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远观美国高校的机器人教育
远观美国高校的机器人教育
美国基础教育领域中的机器人教育主要有四种形式:一是机器人技术课程,一般开设在技术类课程中,其中教育计划与项目占大多数;二是课外活动,类似我国的综合实践活动课程;三是机器人主题夏令营等定期活动;第四种形式与前几者不同,它主要利用机器人技术作为辅助性工具来辅助其他课程的教学或者作为一种研究工具来培养学生能力,与此同时学习机器人技术知识,也可以归为特殊的机器人教育形式。
美国高校的机器人教育主要呈现出两个趋势:一方面,美国高校愈来愈多地开设了机器人相关的课程,另一方面机器人作为课程的学习平台,已经慢慢应用于高校其他课程中。
麻省理工学院的机器人教育
 麻省理工学院(MIT)是美国私立研究性学院,世界著名的科学技术教育和科研中心。该学院在机器人技术领域成果颇丰:在1994年麻省理工学院(MIT)就设立了 “设计和建造LEGO机器人”课程(Martin),目的是提高工程设计专业学生的设计和创造能力,尝试机器人教育与理科实验的整合;同时,国外的一些智能机器人实验室也有相应的机器人教育研究的内容。(源自于《《计算机世界报》》,作者 王树国)
麻省理工学院涉及机器人教育的课程有认知机器人学、机器人学导论、自控机器人设计竞赛、机器人编程竞赛,结合各个专业所需以及当今机器人技术的应用领域,分别开设在航空航天学、机械工程学和电气工程与计算机科学中。
(1)课程开设
麻省理工学院提供的机器人课程主要有两类,一类是在整个学期中开设,例如,认知机器人学、机器人学导论;另外一类是在麻省理工学院的独立活动期间(1AP)开设的,IAP是MIT从一月的第一个星期到月底为期4周的特别学习期,例如,自控机器人设计竞赛和机器人编程竞赛。在独立活动期开设的课程没有定期的课堂安排,学生只需要在规定的时间内完成相关的项目就可以了,并且部分课堂教学的参与也是自愿的。灵活的课程安排,学生有了更多的自主活动时间,并且能根据自己的需要选择性的参与课堂学习来补充知识。
(2)课程评价
除了常规考试外,MIT机器人课程的学习都要求有实质性的成果,例如,在“自控机器人设计竞赛课程”中,要想获得学分,学生必须建立网页来展示自己设计的机器人,陈述总体设计与独到之处,完成作业并最终制作一个实体机器人。在“机器人编程竞赛”课程中,要获得6个选修学分,学生必须提交一个Robocraft选手作为自己的“实质性成果”,随后根据该成果做出评价。如果要获得6个工程设计分,团队提交的选手必须打败Robocraft软件发布时自带的参考选手对战。在“机器人学导论”课程中,学生除了完成作业,参加期中、期末两次考试以外,还必须完成相关的实验与设计项目,在学期的不同时间需要搭建两个不同功能的机器人:① 采矿机器人, 目标是建立一套搜寻算法能够让机器人自动搜寻、而且在找到矿藏后暂停在矿物上方;②圣诞老人机器人,它能沿着一条弯曲的路径通过玄关进入机器人实验室,用它的机械手臂将礼物送到多个房间, 以及从每个房间拿取饼干。在“认知机器人学”课程中,学生需要完成两个项目:①选择一个与机器人相关的主题做一份报告;②对认知机器人和嵌入智能系统中涉及的一两个方法深刻认识后在这些方法的基础上改进并创新应用。
俄勒冈州立大学的机器人教育
机器人作为学习平台,已经慢慢应用于大学的课程中,俄勒冈州立大学电子工程与计算机科学系,分别在电子设计概念导论、电子基础、数字逻辑设计、信号与系统、计算机原理与汇编语言、机械设计课程中使用TekBots机器人作为学习平台。把TekBots整合进课程中,可以把课堂上学习的理论应用到机器人中,加深对理论的理解。例如在计算机原理与汇编语言这门课程中,让学生使用TekBots调试自己的程序,观察自己写的程序及运用的概念是如何在实际设备中产生作用的。利用学习平台有以下几个作用:①加强课程连贯性:帮助学生理解各个学科之间的联系,能让学生综合自己所学知识。② 提供理解课程的情境:通过学习平台,使概念变的具体,并提供学生以解决复杂问题的情境。③形成学习共同体:有着共同兴趣的学生形成学习共同体。④增加动手经验:能为学生提供动手操作的空间。⑤模拟工程实践:平台提供一个工程实践的模拟环境。
远观美国高校的机器人教育
美国学校机器人教育的特点
(1)机器人教育形式多样
在美国高校中,机器人教育既可以通过课程来进行,也可以作为学习平台。
(2)为学生创设自主发挥空间
大多数机器人课程都是以团队为活动单位,在教师指导下以学生为中心开展活动。学生有较大的自主发挥空间。例如,MIT的“自控机器人设计竞赛”这个课程完全由学生来运作,没有教员来协助。“机器人编程竞赛”也几乎都是由学生操作,学生组成团队,编写机器人程序,参加比赛。学生自主性强,增加了学生的主动参与意识。
(3)评价方式多样
 机器人课程的评价要注重学生在活动过程中的自我反思,多样化的评价方式有助于全面反映学生在课程中所获得的知识以及知识的灵活运用情况。评价可以根据学生的实验与设计项目的完成情况,也可根据学生的实质性成果来进行。
(4)课程具有明显的学科交叉性
由于机器人技术自身的综合性和机器人技术应用领域的广泛性,导致机器人课程跨学科、交叉性的特点十分明显。高校的机器人教育更是作了具体规定,学生往往需要预修过若干先修课程。例如,MIT的“机器人学导论”要求预先学习“动力学建模与控制”课程,课程内容涵盖了平面与空间运动学、动作规划、机械手臂和移动机器人的结构设计、多刚体动力学、3D绘图模拟、控制系统设计、传感技术、无线网络、人机接口、嵌入式系统等。有些机器人课程虽然没有明确指定相应的先修课程,但由于课程本身涉及的知识面广,如果没有一定的基础也是较难完成的,例如,MIT的“自控机器人设计竞赛”课程涉及设计与制造、电子运算结构、电路与电子学、计算机程序的结构与应用等课程; “机器人编程竞赛 课程要求有一定的JAvA编程基础: “认知机器人”课程则需要预先学习过机率系统分析和人工智能技术、人工智能,或自治和决策原则中的任一门课程。
(5)涉及机器人技术的最新成果
这个特点在美国高校的机器人教育中表现的十分明显。当今机器人技术在各个领域都发挥着它的作用,例如,美国航空航天局(NASA)的火星探测漫步者就是机器人技术在航空航天领域的一个典型应用。MIT航空航天学中的“认知机器人学”课程,正是通过对NASA的火星探路者、护士机器人、博物馆导游等实际例子的讨论来学习建模与算法, 以及研究算法是如何在这些系统中应用。该课程结合当前机器人技术的成果,加深了学生对相关理论和技术的理解。
(6)充满趣味的“做中学”
美国机器人课程几乎都有实验课,学生借助各种工具平台制作、组装实体机器人或编写、调试机器人程序,十分强调在做中学。例如,在“机器人编程竞赛”课程的学习中,学生组成团队开发机器人选手程序,在整个开发过程中结合了作战策略与软件设计,并用于参加比赛。“自控机器人设计竞赛”也是个需要动手的“做中学”课程,参与者设计和制作机器人,在月底参加比赛。该课程需要学生设计出一个机器人,能够在比赛场地行驶,识别对手。两者最大的不同在于,一个是使用非实体机器人,即编写一个机器人选手程序,一个是使用实体机器人,即制作一个实体机器人,从而实现不同知识点的学习。
在大力提倡素质教育的今天,如何通过有效途径提高学生全面综合能力一直是教育界探讨的话题之一。机器人的出现为创新素质教育提供了一个崭新的平台。

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