0.2 机器人教育现状

在工业4.0和《中国制造2025》战略的政策激励下，我国工业进入“智能+”时代，机器人产业发展迈入快车道。但机器人专业人才匮乏成为制约产业发展的瓶颈，据教育部、人社部与工信部发布的《制造业人才发展规划指南》预测，到2020年我国高档数控机床和机器人领域人才总量需求为750万，缺口达到300万，到2025年，人才总量需求为900万，缺口将进一步扩大到450万。通过对比2013年和2015年数据，机器人相关职位硕博高学历层次人才需求同比增长率为117.1%，本科学历层次人才需求同比增长率为154.5%，大专及以下学历层次人才需求同比增长率为277.0%[9]。可见，加强机器人教育对填补未来人才缺口有着重要的意义。

0.2.1 美日机器人教育

美国高校的机器人教育主要呈现以下两个趋势，一是开设相关课程，二是将机器人作为课程学习的平台，运用到教学中，更增强了学生动手实践的能力[10]。麻省理工学院涉及机器人教育的课程包括认知机器人学、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机器人应用领域，开设在航空航天学、机械工程学和电气工程与计算机等学科专业中[11]。而俄勒冈州立大学则将机器人作为学习平台，其电子工程与计算机科学系在电子概念导论、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、机械设计等课程中使用TekBot机器人作为学习平台，加强课程连贯性，将课堂学习理论应用到机器人设计与开发中。

在基础教育方面，美国从小学开始学习编程、撰写程序和机器人控制，同时锻炼孩子动手操作能力；到中学则加入机器人社团，每天花三四个小时在实验室，准备竞赛。在美国的基础教育领域，机器人教育主要由四种形式组成：一是开展机器人技术课程，二是运用于课外活动，三是举办以机器人为主题的夏令营等活动，四是利用机器人技术作为辅助教学工具的活动，可见其课程设置的灵活性、自由性。

早在1980年，日本便将机器人产业定位为前沿技术产业，并面向专业技术人员，由企业、产业机器人工业协会或培训机构等开展技术研修。20世纪80年代，日本大学及科研院所中鲜有机器人相关专业，多在机械工学等学科中开展相关的教研活动，比较具有代表性的是名古屋大学电子机械专业和早稻田大学机械工学专业。随着技术的发展，信息技术等学科也逐渐开始增设相关研究，如东京大学机械学院新建机械信息工学专业、庆应义塾大学理工学院设立系统设计工学专业等。1996年，日本首个机器人学科在立命馆大学理工学部成立，代表着机器人正式作为独立学科出现在高等教育中[12]。而且，日本每所大学都有较高水准的机器人研究会，每年定期举行机器人设计和制作大赛[13]。

日本机器人高等教育以千叶大学为典型。该大学在本科阶段开设机器人启蒙课程或机器人基本原理，旨在让学生普遍了解机器人基础理论；在研究生阶段则开设高级机器人学课程，涉及专业面也较广，包括机械、电气、航空航天等。同时与俄勒冈州立大学类似，机器人作为学习平台普遍应用于千叶大学的课程中，包括电子元件、电路基础、数字逻辑、信号工程、计算机原理、工程机械设计等课程。同时千叶大学也十分重视机器人伦理素养的培养，率先颁布了《日本千叶大学机器人宪章》，以维护、保全地球生态系统平衡为理念，积极促进机器人的研究开发与技术教育[14]。

日本机器人教育呈现低龄化，初期以高等教育为主，后来逐步向中学教育过渡。1988年NHK（日本放送协会）和全国中专联合会主办机器人竞赛，自1991年起成为全日本所有中专院校均参赛的全国盛会。面向中学生的机器人竞赛则有由文部科学省与产业教育振兴中央会等主办的高中生机器人竞技大会，以及由全日本技术家庭科研究会举办的全国中学生机器人竞赛等。1998年，文部科学省将编程列为日本中学必修内容。调查结果显示，到2004年日本23%的中学在技术家庭科目中开展机器人教育。另外，日本企业也积极参与教育活动，如2017年日本软银机器人有限公司投入58亿日元实施“Pepper社会贡献项目”学校挑战，将旗下的人形机器人产品“Pepper”无偿借给各地区282所公立中小学，以开展中小学的编程教育应用研究。

0.2.2 我国机器人教育

我国机器人教育起步较晚，从研究机构来看，有关机器人教育的研究大多存在于各大高校，且多为师范大学和工程类大学，开设机器人教学课程的高校数量较国外高校少很多[15]。同时也有一部分职业技术院校开展了相关研究，中小学校的研究力量相对薄弱。但目前研究力量中知名大学相对较少，有的大学甚至才刚刚引进机器人教育。机器人教育是学校对学生进行工程教育的重要抓手，在各类学校开展机器人教育、研究机器人的教育价值，对加快教育改革和机器人教育的发展，提高学生的创新能力和跨学科整合能力具有重要的现实意义[16]。

1．中小学机器人教育

我国中小学机器人教育可追溯到2000年，北京景山学校以科研课题的形式将机器人纳入信息技术课中，率先开展中小学机器人教育。2001年，上海市西南体育中学、卢湾高级中学等学校开始以“校本课程”形式进行机器人知识普及。随后，越来越多的学校开展了机器人实践教育，主要有竞赛模式或兴趣小组两种模式[17]。2001年，中国科学技术协会面向中小学举办了首届中国青少年机器人竞赛[18]，到2016年整合为现在的机器人综合技能比赛、机器人创意比赛、FLL机器人工程挑战赛、VEX机器人工程挑战赛和WER工程创新赛五个竞赛项目，普及和培养青少年的机器人知识和素养。

教育部于2003年4月颁布了《普通高中技术课程（实验）标准》，首次在“通用技术”科目中设立了“简易机器人”模块，基于计算机技术的学习平台，将机械传动与单片机应用有机组合。同年，教育部将中小学机器人比赛纳入“全国中小学电脑制作活动”中；同时普通高中新课程也将“人工智能技术及简易机器人制作”列入选修内容。据调查，大多数中学都开展了机器人教育，但是其开展的主要形式基本上为参加各类机器人竞赛。由于器材、场地、经费等因素的限制，开设了机器人课程的学校多集中在发达城市，偏远地区的一些乡村学校几乎没有开设该课程[19]。

中小学机器人教育正面临着受众面过于狭窄、区域分布呈现出显著的差异性、在具体实施过程中还普遍存在着流于形式和不受重视的困境[20]。其主要问题体现在：主要以竞赛为主，没有充分调动学生的主动性，缺乏机器人素养培训；机器人教育的专业师资队伍短缺（贫困欠发达地区尤为严重）；机器人教育课程和基础教学条件不足；机器人教育评价体系不完善[21]。

随着智能时代的到来，教育部门高度重视机器人教育，2017年7月国务院颁布的《新一代人工智能发展规划》明确指出，在中小学阶段设置人工智能相关课程，逐步推广编程教育。2018年1月教育部发布的《普通高中课程方案和语文等学科课程标准（2017年版）》，在通用技术课程中增加了“机器人设计与制作”模块，涉及计算机、程序设计、传感器等。以上文件的颁布意味着我国机器人教育在大众化、普及化层面迈入新时代。

2．高校机器人教育

我国高校机器人教育起步也较晚，开设机器人教学的高校数量和课程数量都较美日等机器人教育发达国家要少，而且大部分为工科院校。清华大学机械工程专业开设“机器人工程基础及应用”，自动化系开设专业课程“人工智能”和实践课程“机器人控制综合实验”；华中科技大学开设“机器人技术基础”，面向机械、材料、能源和自动化等专业。北京理工大学开设“工业机器人技术”、实验课程“机器人系统测试”，两门课程均为机械工程学科中与机电控制相结合的专业模块课；中南大学为机电一体化专业开设“机器人学基础”；兰州大学面向工科开设“大学教学机器人”课程，属于机器人教育普及性质。青海大学自2012年起，首先为机械设计制造及其自动化专业开设“机器人技术基础”选修课程，而后拓展至机械电子工程专业。

国内大部分高校机器人课程设置在机械、自动化等专业，而被电气工程、材料工程、计算机应用、能源等专业列入选修课程。随着机器人被广泛应用，本科专业设置成为诸多国内高校的期待。2016年3月，教育部批准东南大学自动化学院设立机器人工程（080803T）四年制本科专业，成为首个机器人本科专业，培养目标为以机器人为核心的自动化生产线、成套设备设计、研发和应用系统工程师。随后，安徽工程大学机械工程学院也设置了机器人工程专业，至此机器人工程专业作为国内本科专业而正式名列教育专业名录，2017年已增至60所，涵盖“双一流”建设高校及高职院校[22]。2018年，机器人工程专业成为热门专业。

随着机器人教育内涵的不断延伸，仅仅局限于机械工程、电子信息、计算机等少数几个学科及其专业的机器人教育并不能很好地体现现代高等工程教育的“大工程”观。纵观近年来机器人技术的发展，机器人正在从工业环境逐步渗透到家庭服务、娱乐、医疗辅助、公共服务等社会环境。自1989年以来，机器人技术在生物（仿生性能）、感知方面的进步趋势正逐步超越计算机、机械和电子工程等传统优势学科[23]，然而我国高校在医学、能源工程、环境科学、生物工程、材料科学等学科专业开展的机器人教育极其匮乏，无法适应机器人跨学科、跨领域的交叉发展特点[24]。而随着机器人应用领域的不断拓展，所有专业的学生都可以从机器人感知和机器人文化的角度出发，对机器人在人类社会演进历程进行认知，了解机器人在当代工业、农业、社会服务和军事等范围内发挥的作用，分析和评价机器人技术和机器人文化的进步对人类社会和经济产生的影响。因此，多维度的机器人技术传递和文化教育，对于引导学生之间进行跨学科、跨专业的交流和创新具有重要的推动作用。

高校机器人教育的另一种重要形式就是各类竞赛。对于国际上机器人公开赛，面向大学生最有影响力的是机器人足球竞赛。机器人足球竞赛组织包括FIRA（Federation of International Robot Soccer Association）组织和RoboCup联合会。FIRA是由韩国创办的组织，自1996年开始共举办了7届赛事，足迹遍及亚洲、欧洲、北美洲、大洋洲，其举办的赛事成为各类国际机器人竞赛中最具水平和影响力的赛事之一。FIRA中国分会于2000年在哈尔滨工业大学成立，到2011年共举办了13届全国机器人锦标赛，从2012年开始，与国际仿人机器人奥林匹克大赛合并为“全国机器人锦标赛暨国际仿人机器人奥林匹克大赛”。RoboCup（Robotic World Cup）联合会成立于1992年，1996年在日本举行了一次表演赛，获得了很大成功。RoboCup活动包括学术会议、机器人世界杯、RoboCup挑战计划、RoboCup教育计划等。机器人足球世界杯是RoboCup活动的中心，包括小型机器人比赛、中型机器人比赛、Sony有腿机器人比赛、仿真机器人比赛等[25]。教育部主办的中国机器人大赛暨RoboCup公开赛是中国目前最具影响力、最权威的机器人技术大赛，基本覆盖了中国最高级别的机器人专家和学者，其中最吸引人的还是RoboCup足球机器人比赛。

国际机器人竞赛还包括机器人灭火竞赛、国际机器人奥林匹克竞赛（International Robot Olympiad Committee，IROC）、亚太大学生机器人大赛（ROBOCON）等[26]。

国内大学生机器人竞赛除了上面提到的以外，有影响力的还包括“广茂杯”中国智能机器人大赛（暨国际机器人灭火比赛中国赛区选拔赛）、全国大学生机器人电视大赛（暨亚太大学生机器人大赛的国内预选赛）、“飞思卡尔”杯全国大学生智能汽车竞赛及RoboMasters全国大学生机器人大赛等。伴随“大众创业，万众创新”口号的提出，国内各高校、各地区都积极响应，组织大学生科技创新活动，机器人也作为最活跃的竞赛活动在各高校兴起。

3．高校机器人教育存在的问题

尽管我国机器人教育取得了长足发展，但依然存在一些问题，主要整理如下。

高校机器人教学受众面较窄。目前，国内大多数高校机器人专业教育还是面向自动化、机械、电子、计算机等专业的学生，过高的专业性教育提高了普通学生接触机器人的门槛。仅有少数高校开设了机器人通识教育课程，面向全校工科专业。如前所述，机器人正与生物技术、医疗工程等学科进行着深度的交叉和融合，面向生物、能源、医疗等学科开设机器人应用课程，拓展学生对机器人的认识，对于促进机器人与其他学科的融合发展以及培养复合型人才有着重要的意义。

机器人教育资源匮乏，且开放性差。目前的机器人教育场地主要为各高校相关的机器人实验室。而实验室的场地有限，且机器人种类又与其实验室的专业方向（多为研究方向）相关，并不全面，无法满足高校大学生关于机器人的通识教育，这使得很多高校的机器人教育陷入停滞的状态。国内高校还缺乏像日本千叶大学、美国俄勒冈州立大学那样对多学科、多课程进行支撑的机器人教学平台。

中小学及高职学校机器人师资匮乏。国内能开展机器人教育的中小学均在经济发达的城市，尽管如此，其专业的机器人教师依然匮乏，主要是部分有兴趣的老师来指导（或者为竞赛而专门临时聘请）。中高职教育近年来得到大力发展，国家投入资金建设实验室，也购置了很多教学型机器人，甚至是工业机器人，但其中很大一部分仅能用于参观、演示，无法面向学生开设实操、编程和创新课程，其瓶颈在于缺乏师资。

以竞赛为中心，忽略教育本质。无论中小学，还是高等院校，很多都是以竞赛作为机器人教育进门砖。固然，通过竞赛的手段能够提高学生的积极性，并在一定程度上反映出学校的机器人教育水平。但是，竞赛仅针对参加的学生进行特训，降低了机器人教育的受众面；同时以竞赛为中心开展训练，容易忽略机器人的基础教育。