中國機器人教育

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淺析教育機器人的應用現狀

收藏本信息編號:364 發布時間:2012-01-31 截止日期: 地區:

 1 引言
  
  自從20世紀50年代末世界上第一臺機器人誕生之后,機器人技術得到了迅速的發展。機器人技術是一個國家科學技術水平和國民經濟現代化、信息化的重要標志,也是打開21世紀大門的鑰匙[1]。
  隨著機器人技術的發展,其在教育領域的應用也逐步得到重視。目前教育機器人主要應用于課內外教學和參加各級各類科技創新活動,表現出了無可比擬的教育價值和極待挖掘的發展前景。
  
  2 機器人的定義
  
  在科技界,科學家會給每一個科技術語一個明確的定義,但機器人的定義卻至今沒有統一。原因之一是機器人還在發展,根本原因則是機器人涉及到了人的概念,使之成為難以回答的哲學問題。早在1967年日本召開的第一屆機器人學術會議上,就有專家提出了兩個有代表性的定義[2]。之后又不斷涌現新的見解。我國科學家對機器人的定義是:“機器人是一種自動化的機器,所不同的是這種機器具備一些與人或生物相似的智能能力,如感知能力、規劃能力、動作能力和協同能力,是一種具有高度協同性的自動化機器。”[2]
  
  3 教育機器人簡介
  
  干國勝在其碩士論文中對教育機器人解釋如下:用在教育領域的以人工智能決定其行動的機器人[2]。從學習角度講,“教育機器人是由生產廠商專門開發的以激發學生學習興趣、培養學生綜合能力為目標的機器人成品、套裝或散件”[3]。它除了機器人機體本身之外,還有相應的控制軟件和教學課本等。
  國內已有一些企業和公司可以生產教育機器人或教學平臺。不同種類的教育機器人不斷涌現,如SmartCar[4]、SUUNY618、博思威科教育機器人等均已投入市場。
  
  4 教育機器人產生背景
  
  機器人技術是在二戰以后才發展起來的新技術。1958年美國的Consolidated公司制作出了世界上第一臺工業機器人,由此揭開了機器人發展的序幕[5]。1967年日本川崎重工公司從美國購買了機器人的生產許可證,日本從此開始了研究和制造機器人的熱潮。隨著機器人在工業上的廣泛應用,如何加強工人對機器人的了解從而提高他們對機器人的控制也就成為一個顯著的問題。機器人教育也就隨之產生。2003年4月3日到7日,日本橫濱舉行了2003年機器人博覽會[6]。專門用于教學的教育機器人從此誕生了。
  國外教育機器人的研究開展較早。早在上世紀六十年代日本、美國、英國等西方發達國家已經相繼在美國大學里開始了對機器人教育的研究,到了六十年代他們在中小學也開始了機器人教學,在此過程中也推出了各自的教育機器人基礎開發平臺[5]。我國的機器人研究在七八十年代就已開展起來,在我國的“七五”計劃,“863”計劃中均有相關的內容。但針對中小學的機器人教學起步較晚,到上世紀九十年代后期才得到了初步的發展,目前發展仍不完善。
  
  5 教育機器人應用現狀
  
  教育機器人主要用于機器人競賽和課內外教學。
  5.1 機器人競賽機器人教育對高科技社會的巨大影響已經引起了美國、歐洲、日本等發達國家和亞洲各國的高度重視,也得到了我國教育界的極大關注。國內外機器人賽事不斷,引人注目。目前,全球每年有一百多項機器人競賽,參加人員從小學生、中學生、大學生到研究者[5]。
  1)國際比賽。①機器人足球競賽。讓機器人踢足球的想法是在1995年由韓國科學技術院(KAIST)的金鐘煥(Jong-Hwan Kim)教授為了發展多智能體技術而提出的。1996年11月,他在韓國政府的支持下首次舉辦了微型機器人世界杯足球比賽(即FIRA MiroSot’96)。
  國際上最具影響的機器人足球賽主要是FIRA和RoboCup兩大世界杯機器人足球賽,這兩大比賽都有嚴格的比賽規則,融趣味性、觀賞性、科普性為一體,為更多青少年參與國際性的科技活動提供了良好的平臺。
  FIRA ( Federation of International Robot-soccer Association)是國際機器人足球聯合會的縮寫,于1997年第二屆微型機器人錦標賽(MiroSot ’97)期間在韓國成立的。FIRA每年舉辦一次機器人足球世界杯賽(FIRA Robot-Soccer world Cup),簡稱FIRARWC,比賽的地點每年都不同,至今已經分別在韓國(三屆)、法國、巴西、澳大利亞(兩屆)、中國等國家舉辦了多屆賽事。
  RoboCup (Robot World Cup)是一個國際性組織,1997年成立于日本。RoboCup以機器人足球作為中心研究課題,通過舉辦機器人足球比賽,旨在促進人工智能、機器人技術及其相關學科的發展。RoboCup的最終目標是在2050年成立一支完全自主的擬人機器人足球隊,能夠與人類進行一場真正意義上的足球賽。RoboCup至今已組織了八屆世界杯賽。比賽項目主要有:電腦仿真比賽、小型足球機器人賽、中型自主足球機器人賽、四腿機器人足球賽、擬人機器人足球賽等項目。
  ②機器人滅火競賽。機器人滅火的想法是在1994年由美國三一學院的Jack Mendelssohn教授首先提出的。比賽在一套模擬四室一廳住房內進行,要求參賽的機器人在最短的時間內熄滅放置在任意一個房間中的蠟燭。參賽選手可以選擇不同的比賽模式,比如,在比賽場地方面可以選擇設置斜坡或家具障礙,在機器人的控制方面可選擇聲控和遙控,熄滅蠟燭所用的時間最短,選擇模式的難度最大,綜合扣分最少的選手為冠軍。雖然比賽過程僅有短短幾分甚至幾秒鐘的時間,用來滅火的機器人體積也不超過31立方厘米,但其中包含了很高的科技含量。目前,機器人滅火比賽已成為全球最普及的智能機器人競賽之一。
③機器人綜合競賽。國際機器人奧林匹克競賽。主要是亞太國家參與的一項國際機器人賽事,2002年中國北京成功舉辦了第四屆比賽,有包括韓國、新加坡、中國大陸、香港、臺灣、菲律賓、泰國在內的七個國家和地區參加了這一賽事,比賽圓滿成功,第五屆比賽于2003年月11月6日~10日在韓國舉行。
  FLL機器人世錦賽,1998由美國非盈利組織FIRST發起,目前有10多個國家(英國、法國、德國、北歐5國家、新加坡、韓國、中國)及美國的46個州參加該活動。每年秋天,由教育專家及科學家們精心設計的FLL挑戰題目將通過網絡全球同步公布。各國/區域選拔賽在年底舉行,總決賽于4~5月在美國舉行。競賽內容包括主題研究和機器人挑戰2個項目,參賽隊可以有8~10周的時間準備比賽。
  ④其他比賽。在國外,1980年,第一屆全日本機器人走迷宮比賽;1992年,第一屆美國人工智能學會移動機器人比賽;1998年,第一屆國際海洋機器人競賽;2001年,日本政府舉辦第一屆國際機器人節,舉行了十幾項各種機器人比賽。教育智能機器人是目前歐美國家流行的用于培養學生動手能力,計算機應用能力,和創新思維的學習工具。
  孫媛媛、何花撰文指出,國際機器人競賽有以下特點:比賽規模不斷擴大,比賽項目不斷完善,比賽的影響力不斷完善,推動技術進步,促進學校教育[7]。
  2)國內比賽。在國內,2000年,FIRA中國區比賽;2002年,CCTV杯機器人比賽;2004年,第五屆全國中小學電腦制作大賽;自2005年開始的全國青少年教育機器人競賽[8];中國科協主辦的中國青少年機器人競賽,中央電教館舉辦的中小學生電腦制作活動,教育部關心下一代工作委員會、中國發明協會舉辦的全國中小學信息技術創新與實踐活動[9]。還有近幾年各省、市組織各種類型機器人比賽。
  3)機器人競賽的教育價值。何智等撰文指出中小學機器人競賽對當前的教育會產生重大的作用:促進教育方式的改革,培養學生的綜合能力;有利于建立一門新的標準課程;寓教于樂;培養學生的團隊協作精神和寬容為懷的人文品格[9]。
  北京科技大學的郗安民教授在接受訪談時指出,大學生機器人比賽是一項很好的科技創新活動,不僅易于激發興趣,而且綜合了多學科的知識,是一項比較大的訓練工程[10]。張云洲等探討了機器人競賽對于大學生教育的價值:機器人競賽活動的開展有效激發了學生參與科技創新、開發與研制的興趣愛好,有利于其綜合素質的培養[11]。
  5.2 學科及課外教學目前,除將教育機器人用于參加各種比賽外,教育機器人還被用于課內外教學,以提高學生設計、開發、應用機器人的能力和創新能力。北京、上海、廣東、浙江、江蘇、湖北等省市已經先后將教育機器人納入地方課程或校本課程。到2005年底,我國已有76所中小學成為機器人教學實驗學校。教育機器人正在逐步地走入我國的各類學校[3]。
  王立春撰文從知識與技能、過程與方法、情感態度與價值觀等各個方面探究教學機器人所具有的獨特的教育價值,指出教育機器人在教育領域的頑強生命力和巨大發展前景[12]。
  張興華以碩士論文的形式深入探究了基于機器人的青少年活動的教育價值。她從親身體驗的活動案例出發,把握了全國基于機器人的青少年活動的形勢,在深入研究的基礎上認為基于機器人的課外活動的教育價值主要體現在三個方面:對青少年各方面能力的培養;促進教育方式的改革;有利于建立一門新的標準課程[13]。
  
  6 結語
  
  教育機器人事業方興未艾。教育機器人活動知識覆蓋面廣、能力鍛煉多樣、情感體驗豐富,受到越來越多的師生歡迎,正向廣大師生的普及過渡。教育機器人必將為我國的素質教育做出應有的貢獻。教育機器人的前途是光明的。

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