jī)器人制作列為高中《通用技術(shù)》的選修課。
(5)教育機(jī)器人學(xué)理論研究的起步
與豐富多彩的教育機(jī)器人學(xué)的應(yīng)用實(shí)踐相比,教育機(jī)器人學(xué)的理論研究比較散亂,尚缺乏學(xué)者系統(tǒng)地把教育機(jī)器人學(xué)作為全新的、獨(dú)立的、自成體系的學(xué)科方向來研究,主要原因是教育學(xué)屬于綜合的社會(huì)科學(xué),機(jī)器人學(xué)屬于最綜合的科學(xué)和工程學(xué)科,很難有學(xué)者同時(shí)精通教育學(xué)和機(jī)器人學(xué),目前國際上尚沒有真正的旗幟性的教育機(jī)器人學(xué)家。
目前的理論研究散布在教育學(xué)或機(jī)器人學(xué)的研究中。機(jī)器人的教育價(jià)值可以系統(tǒng)借鑒數(shù)學(xué)家、思想家、教育家Papert的經(jīng)典著作“頭腦風(fēng)暴:兒童、計(jì)算機(jī)及充滿活力的創(chuàng)意”,他的核心思想是做中學(xué)的建構(gòu)主義理論,當(dāng)然,機(jī)器人比計(jì)算機(jī)提供了更廣更有趣味的知識(shí)和概念建構(gòu)空間。
惲為民系統(tǒng)論述了智能機(jī)器人具有重大技術(shù)教育價(jià)值的四大原因,以及教育機(jī)器人必須具備的九大特征。Verner系統(tǒng)研究了機(jī)器人設(shè)計(jì)中基于項(xiàng)目的學(xué)習(xí),研究了學(xué)習(xí)中的動(dòng)機(jī)、問題解決、團(tuán)隊(duì)合作等問題,特別是發(fā)現(xiàn)基于項(xiàng)目的學(xué)習(xí)能有效自我內(nèi)部激勵(lì)。
在優(yōu)化學(xué)習(xí)方式和重視技術(shù)教育的教育需求引導(dǎo)下,在廉價(jià)微控制器和傳感器的技術(shù)成熟背景下,教育機(jī)器人學(xué)的應(yīng)用實(shí)踐從1989年開始戲劇性地得到了迅猛的發(fā)展,為教育機(jī)器人這一全新學(xué)科的誕生奠定了堅(jiān)實(shí)的基礎(chǔ)。
一個(gè)工程新學(xué)科的形成過程分萌芽、成長、成熟、穩(wěn)定發(fā)展四個(gè)階段。
萌芽階段的特征是擁有豐富創(chuàng)新的實(shí)踐活動(dòng),理論成果少,分散,不系統(tǒng);
成熟階段的特征是開始快速出現(xiàn)術(shù)語,大量的理論性論文;
成熟階段的標(biāo)志是出現(xiàn)一個(gè)集大成的學(xué)者,出一本奠基性質(zhì)的專著,接著會(huì)有一系列的專著。
教育機(jī)器人學(xué)從1989年的萌芽算起,至今25年,開始進(jìn)入新學(xué)科形成的萌芽后期,成長前期,教育機(jī)器人學(xué)將開始迎來理論上的快速發(fā)展。
(審核編輯: 滄海一土)
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