国内机器人教育研究现状与思...teSpace的可视化分析_段玉涵.pdf

计算语言1742023 年第 2 期（总第 326 期）【提 要】智能时代下，机器人教育得到普遍发展，众多学者也在该领域进行了相关理论与实践的研究。本文通过检索 CNKI 中 2017-2022 年 342 篇机器人教育相关文献，利用可视化软件 CiteSpace 进行相关分析，探究我国机器人教育的研究热点，并在此基础上提出我国开展机器人教育相关实施建议。【关键词】机器人教育研究现状可视化分析一、研究背景及意义近年来，国家出台多个政策，将发展人工智能作为提升我国竞争力的重大战略之一。2017 年，国务院印发新一代人工智能发展规划，其中对于人工智能未来的发展进行了预测和规划，明确在中小学阶段设置人工智能相关课程，逐步推广编程教育。在普通高中信息技术课程标准（2017 年版）中，正式将人工智能划入新课标。2018 年颁布的教育信息化 2.0 行动计划中指出，我们要提升学生的信息技术素养，培养人工智能思维。机器人教育作为人工智能技术在教育领域中的应用，也逐渐成为了人们关注的热点。为准确把握我国机器人教育的研究现状与热点，本文对机器人教育已有研究成果进行分析，并结合发现进行相关思考，以期为我国机器人教育研究提供启示。二、研究设计（一）数据来源本文以 CNKI 数据库中的学术期刊为研究样本，以“机器人教育”或含“机器人教学”为主题进行高级信息检索，文献检索时间段为 2017-2022 年，通过手工筛选，剔除会议、报告等与本研究无关的文章，最终得到有效文献为 342 篇。（二）研究方法及工具本文采用文献计量学的方法对检索得到的国内机器人教育相关文献进行可视化分析，把握研究热点，分析整体研究趋势，发现存在问题，提出相关建议。将筛选后的 342 篇期刊文献进行格式转化，以 Refworks 的数据格式进行下载，导出后的文献包含论文题目、作者、关键词等论文主要信息，之后将数据导入可视化分析软件 CiteSpace 中，通过形成一系列可视化图谱探寻我国机器人教育领域的发展现状和研究热点。三、数据结果分析（一）发文量统计统计每年的文献发表数量能够在侧面反映出机器人教育研究不同阶段的发展情况。研究发现，从2017-2019 年发文量是不断上升的，在此期间国家颁布了多个大力推动人工智能发展的文件，可以理解为受到人工智能快速发展的影响，机器人教育也得到了社会各界的关注与重视，学者们纷纷开始探索信息时代机器人教育的新发展方向。在经历了大幅上涨之后，2019 年开始，发文量逐年下降，说明我们还需要拓展思路、不断创新。（二）发文作者及机构分析通过对期刊发文作者的共现研究，发现发文较多的学者有：钟柏昌（10 篇）、秦健（6 篇）、全权（3篇）。其中钟柏昌 10 篇文章中核心期刊数量达到 8篇，其文章内容主要涉及中小学机器人教育核心理论研究，以及将不同的教学方法与教学模式应用在中小学机器人教育中并进行相关实证研究，涵盖层面较广，为我国机器人教育研究领域的发展做出了较大的贡献。对发文机构进行分析可以认识推动国内机器人教育发展的主要力量。发文量前 10 的机构大多为师范类以及工程类学院，与此同时一些职业技术学院也在进行机器人教育的相关研究。机器人教育的研究大多存在于高校，且合作比较分散，相比之下中小学方面研究力量较为薄弱。各高校的学者应该积极与中小学一线教师进行合作，将理论分析与实践探索相结合，帮助人们更好地认识和理解机器人教育的价值，促进学生信息素养以及创新能力的发展，加快我国教育信息化进程。（三）关键词可视化分析关键词是对整篇文章内容进行概括而得来的，能够较为直观地体现文章的研究中心内容。利用国内 机 器 人 教育研究现状与思考基于 CiteSpace 的可视化分析段玉涵DOI:10.14014/11-2597/g2.2023.02.0281752023年第2期（总第326期）计算语言CiteSpace 对文章关键词进行共现分析，可以探究该领域在一段时间内的研究热点主题。生成的关键词共现图谱如图 1 所示，设定筛选排名前 12 的关键词。图中圆圈越大表示关键词出现的次数越多，节点之间的连线表示两个关键词在同一篇文章中共同出现，连线越粗则表示关键词之间的联系越紧密，颜色深浅代表该研究热点出现的时间早晚。图 1 关键词共现图谱以关键词词频为分类统计标准，出现频次最多的关键词是“机器人”，共出现 48 次；紧随其后是“教学模式”，出现 21 次；其次为“创客教育”，出现18次，随后排名前12的还有人工智能（15次）、中小学（14 次）、教学改革（13 次）、教学设计（11次）、创新能力（10 次）、实践教学（10 次）、教学（9 次）、信息技术（9 次）、教学实践（8 次）。从中心性方面来看，“机器人”“教学模式”“创客教育”“教学改革”的中心性都大于等于 0.10，表明该关键词的影响程度比较大，其余关键词的中心性都较低。从 12 个关键词的统计可以看出，国内学者所关注的焦点已经从机器人教育的基础理论研究，逐渐转向在具体教育领域中的教育实践探索，在中小学阶段进行相关的教学设计研究、教学模式变革，推动学生创新能力的培养以及当前教学改革的进程。综合分析结果，结合相关文献研究，可以得出以下结论。1.机器人教育教学模式研究各位学者对教学模式的研究所占比重最大。其中，钟柏昌教授分别以第一作者和第二作者的身份发表了四篇关于机器人教育核心理论研究相关模式构建的文章，贡献巨大。杨海漩、杨德刚（2018）则是将机器人教育与微课相结合，构建了由“情境体验”“自主探索”“学习反思”“归纳总结”四部分组成的教学模式。该教学模式可以充分利用微课的特点，在一定程度上提高学习机器人课程的效率，从而帮助促进机器人教育在全国范围内进行推广和普及。综合来看，我国不同学者从不同角度出发构建出具有鲜明特点、明确使用范围的机器人教育教学模式，其中大部分都是基于实践项目来开展的，并且强调发挥学生的主体地位，促进学生的创新能力、实践能力等各方面综合能力的提升，为我国机器人教育的发展提供专业的理论指导与支撑。2.基于创客理念的机器人教育研究创客教育的提出为机器人教育的发展开辟了新的思路，提供了条件。一些学者基于创客教育进行机器人教学模式设计并开展实践研究。孙苗、兰晓红等（2018）人分析了当前机器人教育的现状与存在问题，提出以兴趣为导向，融合 STEAM 教育和创客教育的创新教育理念，构建以问题或任务为主线，以项目为中心，以合作探究为展开方式的“三位一体”的青少年机器人教学模式以及“四个一”的能力培养方式，并结合实际案例，说明了基于该教学模型的教学活动设计确实为二者之间的融合提供了借鉴与参考。王同聚（2017）根据机器人教育实操性强的特点，在汲取翻转课堂、研学后教等教学模式优点的基础上，基于“微课”在机器人教学中的应用构建了“微课导学”教学模式。该教学模式结合教材和导学案，把微课应用到课前、课中和课后等环节，切实有利于学生综合能力的培养。还有一些学者以机器人教育为载体进行创客课程的开发、建设。吴鑫（2018）以开源机器人“小菠萝”存钱罐的作品为例，开发出具有人机交互功能的智能机器人，以趣味性、整合性和创造性三原则开设有别于传统学科课程的“创课”，探索在机器人教育中增强趣味性的教学方式。我国学者通过创客教育理念的指导，利用多种开放、多元化的教学活动方式，将创客教育理念和机器人教育相融合，关注了机器人教育知识的学习和技能的掌握，进而培养学生的跨学科整合思维和创新精神。但研究发现目前我国关在该领域的研究还处于起步阶段，大部分研究人员还在实践探索过程中，如何在创客理念下有效融合机器人教育和其他学科还需要继续探索。3.信息技术课程创新视角下的中小学机器人教育研究机器人教育被引进中小学，大多是作为信息技术创新课程来开展。将机器人教育引入信息技术课计算语言1762023 年第 2 期（总第 326 期）程有助于激发学生信息技术学习兴趣与动机，拓展信息技术课程内容。目前我国机器人教育处于起步阶段，中小学缺乏专业的师资队伍，相应的教学资源也有待创新，一些学者便在该领域进行了相关研究。张伟民、梁凯文等人（2022）面对当前的教育需要，教育项目式教学法以及虚拟教学的思想，提出了一种基于 Unity3D 与模块化教学机器人平台的课程，并进行试点课堂教学，在远程教学中吸引学生学习的兴趣，有效提升中小学生的信息素养和综合素质。彭建盛（2018）在分析当前机器人课程资源现状的基础上，结合慕课、微课、“雨课堂”等新教学模式的优缺点，提出了面向对象广、传播范围广、课程内容丰富的Basic单片机机器人课程资源开发。课程以 Basic 单片机为基础，充分利用现有的信息科学技术以及摄影设备，开发出一套包含教学案例、教学授课视频、教学课件、教学设计的课程资源并在实际中运用，为当前机器人教育面临问题的解决、机器人课程资源的开发以及教学方式的改革等各方面提供了一定的经验。四、相关建议（一）加强专业师资队伍培养与建设教师是推动教育发展的关键要素，一些学校没有专门的机器人教育教师，信息技术教师虽然具备类似的学科背景，但对机器人教育的了解并不是十分全面，有时候甚至自己都是一知半解，更无法为学生提供全面的教学帮助。机器人教育的课程注重动手实践，以此来培养学生的实际操作能力和应用创新能力，所以传统、单一的操作示范并不能满足课程需要。想要最大化地激发学生的综合能力，就要提升教师的专业素养；想要推动机器人教育持续发展也需要专业化的教师来注入新的活力。各院校应该重视机器人教育相关人才的培养，加强相关师资的供给输出。将机器人教育相关课程引入教育技术学、计算机相关专业的培养计划中。加强高校与各中小学的联系，给学生提供理论与实践相结合的机会，进入一线课堂观摩学习、储备经验。学校应该对机器人教育的发展给予高度重视，增强机器人教师的成就感和归属感，调动他们继续进修学习的积极性，加大机器人相关培训的力度，通过在职培训、外出进修等方式帮助教师丰富知识储备，拓展学术视野；积极鼓励对机器人教育感兴趣、有特长的教师参加机器人竞赛活动，积累实践操作经验，训练机器人编程与搭建技能，更好地推进校内机器人教育的普及。（二）完善课程体系，推进机器人教育资源开发目前已经有很多高校开设了计算机教育课程，但是并没有一个完善的课程体系。要让信息技术不只局限在少数学校、少数学生，就必须要建立相当的课程体系，让学生在接触机器人课程之前就能够有一定的先导知识储备。而且机器人教育绝不是只拥有一个机器人那么简单，其背后需要实验场地、技术支持、学习资源、人员配备等一系列的教育资源的支持，在日益普及机器人教育的同时，推进相应的资源开发也显得尤为重要。（三）积极开展相关教学实践活动机器人课程区别于其他课程最关键的特点在于它是一门偏重实践的课程，仅仅靠课堂的教学是远远不够的，还需要通过一些实践活动来促进机器人知识的学习。相关的机器人竞赛就提供了一个很好的锻炼平台，通过设置一些奖励机制，吸引更多的学生参加到机器人课程学习中来，为孩子好奇心的激发提供合适的机会。举办机器人竞赛不仅充分调动了孩子学习的积极性和主动性，也在一定程度上提升了家长和社会对机器人教育的重视程度。但是，我们也不能过分强调机器人教育的“竞赛性”，引导学生摆正心态，坚守自己的本心，发挥机器人教育真正的价值。参考文献王同聚2017走出创客教育误区与破解创客教育难题以“智创空间”开展中小学创客教育为例，电化教育研究第 2 期。杨海漩、杨德刚2018基于微课的中小学机器人教学模式研究与实践，中国教育信息化基础教育第3 期。孙苗、兰晓红、杨豪2018基于创客理念的青少年机器人教育模式探究与实践，中国教育信息化基础教育第 5 期。吴鑫2018小学创客教育初级人工智能作品的设计以开源机器人“小菠萝”存钱罐作品为例，现代教育技术第 6 期。彭建盛2018机器人课程教学资源创新实践教学研究，中国现代教育装备第 7 期。张伟民、梁凯文、王洋2022基于 Unity3D 与模块化教学机器人平台的课程改革实践以中小学机器人课程为例，中国电化教育第 3 期。（通信地址：225