1、机器人教育文献内容分析打开文本图片集摘 要：机器人课程成为培养创新型人才的有效途径受到教育工作者的广泛关注。文章以 2008-2017 年间机器人教育文献为样本，通过相关研究文献的内容分析并结合机器人教学实践，梳理相关领域的研究者职务特征、研究主题、研究热点及其发展趋势，发现一线教师参与者呈现增长趋势，理论框架初步构成，项目教学模式得到较多参与者认可，机器人技术与教学等方面构成研究热点，一些新教育形式成为未来研究方向。关键词：机器人教育；文献内容；理论框架；热点趋势中图分类号：G434 文献标志码：A 文章编号：1673-8454（2018）07-0012-06一、研究背景本研究以“机器人”为
2、关键词在中国知网进行主题检索得到 2008-2017 年间研究成果 108，744 件，在淘宝网搜索“机器人”相关店铺，多达 71397 家，2016 年底，机器人教育联盟注册培训机构突破 12000 家1，可见我国机器人技术研究已经日臻成熟，而且已经开始步入我们的生活与学习之中。有研究者列出八个类目来描绘机器人教育的理论框架，但是样本数量不足百篇，仍需要一定数目的文献拓展和完善其结论2（王改霞，朴姬顺，2012）。有研究者依据篇名做可视化分析，较好地反映了该领域的研究热点，但是尚未涵盖所有主题相关文献3（雷黎颖，梁铭，2016），也有研究者对机器人竞赛类文献统计分析，抽取词和统计类目比较全面
3、展示了研究内容，但是还缺少对文献内容的深入解析，也没有教学实践为基础的定性解读4（刘涵，刘京旋，2017）。笔者基于以上问题，结合在机器人教学和培训中的实践经验，开展相关文献内容分析，梳理相关研究成果，期望对一线教学和相关研究提供参考。二、研究问题笔者在机器人课程教学和竞赛指导过程中总是遇到如何更高效地组织教学的问题，也常被问及如何选择教学内容、做出创意作品的难题。本研究基于上述困惑，试图通过文献分析，解决五个研究问题：机器人教学研究是否受到一线教师，特别是基础教育领域教师广泛关注？研究主题涵盖哪些方面？哪些教学模式和方法被广泛接受并使用？如何更好选择教学材料、设计教学内容，提高教学效果？研究
4、热点和最新发展趋势呈现何种态势？三、研究设计1.研究样本的筛选截止到 2017 年 8 月 11 日，笔者从中国知网期刊全文中，以机器人与教育、课程、教学、案例、创客、竞赛/比赛、中小学相结合作为关键词搜索相关主题的文献 4028 篇，作为研究的总样本。总样本经删除重复、无关项目，依据引用频次、热度排行以及期刊影响因子 3 个标准排序后得到 1450 篇高影响力的文献，作为研究样本。数据如表 1 所示。2.研究工具的确定文献分类主量表以先前研究提及的类目为基础（如表 2 所示），结合关键词共现聚类分析，经过统计相关文献内容并征求专家意见而确定。主量表一级类目分为教学理论类；课程建设与教学资源开
5、发类；技术类；教学（案例）设计类；教学实践与应用；竞赛与团队管理类；实验室建设与实验器材类；创新能力培养类；师资培养类和综述类，共计十个。职务特征量表参考笔者先前研究修改而来。3.统计数据的处理首先，笔者使用自制量表为研究样本分类。接着，研究样本数据经 Citespace（5.1.R6 SE 版）、SPSS（19.0 版）分析軟件做进一步检验。最后，笔者访谈有关教师，根据课堂教学实践展开定性分析，解释研究结论。四、内容分析1.文献作者的职务特征职务特征由文献作者的工作领域及岗位类别确定，反映文献内容产生的社会背景、研究人群的分布，展现该领域的发展态势，有助于了解机器人教育在不同教育阶段的分布状
6、况5（马卫民，2009）。本研究通过统计文献样本的作者职务信息，分列出六个条目，如表 3 所示。表 4 的卡方检验结果显示，文献职务特征差异不显著，同时呈现出某些规律性特征。一线教师文献数量成波折上升趋势，2017 年度比重达 23.9%，形成一支重要力量。其中，小学教师发表 140 篇，占据一线教师发文总量的 83.8%。这反映了基础教育领域教师开始关注机器人教学，取得一定成效。另外，虽然活动中心相关人员发表文献的数量较少，但是他们推动了机器人教育向中小学普及，特别是青少年科技中心和机器人培训机构有效促进了这种趋势。高校专家学者的文献数量占总数的 60.5%，加上在校学生的毕业论文后，总占比
7、达到 80.4%，说明高等学校在机器人教育研究领域的地位非常重要，扮演引领者的角色。这是因为高等学校具有机器人研究领域的人才优势，拥有先进的技术条件和实验环境，取得较多科研成果。不过，在校学生毕业论文数量呈现波动下行趋势，尽管受到样本数量影响，但是也从一定程度反映了适合高校学生研究的有关机器人系统的设计与控制技术，仿真平台及路径规划研究等题材趋向成熟，从事课堂教学等相关研究受到实践条件限制，缺少实证研究的基础，相关文献较少，有待新的研究内容出现。根据笔者参加学生竞赛辅导及访谈情况来看，行政人员不是机器人教学的直接参与方，发表相关文献量较少，但是，其通过各种活动中心和竞赛承办机构推动和普及机器人
8、教育，工作成效显著，仅 2017 年世界机器人大赛累计全年参赛人数达 5 万余人，其工作具有较大影响力。由此可见，机器人教育在各领域参与者关注下获得较好发展，逐渐受到基础教育领域广泛关注。2.研究主题的概念框架文献的研究主题可以呈现该研究领域的体系结构，提供研究的基本概念框架，形成相关研究的理论基础（马卫民 2009）。该研究框架由笔者统计整理而得，较好反映了该领域的概貌。其中，笔者将教学目标、教学内容、方法与策略、教学模式、教学评价类型的文献归属教学理论类目，以便分析和描述。如表 5所示。研究主题卡方检结果显示，主题分布差异显著。统计数据表明技术类占据总样本的 33.9%，年度比例程逐年下降
9、趋势，说明机器人技术是该领域主要研究类目，因受其它类目影响比例降低。笔者进一步查阅该类文献，发现 70.2%的文献内容涉及机器人仿真实验平台设计、控制系统及路径规划研究等软件相关技术。尽管机器人硬件相关技术不足 30%，可是涵盖服务领域十分广泛，触及工业生产、医疗陪护、农业生产、餐饮、家庭服务、物流分拣、语言教学以及书法和舞蹈等艺术应用方面，形成较完善的结构，具有较好基础。机器人课程建设与资源开发研究占据 15.3%的比例，年度百分比数值波折上升，受到较高关注，形成较多研究理论和课程资源成果。但是，校本课程及资源开发研究成果仅 49 个，仅占该类目的 23%，说明机器人教育教学资源建设工作仍需
10、继续加强，以待更好优质资源出现。笔者随机选取网络书城搜索发现机器人图书 3609 件，特别是适合中小学的机器人相关书籍达 78 件，但是仍然需要器材、工具和技术指导作为配套资源。教学理论类、创新能力培养和综述类均占总文献量的 8%以上。后两者大多评述内容较多，缺少调查访谈或统计数据支持，不作为本文重点讨论对象。前者作为教育科学研究的重要基础，被分列出机器人教学目标、教学内容、方法与策略、教学模式、教学评价共计 5 个次级类目后重点分析。首先，教学理论类中的目标、内容和评价研究文献数量较少，方法与策略科目占据该类的 52%。进一步查阅方法科目文献，发现其中项目教学法占据研究样本中教学法种类的 4
11、2.9%，是目前占据主导地位的教学方法。但是，仍有部分教师在现实教学活动中常常采用讲授法，通过讲练结合的方式，并不能充分发挥机器人教学的团队精神、合作意识培养功能6（钟柏昌等，2015），但是，通过讲授重要内容解决学生普遍存在的问题，结合微课资源解决学生的个性化问题也是很好的教学方式710（王同聚，2015）。这也说明教师需要根据教学内容和技术条件来改进教学方法。进一步阅读高频文献发现教学方法包含了项目教学法（李蓝波，2016）、任务驱动法（李立玉等，2008；曲凌，2014）、工程对象教学法（蒋华平，2013；黄朝阳，2014；谭永丽，2016）、PBL（基于问题的）教学法（孙祎英等，201
12、2）、体验教学法、创新者教学法、六步法教学（林祖盛，2017）、乐高 4C教育理念、探讨式教学法（战强，2016），K5 示教法（曲芳，2016）等。很多方法名称是从不同角度描述，属于重叠的，说明了机器人教学理论正在趋于成熟，同时也表明该领域的基础理论研究需要较多关注和探讨。其次，教学模式科目占据课堂教学理论的 42.8%，基于项目教学的模式是大家认可度较高的，这也与教学方法的统计数据相吻合。有研究者提出实验引导、任务驱动、团队合作等模式（谢达，2008），也有研究者通过知识纬度和机器的交互性能建立模式结构，分为实验模拟、趣味交互、科学探究、发明创造四类学模式9（钟博昌，2016），较为概括。
13、有研究者提出了将项目的教学与创客理念融合，通过讲练教学基础知识，接着通过项目模仿阶段和创造阶段完成作品，最后分享交流，较为符合中小学生的学习规律10（王小根，张爽，2016）。另外还有“四位一体”教学模式（李充宁等，2008）、“主导主体”教学模式（衷克定等，2008）、项目学习模式（党志刚，2010；李仙蕊，2008；马志敏，2016）、项目式翻转课堂教学模式（余龙九，2017）、模仿与创造模式（张爽等，2016）、竞赛项目模式（郭才东，2016）、微客導学教学模式（王同聚，2015；周洪万，2017）等，较多以项目教学模式为核心发展而来。另外，机器人教学的目标制定、内容选取原则和评价标准研
14、究文献较少，需要进一步丰富其实践和理论基础。部分文献提及内容设计依照任务分解的原则，设计目标坚持分层递进的原则，用以促进学生渐进式开展项目学习，具有参考价值。教学设计作为连接课堂教学理论和教学实践的桥梁，程现逐年微幅上升趋势。机器人教学设计涉及到器材、学习资源，实验平台和课堂教学步骤等内容，与其它学科有着较多区别，逐渐丰富的设计案例成为机器人教学及其理论研究重要参考。教学实践与应用，竞赛与团队管理；实验室建设与实验器材，师资培养类文献数量均不足百篇，有待继续丰富其实践和理论。值得一提的是，教学实践与应用是贴近一线教学人员的研究领域，形成较多研究成果。其中慧鱼、Scratch、RobotArt、
15、AI-RCJ 等虚拟（仿真）软件性质应用占据 34.1%，是机器人教学的重要应用形式，具有底成本优势，利于经济条件受限的学校开展相关教学活动。另外，康复治疗和医学应用内容的文献成为亮点，总结机器人技术在临床培训中的教学应用经验，为医学教育提供参考。3.研究热点的可视化分析研究热点的可视化分析可以更为客观聚焦研究领域的核心内容，反映该领域较为成熟的理论类目。研究主题虽然反映分类结果中的文献数量，但是不能完全反映研究热点。笔者将 1500 个文献样本导入 Citespace 系统，设定时间切片为一年，采用 Pathfinder 算法，以 Top N%=10.0%为阀值绘制热点图谱，如图 1所示。热
16、点内容的共现频次越高，字体就越大，超过 0.1 中心性数值的则接近紫色圆环中心，认定为研究热点。本文结合热点图谱和中心性统计数据，列出词频大于 30 的关键术语，将中心性大于 0.1 的归纳为研究热点，如表 6 所示。数据显示机器人教学、工业机器人、智能机器人、机器人工程、机器人竞赛、机器人大赛、信息技术、通用技术，是热点研究领域，归为教学项、技术项、比赛项、课程整合四项。第一，机器人教学在 2008 年已经成为热点话题，其中心性达 0.32，成为关键节点。其理论在主题分类中已详实叙述。该类研究主要体现在一线教学教师具有较好研究条件，形成较丰富文献成果。研究中小学机器人教育的人员中有38.1%来自大学、科技中心、大学生等，超过一半为中小学教师。机器人教学研究形成大学研究为主体，中小学机器人教学研究紧随其后的格局。数据表明相关研究理论以机器人教学为关键节点发展而来，具有较好实践基础，有着较高的可信度。