人工智能時(shí)代機(jī)器人教育價(jià)值與特征淺析

孫青鋒

(1.安徽機(jī)電職業(yè)技術(shù)學(xué)院 電氣工程學(xué)院，安徽 蕪湖 241002；2.天津職業(yè)技術(shù)師范大學(xué) 自動化與電氣工程學(xué)院，天津 300222)

一、引言

在人工智能時(shí)代背景下，各國正加緊推進(jìn)機(jī)器人技術(shù)對制造業(yè)產(chǎn)業(yè)的升級改造，面臨著“機(jī)器換人”引發(fā)的勞動力結(jié)構(gòu)性調(diào)整，職業(yè)人才能力結(jié)構(gòu)與素質(zhì)要求將發(fā)生變化。面對企業(yè)對復(fù)合型人才的需求和全民機(jī)器人技術(shù)認(rèn)知與應(yīng)用水平缺乏的矛盾，需要學(xué)校從人才供給側(cè)實(shí)施改革。

技術(shù)是變革教育的主要推動力量。以機(jī)器人及相關(guān)技術(shù)作為教學(xué)項(xiàng)目構(gòu)建平臺，在培養(yǎng)復(fù)合型、創(chuàng)新型、個(gè)性化人才方面已被證實(shí)具有良好效果。為了培養(yǎng)適應(yīng)社會經(jīng)濟(jì)和科技發(fā)展需要的機(jī)器人領(lǐng)域相關(guān)人才，普及機(jī)器人技術(shù)知識，促進(jìn)機(jī)器人技術(shù)應(yīng)用事業(yè)的發(fā)展，很多國家正在各層次教育中開展各種形式的機(jī)器人教育，搶占人工智能發(fā)展人才高地。在這樣的背景下，順應(yīng)時(shí)代發(fā)展要求，研究基于機(jī)器人技術(shù)的機(jī)器人教育理念，明晰機(jī)器人教育內(nèi)涵特征，確立機(jī)器人教育人才培養(yǎng)目標(biāo)，是實(shí)施機(jī)器人教育的基礎(chǔ)與核心，具有重要意義。

二、機(jī)器人教育價(jià)值分析

機(jī)器人是智能制造的代表性產(chǎn)品，其研發(fā)、制造、應(yīng)用成為衡量一個(gè)國家科技創(chuàng)新和制造業(yè)水平、國民經(jīng)濟(jì)現(xiàn)代化、信息化的重要標(biāo)志，引起了世界制造強(qiáng)國的高度重視[1]。2015年5月，國務(wù)院發(fā)布《中國制造2025》，從戰(zhàn)略高度強(qiáng)調(diào)工業(yè)機(jī)器人、特種機(jī)器人、服務(wù)機(jī)器人的應(yīng)用與關(guān)鍵技術(shù)突破。產(chǎn)業(yè)發(fā)展，人才先行。為保障機(jī)器人產(chǎn)業(yè)戰(zhàn)略順利實(shí)施，培養(yǎng)機(jī)器人相關(guān)領(lǐng)域人才，提高機(jī)器人時(shí)代的人才素養(yǎng)，開展機(jī)器人教育尤為重要。

教育的基本要素包括教育者、受教育者和教育影響(具體指教育內(nèi)容、教育手段)，教育的本質(zhì)是服務(wù)社會發(fā)展與促進(jìn)個(gè)體成長[2]。機(jī)器人代表了先進(jìn)的技術(shù)，其應(yīng)用于教育活動，能豐富教學(xué)內(nèi)容和手段，改善教學(xué)主體與客體的關(guān)系，具有教育價(jià)值。

(一)機(jī)器人教育符合社會發(fā)展趨勢

每一個(gè)時(shí)代都賦予時(shí)代新人必須具備的基本素養(yǎng)，或者說具備時(shí)代特征的公民素養(yǎng)。具有代表性的，比如在信息化時(shí)代，計(jì)算機(jī)的使用是融入新時(shí)代必須具備的基本技能。在這樣的背景下，我國開展了自上而下的技術(shù)研究性教育，同時(shí)開展了自下而上的計(jì)算機(jī)普及教育。作為伴隨著計(jì)算機(jī)技術(shù)發(fā)展與應(yīng)用的“80后”一代，我們見證了計(jì)算機(jī)教育的推進(jìn)過程，也享受到了計(jì)算機(jī)教育普及下融入社會的便利性。開展機(jī)器人教育，有利于提升人工智能時(shí)代公民對機(jī)器人技術(shù)、機(jī)器人應(yīng)用、機(jī)器人倫理與文化方面的認(rèn)知。

(二)機(jī)器人的教育性分析

彭紹東指出：“機(jī)器人教育是指學(xué)習(xí)、利用機(jī)器人，優(yōu)化教育效果及師生勞動方式的理論與實(shí)踐?！盵3]這體現(xiàn)出以機(jī)器人作為教育實(shí)施工具或載體的有效性。機(jī)器人是多技術(shù)集成、可操作、可編程、可重復(fù)的機(jī)電裝置，具有智能性、通用性、自動性，能夠模擬人類技能，完成指定任務(wù)。作為技術(shù)的集合體，為機(jī)器人用于學(xué)習(xí)提供了前提。也就是說，機(jī)器人作為技術(shù)生成物，具有應(yīng)用于技術(shù)教育的一般性?？删幊?、可重復(fù)，說明機(jī)器人功能的可重復(fù)定義與功能實(shí)現(xiàn)的多樣性，能夠應(yīng)用于多種場合，是機(jī)器人作為學(xué)習(xí)對象的內(nèi)容保障；模仿人類、完成任務(wù)，既說明了機(jī)器人項(xiàng)目化教學(xué)的可行性，也蘊(yùn)含了機(jī)器人作為工程項(xiàng)目的潛在性；人工智能是機(jī)器人發(fā)展的趨勢，通用性是機(jī)器人標(biāo)準(zhǔn)化的訴求，其應(yīng)用于教育領(lǐng)域，能保障教育的先進(jìn)性。機(jī)器人在教育領(lǐng)域的應(yīng)用有無可比擬的教育價(jià)值和發(fā)展前景[4]。

(三)機(jī)器人教育促進(jìn)了“學(xué)生主體”地位的確立

“學(xué)生主體”的教育轉(zhuǎn)向，是傳授為主的教學(xué)觀向以學(xué)習(xí)為中心的轉(zhuǎn)變，是教育回歸學(xué)習(xí)本質(zhì)的體現(xiàn)。學(xué)習(xí)的本質(zhì)是不斷探究的過程，學(xué)習(xí)者在對問題的探求過程中，建構(gòu)對事物的認(rèn)知。學(xué)習(xí)科學(xué)與認(rèn)知理論認(rèn)為，基于實(shí)際問題情境的教育過程，更有利于學(xué)生認(rèn)知的自我建構(gòu)。無論是作為教育內(nèi)容與載體，還是教育實(shí)施手段，機(jī)器人教育都是以問題和項(xiàng)目為核心，圍繞機(jī)器人技術(shù)組織教育內(nèi)容和搭建教育平臺，提高學(xué)生科技知識和實(shí)踐能力，激發(fā)學(xué)生創(chuàng)新意識和創(chuàng)造發(fā)明的潛能[5]。在機(jī)器人為代表的新技術(shù)和新工藝主導(dǎo)下實(shí)施教學(xué)活動，是踐行創(chuàng)客教育、STEM教育[6]理念的有效形式，其建構(gòu)的問題情境和應(yīng)用情境，突出了學(xué)生探究學(xué)習(xí)的主體地位，有利于改進(jìn)教育者與受教育者學(xué)習(xí)關(guān)系，提高教育多樣化水平。

總之，機(jī)器人既是技術(shù)集成體，其實(shí)現(xiàn)任務(wù)的過程也是工程項(xiàng)目的實(shí)踐過程；既可用作教育工具和手段，也可用于教學(xué)內(nèi)容；既代表了先進(jìn)技術(shù)，也能滿足社會發(fā)展與個(gè)人發(fā)展的需求；既具有教育意義，也具備提升教學(xué)質(zhì)量的教育價(jià)值。圍繞機(jī)器人開展教育活動，是機(jī)器人時(shí)代背景下培養(yǎng)適應(yīng)性人才、服務(wù)社會發(fā)展的歷史選擇。

三、機(jī)器人教育的內(nèi)涵特征

任何一種教育，只有面向了全體學(xué)生才能發(fā)揮它的真正價(jià)值。機(jī)器人教育走進(jìn)課堂是大勢所趨。隨著機(jī)器人技術(shù)的發(fā)展，很多職業(yè)將消失，這是未來對教育界的考驗(yàn)。開展機(jī)器人教育，是面向未來，滿足社會對人才結(jié)構(gòu)性調(diào)整的現(xiàn)實(shí)需求，是滿足人的全面發(fā)展及個(gè)性化成長的內(nèi)在需求，是人才供給側(cè)改革的主動選擇。機(jī)器人教育本質(zhì)還是解決“培養(yǎng)什么人，怎樣培養(yǎng)人”的問題。厘清機(jī)器人教育的內(nèi)涵，是全面普及機(jī)器人技術(shù)教學(xué)，實(shí)施編程教育與智能教育理念，構(gòu)建機(jī)器人教育教學(xué)體系的基礎(chǔ)。

(一)機(jī)器人教育以培養(yǎng)復(fù)合型創(chuàng)新人才為目標(biāo)

在創(chuàng)新驅(qū)動發(fā)展的當(dāng)今社會，學(xué)科交叉、知識融合、技術(shù)集成已成為一種趨勢與常態(tài)。社會、行業(yè)企業(yè)對人才的要求不再滿足于具備單一技能的人。另外，人的全面發(fā)展與個(gè)性發(fā)展及可持續(xù)發(fā)展也不再滿足于傳統(tǒng)的教育形式。社會發(fā)展和人的個(gè)體成長都需要一種更加多元的人才培養(yǎng)模式。

《國家中長期教育改革和發(fā)展規(guī)劃綱要(2010—2020年)》中指出，創(chuàng)新型、實(shí)用型、復(fù)合型人才緊缺。這是教育滯后于技術(shù)發(fā)展的事實(shí)體現(xiàn)，也是教育新理念執(zhí)行乏力的客觀反映。機(jī)器人多學(xué)科交叉融合的特性為培養(yǎng)寬口徑、高素質(zhì)、復(fù)合型工程人才提供了一個(gè)良好的平臺[4]。另外，從國內(nèi)外機(jī)器人教育研究與實(shí)踐來看，以機(jī)器人為載體，以技術(shù)應(yīng)用與工程項(xiàng)目為內(nèi)容的教育形式，對學(xué)生技術(shù)應(yīng)用能力、自信心、解決問題能力、社會技能[7]、STEM[8](科學(xué)、技術(shù)、工程、數(shù)學(xué))綜合素養(yǎng)、21世紀(jì)技能[9]習(xí)得等有不同程度的正面影響，有利于激發(fā)學(xué)生的創(chuàng)新創(chuàng)造能力 。

基于此，筆者提出機(jī)器人教育以培養(yǎng)復(fù)合型創(chuàng)新人才為目標(biāo)。其中，對于復(fù)合型創(chuàng)新人才，我們作如下規(guī)定性定義：具備知識、技術(shù)、技能、人文等多元素養(yǎng)，具有創(chuàng)新思維與創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)能力，具有能動適應(yīng)性與持續(xù)發(fā)展能力的綜合人才。

(二)機(jī)器人教育以信息技術(shù)教育為基礎(chǔ)

“信息技術(shù)是對信息進(jìn)行收集、整理、分析、處理、表達(dá)、傳遞、評價(jià)等的有關(guān)技術(shù)?！毙畔⒓夹g(shù)教育的目標(biāo)是培養(yǎng)學(xué)生的信息素養(yǎng)[10]。換句話說，信息技術(shù)是對信息利用與操作的技術(shù)，信息技術(shù)教育是將信息領(lǐng)域的知識、技能以及思維方法通過教育形式傳授給學(xué)生的過程。

機(jī)器人教育是信息技術(shù)教育的新發(fā)展[3]。教育具有時(shí)代性特點(diǎn)，當(dāng)前，信息技術(shù)進(jìn)入以人工智能為代表的新時(shí)代。機(jī)器人技術(shù)作為信息技術(shù)集大成的具體體現(xiàn)，正成為時(shí)代潮流。類比于信息技術(shù)教育，機(jī)器人教育可以認(rèn)為是將機(jī)器人領(lǐng)域的技術(shù)知識、技能以項(xiàng)目實(shí)踐的教育形式傳授給學(xué)生的過程，信息技術(shù)也是其傳遞知識的一部分。鄭立新指出，開展機(jī)器人教育，為信息技術(shù)教育的進(jìn)一步發(fā)展開辟出了一條新路，有利于探索教育改革和人才培養(yǎng)的新途徑、新方法[11]。機(jī)器人技術(shù)的進(jìn)步將會對科學(xué)與技術(shù)的發(fā)展產(chǎn)生重要影響，技術(shù)作為變革教育的主要推動力量，將為教育的變革搭建橋梁。教育作為推動科學(xué)與技術(shù)進(jìn)步的重要方式，是科學(xué)與技術(shù)創(chuàng)造、傳播和傳承的重要渠道，開展機(jī)器人教育，能使我們不在機(jī)器人時(shí)代落伍，應(yīng)對“機(jī)器換人”背景下人類生產(chǎn)關(guān)系的轉(zhuǎn)變。

可以說，機(jī)器人是信息技術(shù)的時(shí)代體現(xiàn)，機(jī)器人教育既是信息技術(shù)教育的繼承與發(fā)展，也是技術(shù)變革對教育理念更新的時(shí)代要求。

(三)機(jī)器人教育以工程實(shí)踐為手段

沈珠江指出，“科學(xué)是目的(成果)，技術(shù)是手段，而工程則是過程?！盵12]機(jī)器人作為一個(gè)平臺，是現(xiàn)代工業(yè)設(shè)計(jì)、機(jī)械、電子、傳感器、計(jì)算機(jī)軟件、硬件、人機(jī)交互、人工智能等諸多領(lǐng)域的先進(jìn)技術(shù)的集合體。有研究者認(rèn)為，機(jī)器人教育本質(zhì)上是一種工程教育[13]。以CDIO(構(gòu)思(Conceive)、設(shè)計(jì)(Design)、實(shí)現(xiàn)(Implement)和運(yùn)作(Operate))模式為代表的工程教育，通過模擬產(chǎn)品從方案構(gòu)思到運(yùn)行生產(chǎn)的工程實(shí)踐過程，培養(yǎng)學(xué)生站在工程師的角度，全程參與工程實(shí)施的各個(gè)環(huán)節(jié)，系統(tǒng)構(gòu)建知識獲得、技術(shù)應(yīng)用、團(tuán)隊(duì)協(xié)作和系統(tǒng)思維等能力。

回歸機(jī)器人本身，其本來就是一項(xiàng)復(fù)雜工程，應(yīng)用于不同的問題場景中，可以很好地構(gòu)建教學(xué)項(xiàng)目，豐富教學(xué)內(nèi)容。以工程作為機(jī)器人教育的實(shí)踐過程，讓學(xué)生參與項(xiàng)目實(shí)現(xiàn)的全過程，有利于學(xué)生對技術(shù)知識的應(yīng)用與深刻領(lǐng)悟，有利于知識的遷移和復(fù)合能力的培養(yǎng)。

(四)機(jī)器人教育以教育人工智能為導(dǎo)向

根據(jù)機(jī)器人技術(shù)發(fā)展水平，機(jī)器人可劃分為示教在線機(jī)器人、感知機(jī)器人、智能機(jī)器人三代。按照這個(gè)思路，智能機(jī)器人將作為機(jī)器人技術(shù)發(fā)展的高級階段。機(jī)器人智能化程度取決于人工智能的發(fā)展，也就是說，隨著人工智能技術(shù)的進(jìn)一步成熟，機(jī)器人將邁入智能時(shí)代。從教育的角度考慮，機(jī)器人教育也將經(jīng)歷普通機(jī)器人教育到智能機(jī)器人教育的演變。

教育人工智能是人工智能與學(xué)習(xí)科學(xué)結(jié)合而成的新領(lǐng)域。旨在通過人工智能技術(shù)，更深入、更微觀地窺視、理解學(xué)習(xí)發(fā)生的成因及如何受到外界因素影響，進(jìn)而有針對性地提高學(xué)習(xí)效率[14]。人工智能的飛速發(fā)展，將加快教育與人工智能的融合，也將推進(jìn)機(jī)器人教育的不斷優(yōu)化與提升。

2018年4月，教育部發(fā)布《高等學(xué)校人工智能創(chuàng)新行動計(jì)劃》，提出要不斷推動人工智能與教育深度融合、為教育變革提供新方式。另外，在人才培養(yǎng)部分，明確提出構(gòu)建人工智能多層次教育體系。在中小學(xué)階段引入人工智能普及教育，構(gòu)建人工智能專業(yè)教育、職業(yè)教育和大學(xué)基礎(chǔ)教育于一體的高校教育體系?？梢钥闯觯叭斯ぶ悄?教育”既是國家布局人工智能產(chǎn)業(yè)的戰(zhàn)略舉措，更是國家推動教育人工智能、培養(yǎng)個(gè)性化人才、提高人才培養(yǎng)質(zhì)量的戰(zhàn)略方針，實(shí)現(xiàn)人才儲備與產(chǎn)業(yè)發(fā)展互為保障、互為促進(jìn)。智能是機(jī)器人技術(shù)發(fā)展的方向，而機(jī)器人可以作為智能教育的有效載體。從人才培養(yǎng)的梯度與層次考慮，機(jī)器人教育既可以作為普及中小學(xué)編程教育、實(shí)現(xiàn)人工智能基礎(chǔ)教育的手段，又可以進(jìn)一步以此開展大學(xué)以上智能科學(xué)教育；機(jī)器人教育既能夠作為人工智能教育的準(zhǔn)備與過渡，又能夠作為人工智能教育的階段來體現(xiàn)。因此，以教育人工智能作為機(jī)器人教育的發(fā)展方向，不僅符合機(jī)器人發(fā)展進(jìn)程，也符合教育發(fā)展的趨勢。

機(jī)器人在教育學(xué)上的價(jià)值主要體現(xiàn)在技術(shù)知識學(xué)習(xí)、技能習(xí)得和創(chuàng)新能力、綜合素養(yǎng)的形成等方面。機(jī)器人教育是社會技術(shù)發(fā)展、人才結(jié)構(gòu)調(diào)整、產(chǎn)業(yè)行業(yè)需求共同作用的結(jié)果，是時(shí)代的選擇。在后續(xù)的機(jī)器人教育實(shí)踐中，應(yīng)繼續(xù)挖掘，不斷總結(jié)與豐富機(jī)器人教育理論。