引言

　　15年11月23-25日，2015年世界机器大会在北京会议中心召开，国家主席习近平、国务院总理李克强、副主席李源潮、副总理刘延东分别以贺信、批示、出席开幕式和亲临现场视察等形式对大会在北京会议中心召开表示高度关注。多位国家领导人同时关注机器人产业的发展，由此看来机器人的春天已来到，未来30年机器人发展的前景非常广阔。

　　5-10年内，世界将进入智能时代，具有人工智能性质的机器人会像水和电一样在我们的日常生活中占据一席之地。不久前AlphaGo在围棋比赛中战胜李世石九段，由此认为AI技术再一次取得了新的进步。科大讯飞以及日本、美国的企业都正在集中力量研发上大学的机器人，在不久的将来，就会有成功升入清华大学等国际一流学府的智能机器人诞生。

　　1984年邓小平同志曾说过“计算机教育要从娃娃抓起”，现在我国已涌现出一大批优秀的计算机人才;同样，我国要想培养一大批懂得机器人技术的高科技人才，那么我国的机器人教育也应从娃娃抓起。所以，在中小学普及智能机器人创客教育具有重要的战略意义。

　　开展机器人教育的困难

　　一是无所适从——载体选择艰难。开展机器人教育的载体很多，用何种类型的机器人?空中机器人(无人机)、陆地机器人、水下机器人;再者，目前教育机器人的品牌也很多，且没有统一的标准，软硬件都互不兼容，但所涉及内容太多，让刚入道的教师觉得眼花缭乱，不知从哪里下手。

　　二是缺少设备——巧妇难为无米之炊。有些学校的教师热情高涨，对机器人教育具有强烈的兴趣，希望借创客教育和STEAM教育的春风，从机器人教育入手开展创客教育和STEAM教育，但上级教育主管部门或校长不支持，因为缺少资金，不能购买机器人设备也无法开展。

　　三是缺少教材——目前市面上的机器人教材极少，仅有的几本大部分类似厂家说明书。以机器人教材为例，目前市面上适合中小学使用的教材很少，大多数是以机器人厂家说明书的形式呈现;再者目前国内各种品牌的机器人无统一标准，针对某一品牌机器人开发的教材不能通用。

　　四是缺少师资——大学未设机器人专业。目前的教师都没有正规地接受机器人学科知识的学习，所涉及的内容都是跨学科知识，对教师的综合素质要求较高，大部分从事机器人教学的教师都是出于兴趣爱好，边自学边教学生学习机器人知识，因此机器人资师奇缺。

　　五是教法陈旧——新瓶装旧酒。机器人教育所涉及很多内容都是新技术、新知识、新领域，如果仍然套用传统的教学模式显然已不适应，必须探索与新技术相配套的新型教学模式和学习方式。

　　如何让机器人进校园

　　在中小学推进机器人教育需要分层次、多渠道、立体化、分步骤实施，“智创空间”针对不同的对象分别采用不同的策略来推进，具体做法是：①面向教师开设继续教育课程;②面向学生开展体验活动课程;③面向家长开设亲子互动课程;④面向学校组建创客教育协作联盟;⑤面向社会开放科普基地。

　　具体到各学校，开展机器人创客教育具体做法主要包括：以兴趣小组为起点、以校本课程为基石、以竞赛活动为导向、以课题研究为抓手、以课程开发为引擎、以进入课堂为目标。

　　在中小学开展智能机器人教育，首先要让学校领导、教师、学生和家长认识到，通过玩中做、做中学、学中做、做中创，有助于培养学生综合能力，如图1如示。

　　图1 通过做中学对学习综合能力的培养

　　1.开展智能机器人创客教育有助于培养学生合作学习的能力。

　　2.开展智能机器人创客教育有助于培养学生的科学素质和动手实践能力。在制作机器人的过程学会了多种工具的使用培养了学生的动手实践能力和科学素质。

　　3.开展智能机器人创客教育有助于培养学生的创新精神。智能机器人融合了机械制造、电子技术、传感器、无线通信、声音识别、图像处理和人工智能等领域的先进技术，代表着现代高新技术发展的前沿。学校开展机器人创客教育，有助于培养学生的动手实践能力、科学探究能力和创新思维能力，对提高学生的创新设计能力具有较大的促进作用。

　　图2 学生通过动手实践制作形态各异的机器人

　　如何具体开展机器人教育

　　笔者结合“智创空间”开展机器人教育活动的实践，将3D打印技术应用和Scratch与机器人融合，对如何培养师生创客的创新设计能力进行了实验研究。最近对虚拟/增强现实技术应用于机器人教学进行探索，以期为中小学开展机器人创客教育提供参考。

　　1.3D打印与机器人教育

　　3D打印技术在中小学教学中的应用，为学科与技术的整合在学科教学的应用提供可借鉴的方法与途径，目前我国一些中小学校在机器人教学中，已经用3D打印技术打印出了各种教学模型来辅助教学。

　　“智创空间”购买了10台3D打印机和2台3D扫描仪设备，通过开设3D打印技术设计课程，将设备应用于机器人模型的设计，让学生结合书本理论知识，主动参与创新设计，发挥想象力和创造力，把头脑中想象的东西通过3D打印变成现实。例如广州市中小学电脑机器人竞赛活动中设置了“智能机器人垃圾分类”项目，要求参赛的机器人配件必须用3D打印机制作完成，目的是将3D打印技术应用到智能垃圾分类机器人的制作中，充分发挥学生的想象力和创造力。把3D打印引入到机器人的设计制作中，践行了创客教育的核心理念，提高了创客们的创新设计能力。

　　2.Scratch与机器人融合

　　Scratch是麻省理工学院开发的一款开源编程软件。经过二次开发能够与教育机器人实现无缝链接，用Scratch编程来控制机器人完成相关任务 ;也可以用机器人来控制Scratch中的设计对象在屏幕上运动。具有趣味性、娱乐性、交互性和“所思即所得”的动态控制特效。

　　图3 Scratch2-JMD软件的界面

　　例如在讲授“边唱歌边跳舞的机器人”这个主题时，搭建边唱歌边跳舞的机器人需要E2控制器1个，LED灯2个、带编码盘的直流减速马达2个，各种连接件和连线若干，2个马达分别连接在M1和M2端口，2个LED灯分别连接在P7和P8端口，最后搭建的机器人如图4。

　　图4 会跳舞闪灯的机器人

　　用Scratch2-JMD软件进行编程，电脑屏幕的舞台上有2个人在随着音乐翩翩起舞，同时机器人也随着节奏一边跳舞，其头顶的LED灯在变换颜色不停地闪烁，实现了软硬交互和虚实结合的演示效果。Scratch程序如图5所示。

　　图5 Scratch与机器人融合完成机器人与计算机交互的边唱歌边跳舞程序

　　3.虚拟/增强现实技术应用

　　虚拟现实(Virtual Reality，简称VR)，是利用电脑模拟产生一个三维空间的虚拟世界，提供使用者关于视觉、听觉、触觉等感官的模拟，让使用者如同身历其境一般，可以及时、没有限制地观察三度空间内的事物。增强现实(Augmented Reality，简称AR)，它通过电脑技术，将虚拟的信息应用到真实世界，真实的环境和虚拟的物体实时地叠加到了同一个画面或空间同时存在。VR、AR在教育领域的应用，同样引发了学生方式的创新和教学形式的变革。

　　在美国，超过100个学区在使用zSpace STEAM进行教学，zSpace系统为学生提供了一种现实的学习环境以及身临其境的学习体验，zSpace操作笔可以将虚拟全息图像从屏幕中提取出来进行操作，有些应用程序还提供了多种感知反应。例如，学生戴上3D追踪眼镜，可以用激光笔在屏幕搭建机器人，对马达进行连线操作，屏幕会显示出当前所用电池的电压值及马达的转速，电池反接马达会反转，去掉电路串联的电阻会显示出电机被烧坏的情境，学生可以深临其境，获得体验感和沉浸感，体验到虚拟现实技术的魅力。

　　国内教育机器人竞赛活动

　　参加比赛是中小学提高学生创新能力发展、促进创客教育推进的主要途径之一。目前我国开展的适用中小学生参加的科技竞赛活动很多，与中小学教育机器人相关的竞赛活动主要有以下几种：

　　1.由中国科协举办的“中国青少年机器人竞赛”，2001年开始举办，每年一届，到2015年已举办了第15届。

　　2.由教育部和中央电化教育馆举办的“全国中小学电脑制作活动”，自2004年将机器人竞赛项目纳入了该活动中，至2015年已举办12届。

　　3.由教育部关心下一代工作委员会和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(NOC)”，其中包含有机器人竞赛项目，2003年开始举办，至2015年已举办13届。

　　4.由中国科协、教育部举办的“全国青少年科技创新大赛”，1979年开始举办，2015年已举办了30届，机器人创造发明作品可以参加比赛。

　　5.由宋庆龄基金会、中国发明协会、中国教育学会、全国少工委组织的“宋庆龄少年儿童发明奖”，2004年开始举办，至2015年已举办了11届，机器人创造发明作品可以参加比赛。

　　在互联网+教育的时代背景下，人们的教育理念、学习环境、学习内容、学习方式都将发生革命性变革。通过智能机器人创客教育，让机器人走进校园，走进社区创客空间，让创客们在创客空间里利用机器人来动手体验、开拓创新，激活学生创造思维与创新意识，培养学生动手实践能力和创新思维能力，挖掘学生创新潜能，促进学生全面发展。为学生开启创新智慧的火花，为创客教育和STEAM教育圆梦!

转载自：

中国教育信息化在线

http://mt.sohu.com/20160526/n451595539.shtml?qq-pf-to=pcqq.c2c