什么是机器人教育？

本文将为大家详细介绍机器人，机器人教育（包括儿童机器人教育和成人机器人教育）以及人工智能教育三大类概念的定义与分类，是一篇货真价实的底层普及干货文。

- 机器人概念 -

【关于机器人的定义】

广义机器人（Robot）包括一切模拟人类行为或思想与模拟其他生物的机械（如机器狗，机器猫等）。在当代工业中，机器人指能自动运行任务的人造机器设备，用以取代或协助人类工作，一般会是机电设备，由计算机程序或是电子电路控制。主要由执行机构、驱动装置、检测装置、控制系统及复杂机械等部分组成。

狭义联合国标准化组织采纳了美国机器人协会给机器人下的定义，即一种可编程的多功能操作机（或是为了执行不同任务而具有可用电脑改变和可编程动作的专门系统）。

机器人是自动执行工作的机器装置，简单起来可以用六个字概括 感知、 决策、 执行。

感知，就是各种传感器，如听觉传感器、视觉传感器、距离传感器等等；

决策，就是广义的人工智能，像人脑一样，包括分析、算法和控制；

执行，就是硬件层面，涉及到物理形态，机械结构，怎么动，比如有一个机械臂抓取一个物体，就是一种「执行」。

机器人有一个显著特点，涉及到各种学科的技术。它是一个交叉学科。它涉及到的产业领域非常多，做机械设计、工艺加工、传感器、计算机、人工智能、无人驾驶等等，都可以说是做机器人的。

- 机器人教育概念 -

【关于机器人教育的定义】

1、儿童机器人教育的定义

机器人教育对不接触，不了解的人而言，可能比较陌生。

机器人教育指通过搭建、编程、运行机器人，激发学生的学习兴趣、培养学生的综合能力和良好思维习惯。在此过程中，学生除了可以掌握机器人的基本构造和搭建过程，还可以通过控制机器人，了解到编程的乐趣，机器人教育真正做到了寓教于乐。

机器人教育是一种教育，而机器人只是一种为达到教育目的而使用的工具。使用什么教具，哪种机器人模型，重要的无非是利用好工具，发掘出其中的教育功能，让孩子在机器人课程中学到真正有用的知识，才算达到了机器人教育的目的。机器人教育可以培养孩子很多方面的能力，如定义问题、解决问题的能力；收集信息、应用信息的能力；动手能力；团队协作的能力；表达能力；批判性思维；保持好奇心和想象力等。这些都是未来竞争所需要的能力。

机器人教育大致都要经过4个阶段导入、建构、编程、控制。一般培训机构的机器人课程都是依据这四个阶段来设计的。

导入环节通过主题探索式的启发，背景、知识点等内容的讲解，激发孩子们的学习兴趣。

建构采用元件堆叠的方式，会涉及到一些物理学原理、空间结构、机械传动、电与磁等工程应用相关的内容，尤其以动力机械知识为核心。

编程大部分指图形化编程，它锻炼的是人的逻辑思考能力。

控制（调试）是指智能操控，如执行机构、驱动装置、检测装置和控制系统等，通过任务主题，能够完成任务。

除此之外，很多还会有竞赛环节，通过实战对抗，如按竞赛设计情境搭建机器人，并对机器人进行任务编程，学习如何解决实际问题等，来提高孩子们的综合能力。

2、成人机器人教育的定义

机器人学科教学是指把机器人学看成是一门科学，在各级各类教育中，以专门课程的方式，使所有学生普遍掌握关于机器人学的基本知识与基本技能。

其教学目标如下

知识目标了解机器人软件工程、硬件结构、功能与应用等方面的基本知识。

技能目标能进行机器人程序设计与编写，能拼装多种具有实用功能的机器人，能进行机器人及智能家电的使用维护，能自主开发软件控制机器人。

情感目标培养对人工智能技术的兴趣，真正认识到智能机器人对社会进步与经济发展的作用。

- 人工智能概念 -

【关于人工智能的定义】

人工智能（Artificial Intelligence），英文缩写为AI。它是研究、开发用于模拟、延伸和扩展人的智能的理论、方法、技术及应用系统的一门新的技术科学。

人工智能是计算机科学的一个分支，它企图了解智能的实质，并生产出一种新的能以人类智能相似的方式做出反应的智能机器，该领域的研究包括机器人、语言识别、图像识别、自然语言处理和专家系统等。人工智能从诞生以来，理论和技术日益成熟，应用领域也不断扩大，可以设想，未来人工智能带来的科技产品，将会是人类智慧的“容器”。人工智能可以对人的意识、思维的信息过程的模拟。

人工智能是一门极富挑战性的科学，从事这项工作的人必须懂得计算机知识，心理学和哲学。人工智能是包含十分广泛的科学，它由不同的领域组成，如机器学习，计算机视觉等等，总的说来，人工智能研究的一个主要目标是使机器能够胜任一些通常需要人类智能才能完成的复杂工作。

- 机器人的分类 -

机器人主要分为两大类服务机器人和工业机器人。服务机器人按用途又可以分为专业服务机器人和家用服务机器人。

1、服务机器人

服务机器人应用范围很广，主要从事维护保养、修理、运输、清洗、保安、救援、监护等工作。国际机器人联合会经过几年的搜集整理，给了服务机器人一个初步的定义服务机器人是一种半自主或全自主工作的机器人，它能完成有益于人类健康的服务工作，但不包括从事生产的设备。这里，我们把其它一些贴近人们生活的机器人也列入其中。

常见的服务机器人主要有

家用机器人、医用机器人、教育机器人、表演机器人、竞技机器人、运输机器人、安保机器人、维护机器人、特种机器人等。

其中，让我们重点看一下教育机器人。

教育机器人（教具）是以人为主导，以人工智能为呈现方式的，以激发学生学习兴趣、培养学生综合能力为目标的机器人成品、套装或散件，能够有效提高学生的信息技术能力和在数字时代的竞争能力，具有较大教育价值和良好发展前景。其类型广义上包含幼儿编程机器人、积木拼装机器人、金属拼装机器人、仿人形成品机器人等。狭义上仅指仿人形教育机器人。

教育机器人具备教学适用性、拓展性、友好性和趣味性四大特征，非常适合课堂教学使用。

a.幼儿编程机器人

以无电脑（无屏幕）、零基础、低龄化、编程实体化为特征，以控制板、刷卡卡片、实体程序块、磁吸编程块、颜色传感器识别、任务地图等为主要硬件的幼儿编程学习实用教具套装，具有代表性的如程小奔、宝莲灯、小瓢虫、全智等品牌的产品。

b.积木拼装机器人

以若干不同形状的零散积木块为主要硬件，材质以塑料零件为主，以积木拼插为主要教学模式的机器人教育套装产品，具有代表性的如乐高、能力风暴、乐博士、开智等品牌的产品。

c.金属拼装机器人

以若干不同形状的零散功能部件为主要硬件，材质以金属零件为主，以金属件组装为主要教学模式的机器人教育套装产品，具有代表性的如Makeblock、美科等品牌的产品。

d.仿人形成品机器人

以仿人形为主要特征，以智能交互为主要教学模式的机器人教育成品产品，具有代表性的如优必选、乐智机器人、康力优蓝等品牌的产品。

2、工业机器人

工业机器人指由操作机（机械本体）、控制器、伺服驱动系统和传感装置构成的一种仿人操作、自动控制、可重复编程、能在三维空间完成各种作业的光机电一体化生产设备，特别适合于多品种、变批量的弹性制造系统。

工业机器人可直接接受人类指令，也可以运行预先编排的程序，也可以根据以人工智能技术制定的原则纲领行动。如焊接机器人焊接机器人是工业机器人的最常见类型，常用于汽车制造机械流水线的规模化制造中，汽车车身和其他采用焊接工艺的部件的焊接。涂装机器人涂装机器人亦是工业机器人的最常见类型，常用于汽车车身涂上烤漆。

常见的工业机器人主要有

装配机器人、焊接机器人、涂装机器人、分拣机器人、搬运机器人、涂胶机器人、包装机器人、打磨机器人、加工机器人、折弯机器人等。

3、其他特殊机器人

人类体机器人（半机器人）有些人类会通过手术、将自己的意识输入进计算机等方式改造成为机器人，用于维护治安、军事战斗等用途。

战斗机器人战斗机器人研发方面走在前列的国家包括美国与以色列，如果不将全球各种正在服役的无人飞机包含在内的话，比较典型的案例有DRDO（Defence Research and Development Organisation）公司Daksh，iRobot公司的PackBot，福斯特-米勒公司的“魔爪”，以色列USV（Unmanned Security Vehicle）公司的Guardium，韩国三星公司的SGR-A1等。当前战斗机器人已经被应用于阿富汗，巴以冲突等局部战争中，比较常见的任务包括侦察，排雷等，这种机器人往往非常灵活，可以穿越复杂地形，如美国波士顿公司的BigDog和阿特拉斯，部分型号的机器人装备了机枪等攻击性武器。

科研机器人通常用于探索人类难以安全接近或根本无法到达的地方。有水下机器人、地外探测机器人（勇气号、机遇号）、洞穴/密室探索机器人、火山研究机器人、太空探索机器人等类型。

- 机器人教育的分类 -

【儿童机器人教育的分类】

1、从不同年龄段教学内容角度分类

（1）积木拼搭/实体编程（3-6岁）

学龄前阶段的幼儿发育特点以形象思维、动作思维培养为主，此阶段绝大部分的机器人教育课程形式为利用塑料积木拼搭学习基本物理知识及结构知识，通过搭建不同造型来锻炼动手能力和创造力，或利用实体化的编程机器人学习简单编程逻辑及数学知识。

（2）零件搭建与编程结合（7-12岁）

小学阶段机器人教育课程形式主要为通过设计、搭建、编程、运行机器人，来学习机械原理、工程结构、电子传感器、程序设计等内容，同样每节课有着不同的搭建主题，图形化编程为主，以项目制的方式进行教学，有更多的小组合作，通过完成一个又一个的任务来学习跨学科的知识内容，提高解决问题的能力，锻炼理工科思维。

（3）零件搭建、编程与自由创造结合（13-15岁）

中学阶段机器人教育课程形式和小学阶段差异不大，但更多地融入了创新性项目的设计、竞赛项目的比重加大以及开放性课题的研究和实践。其中结构设计的难度加大，编程语言由图形化逐步转换为代码语言，如C++、Python等，对学习者的知识储备、能力要求更高。

2、机器人教育进入公立校时的分类

（1）机器人社团/俱乐部/学习小组

通过学校、少年宫、少科站等单位吸入机器人爱好的部分学生，组成智能机器人学习小组/社团，以学员制进行活动，并可代表地区参加各类竞赛活动。这种形式是机器人进入中小学生视野最初、最多，也是最有效的方法。

（2）综合实践活动课程

把智能机器人技术学习放入综合实践活动课中普及，在大中型的城市中非常的普遍，开设情况相对于经济欠发达地区较成熟。

（3）信息技术教育课程

把智能机器人作为信息技术课的内容之一进入中小学信息技术教育课程，这种形式正在形成期，教材的编写、课程的常规性开设正在起步。2018年4月28日，我国第一本面向中学生的AI教材——《人工智能基础（高中版）》正式发布。这无疑会为信息技术学科带来新的活力，对今天信息技术教育重软件应用轻视编程开发的局面，未来将会有所改善。

（4）研究性课程

智能机器人教育作为研究性课程的形式进入中学，由于研究性学习课程越来越受到重视，而机器人教育的长期性、个性化决定了如果通过研究性学习形式推广会更有利于对学生创新能力的培养。由于研究性课程的地位决定的课时不足，以及班额过大决定的组织难度，这都会影响机器人教育的整体推进。

【成人机器人教育的分类】

从教学内容角度进行分类

1、机器人工程专业

机器人工程专业，掌握工业机器人技术工作必备的知识、技术，有较强实践能力、创新精神，主要从事机器人工作站设计、装调与改造，机器人自动化生产线的设计、应用及运行管理等相关岗位工作，具有较强综合职业能力的高素质应用型专门人才。

2、人工智能专业

人工智能专业，研究、开发用于模拟、延伸和扩展人的智能的理论、方法、技术及应用系统的一门新的技术科学。人工智能是计算机科学的一个分支，它企图了解智能的实质，并生产出一种新的能以人类智能相似的方式做出反应的智能机器，该领域的研究包括机器人、语言识别、图像识别、自然语言处理和专家系统等。

3、智能科学与技术专业

“ 智能科学与技术”是面向前沿高新技术的基础性本科专业，覆盖面很广。专业涉及机器人技术，以新一代 网络计算为基础的 智能系统， 微机电系统（ MEMS），与国民经济、工业生产及日常生活密切相关的各类智能技术与系统，新一代的人－机系统技术等。特别是经过近几十年的发展， 智能技术及其应用已经成为IT行业创新的重要生长点，其广泛的应用前景日趋明显，如，智能机器人、智能化机器、智能化电器、智能化楼宇、智能化社区、智能化物流等等，对人类生活的方方面面产生了重要的影响。智能科学与技术是自动化工程、 机电工程、 计算机工程等工程学科的核心内容，工程性和实践性很强，所培养的学生正是目前高新技术研究及产业发展急需的人才，这里人才也会对传统产业的提升和改造起到积极的作用。

4、数据科学与大数据技术专业

数据科学与大数据技术专业是计算机、统计学、数学等领域的交叉学科。本专业面向国家信息化发展对行业大数据研究与应用的需求，培养掌握本专业所需的计算机、统计学、数学等相关学科的基本理论和基本知识、掌握大数据开发、分析与处理技术的基本理论和基本知识，具有大数据复杂工程问题处理能力，具有科学的人文精神、创新意识和良好的团队合作精神的高素质复合型高级专业人才。

5、大数据管理与应用专业

专业以互联网+和大数据时代为背景，主要研究大数据分析理论和方法在经济管理中的应用以及大数据管理与治理方法。主要专业方向有商务数据分析、商务智能、电子健康、大数据金融、数据挖掘、大数据管理与治理等。

- 人工智能的分类 -

1、响应式机器

绝大多数基本型的AI系统都属于纯粹的响应式机器，它们既不具备形成记忆的能力，也不具备借鉴过去经验的能力，以便帮助做出当前决策。

IBM的超级电脑“深蓝”曾经于20世纪90年代末期击败人类国际象棋大师加里·卡斯帕罗夫（Garry Kasparov），它就是响应式机器的完美代表。

“深蓝”可以识别棋盘上的棋子，并知道如何移动棋子。它甚至还能预测自己和对手的下一步棋路，并在诸多可能性中选择最优方案。“深蓝”没有“过去”的概念，也没有此前的记忆。除了偶尔利用国际象棋的具体规则，比如反对重复同样的步骤3次外，“深蓝”几乎会忽略此前发生的一切。它的重点就是关注当前棋盘上的棋子，并为下一步移动做出选择。

这类智能涉及到计算机直接感知的世界，并作用于其所能看到的地方。它不依赖于世界的内部概念。在开创性的论文中，AI研究专家罗德尼·布鲁克斯（Rodney Brooks）认为，我们应该只制造这类机器。他的主要理由是，人们并不擅长编程计算机使用的精确模拟世界。

我们当前研发的智能机器要么根本没有这类世界的概念，要么只有执行特定任务的智能机器，拥有十分有限的概念。“深蓝”的设计创新并没有扩大计算机考虑的可能步骤的范围。相反，研究人员发现了缩小其视野的方法，以防止其追求某些潜在的未来步骤，这取决于其如何评价结果。没有这种能力，“深蓝”可能需要更强大的计算机才能击败卡斯帕罗夫。

与之类似，谷歌的AlphaGo曾击败人类围棋大师，但它也不能评估未来所有的潜在步骤。其分析方式比“深蓝”更复杂，利用神经网络评估游戏进展。这些方法的确提高了AI系统的能力，让它们在玩特定游戏时表现更好。但它们无法被轻易改变或应用到其他情况。这些计算机化的想象没有广泛世界的概念，这意味着它们无法超越特定任务的功能限制，很容易受到愚弄。

，它们不能以交互的方式参与到世界中，这是我们畅想未来AI系统具备最重要能力。相反，这些机器每次遇到相同的情况时，它们就会执行预先编程的相同策略。在确保AI系统可信性方面，这可能是个好消息，比如你希望自己的无人驾驶汽车成为可以信赖的司机。但如果我们希望机器能够真正参与互动，对世界作出真正反应，这可能会很糟糕。这些最简单的AI系统永远不会感到无聊、感兴趣或悲哀等情绪。

2、有限记忆机器

这类AI可以短暂回顾过去的经验，无人驾驶汽车已经可以做到这一点。举例来说，它们会观察其他汽车的速度和行进方向。它们现在还无法立刻完成这个动作，而是需要识别特定目标，并监督它们一段时间。

这些观察会被添加到无人驾驶汽车预先编程的模拟世界中，包括车道标记、交通灯以及其他重要元素，比如公路曲线等。还包括汽车决定何时变道，以避免被附近的汽车撞到。

这些有关过去的简单信息只是短暂的，不会被储存在汽车已经了解到的经验库中，经验库相当于人类司机积累的驾驶经验。那么，我们如何建立能够充分模拟世界、记住它们的经验以及学习如何处理新情况的AI系统呢？布鲁克斯认为，很难做到。我的研究方法从达尔文进化论中吸取灵感，即可通过机器自己建立模拟世界以弥补人类的短板。

3、心智理论机器

这可能是我们已经建造的AI机器与将来要建造的AI机器之间的重要鸿沟。未来的AI机器将更加先进，它们不仅会自己建立模拟世界，还会模拟世界上其他对象和实体。在现实世界，这被称为“心智理论”，即理解世界上的人类、生物都有思想和情绪，而这些思想和情绪可影响他们的行为。

这对人类形成社会时至关重要，因为它们允许我们进行社会交流。如果不相互了解动机和意图，不考虑其他人对自己或环境的了解，最好的情况下是协作非常困难，最坏的情况是根本不可能有协作。

如果AI系统要想走在人类中间，它们必须能够理解我们每个人都有不同的想法和感受，并期望自己被如何对待。为此，它们必须对自己的行为进行相应调整。

4、自我意识机器

AI发展的阶段就是建立能够形成代表它们自己的模拟世界的系统。最终，我们的AI专家不仅需要自己理解意识，还要建造拥有自我意识的机器。从这种意义上说，第四类AI是第三类AI所代表的“心智理论”机器的延伸，也是意识被称为“自我意识”的原因。

有意识的存在可以意识到他们自己，了解它们的内部状态，能够预测其他人的感受。我们假设有人在后面狂按喇叭代表愤怒和不耐烦，因为我们那样做时也代表着同样感受。没有心智理论，我们就无法做出这些推论。

现在距离创造具有自我意识的机器可能还很遥远，我们应该集中努力打造理解记忆、学习以及基于过去经验作出决定的AI能力。这是理解人类智慧的重要步骤。如果我们想要设计或开发超越这些分类的机器，这一点也非常重要。

为了让大家的思路更加清晰，我们再来横向对比一下“机器人教育”与两个易混淆的概念，即“教育机器人”和“人工智能教育”。

1、机器人教育VS教育机器人

机器人教育

是一种教育模式，指通过设计、组装、编程、运行机器人，激发学生学习兴趣、培养学生综合能力。机器人技术融合了机械原理、电子传感器、计算机软硬件及人工智能等众多先进技术，为学生能力、素质的培养承载着新的使命。机器人技术综合了多学科的发展成果，代表了高技术的发展前沿，机器人涉及到信息技术的多个领域，它融合了多种先进技术，引入机器人教育课程将给中小学的信息技术课程增添新的活力，成为培养中小学生综合能力、信息素养的优秀平台。

教育机器人

是一类教具器材，指以人为主导，以人工智能为呈现方式的，以激发学生学习兴趣、培养学生综合能力为目标的机器人成品、套装或软件。能够有效提升学生的信息技术能力和在数字时代的竞争能力，具有较大教育价值和良好发展前景。

2、机器人教育VS人工智能教育

机器人教育

一般可能只包括编程机器人，可编程的积木，还有一些机械设计类的课程。两者在课程体系和内容设置上差异较大，接下来，我们以某机器人教育企业的课程设置为例进行对比分析。

由上图可知，机器人教育课程侧重于机械结构、工程设计等方面的培养，其中编程的学习服务于硬件本身，以执行指定任务为主。对动手搭建能力、空间立体感、创造力等方面要求较高。尤其机器人教育竞赛项目颇多，更有助于提升孩子们团队合作、临场应变、勇敢坚毅等方面的能力。

人工智能教育

需要涉及大数据，物联网，智能设备的自主制造，涉及的范围更广，多学科的知识整合的也就更多了。接下来，我们以某人工智能教育企业的课程设置为例进行对比分析。

由上图可知，人工智能教育课程侧重于编程控制、算法思维等方面的培养，硬件作为编程学习的辅助教具，主要作用为加强孩子的学习兴趣。高阶阶段的学习内容更侧重于算法和人工智能前沿应用等方面，如自动导航、语音识别、视觉识别、机器学习、数据分析等，与现实中的技术应用结合更加紧密，程序学习难度更大。