2018年1月13日 星期六

機器人教育

當今世界各國都在大力提倡科技創新,科技教育也因此倍受重視。學習科技離不開學習STEM知識,也就是科學(Science)、技術(Technology)、工程(Engineering)和數學(Mathematics)。根據牛津大學2015年的研究,在今後的20年中,美國47%的工作將實現自動化,將導致勞動力的轉化並產生新的工作機會。這意味著美國將需要大量受過良好STEM教育的人才,而其他國家也看到了同樣的趨勢。
但是很多學校發現學生對這些課程往往不感興趣,教授和學習的過程也讓學生感覺非常乏味艱澀。隨著機器人技術從生產領域向人類生活領域拓展,這類技術也開始應用在教育、環境、社會服務等領域。人們開始思考是否可以通過機器人教育更好的實現學習STEM知識的目的。
 與傳統教育方式不同,機器人教育是一個DIY過程,學生通過組裝、搭建、運行機器人,能夠接觸和了解現代工業設計、機械、電子、傳感器、計算機軟體、硬體、人機互動、人工智慧等諸多領域的先進技術,在學生獲得科技知識和實踐能力的同時激發他們的創新意識和創造發明的潛能。美國總統歐巴馬2015年接受科技網站Re/code採訪時就表示必須重視科技教育:「我們需要讓孩子們參與數學和科學,而這不僅僅是一小部分孩子,而應該是所有人。所有人都應更早地學習如何編程。」 他甚至認為編程應該和學習ABC字母一起開始。
在機器人教育課堂上,人們發現學生感覺學習過程很有趣,因而表現出濃厚的學習興趣,而學會控制機器人需要學習程序設計,在這個過程中,學生能夠明白機器人可以做哪些和不能做哪些事情,從而學會給予明確指令。更重要的,機器人教育是一個學習STEM知識的過程,而這將對他們未來的就業產生積極作用。
台灣學生雖然數理水平要好於歐美學生,但是很多研究也指出,台灣學生在解決實際問題的能力上並不占優。此外,經濟合作與發展組織(OECD)的PISA調查發現,華語地區學生的數學水平主要得益於更長的學習時間和課外輔導,雖然可以提高應試成績,但未必提升學生的主動學習興趣,反而可能使學生對數學和科學產生厭惡情緒。越來越多的家長開始重視子女早期的科技教育,他們期望不再依靠傳統強迫的教育方式給孩子灌輸科技知識。在美國,根據BSM Digital Kids Media的聯合調查,多達六成五的家長表示,相對於傳統的玩具,他們更願意把錢花在能夠提升STEM 知識的智能型玩具上。美國玩具行業聯合會發布的2016兒童玩具年度趨勢也指出,具有科技教育性質、寓教於樂的玩具正越來越贏得年輕家長的喜愛。
美國作為科技強國,在中小學、高中、大學均已開展機器人教育,並具有了一定的系統規模。那麼美國的機器人教育都有哪些特點呢?
 首先,教育形式非常豐富,包括機器人技術課程、課外活動、機器人主題夏令營、以及將機器人作為輔助教學工具等。比如很多學校的機器人課程歸屬於技術教育課程體系,南卡羅來納州要求學生了解自動技術與機器人技術;美國加利福尼亞州高中工程與技術聯盟在為高中生開設的工程與技術選修課程中,提供了ROBOTICS課程,主要介紹機器人技術歷史,基礎,術語,微控制,傳感器,程序控制等方面的知識等。還有的學校組織各種機器人競賽結合達到科技教育的學習目的。
其次,機器人教育多以團隊的形式作為活動單位,教師指導學生來進行活動。這樣可以保證學生有較大的自主發揮空間,提高學生的自主學習意識、動手操作能力以及團隊合作的能力。
而課程的評價注重學生在活動過程中的自我反思,多樣化的評價方式有助於全面反映學生在課程中所獲得的知識以及知識的靈活運用情況。 此外,美國的機器人教育具備跨學科、交叉性強的特點。中小學的機器人課程設置和活動安排往往需要與其他一些學科知識結合在一起,從而增強學生的整合能力和全面理解知識的能力。
高校的機器人教育更是作了具體規定,學生往往需要預修過若干先修課程。例如,MIT的「機器人學導論」要求預先學習「動力學建模與控制」課程,課程內容涵蓋了平面與空間運動學、動作規劃、機械手臂和移動機器人的結構設計、多剛體動力學、3D繪圖模擬、控制系統設計、傳感技術、無線網絡、人機接口、嵌入式系統等。
最後,美國在中小學生教育中會加入機器人技術的最新成果,讓青少年從小就了解科技新進展、新動向,培養對科學的探知慾望。藉助先進的科技和教育理念,美國在機器人教育方面與其他國家比起來是比較成熟的,相比我國的強調競賽性,美國更重視靈活多樣的活動組織和評價方式,在增強學生STEM知識學習的過程中,注重提高學生項目管理能力、小組協作能力和交流能力,機器人因此也稱為素質教育的一個重要平台。美國的這些經驗對於我國的機器人教育都有很多借鑑意義。
來源:信息與電子前沿

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