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1、120172017 中小学机器人教育调研报告中小学机器人教育调研报告中国电子学会普及工作委员会2017 年 8 月220172017 中小学机器人教育调研报告中小学机器人教育调研报告一、机器人与教育一、机器人与教育机器人既是先进制造业的关键支撑装备，也是改善人类生活方式的重要载体。无论是在制造环境下应用的工业机器人，还是在非制造环境下应用的服务机器人， 其研发及产业化应用是衡量一个国家科技创新、高端制造发展水平的重要标志。世界各国高度重视本国机器人教育，为迎接制造业变革，储备人才。然而，我国机器人相关行业人才缺口极大，严重制约中国制造“2025”重点领域“高档数控机床和机器人”的发展，加大中小
2、学中机器人教育投入，做好人才储备， 完善从基础教育至高等教育的机器人人才梯队建设势在必行。（一）（一） 机器人成为各国国家战略机器人成为各国国家战略1.1. 美国机器人发展战略美国机器人发展战略2010 年，美国总统科技顾问委员会提出“确保先进制造业的领导地位”的报告，阐述了美国制造业面临的不利形势，指出美国要促进经济增长、拉动就业和提供竞争力，就必须大力发展先进制造业。随即，时任美国总统奥巴马发布先进制造业伙伴计划1(Advanced1https:/obamawhitehouse.archives.gov/the-press-office/2011/06/24/president-obama
3、-launches-advanced-manu facturing-partnership3Manufacturing Partnership )明确提出要通过发展工业机器人重振制造业，凭借信息网络技术的优势，开发新一代智能机器人。2016 年 10 月，美国 150 多名研究专家共同完成2016 美国机器人发展路线图从互联网到机器人（From Internet to Robotics2016）2。该路线图由国家科学基金会，加州大学圣地亚哥分校，俄勒冈州立大学和佐治亚理工学院部分赞助，共包括十个部分，分别介绍了制造业和供应链转型，新一代消费者和专业服务，医疗保健，提高公共安全，地球及地球之外，
4、劳动力开发，基础设施共享，法律、伦理和经济问题等等。以确保美国将在机器人领域继续领先，无论是在研究创新，技术和政策方面，确保研究工作能真正解决现实生活的问题并能投入实践。2.2. 英国机器人发展战略英国机器人发展战略2012 年，英国政府将机器人和自主系统（RAS）确定为八项关键技术之一，以支持英国产业战略重塑经济、就业和增长之间平衡的努力。2013 年，英国建立了机器人和自主系统特指导小组（RAS-SIG）。该小组的使命是了解英国 RAS 的现状和机会，将分散的研究员、实业家和公务员团体连接起来，制定国家战略以协调各方努力，指导政府未来的资源和机构配置。2http:/ 年 7 月，英国政府发
5、布首个官方机器人战略 RAS2020（RAS2020 UK Strategy）3，并提供财政支持，确保其机器人产业能够和全球领先的国家竞争。3.3. 德国机器人发展战略德国机器人发展战略2011 年 1 月，德国工业科学研究联盟正式发起动议，将“工业4.0”作为德国政府 2020 年高科技战略行动计划中 10 大未来项目之一。42013 年，德国信息技术、电信和新媒体协会，德国机械设备制造业联合会和德国电子行业协会联合成立了德国“工业 4.0 平台”，推进德国“工业 4.0”项目。机器人产业是智能制造装备产业的重要组成部分，是德国“工业 4.0”的重要一环。4.4. 法国机器人发展战略法国机器
6、人发展战略2001 年，法国国家科学研究院启动“ROBEA 计划”，先后投资320 万欧元进行机器人研发；2003 年，法国实验室与日本 AIST 研究机构合作建立了“机器人研究联合实验室”(JRL)，共同开发了 HRP2研究平台；2006 年，又有 25 个项目获得法国政府提供的总数在 1500万欧元左右的资助；2011 年，法国启动“投资未来”项目，计划在未来几年内投资 200 万欧元，资助 15 个实验室的机器人研究开发工作。3https:/www.industryforum.co.uk/resources/articles/uk-strategy-for-robotics-and-au
7、tonomous-systems/ 4http:/ 年，法国政府推出了法国机器人发展计划，旨在创造有利条件，推动机器人产业持续发展，并实现“到 2020 年成为世界机器人领域前五强”的目标。5.5. 日本机器人发展战略日本机器人发展战略2004 年 5 月，日本政府在“新产业发展战略”中指出的 7 大产业领域，机器人既是其中之一。同时，在进一步实施“新产业发展战略”的“新经济成长战略”报告中也把机器人放在使日本成为“世界技术创新中心”的支柱地位上。2015 年 1 月 23 日，日本政府公布了机器人新战略。提出三大核心目标，即：“世界机器人创新基地”、“世界第一的机器人应用国家” 、 “迈向世
8、界领先的机器人新时代” 为实现这三大核心目标，该战略制定了五年计划，旨在确保日本机器人领域的世界领先地位。（二）（二） 我国制定机器人国家战略我国制定机器人国家战略2015 年，国务院印发中国制造 20255的通知，指出将“高档数控机床和机器人”作为大力推动的重点领域之一，提出机器人产业的发展要“围绕汽车、机械、电子、危险品制造、国防军工、化工、轻工等工业机器人应用以及医疗健康、家庭服务、教育娱乐等服务机器人应用的需求，积极研发新产品，促进机器人标准化、模块化发展，扩大市场应用。突破机器人本体，减速器、伺服电机、控制器、传感器与驱动器等关键零部件及系统集成设5http:/ 一是开发工业机器人本
9、体和关键零部件系列化产品， 推动工业机器人产业化及应用，满足我国制造业转型升级迫切需求；二是突破智能机器人关键技术，开发一批智能机器人，积极应对新一轮科技革命和产业变革的挑战。2016 年 3 月，工业和信息化部、发展改革委、财政部印发机器人产业发展规划（20162020 年）的通知6，指出 2020年实现产业规模持续增长、技术水平显著提升、关键零部件取得重大突破、集成应用取得显著成效。大力发展机器人产业，对于打造中国制造新优势，推动工业转型升级， 加快制造强国建设， 改善人民生活水平具有重要意义。（三）（三） 人才缺口成为制约我国机器人发展的重要因素人才缺口成为制约我国机器人发展的重要因素2
10、016 年 12 月，教育部、人力资源和社会保障部、工业和信息化部印发制造业人才发展规划指南7指出，到 2020 年，制造业从业人员平均受教育年限达到 11 年以上，制造业从业人员中受过高等教育的比例达到 22%，高技能人才占技能劳动者的比例达到 28%左右，研发人员占从业人员比例达到 6%以上。6http:/ 7http:/ 214_296156.html7制造业需要高素质人才的同时，更面临人才的大量缺口。 制造业十大重点领域人才需求预测8显示，2015 年，高档数控机床和机器人人才总量 450 万人（图 1）；2020 年人才总量预测 750 万人、人才缺口预测 300 万人；2025 年
11、人才总量预测 900、人才缺口预测 450万人。仅以工业机器人应用人才为例，目前我国缺口 10 万人，而根据工信部发展规划，到 2020 年，全国工业机器人装机量将达到 100万台，相应工业机器人操作维护、系统安装调试、系统集成等工业机器人应用人才需求量将达到 20 万左右。图 1 高档数控机床和机器人人才需求预测我国制造业人才队伍建设虽然取得了显著成绩， 制造业人才培养规模位居世界前列，但面对“中国制造 2025”所需的机器人人才仍然缺口巨大。据统计，2015 年，我国高等学校本科工科类专业点数约 1.6 万个，工科类专业本科在校生 525 万人、研究生在校生 69 万人；高等8http:/
12、 6000 个，在校生 136 万人；中等职业学校加工制造类专业点数约 1.1 万个，在校生 186 万人。（图 2）9图 2 我国高等学校在校生分布图 3 我国普通高中毕业生城乡分布据统计，2016 年，我国普通高中毕业生总人数 792.35 万人，城区 378.8663 万人；镇区 390.155 万人；乡村 23.3287 万人。十二年一贯制学校毕业生 23.5057 万人； 完全中学毕业生 244.0700 人。 （图3）10“中国制造 2025” 巨大的人才需求， 影响着我国教育发展战略，发展中小学机器人教育，为我国制造业发展培养未来合格人才，成为我国基础教育界的重大课题。9http
13、:/ 10http:/ ACM Digital Library 中以“Robot education”为关键词进行检索（图 4）,时间从 2011 年 1 月到 2017 年 1 月，共得到 19056条相关记录，研究数量从 2011 年 2600 篇，逐年增加，直到 2016 年的 3680 篇。图 4 ACM Digital Library 中“Robot education”研究数量变化在 ProQuest Research Library、ACM Digital Library 中，中小学机器人教育研究论文涉及心理学、工程教育、技术教育、教育评价、艺术、设计、编程等内容，研究角度呈现多
14、样化。例如，Cardeira ，JSD Costa 在A low cost mobile robot forengineering education 中提出了一种低成本的移动机器人开展工程教育， 机器人通过使用普通笔记本电脑来引导自己穿过轨道。A Sullivan ， MU Bers Robotics in the early childhood10classroom:learningoutcomesfroman8-weekroboticscurriculum in pre-kindergarten through second grade 通过使用 KIWI 机器人工具包和图形化编程语言，在幼儿园到二年级完成了为期 8 周的机器人课程。并在完成课程后，对基础机器人和程序设计概念的了解进行了评估。结果表明，在幼儿园阶段孩子们能够掌握基本的机器人和编程技能， 而小学生能够在相同的时间内，使用相同的机器人掌握越来越复杂的概念。（二）高等院校是中小学机器人教育重要推动力量。（二）高等院校是中小学机器人
