2019-2020中小学机器人教育调研报告 目录 第 一 篇 国 外 中 小 学 机 器 人 教 育 现 状 . 4 1.1. 机器人教育发展趋势 . 5 1.2. 机器人教育国家地域分布 . 6 1.3 美国机器人教育现状 . 7 1.4 欧盟机器人教育的现状 . 8 1.5 日本机器人教育的现状 . 8 1.6 韩国机器人教育的现状 . 9 第 二 篇 国 内 中 小 学 机 器 人 教 育 现 状 . 10 2. 1 国内中小学机器人教育发展概况 . 11 2.2 国内中小学机器人教育现状分析 . 12 2.2.1 中小学机器人师资培养 . 14 2.2.2 中小学机器人课程资源 . 17 2.2.3.赛事活动 . 17 2.2.4 国内机器人教育评测 . 19 第 三 篇 机 器 人 教 育 与 人 工 智 能 . 20 3.1 中小学机器人教育的内涵与意义 . 21 3.2 中小学人工智能教育发展现状 . 21 3.3 机器人教育与人工智能教育 . 27 第 四 篇 教 育 教 学 创 新 与 实 践 . 30 4.1 中小学校教育创新与实践 . 31 4.2 校外机构教育的实践模式典型剖析 . 37 4.2.1 基于产品的机器人教育校外培训机构与厂家 . 37 4.2.2 基于竞赛的机器人教育校外培训机构与厂家 . 39 4.2.3 基于资金运作模式下的校外机器人培训机构 . 41 第 五 篇 总 结 分 析 与 相 关 建 议 . 43 5.1 机器人教育总结分析 . 44 （一）全球机器人教育的趋势特征 . 45 （二 ）国内中小学机器人普及教育已呈常态化发展 . 45 （三）人工智能教育蓬勃发展 . 45 （四）国内机器人教育创新与实践探索出新模式 . 45 5.2 相关建议与对策 . 46 （一）建立中小学各学段机器人教育连贯性 . 46 （二）加强中小学机器人与人工智能教育教师队伍建设 . 46 （三）积极开展中小学机器人相关等级评定工作 . 46 （四）积极开展中小学机器人相关赛事活动 . 46 （五）整合多方资源构建机器人教育与人工智能教育生态 . 46 第一篇 国外中小学机器人教育 现状 1.1. 机器人教育发展趋势 随着人工智能的普及，各国在中小学的编程教育、机器人教育的力度不断在加大，在谷歌网站上查阅 “ STEM education、 Robot education、 Scratch” 三个关键词在 2018 年 11 月到 2019 年 11 月一年期间，具体的搜索量趋势以及排名如图 1-1： 图 1-1 机器人教育关键词搜索量 从图 1-1 可以看出来， Scratch 搜素量远远高于 STEM education 和 Robot education；但是将 education 去掉，同时增加和 AI 关键词的对比，如图 1-2： 图 1-2 机器人 AI 教育关键词搜索量对比 从这两个图的对比可以看出来， AI 还是社会的主流，但是机器人正在随着大众的认知， 被逐步的成为主流。在教育领域， Scratch 还是主流，而且远远的高于其他的 STEM 类的课程。 另外，我们通过观察曲线，惊奇地发现： Scratch 的关注度是和 AI 的关注度趋势几乎是同步的。也就是说 AI 的发展影响到了少儿编程教育的发展。 将 STEM education 和 Robot education 进行对比，如图 1-3： 图 1-3 STEM 与机器人教育搜索对比分析图 从上图可以看出， STEM 在教育中的占比还是要远远大于 Robot，当然这与大部分的国家是将 Robot 教育归类在 STEM 教育中有一定的关系。 1.2. 机器人教育国家地域分布 利用谷歌搜索，可以看到各个关键词在各个国家的关注度有所不同，特别是 STEM 关注度最高的国家是荷兰，其次是菲律宾，美国排在第四位，如图 1-4： 图 1-4 按区域比较 STEM 关注度细分数据 另外，再看看 STEM education，区域关注度第一位是津巴布韦，中国香港位列第二。 图 1-5 按区域搜索 STEM 热度 接下来对比 Robot education 以及 Scratch 的区域搜索热度分布，从图中可知主要集中在欧美较为发达的国家。 图 1-6 按区域显示搜索机器人教育热度 图 1-7 按区域显示的 Scratch 搜索热度通过上述的图表，可以得出这样的结论： 1） 中小学机器人教育是和 STEM 教育、 Scratch 编程息息相关；与社会对于人工智能 AI 的关注度是相关的； 2） 机器人教育发展还很不均衡，机器人教育主要分布在欧美国家，发展中国家主要还 是以成本较低的 STEM 教育来弥补青少年科技创新素质教育。 3） 中小学机器人教育发展还落后于编程教育、 STEM 教育，还需要全世界的努力。 1.3 美国机器人教育现状 在美国没有专门的机器人教育这样一种说法，而是整合到 STEM 教育中，当作 STEM 教育的一个载体。在美国面向中小学的机器人竞赛和活动非常多，但是却和国内有着截然不同 的方式和特点： 1） 美国中小学大部分没有机器人课程 在美国的中小学里，很少有机器人实验室或者机器人课程。通过问卷调查可知：不到 17% 的学校开设了机器人课程，这些课程都是包含在 STEM 中，是 STEM 课程的一部分，课时也是没有统一的标准，由各个学校的老师自己决定。 2） 美国中小学生基本上接受过机器人教育 美国的中小学没有专门的机器人课程，但是机器人教育在美国的渗透率相当得高，大约有 75.4%的美国中小学生接受过机器人或者编程类的教育培训，他们往往是通过网络、社区、大学、公益组织、一些公司获得相应的课程资源。 3） 在中小学机器人教育中美国大学扮演了非常重要的 角色。 在美国，每一个大学都有面向中小学开设各种夏令营学校的惯例，这些夏校都是由政府 或者公益组织支持，机器人课程是这些夏校的重要组成部分。同时在美国高校的实验室一般 也是面向中小学生开放的，比如著名的 Scratch 之父米切尔教授，他在麻省理工学院的工作室几乎每周末都是向青少年开放的；还有和乐高教育合作了 20 多年的塔夫茨（ Tufts） 大学的乐 高工程实验室都是定期向青少年开放。不完全统计，全美夏令营学校近三千余个，其中课 程内容涉及到 STEM 的占到 64%，这其中包 含有机器人课程的约为 71.6%。这些有机器人课程的夏令营学校几乎都是在大学或者研究所等机构。 4） 美国孩子学习机器人的形式多数以社区的形式学习 社区模式的机器人学习是主流，孩子们放学后根据自己的喜好，学生通过社区的相关组 织以及网络进行机器人学习。当然也有专门的机器人学习机构，但这种机构和国内不一样， 基本上都是以社区为单位进行的自组织，公益性质多一些。 5） 在美国机器人竞赛非常普遍，几乎每周都有各种不同的比赛 美国机器人竞赛非常普遍，最有名的比赛比如 FIRST 的系列比赛、 EVX 比赛、 RoboRAVE 等比赛，当然还有很多各个大学组织的各种小型比赛，这些比赛不同于国内，组织方都是一些大学以及非盈利机构，没有政府部门组织的比赛。另外比赛的规模有大有小，甚至于你自己都可以在一些比赛的官网上申请小型的比赛。 6） 器材多样，开源类电子模块多数来自中国 在美国中小学生使用的机器人器材，特别是高中以下基本上都是乐高居多，高年级器材 是开源的机器人产品占比越来越大，这些开源电子产品的厂家相当多的都是来自中国。 1.4 欧盟机器人教育的现状 在欧盟机器人课程的情况和美国的情况基本差不多，但是也有所有不同： 英国有专门的课程计划，而且政府有所支持，最著名的就是 micro:bit 进校园的计划，在英国，每个孩子都有一块 micro:bit 板子，主要用来学习编程。 欧洲各个国家各不相同，在德国孩子们学习机器人的主要途径一方面来自于一些大公司 的赞助和工作坊；而在西班牙的孩子学习机器人的主要形式是社区学校或者学校的活动课堂 等；在欧洲，整体上来说，孩子们学习机器人更多的是偏重于个人爱好，而不一定是因为大 学的 AP 课程（大学先修课程）需要。 在芬兰机器人教育受到的重视程度是随着 STEAM 教育的重视而逐步被大家认可，要想进入到芬兰的机器人教育领域，是需要经过芬兰的认证。芬兰是全国在学校推进编程教育和 机器人教育的国家，机器人的普及程度很高，但是从世界各种的机器人比赛成绩来看，并不 是十分突出。 从年龄对比上来看，欧洲的孩子接触机器人的年龄大约为 9.2 岁，而在美国，这个年龄 大约在 7.9 岁 1.5 日本机器人教育的现状 日本的机器人教育十分发达，从大学到中小学都有一套比较完整的体系。在日本孩子们 学习机器人的机构也非常多，一方面是学校的社团，还有社区的工作坊、大学以及相关的一 些非盈利机构。在日本机器人编程的普及率达到 70%以上，同时每年日本政府也会资助一些比赛。民众对机器人教育的认同度也非常高。 1.6 韩国机器人教育的现状 在韩国机器人教育是一个优势项目，而且非常成熟，从幼儿园到大学都有相应的课程和 器材，推进的方式主要是以校外教育为主，学校教育为辅。韩国机器人教育最大的特点就是 有着自己非常完善的产业集群，特别是器材方面，除了乐高之外，韩国几乎很少使用其他国 家的器材，绝大多数都是使用本土的品牌。尤其是在机器人控制器、机器人电机等领域 ，韩 国一直处在领先地位。 总体来看， 2019 年国外机器人教育的趋势主要有以下几个显著的特征： 1） 各国均加强编程教育、机器人教育在基础教育的推广力度，特别是发展中国家，机器人教育走入课堂逐步成为趋势；但是各国的做法都有所不同，欧美国家更多的倾向于和 STEM 进行结合；亚洲国家更多的是和技术课程进行结合。 2） 人工智能作为机器人教育的一部分，逐步渗透到机器人编程教育中来，以色列、日本、俄罗斯等传统科技强国纷纷将机器人教育和人工智能教育结合，将编程教育和机器人教育结合。这种趋势将是今后很长一段时间的常态。 3） 以跨学科学习为主的 STEM 教育将机器人作为很重要的一个载体，是欧美教育的一种通用做法，这也是跨学科学习的一种新模式和新方法。 第二篇 国内中小学机器人教育 现状 2.1 国内中小学机器人教育发展概况 教育机器人可分为 “ 机器人教育 ” 与 “ 教育服务机器人 ” 两种产品类型。机器人教育 （ Educational Robotics）是由学习者自行组装小机器人和编程计算机程序的学习；教育服务机器人 （ Educational Service Robots） 是具有教与学智能的服务机器人。我国的机器人教育主要包括机器人竞赛和机器人教学。 中国科学技术协会自 2001 年开始举办第一届全国青少年机器人竞赛，教育部、中央电化 教育馆自 2004 年也把电脑机器人竞赛项目列入到全国中小学电脑作品制作活动中。 2003 年 4 月教育部颁布普通高中技术课程标准（实验），首次在高中 “ 信息技术 ” 、 “ 通用技术 ” 课程中分别设立了 “ 人工智能初步 ” 、 “ 简易机器人制作 ” 选修模块，普通高中物理课程标准 (实验 )出提出 “ 收集资料，了解机器人在生产、生活中的应用 ” 的要求； 2015 年 9 月 2 日，教育部关于 “ 十三五 ” 期间全面深入推进教育信息化工作指导意见 （征）提出了 “ 有效利用信息技术推进 “ 众创空间 ” 建设，探索 STEAM 教育、创客教育等新教育模式 ” 。 2016 年 6 月 13 日，教育部印发教育信息化 “ 十三五 ” 规划通知，将信息化教学能力纳入学校办学水平考评体系。有条件的地方要积极探索信息技术在众创空间、跨学科学习 （ STEAM 教育）、创客教育等新的教育模式的应用。 2017 年 1 月 19 日，国务院关于印发国家教育事业发展 “ 十三五 ” 规划的通知中提出 “ 新一轮科技革命和产业变革蓄势待发，互联网、云计算、大数据、智能机器人、三维 （ 3D） 打印等现代技术深刻改变着人类的思维、生产、生活和学习方式，国际竞争日趋激烈，人才培养与争夺成为焦点。 ” 2017 年 7 月 8 日，国务院颁布新一代人工智能发展规划提出： “ 实施全民智能教育项目，在中小学设置人工智能相关课程，逐步推广编程教育，鼓励社会力量参与寓教于乐的编程教学软件、游戏的开发和推广。支持开展人工智能竞赛，鼓励进行形式多样的人工智能科普创作。 ” 2018 年 2 月 11 日，教育部印发 2018 年教育信息化和网络安全工作要点，文件指出推进信息技术在教学中的深入普遍应用，开展利用现代信息技术构建新型教学组织模式的研 究，探索信息技术在众创空间、跨学科学习（ STEAM 教育 ）、创客教育等教育教学新模式中的应用，逐步形成创新课程体系。 2018 年 3 月 12 日，教育部发布教育部教育装备研究与发展中心 2018 年工作要点， 表明积极探索新理念新方式，持续关注 STEAM 教育和创客教育等对中小学教育、课程发展的影响，开展移动学习、虚拟现实、 3D 打印等技术在教育中的实践应用研究。 2018 年 4 月 13 日，教育部颁布的教育信息化 2.0 行动计划中明确指出，要加强智能教学助手、教育机器人、智能学伴等关键技术研究与应用。完善课程方案和课程标准，充实适应信息时代、智能时代发展需要的人工智能和编程课程内容。推动落实各级各类学校的信息技术课程，并将信息技术纳入初、高中学业水平考试。机器人教育作为机器人技术在教育领域的典型应用模式迅速火热起来。 2018 年教育部颁布的普通高中技术课程标准（ 2017 年版）分别将 “ 人工智能初步 ” 和 “ 机器人设计与制作 ” 作为选择性必修 4 和选择性 必修 6 模块，机器人教育在普通高中技术课程标准中得到了很好地体现，为普通高中开展机器人教育提供了纲领性指导意见。普通 高中课程在学习方式上也强调了对大数据、人工智能、 “ 互联网 +” 等信息技术的利用。同时部分省市也把人工智能和机器人教学内容纳入到初中和小学的信息技术、综合实践和科学 课程中。如 2017 年 9 月，教育部研制印发了中小学综合实践活动课程指导纲要，为 3