3自2000年以来，为贯彻《2001—2005年中国青少年科学技术普及活动指导纲要》和《全民科学素质行为计划纲要（2006-2015-2020年）》，由教育部、科协等部门举办的全国中小学电脑制作活动、全国青少年机器人竞赛等蓬勃发展。

同时，各地中小学也相应地开设了各具特色的机器人技术课程。

其目的在于丰富中小学生学习生活，激发学生的创新精神，培养他们的实践能力，全面推进素质教育。

作者作为中国自动化学会机器人竞赛委员会的委员，从2001年就参加了中小学机器人的竞赛工作，包括全国、广东省和广州市的竞赛，同时也参与了青少年机器人教育和科研项目，因此对中小学机器人教育和竞赛比较了解。

本文总结、分析了中小学机器人教育及竞赛存在的一些问题，提出了一些对策，同时提出利用3D 打印和云计算平台等新技术推动中小学机器人教育发展的思路。

一、中小学机器人教育存在的问题机器人学是一门复杂且综合性很强的学科，代表了最高级别的自动化技术，涉及面很广。

与高校不同，中小学机器人教育的重点是科普而不是研究，需要把成熟的技术简化后传授给学生，着重培养学生的动手实践能力。

因而，教学内容、技术的层次等等必须在教学中仔细斟酌。

在目前的中小学机器人教育中，存在以下问题：1.缺乏统一的技术层次结构普遍的中小学机器人技术教材中，包括了机电制作中小学机器人教育的问题与对策*张 祺1 李杭州2（1广东工业大学自动化学院，广东广州 510006；2广东省教育技术中心，广东广州 510245）【摘 要】本文总结、分析了目前中小学机器人教育及竞赛所存在的若干问题，提出了一些相应的对策,包括：规划科学的、阶梯发展的和具有前瞻性的教学内容技术层次结构；通过实验项目和研究项目的考核，完善机器人教育的评价体系；标准化机器人零部件和虚拟机器人平台，降低投入成本，提高普及度，实现机器人教育的均衡化发展,提出了利用3D 打印和云计算平台等新技术推动中小学机器人教育发展的思路，以期对中小学机器人教育起借鉴作用。

【关键词】中小学；机器人教育；技术层次结构；评价体系*本文为全国教育信息技术研究“十二五”规划2011年度课题《中小学机器人教育教学评价及资源开发研究》（课题编号113630462）成果之一。

和编程两大方面，机电制作包括了机构、传感器、驱动器和控制器等内容，编程则为其人工智能的程序实现。

但是对小学、中学各年级各阶段应该讲授到什么技术，掌握到什么程度并没有明确的统一的规划。

因此教材种类虽多但比较混乱，而且部分教材针对特定厂商特定的型号编写，具有较大的局限性。

2.评价体系不完善机器人教育不仅包含学科知识，还包括了实践能力、创新能力等能力的培养。

采用传统的试卷考核方式，只能评估学生对学科知识的掌握程度，无法评价其实践能力和创新能力。

若缺乏科学的评价标准，则容易造成教学目的不明确，也无法对教学方法进行改善。

目前机器人教育的评价除了采用传统的试卷考核方式外，很多时候以竞赛奖励作为评价机器人教学水平的指标。

在这种畸形指标的压力下，有些学校把机器人教学从普及型变为了精英型，甚至为了比赛成绩不惜以教师代工，弄虚作假，舍本逐末。

3.教具昂贵，不利普及实体机器人通常由各厂商自行开发设计销售，成本涵盖了研发、生产、培训、售后、比赛赞助等方面，投入很大，面对销量有限的教育市场，因此只能把高额的成本转嫁给最终用户。

大部分机器人具有移动能力，实验和竞赛时经常出现零部件损耗现象，后续保养费用高。

另外，竞赛新项目和新规则也促使机器人教具需要同步升级，已购买的实体机器人很快落后；为了继续比赛和4取得好成绩，学校不得不继续投入资金更新教具，重复投资造成很大浪费，机器人教育和比赛项目变为了“烧钱”的项目。

4.过度产业化，呈现出垄断性和封闭性中小学机器人教育已经实现产业化，产品型号众多，鱼龙混杂。

实体机器人教具多是厂商提供的成品，机械和硬件部分已经实现了模块化，大部分工作已经完成，只需要简单的拼装就可以实现。

这就降低了对学生动手能力的要求，对于低年级的小学生也许是合适的，但是如果对于初高中生也是类似的情况，则达不到“激发创新精神，培养实践能力”的效果。

厂商针对某项竞赛进行特别优化的产品，往往能凭借竞赛优异的成绩在某段时间垄断该项目比赛的产品市场。

另外，生产厂商出于知识产权保护的考虑，提供的软硬件系统底层基本是不开放的。

5.地区发展水平不均衡以广东省为例，机器人教学开展得比较好的城市为广州、深圳、佛山、东莞、中山等经济发达城市，而粤东、粤西、粤北等山区市则较差。

这其中的主要原因是地区经济实力：实体机器人教学需要较大的经费投入，对于经济欠发达地区的学校几乎是不能承受的。

另外也有师资力量、指导水平方面的原因，经济欠发达地区学校相对缺乏机器人教育的专职教师，只有一些重点学校开课，普通学校无法开展。

6.教师水平参差不齐，缺乏综合知识，而且受到了职称评定等问题的困扰[1]由于缺乏专职中小学机器人教育的辅导教师，辅导教师多由其他学科的教师兼任。

机器人教育涉及了多个学科，包括了机械、电子、计算机等，因此需要教师具有比较综合的知识和应用能力，一般兼职的教师很难满足上述要求。

此外，目前我国尚未建立起科技辅导员职称评定制度，中小学，乃至大、中专院校的职称评审中都没有专职的科技辅导员评审类别，这使得大部分科技辅导员只能按照原从亊的学科专业进行职称评定，因此很多兼职教师对青少年机器人教育工作的积极性不高。

7.机器人竞赛项目设定和规则制定缺乏科学的技术层次规划例如“机器人足球比赛”项目，学术界提出这种比赛平台的目的是研究多智能体协作的问题，即多个机器人之间应相互合作完成比赛。

在目前的规则下，比赛场地小，足球检测技术和机器人定位技术非常成熟。

因此很多时候，参加比赛的机器人没有太多的合作，主要依靠体重和大功率电机提供的推力互相推挤把球推入球门，对比赛策略和人工智能的要求反不高。

甚至竞赛组织方需要通过限制机器人重量和电池电压等手段，实现相对公平的竞争。

这说明了该项目的考核点出现了偏离，需要进行修改提高对检测技术、人工智能技术的考核。

另外，同样是“机器人足球比赛”项目，小学组、初中组、高中组完成的机器人作品几乎没有差别，商品化高，只是小学组为1VS1，初高中组2VS2。

这样就体现不出本该有的考核技术层次，因此比赛演变为“军备竞赛”，谁能购买新型的机器人，谁就能占上风。

二、对策探讨机器人教育存在的问题，制约了中小学机器人教育的发展，不少教育者对机器人教育尤其是竞赛存在一定简化图1 技术层次结构示意图的质疑。

下面探讨一下相应的一些对策。

1.科学规划技术层次结构为中小学机器人教育和竞赛规划科学的、阶梯发展的和具有前瞻性的技术层次结构，明确教学内容。

按照小学低年级、小学高年级、初中、高中划分其技术层次，如图1所示,把成熟的机器人技术归入各层次，并按照学生的接受程度确定考核要求。

根据规划好的技术层次结构编写教材，并以此为基础设定竞赛项目、竞赛规则、规则调整周期和调整方向，让教师做到有的放矢。

同时,在保持技术层次基本稳定的基础上，每隔若干年吸收新技术进行修订。

另外，可以适当引导把高级的、前沿的机器人技术简化后提供给中小学生使用，实现与高等教育的衔接。

例如，人工智能的实现中，目前大部分中小学机器人采用最简单的IF THEN人工智能产生式系统，因为编程容易实现；高级一点的人工智能技术，例如模糊控制技术、专家系统、神经网络等，编程复杂不容易实现，但是可以通过软件模块化、图形化等方式让中小学生接触、使用。

2.完善中小学生机器人教学评价方法机器人技术涉及多门学科，是科学与技术相结合最好的体现，一般来说适合采用知识讲解、实验实践和项目研究混合方式进行教学。

确定了中小学生机器人教育技术层次结构及其教学内容后，根据每一级别的技术层次，可以指定实验项目和研究项目作为考核方法，其中研究项目的主题来自生活和学习，让学生从生活中体会科学的魅力。

学生可以分成若干组，在教师的指导下，进行项目内容设计、分析、机器人搭建、流程图设计和编程实现，最终提交作品、实验报告或项目研究报告。

新课程标准要求学生发展要遵循三个方面的导向性：知识与技能、过程与方法、情感态度与价值观，在制定机器人教学评价是，这三个方面是理论依据和能力大项，要关注、评价学生的发展（表1）[2]。

知识包括了机器人的知识、基本概念、工作原理及理解、应用情况，技能为机器人设计和选择技能、搭建技能、调试技能、交流合作技能等。

过程与方法方面，则重在评价学生利用机器人解决实际问题的能力、技术的决策能力和创造能力。

情感态度与价值观的评价：评估学生在学习过程中是否具有精益求精、实事求是的态度，是否具有不屈不挠、克服困难、解决难题的信心和意志，是否具有良好的合作精神；是否形成积极尝试应用机器人解决实际问题的意识；设计制作的机器人作品能否体现关爱自然、珍视生命等积极向上的情感。

教学评价在不断的创新，创新性评价的研究动向有：中介性评价；发展性评价；后效性评价；区域性评价；创新型课堂教学评价。

在评价中注重过程，注重质性，注重自评与他评，中山一中陈卫军建立了初中机器人教学“二三四评价模型”（如图2）。

“二”就是二个结合，即形成性评价和总结性评价相结合、定性评价与定量评价相结合；“三”就是评价的三张评价表：评价细目表、作品评价表、研究报告表；“四”就是四个评价主体：即自评、小组内互评、组间互评、师评。

表1 机器人教学三维评价内容序号一级指标二级指标一知识与技能1.了解机器人的零件（组件、尺寸、特点、功能）2.了解学习任务的组装顺序和基本技巧3.能口头表达作品的创意与构想（尺寸、结构、功能）4.能利用多媒体表达作品的创意与构想（尺寸、结构、功能）5. 能利用文字与图案表达作品的创意与构想（尺寸、结构、功能）6.能利用绘图表达作品的创意与构想（工作草图、三视图、立体图、等角图、组合图）7.复制已有作品8.改进已有作品9.了解解决问题步骤中设计工作的概念二过程与方法10.能利用物品类比表达创意与构想（尺寸、结构、功能）11.了解任务学习过程中的可用资源（队友、学习资料、材料、能源、时间）12.基本合理利用可用资源（队友、学习资料、材料、能源、时间）13.简单分析与研究问题14.提出解决问题的构想15.掌握数据搜集整理的方法16.提出一种以上解决问题的方案17.掌握机器人调试的方法三态度与情感与价值观18.解释最佳方案的理由19 尊重作品的原创价值20.认可改进作品构想或重新设计的需求图2 初中机器人教学“二三四”评价模式模型3.制定机器人零部件和制作平台标准技术委员会在上述技术层次结构的基础上，可以提出标准化的机器人机械部件、电气部件接口等，免费授权，降低机器人产品开发、生产和使用成本，实现机器人教育开放式产业化和DIY并行发展。