国内外高校机器人教育现状与发展状况分析.docx

1、国内外高校机器人教育现状与发展状况分析国内外高校机器人教育现状与发展状况分析机器人一国外高校机器人教育现状1.从日本，韩国，美国，欧洲等开展情况讨论。主要从开展机器人教育的目的，教学方法，教学模式等方面（教学模式-是设置的课程还是专业，怎么开展的，以怎样的形式）开展机器人教育，普及机器人文化机器人是人类历史上所有创造和发明的结晶。它把人的智慧与机器融为一体，是人类最完美的工具。机器人正在向我们走来，它将成为人类的一个重要组成部分。美国基础教育领域中的机器人教育主要有四种形式：一是机器人技术课程，一般开设在技术类课程中，其中教育计划与项目占大多数；二是课外活动，类似我国的综合实践活动课程；三是机

2、器人主题夏令营等定期活动；第四种形式与前几者不同，它主要利用机器人技术作为辅助性工具来辅助其他课程的教学或者作为一种研究工具来培养学生能力，与此同时学习机器人技术知识，也可以归为特殊的机器人教育形式。美国高校的机器人教育主要呈现出两个趋势：一方面，美国高校愈来愈多地开设了机器人相关的课程，另一方面机器人作为课程的学习平台，已经慢慢应用于高校其他课程中。麻省理工学院的机器人教育麻省理工学院涉及机器人教育的课程有认知机器人学、机器人学导论、自控机器人设计竞赛、机器人编程竞赛，结合各个专业所需以及当今机器人技术的应用领域，分别开设在航空航天学、机械工程学和电气工程与计算机科学中。(1)课程开设麻省理

3、工学院提供的机器人课程主要有两类，一类是在整个学期中开设，例如，认知机器人学、机器人学导论；另外一类是在麻省理工学院的独立活动期间(1AP)开设的，IAP是MIT从一月的第一个星期到月底为期4周的特别学习期，例如，自控机器人设计竞赛和机器人编程竞赛。在独立活动期开设的课程没有定期的课堂安排，学生只需要在规定的时间内完成相关的项目就可以了，并且部分课堂教学的参与也是自愿的。灵活的课程安排，学生有了更多的自主活动时间，并且能根据自己的需要选择性的参与课堂学习来补充知识。(2)课程评价除了常规考试外，MIT机器人课程的学习都要求有实质性的成果，例如，在“自控机器人设计竞赛课程”中，要想获得学分，学生

4、必须建立网页来展示自己设计的机器人，陈述总体设计与独到之处，完成作业并最终制作一个实体机器人。在“机器人编程竞赛”课程中，要获得6个选修学分，学生必须提交一个Robocraft选手作为自己的“实质性成果”，随后根据该成果做出评价。如果要获得6个工程设计分，团队提交的选手必须打败Robocraft软件发布时自带的参考选手对战。在“机器人学导论”课程中，学生除了完成作业，参加期中、期末两次考试以外，还必须完成相关的实验与设计项目，在学期的不同时间需要搭建两个不同功能的机器人：采矿机器人，目标是建立一套搜寻算法能够让机器人自动搜寻、而且在找到矿藏后暂停在矿物上方；圣诞老人机器人，它能沿着一条弯曲的路

5、径通过玄关进入机器人实验室，用它的机械手臂将礼物送到多个房间，以及从每个房间拿取饼干。在“认知机器人机器人学”课程中，学生需要完成两个项目：选择一个与机器人相关的主题做一份报告；对认知机器人和嵌入智能系统中涉及的一两个方法深刻认识后在这些方法的基础上改进并创新应用。俄勒冈州立大学的机器人教育美国学校机器人教育的特点（1）机器人教育形式多样在美国高校中，机器人教育既可以通过课程来进行，也可以作为学习平台。（2）为学生创设自主发挥空间大多数机器人课程都是以团队为活动单位，在教师指导下以学生为中心开展活动。学生有较大的自主发挥空间。例如，MIT的“自控机器人设计竞赛”这个课程完全由学生来运作，没有教

6、员来协助。“机器人编程竞赛”也几乎都是由学生操作，学生组成团队，编写机器人程序，参加比赛。学生自主性强，增加了学生的主动参与意识。(3)评价方式多样机器人课程的评价要注重学生在活动过程中的自我反思，多样化的评价方式有助于全面反映学生在课程中所获得的知识以及知识的灵活运用情况。评价可以根据学生的实验与设计项目的完成情况，也可根据学生的实质性成果来进行。(4)课程具有明显的学科交叉性由于机器人技术自身的综合性和机器人技术应用领域的广泛性，导致机器人课程跨学科、交叉性的特点十分明显。高校的机器人教育更是作了具体规定，学生往往需要预修过若干先修课程。例如，MIT的“机器人学导论”要求预先学习“动力学建

7、模与控制”课程，课程内容涵盖了平面与空间运动学、动作规划、机械手臂和移动机器人的结构设计、多刚体动力学、3D绘图模拟、控制系统设计、传感技术、无线网络、人机接口、嵌入式系统等。有些机器人课程虽然没有明确指定相应的先修课程，但由于课程本身涉及的知识面广，如果没有一定的基础也是较难完成的，例如，MIT的“自控机器人设计竞赛”课程涉及设计与制造、电子运算结构、电路与电子学、计算机程序的结构与应用等课程；“机器人编程竞赛课程要求有一定的JAvA编程基础：“认知机器人”课程则需要预先学习过机率系统分析和人工智能技术、人工智能，或自治和决策原则中的任一门课程。(5)涉及机器人技术的最新成果这个特点在美国高

8、校的机器人教育中表现的十分明显。当今机器人技术在各个领域都发挥着它的作用，例如，美国航空航天局(NASA)的火星探测漫步者就是机器人技术在航空航天领域的一个典型应用。MIT航空航天学中的“认知机器人学”课程，正是通过对NASA的火星探路者、护士机器人、博物馆导游等实际例子的讨论来学习建模与算法，以及研究算法是如何在这些系统中应用。该课程结合当前机器人技术的成果，加深了学生对相关理论和技术的理解。机器人(6)充满趣味的“做中学”美国机器人课程几乎都有实验课，学生借助各种工具平台制作、组装实体机器人或编写、调试机器人程序，十分强调在做中学。例如，在“机器人编程竞赛”课程的学习中，学生组成团队开发机

9、器人选手程序，在整个开发过程中结合了作战策略与软件设计，并用于参加比赛。“自控机器人设计竞赛”也是个需要动手的“做中学”课程，参与者设计和制作机器人，在月底参加比赛。该课程需要学生设计出一个机器人，能够在比赛场地行驶，识别对手。两者最大的不同在于，一个是使用非实体机器人，即编写一个机器人选手程序，一个是使用实体机器人，即制作一个实体机器人，从而实现不同知识点的学习。在大力提倡素质教育的今天，如何通过有效途径提高学生全面综合能力一直是教育界探讨的话题之一。机器人的出现为创新素质教育提供了一个崭新的平台。日本的机器人教育水平和机器人文化普及水平是世界上最高的国家之一，不仅每所大学都有高水平的机器人

10、研究会，而且每年定期举行机器人设计和制作大赛。大赛得到日本政府、企业界和教育主管部门的重视和支持。大赛，不仅加速了日本机器人文化的普及，而且调动了社会各方面的力量，开发了大量的机器人产品，增强了社会应用机器人技术的积极性。同时，为日本的创新教育提供了好教材，好课题，并培养了大批创新人才和机器人研究和应用人才。机器人技术的应用，促进了日本工业的发展，提高了社会劳动生产率和产品质量，为日本带来了巨大的经济效益和社会效益。天津工程师范学院学报第15卷第4期2005年12月发展机器人教育培养综合型创新人才的研究与实践李春华，崔世钢，郑桐，郝立果日本是世界上机器人教育水平和机器人文化普及水平最高的国家之

11、一。在日本不仅每所大学具有高水平的机器人研究和教学内容，且每年举行多种不同档次的机器人设计和制作大赛，通过大赛培养了大批机器人技术研究和应用人才，使日本的机器人技术走到了世界前列。机器人技术的应用，促进了日本工业的发展，提高了社会劳动生产率和产品质量，为日本带来了巨大的经济效益和社会效益。其他再比如一些欧美国家,亚太地区等都有该类项目的开设。韩国充分认识到机器人教育的重要性,也加大投入开展机器人教育方面的研究。同时，新加坡、台湾、香港等国家和地区，也在机器人教育方面取得了长足的发展。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

12、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。天津工程师范学院学报第15卷第4期2005年12月发展机器人教育培养综合型创新人才的研究与实践李春华，崔世钢，郑桐，郝立果在美、日、德、法、韩等国，机器人产业的开发正在受到重视，一般采取所谓“官产学”形式。“官”即政府制定政策及倾斜支持，调整产业结构。据情报显示，日本政府正在调整全国的产业制造结构，名古屋中部地区的未来产业为新型汽车工业，以大阪为中心的关西地方将以机器人产业为主。东京地区以资讯情报化为中心，等等；“产”即产业界的自我分类的研究与开发，并将之变成

13、产品，取得经济效益；“学”即学校设置专门的课程(学科)，教材既有大学教授编写的，也有产业研究所编写的。专门出售关于机器人制作的教科书、教材及装配零件、专门杂志等也已成行成市，许多公司改变既有行业，转而生产为此服务的产品。虽然，断肓这一切将导致一场T业革命还为时过早，但可以预计的是，未来2O年，机器人产业将成为未来新产业的一个领先潮流，介入到综合国力竞争、现代化高科技战争以及青少年教育之中。2ROBOCONMagazineJ机器人专门杂志2005(6)日本东京机器人3韩国投巨资研制作战机器人N大连日报，20050922(A9)(责任编辑洪云)=2005年12月第21卷第6期陆文虎，曲庆彪，孙立川

14、(香港)2.各国机器人教育的成功案例分析为了使学生的天赋得到充分发挥，美国非常注重英才教育，美国政府于1993年发布的报告全国性的杰出成就：培养美国人才的一个实例中明确提出：学校必须推广有效的教育计划并把更高深的材料融合到常规课程中去；学校必须为所有学生提供机会，到现实生活中去学习、解决问题，分析材料和情境；学校必须在多种场合一常规教室、特别课堂、社区、大学或博物馆、电脑前者任何出现需要的场合为具有杰出才能的学生服务；学校必须建立很灵活的体制，让所有学生，包括最有能力的学生，根据他们的兴趣和需要分正是由于较为自由的课程设置，为机器人教育的开展提供了便利。美国的机器人活动一般是以项目为单元，并以

15、团队为活动单位，从而可以提高学生项目管理能力、小组协作能力，提高组员的交流能力。这样的活动组织形式有利于充分发挥机器人平台的作用。在机器人教育中，应该考虑学生在活动中的组织形式来达到良好的教育效果。在条件有限的学校，可以通过机器人活动的组织规划来合理利用有限的机器人教育资源。一严密的程序设计，提升学生的逻辑数学智能二、多彩的结构搭建。锻炼孩子的肢体动觉智能三、驱动的课堂形式促进学生的积极内省智能四、在模拟和想象中，发展学生的空间想象智能科学素养与科学教育改革的关系以及具有科学素养的人应具备的关键特质，从科学知识与技能、科学态度、情感与价值观、科学探究、科学技术与社会的系等多角度分析了机器人教育

16、在培养学生科学素养中的作用，最后根据当前机器人教育的现状与条件提出了培养学生科学素养的几点策略。1.科学素养与科学教育改革2.具有科学素养的人应具备的关键特质学生在参与机器人活动中掌握了最基本的科学研究过程、研究方法。同时学会了运用科学方法来解决自己生活中的各种问题，提高了他们使用科学的方法处理实际问题的能力，进而提升了学生的科学素养。二国内高校机器人教育现状1.明确我国教育现状（教育政策，文献）我国近年来，机器人教育得到普遍关注，组织大学生走出国门，参加多项国际机器人大机器人赛，并取得了较好的成绩。但创新教育和机器人教育的普及还很落后。因此，为了提高我国机器人技术水平和应用能力，使机器人技术

17、更好地为经济建设服务，必须大力发展机器人教育，普及机器人文化，培养我国机器人技术开发的后备力量，为我国经济的腾和可持续发展做准备。这需要政府的投入和全社会的重视和扶植天津工程师范学院学报第15卷第4期2005年12月发展机器人教育培养综合型创新人才的研究与实践李春华，崔世钢，郑桐，郝立果2.国外机器人教育对我国开展机器人教育的几点启示（1）机器人教育的归属问题在我国，机器人教育正处于起步阶段，由于各个学校的条件限制，机器人教育没有在大范围内开展也没有十分明确的学科归属。在高校，从我国普通高等学校专业设置来看，并没有独立开设机器人学专业，机器人教育主要还是在其他专业中开展：在智能科学与技术专业中

18、开展机器人教育；在机械设计制造及其自动化专业中开设机器人教育等等。部分高等院校在公共选修课程中开设机器人课程。机器人教育到底应该归到哪类教育中比较合适且利于发展，这些问题都值得探索。美国的机器人教育没有明确的归位，它既作为技术教育的内容，普及机器人技术知识，也作为科学教育的工具，用于提高学生的科学素养，并利用夏令营、课外活动等深入开展。在机器人教育的起步阶段，可以不明确定位机器人教育的学科归属。在基础教育领域，各学校根据自己的实际情况开展各种机器人教育，以普及机器人知识为主，以各种机器人活动来推动机器人教育的开展，各个学校可根据地方、学校条件开设校本课程或作为学校的特色项目来开展机器人教育：在

19、高等教育领域，机器人教育的开展应结合社会的需要、各学科的需要、科技发展对人才培养的需要。总之，灵活的课程归属有利于机器人教育的进一步开展。（2）机器人的活动组织形式美国的机器人活动一般是以项目为单元，并以团队为活动单位，从而可以提高学生项目管理能力、小组协作能力，提高组员的交流能力。这样的活动组织形式有利于充分发挥机器人平台的作用。在机器人教育中，应该考虑学生在活动中的组织形式来达到良好的教育效果。在条件有限的学校，可以通过机器人活动的组织规划来合理利用有限的机器人教育资源。（3）机器人课程的评价国外有学者曾提出要降低机器人竞赛的“竞赛性”，注重学生在竞赛过程中的自我反思。评价要注重学生的学习

20、过程，关注学生在学习过程中的体验。同时，机器人教育的评价方式不一定要采用常规的考试，可以从多角度进行评价，用作品或成果来评价，可以是一份报告，一个实物，也可以是一个方案。（4）机器人作为素质教育的平台借鉴美国俄勒冈州立大学的经验，把机器人作为程序设计、电子技术、机械与力学等课程的学习平台；更进一步，借助于通用型、插接式的机器人组件，可以将其作为信息技术环境下学生的创新设计平台。国内在这方面也有一些尝试，例如应用“慧鱼”创意组合在本科教学实验中，构建大规模工程模型，提高学生的设计与创造能力（5）学校，企业协作推动机器人教育的健康发展机器人较理想的合作方式。现代教育技术第17卷2007年第ll期美

21、国机器人教育的特点及其启示王益张剑平3.机器人基础教育面临的困境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。随着各地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。但是，目前主要还是处于综合实践活动的层面，并且遇到了诸多方面的制约。第一，竞赛活动商业化严重，教育发展方向偏移一方面，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。甚至有些商家通过不当竞争，人为通过竞赛规则或功能实现等办法来限制其他商家的产品，造成选手参加比赛受机型的局限性很大。另一方面

22、，由于竞赛的功利化思想和比赛的管理方法不成熟，造成了比赛的“表演”倾向，即学生比赛成绩要看课下的“准备”程度和机器本身的软件、硬件装备程度，这就造成了比赛的即时性和激烈度受到影响，同时存在一定的“投机取巧”式的比赛准备也影响了学生创新能力的培养。所以，过度商业化的运作造成了机器人教育发展的方向发生偏移，这对机器人广泛普及是极其不利的。第二，资金严重缺乏，配套组件及设施不够机器人的价格比较昂贵，单机一般在万元以上，各种主机模块、传感器及其他配件价格也不菲，少数人组队比赛都受到资金方面的压力都很大，课堂的普及难度就不要说了。究其原因，我想其中一个因素就是市场炒作模糊了机器人概念。尤其是对教学机器人

23、而言，其结构相对简单，可开发性也有局限，甚至作为智能玩具的优势显著，其造价是可以下降的。如果合理地针对市场进行分析与运作，是完全可以既实现盈利又实现普及的。但是，由于竞争的无序和商家的短期行为共同造成了原本教育资金就很欠缺的基础教育对机器人的采购误区。以至于不少地区建成了大量的机器人实验室，但是相关配件及设施都很差，或干脆没有，实验室的作用大打折扣。第三，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

24、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，但机器人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。4.机器人基础教育发展的趋势机器人教育具有趣味性、创新性和可操作性等特点，它的生命力是非常旺盛的。机器人教育在基础教育未来的发展大有希望，并具有以下几种发展趋势方向。第一，向个性化教育发展我们已经看到掌上英语学习机这种电子产品的普及速度，以及它对英语教育的价值作用，甚至它在内容上向着多学科多元化发展，在更新方式上向着网络化发展。教育机器人完全也可以这样

25、，以其智能化、小型化的特色成为个性化教育的主力军团之一。随着教育机器人产量的扩大、价格的降低，它向个人应用的普及风潮一定也会出现，从而给个性化教育带来革命。第二，向社区化教育发展机器人在教育方面可能会有一种与其他教育不相同的方式，那就是教育社区化。就象书画培训、音乐培训这类已经非常成熟的社区教育已经给我们的教育一样，机器人教育活动中的机型丰富、投资持续、适合团队等特点给社区教育的组织带来可能。在商家的联合、社会团体的组织下，机器人社区教育会在时间上更充分、组织活动更灵活、资金循环更顺利等，这会给机器人教育带来生机。第三，向课堂化教育发展课外活动小组毕竟是小部分人的活动，虽然这对于特长教育有着不

26、可否认的作用。但是，课外活动的系统性、普及性和公平性都得不到保证。对于机器人教育这个新鲜事物，课外活动小组的引导作用是非常重要的，但是如果不向学科课程发展，其教育理论、教育方法的成熟是缓慢的。所以，随着下一步新课程的实施，机器人教育走进课堂成为一种必然的发展方向。向课堂教育发展，需要包括教材建设、教法研讨等几个步骤，是一个持续发展、革新的过程。总之，机器人教育受科技发展的影响其创新性、实践性、发展性是非常强的，对学生的技能教育、科技的社会化都具有重要的意义，它带给我们的教育内容和教育形式都带来更多的惊喜与期待。5.师范院校开展智能机器人教育的发展前景20世纪90年代以来，随着科技的进步，人工智

27、能技术的发展，智能机器人在全世界范围内掀起犷一股热潮。随着机器人技术理念的逐步完善和相关设备更新，人们也笋越来越重机器人视智能机器人的教学和竟赛活动。智能机器人教育在学校教育中的地位也越来越重要。无论国内还是国外，开展智能机器人教育活动已经非常普遍。由于没有专门的机器人教育专业，使得我国基础教育领域机器人方面的师资处于接近真空状态。在师范类院校开展智能机器人教育，为基拙教育提供更好的师资力量，也为师范类院校在人才培养模式上带来了新的思考。师范院校开展智能机器人要形成一种师范模式，重点在对学生进行机器人教育指导能力的训练。一师范院校开展智能机器人教育的情况在我们国家而言，智能机器人还属于比较新兴

28、的项目，作为科研重要基地的大学起步也较晚，大家的水平差距相对较小。如果师范院校现在开设该项目，以时机来看，比较恰当。正因为大家处于同一起点，相互之间的差距不是很大，更加有竞争。师范类院校作为为社会培养人才的基地，更应该看到这一事实。目前师范类院校较综合大学来实力上看处于劣势状态，但师范院校由于和基础教育结合紧密，在发展机器人教育方面事实上具有先天优势。为提高师范类院校的竞争地位，增强培养人才的实际能力，创造出师范特色的新的人才培养模式，都值得我们思考并加以实施。二师范院校开展智能机器人教育的价值1师范类院校提高本身竞争力的需要在师范类院校开设智能机器人教育正是顺应了师范教育改革的潮流。不仅可以

29、为基础教育提供更好的师资力量，也为师范类院校在人才培养模式上带来了新的思考。拓宽了师范生的就业渠道，增强了社会竞争力。2.中小学智能机器人教育的需要智能机器人教育引人中小学，有利于信息技术的发展;有利于我们探索教育改革和人才培养的新途径、新方法;有利于高素质人才的培养;同时，也将推动我国智能机器人知识和技术的普及；促进我国智能机器人事业的发展和专业人才的培养;促使新兴的智能机器人产业的形成。因此智能机器人进人中小学已成为一种必然趋势。我们可以通过智能机器人教育这个平台挖掘学生的创造潜能培养造就创新人才。不久的将来，智能机器人教学必将进人我们的周围，越来越多的人员便会参与到其中。如果师范类院校开

30、设智能机器人教学，那么等到这些人员从事到中小学教育以后，他们发挥出来的作用将不可限量。3.培养学生的诸多能力需要智能机器人技术是世界强国重点发展的高技术，也是世界公认的打开21世纪大门的钥匙。智能机器人融合了机械、电子、人工智能等技术。如果把它引人教育，不仅有利于信息技术教育的发展;有利于我们探索人才改革和人才培养的新途径、新方法;有利于高素质人才的培养;同时将推动我国智能机器人知识和技术的普及;促进我国智能机器人事业的发展和专业人才的培养;促进新兴产业的形成。实践证明它不仅可以激发学生的想象力，培养学生的设计能力、创造能力、动手能力和跨专业的综合应用能力而且还培养了学生的协作精神。把智能机器

31、人引人师范教育，不仅培养了学生的诸多能力，同时又为师范类院校学生在就业竞争中提供了一项优势，何乐不为4.师范性和专业性结合，培养更全面人才的需要师范教育的根本目的不在于培养文学家、科学家，而是培养能培育文学家、科学家的教育家。在师范类院校开设智能机器人课程便是培养模式上的一种尝试和创新。由于师范类院校其本身的特殊性，它主要为基础教育培养师资力量，侧重点在于培养教师而不是培养研究性人才。师范类院校要培养智能机器人教育的人才，势必要调整培养目标和培养模式，把专业性和师范性更好到结合在一起，只有这样才能优化人才，增加竞争力。师范类院校要看到自己的缺点的同时也注意发挥自己的优势。目前中小学存在的问机器

32、人题就是专业教师的缺乏。为中小学智能机器人教育提供更优的师资，也为师范类院校学生提供更多的就业机会而言，在师范类院校开设智能机器人教育也就非常必要而且也很有利。三智能机器人教育发展的师范模式1.要总结开设智能机器人教育的做法和经验湖州师范学院于2004年开始智能机器人教育,目前拥有机器人仪器80台,实验室两个。主要以学科竞赛、兴趣小组形式开展设,目前正在课程开设试验。举办过六次机器人院级比赛,五次机器人校级比赛,举办过两期暑期培训,并代表学校参加过7次全国性的比赛,参与到这项教育活动的学生数大约有600人,获得了全国一等奖多项,引起社会、其它学校的关注。作为师范院校,开展智能机器人教育的主要目的是为突出专业特色,增强社会竞争力。虽然我们开展的时间并不是很长,但无论是自己举办活动还是参加大规模的比赛,我们的师生都认真努力,收获颇多。在教学实践和理论方面都有了很大的提高,积累了一定的经验。无论是参与到其中的教师还是学生,都得到了一定的