周進(jìn) 安濤 韓雪婧

摘要：教育機(jī)器人作為驅(qū)動智能教育發(fā)展的有力工具，受到全球教育界的廣泛關(guān)注。然而，針對教育機(jī)器人對學(xué)生學(xué)習(xí)效果的影響這一焦點問題，學(xué)界尚未達(dá)成一致結(jié)論。在對31項相關(guān)主題的實驗或準(zhǔn)實驗研究進(jìn)行元分析后發(fā)現(xiàn)：從整體上看，教育機(jī)器人有助于提升學(xué)生的學(xué)習(xí)效果;從學(xué)段層面上看，教育機(jī)器人對幼教、小學(xué)、大學(xué)階段學(xué)生的學(xué)習(xí)效果具有中等程度的促進(jìn)作用，而對中學(xué)階段學(xué)生學(xué)習(xí)效果的影響較小;從學(xué)科層面上看，教育機(jī)器人對體育、文史類學(xué)科學(xué)習(xí)效果的正向影響較大，而對藝術(shù)、理工類學(xué)科學(xué)習(xí)效果的影響不顯著;從知識類型層面上看，教育機(jī)器人對理論型知識學(xué)習(xí)的促進(jìn)作用更大，對實踐型知識學(xué)習(xí)的促進(jìn)作用稍弱;從實驗周期層面上看，隨著實驗周期的延長，教育機(jī)器人對學(xué)習(xí)效果的促進(jìn)作用逐漸減弱;從區(qū)域?qū)用嫔峡?，國外教育機(jī)器人應(yīng)用對學(xué)生學(xué)習(xí)效果的影響整體上要好于國內(nèi)。未來的教育機(jī)器人研究與實踐應(yīng)當(dāng)：第一，進(jìn)一步提升教育機(jī)器人對學(xué)生學(xué)習(xí)效果的促進(jìn)作用;第二，積極探索教育機(jī)器人應(yīng)用與實踐的有效模式;第三，強(qiáng)化教育機(jī)器人對學(xué)生學(xué)習(xí)效果影響的持續(xù)性;第四，推動針對教育機(jī)器人的國際交流與本土實踐。

關(guān)鍵詞：教育機(jī)器人;學(xué)習(xí)效果;元分析

中圖分類號：G434 ? 文獻(xiàn)標(biāo)識碼：A ? ?文章編號：1009-5195（2019）03-0096-10 ?doi10.3969/j.issn.1009-5195.2019.03.011

一、引言

信息技術(shù)的迅速發(fā)展對教育教學(xué)產(chǎn)生了深刻影響，而隨著智能時代的來臨，人機(jī)結(jié)合的教育可能是未來教育的普遍形態(tài)（杜占元，2018）。在國務(wù)院印發(fā)的《新一代人工智能發(fā)展規(guī)劃》中，提出要發(fā)展智能教育，開發(fā)智能教育助理，用人工智能驅(qū)動未來教育（國務(wù)院，2017）。在教育部制定的《教育信息化2.0行動計劃》中也明確指出，要加強(qiáng)智能教學(xué)助手、教育機(jī)器人、智能學(xué)伴等關(guān)鍵技術(shù)的研究與應(yīng)用（中華人民共和國教育部，2018）。教育機(jī)器人作為人工智能、語言識別、仿生科技等技術(shù)在教育領(lǐng)域中的典型應(yīng)用，正以其教學(xué)適用性、可擴(kuò)展性、開放性及友好的人機(jī)交互等特點（張劍平等，2006），深刻影響著傳統(tǒng)的學(xué)習(xí)方式，成為學(xué)生學(xué)習(xí)的重要工具。教育機(jī)器人以培養(yǎng)學(xué)生的分析能力、創(chuàng)造能力和實踐能力為目標(biāo)，是培養(yǎng)新時代高素質(zhì)、跨學(xué)科、復(fù)合型人才的重要載體，具有巨大的教育價值與潛能。

目前，教育機(jī)器人受到全球教育界的高度關(guān)注，各國也正在積極探索教育機(jī)器人的應(yīng)用與實踐。從世界范圍的教育機(jī)器人研究來看，美國、瑞士、意大利、日本和英國處于領(lǐng)先地位，其研究主要關(guān)注機(jī)器人教育、語言教育和特殊教育，而日本和韓國在教育機(jī)器人的實際應(yīng)用上更為廣泛（黃榮懷等，2017）。在國內(nèi)，教育機(jī)器人研究主要聚焦在機(jī)器人教學(xué)模式，同時許多地區(qū)也在積極探索教育機(jī)器人的應(yīng)用與實踐，比如浙江省教育廳印發(fā)的《關(guān)于開展教育機(jī)器人應(yīng)用試點示范學(xué)校建設(shè)工作的通知》中明確提出，到2020年浙江省將建成100所特色鮮明、具有示范引領(lǐng)作用的教育機(jī)器人應(yīng)用試點示范學(xué)校（浙江省教育廳，2018）。然而，在教育機(jī)器人的應(yīng)用與推廣過程中一直伴隨著批判和質(zhì)疑的聲音，究其原因：一方面，教師、學(xué)生和家長對教育機(jī)器人的態(tài)度各不相同，部分家長和教師認(rèn)為教育機(jī)器人不利于學(xué)生的學(xué)習(xí);另一方面，已有研究在教育機(jī)器人對學(xué)生學(xué)習(xí)效果的影響上存在截然不同的研究結(jié)論。針對這一現(xiàn)實問題，本研究嘗試采用元分析（Meta-Analysis）方法，對國內(nèi)外有關(guān)教育機(jī)器人對學(xué)生學(xué)習(xí)效果影響的實證研究進(jìn)行梳理和分析，進(jìn)而考察教育機(jī)器人對學(xué)生學(xué)習(xí)效果的實際影響，以期為教育機(jī)器人的研究與實踐提供借鑒。

二、文獻(xiàn)綜述

教育機(jī)器人對學(xué)生學(xué)習(xí)效果的影響一直是學(xué)界關(guān)注的焦點。從已有文獻(xiàn)的研究結(jié)論來看，教育機(jī)器人對學(xué)生學(xué)習(xí)效果的影響可分為三類：具有顯著促進(jìn)作用，具有顯著的消極影響，不存在顯著影響。

有較多的研究發(fā)現(xiàn)教育機(jī)器人對學(xué)生學(xué)習(xí)效果具有顯著的積極影響。Kim等（2010）以大學(xué)新生作為研究對象，并以“C語言編程入門”課程為例，進(jìn)行了實驗研究。其中，控制組為25人，采用傳統(tǒng)的教學(xué)方式授課;而實驗組為27人，應(yīng)用樂高機(jī)器人授課。經(jīng)過一學(xué)期的實驗后，對兩組學(xué)生的學(xué)習(xí)效果進(jìn)行檢測，結(jié)果表明，應(yīng)用樂高機(jī)器人授課的實驗組學(xué)生在測試成績上顯著高于控制組學(xué)生。Han等（2008）設(shè)計了等組后測實驗，將90位小學(xué)生分為無計算機(jī)支持（Non-Computer Based）、基于網(wǎng)絡(luò)的教學(xué)（Web-Based Instruction）和家庭機(jī)器人輔助教學(xué)（Home Robot-Assisted Learning）三組，以分析教育機(jī)器人對小學(xué)生英語學(xué)習(xí)效果的影響。測量結(jié)果顯示，家庭機(jī)器人輔助教學(xué)組的成績顯著高于其他兩組，這表明教育機(jī)器人對學(xué)生學(xué)習(xí)英語具有正向的促進(jìn)作用。國內(nèi)學(xué)者喬福存等（2017）以小學(xué)六年級兩個班級的83名學(xué)生作為研究對象，將機(jī)器人應(yīng)用于體育教學(xué)中，在三個月的實驗周期后，對實驗組（42人）和控制組（41人）的武術(shù)操完成度進(jìn)行打分。研究發(fā)現(xiàn)，有機(jī)器人參與體育教學(xué)的實驗組的得分高于采用傳統(tǒng)體育教學(xué)方法的控制組，且兩者在得分上存在顯著差異，表明教育機(jī)器人對學(xué)生學(xué)習(xí)效果具有顯著的積極影響。

也有部分研究得出了相反的結(jié)論，發(fā)現(xiàn)教育機(jī)器人對學(xué)生學(xué)習(xí)效果具有顯著的消極影響。Hsiao等（2015）以57名兒童作為研究對象，將教育機(jī)器人應(yīng)用于兒童閱讀課程的學(xué)習(xí)中，并測試兒童在“閱讀理解”“故事敘述”“單詞識別”和“故事重述”模塊中的學(xué)習(xí)成績。結(jié)果表明，在“故事敘述”模塊中，應(yīng)用電腦進(jìn)行學(xué)習(xí)的控制組（27人）的成績高于教育機(jī)器人輔助學(xué)習(xí)的實驗組（30人）。這說明在“故事敘述”模塊中，傳統(tǒng)學(xué)習(xí)方式的效果優(yōu)于教育機(jī)器人支持的學(xué)習(xí)方式。Lindh等（2007）以來自瑞典中部不同學(xué)校的344名學(xué)生為研究對象，在經(jīng)過一年的樂高機(jī)器人教學(xué)后，測試學(xué)生在數(shù)學(xué)和問題解決兩個層面上的得分。研究發(fā)現(xiàn)，在問題解決層面上，傳統(tǒng)教學(xué)班的得分要高于樂高機(jī)器人教學(xué)班。劉洲（2005）也有類似的發(fā)現(xiàn)，其研究采用準(zhǔn)實驗方法檢驗樂高機(jī)器人對程序設(shè)計課程學(xué)習(xí)效果的影響。研究選取高一兩個班級的78名學(xué)生作為研究對象，其中控制組的40名學(xué)生采用傳統(tǒng)教學(xué)方式，實驗組的38名學(xué)生采用基于樂高機(jī)器人的教學(xué)方式。結(jié)果顯示，控制組學(xué)生的學(xué)習(xí)成績高于實驗組，這表明在程序設(shè)計教學(xué)中，傳統(tǒng)教學(xué)方式的效果更好。

此外，還有研究表明教育機(jī)器人對學(xué)生學(xué)習(xí)效果無顯著影響。Hong等（2016）選取52名五年級學(xué)生，將其分為實驗組（25人）和控制組（27人），以研究教育機(jī)器人輔助英語教學(xué)對學(xué)生學(xué)習(xí)績效的影響。針對“聽”“說”“讀”“寫”四個方面的測試結(jié)果顯示，在“說”和“寫”兩個方面，實驗組和控制組學(xué)生的成績無顯著差異。Hyun等（2008）以34名4歲兒童為研究對象，將教育機(jī)器人應(yīng)用于他們的英語學(xué)習(xí)中，并測試學(xué)生在“故事創(chuàng)作”“故事理解”“詞匯”“單詞識別”四個方面的成績。研究發(fā)現(xiàn)，教育機(jī)器人雖然提高了其在“故事創(chuàng)作”“故事理解”“單詞識別”三個方面的成績，但實驗組與對照組在“詞匯”得分上無顯著差異。Park等（2011）選取57名四年級學(xué)生，將其分為實驗組（28人）和控制組（29人），探討教育機(jī)器人對學(xué)生創(chuàng)造力的影響。在經(jīng)過八周的實驗后，測試兩組學(xué)生的創(chuàng)造力得分，結(jié)果顯示，實驗組和控制組的得分無顯著差異，表明教育機(jī)器人對提升學(xué)生創(chuàng)造力效果不明顯。

通過文獻(xiàn)梳理發(fā)現(xiàn)，對于教育機(jī)器人能否顯著提升學(xué)生學(xué)習(xí)效果這一問題，學(xué)界尚未達(dá)成一致。鑒于此，本研究試圖回答以下問題：與傳統(tǒng)教學(xué)方式相比，教育機(jī)器人是否因其友好的人機(jī)交互等特點而更有助于提升學(xué)生的學(xué)習(xí)效果？如果答案是肯定的，那么其影響效果是否在不同學(xué)段、不同學(xué)科、不同實驗周期、不同知識類型以及不同區(qū)域上具有相同的適用性？為解決以上問題，本研究采用元分析方法，以國內(nèi)外教育機(jī)器人應(yīng)用相關(guān)的實證研究為分析對象，探討教育機(jī)器人對學(xué)生學(xué)習(xí)效果的整體影響，以及這種影響在學(xué)段、學(xué)科、實驗周期、知識類型和區(qū)域等維度上的差異性，進(jìn)而歸納出有效應(yīng)用教育機(jī)器人的實施條件，并提出改善和提升教育機(jī)器人應(yīng)用成效的建議。

三、研究設(shè)計

1.文獻(xiàn)選取

當(dāng)前，采用定量研究方法來探索教育機(jī)器人應(yīng)用效果的成果較少（Benitti，2012;Lai et al.，2016;Xia & Zhong，2018）。為獲得更豐富的文獻(xiàn)樣本，本研究利用多種國內(nèi)外文獻(xiàn)數(shù)據(jù)庫進(jìn)行文獻(xiàn)搜集，文獻(xiàn)類型包括期刊論文、學(xué)位論文、國際會議論文等，檢索時間限定為2000年至2018年。其中，中文文獻(xiàn)主要通過中國知網(wǎng)（CNKI）、萬方、臺灣華藝學(xué)術(shù)文獻(xiàn)等數(shù)據(jù)庫檢索獲取，檢索的主題詞設(shè)置為“機(jī)器人”“教育機(jī)器人”“樂高”并含“實證研究”“實驗研究”。外文文獻(xiàn)主要通過Web of Science、Elsevier Science Direct、ERIC、Springer Link檢索獲取，檢索的主題詞設(shè)置為“robot”“educational robot”“l(fā)ego”并含“l(fā)earning outcomes”“l(fā)earning achievement”“academic performance”。在對獲得的文獻(xiàn)進(jìn)行初步篩選并去除重復(fù)文獻(xiàn)以及與主題不相符的文獻(xiàn)后，本研究還針對這些文獻(xiàn)的參考文獻(xiàn)進(jìn)行了二次搜集，以求獲得更多更全的文獻(xiàn)。

由于通過上述方式取得的文獻(xiàn)并非全部符合元分析的要求，因而需要進(jìn)一步對文獻(xiàn)進(jìn)行篩選，標(biāo)準(zhǔn)如下：（1）研究必須應(yīng)用了教育機(jī)器人，且探討的主題必須是教育機(jī)器人在學(xué)生學(xué)習(xí)上的效果;（2）研究必須采用隨機(jī)實驗或準(zhǔn)實驗方法，實驗干預(yù)為應(yīng)用教育機(jī)器人;（3）研究必須包含實驗組與對照組;（4）研究必須提供完整的統(tǒng)計結(jié)果數(shù)據(jù)，包含實驗組和對照組的樣本量N，均值Mean以及標(biāo)準(zhǔn)差SD，或是統(tǒng)計檢驗的F值、t值，以便計算出實驗的效應(yīng)值;（5）排除以不同形式發(fā)表的同一研究。在完成文獻(xiàn)篩選工作后，共有31項研究符合元分析標(biāo)準(zhǔn)，其中國內(nèi)10項、國外21項，全部樣本文獻(xiàn)共包含46個效應(yīng)值（部分文獻(xiàn)包含多個效應(yīng)值）。

2.文獻(xiàn)編碼

為方便后期統(tǒng)計和計算效應(yīng)值，在文獻(xiàn)選取工作完成之后，需要對原始文獻(xiàn)的各項特征值進(jìn)行編碼。文獻(xiàn)編碼的內(nèi)容包括作者、發(fā)表年份、樣本量、教學(xué)內(nèi)容、學(xué)科、學(xué)段、知識類型以及實驗周期，編碼后的文獻(xiàn)信息見表1。本研究將學(xué)段分為幼教、小學(xué)、中學(xué)、大學(xué)等四個階段;將學(xué)科分為文史、理工、藝術(shù)、體育和綜合等五類，其中文史類包括中文、英語等，理工類包括程序設(shè)計、電子電路等，綜合類包括STEM、機(jī)器人主題活動等;依據(jù)已有相關(guān)研究（李彤彤等，2018），本研究將知識類型分為理論和實踐兩類，理論類大多是講授概念、規(guī)則、事實和原理相關(guān)知識，重在考察學(xué)生對知識的掌握程度;而實踐類主要是講授技能、操作過程相關(guān)知識，重在考察學(xué)生的知識應(yīng)用與動手實踐能力。

3.分析方法與工具

為綜合分析教育機(jī)器人對學(xué)生學(xué)習(xí)效果的影響，本研究使用教育技術(shù)研究中有著廣泛應(yīng)用的元分析方法。元分析是一種為綜合已有研究發(fā)現(xiàn)，對單個研究結(jié)果進(jìn)行綜合的統(tǒng)計學(xué)分析方法（Glass，1976）。由于受研究者自身以及研究環(huán)境、經(jīng)費(fèi)等因素的影響，針對相同研究問題的多項研究往往會出現(xiàn)結(jié)論不一致的情況，而元分析方法恰好可以彌補(bǔ)這一不足。其主要通過計算已有研究成果的實驗數(shù)據(jù)，得出平均效應(yīng)值（Effect Size），并以此來評價效果與影響程度。教育研究常用Cohens d、Glasss Δ、Hedgess g等作為效應(yīng)值。根據(jù)樣本文獻(xiàn)在實驗類型、結(jié)果變量類型以及樣本量上的差異，本研究采用Hedgess g（以下簡稱g值）作為效應(yīng)值。本研究所使用的元分析工具為Comprehensive Meta Analysis 2.0（CMA 2.0）軟件，它通過輸入原始數(shù)據(jù)，包括實驗組與對照組的樣本量、均值、標(biāo)準(zhǔn)差等，運(yùn)算后即可自動生成分析結(jié)果。

四、結(jié)果分析與討論

1.發(fā)表偏倚與同質(zhì)性檢驗

為保證研究結(jié)果的科學(xué)性與可靠性，元分析過程通常會對樣本數(shù)據(jù)的發(fā)表偏倚進(jìn)行檢測。所謂發(fā)表偏倚是指因研究者、審稿人與編輯在選擇論文發(fā)表時，依賴研究結(jié)果的方向與強(qiáng)度所產(chǎn)生的偏差（楊揚(yáng)等，2002）。本研究采用定性的漏斗圖和定量的Begg s檢驗對研究樣本的發(fā)表偏倚進(jìn)行綜合評估，使用CMA 2.0軟件所獲取的樣本發(fā)表偏倚檢測漏斗圖如下圖所示。從漏斗圖中可以看出，研究樣本的效應(yīng)值相對均勻地分布在漏斗圖平均效應(yīng)值的兩側(cè)，這說明存在發(fā)表偏倚的可能性較小。此外，在Begg s檢驗中，若Z>1.96，P<0.05，則存在偏倚;若Z<1.96，P>0.05，則不存在偏倚（羅杰等，2013）。Beggs檢驗結(jié)果顯示，Z=1.609（小于1.96），P=0.107（大于0.05），表明檢驗結(jié)果理想。綜合上述分析，本研究所采用的樣本不存在發(fā)表偏倚，因而基于這些樣本所獲得的數(shù)據(jù)分析結(jié)果是可靠的。

根據(jù)元分析的統(tǒng)計原理，當(dāng)研究的異質(zhì)性較大時，即I2>60%時，應(yīng)采用隨機(jī)效應(yīng)模型進(jìn)行分析;當(dāng)研究的異質(zhì)性較小時，即I2<60%時，應(yīng)采用固定效應(yīng)模型進(jìn)行分析（李彤彤等，2018）。研究樣本的異質(zhì)性檢驗結(jié)果顯示，Q=237.686，P=0.000<0.001，I2=81.067%，表明研究樣本間存在較大的異質(zhì)性，故選用隨機(jī)效應(yīng)模型進(jìn)行分析。

2.教育機(jī)器人對學(xué)生學(xué)習(xí)效果的整體影響

教育機(jī)器人對學(xué)生學(xué)習(xí)效果的整體影響如表2所示。從表2的合并效應(yīng)值看，無論是固定效應(yīng)模型還是隨機(jī)效應(yīng)模型，兩者均達(dá)到了統(tǒng)計學(xué)上的顯著水平（P<0.001），且合并效應(yīng)值為正值，這表明教育機(jī)器人對學(xué)生學(xué)習(xí)效果具有正向的影響。根據(jù)前文的同質(zhì)性檢驗結(jié)果，本研究選擇隨機(jī)效應(yīng)模型進(jìn)行分析，得出的合并效應(yīng)值為0.465。根據(jù)Cohen提出的效應(yīng)值大小的劃分標(biāo)準(zhǔn)，當(dāng)效應(yīng)值為0.2左右時，通常認(rèn)為影響較小;當(dāng)效應(yīng)值為0.5左右時，通常認(rèn)為有中等影響;當(dāng)效應(yīng)值為0.8左右時，通常認(rèn)為影響較大（Cohen，1969）。由此可見，教育機(jī)器人對學(xué)生學(xué)習(xí)效果具有中等程度的正向影響。這一結(jié)果說明，從整體上看，教育機(jī)器人對學(xué)生的學(xué)習(xí)有積極的促進(jìn)作用，有助于提升學(xué)生的學(xué)習(xí)效果。

3.教育機(jī)器人對不同學(xué)段學(xué)生學(xué)習(xí)效果的影響

從不同學(xué)段來看，教育機(jī)器人在幼教、小學(xué)、中學(xué)、大學(xué)都有應(yīng)用，其在小學(xué)階段的應(yīng)用較多。教育機(jī)器人對不同學(xué)段學(xué)生學(xué)習(xí)效果的影響如表3所示。按照效應(yīng)值從大到小依次為幼教（g=0.627，p<0.05）、小學(xué)（g=0.554，p<0.001）、大學(xué)（g=0.505，p<0.05）、中學(xué)（g=0.059，p>0.05），可以看出，幼教、小學(xué)、大學(xué)學(xué)段的合并效應(yīng)值均大于0.5，且介于0.5至0.8之間，說明教育機(jī)器人對這三個學(xué)段學(xué)生的學(xué)習(xí)效果具有中等程度的影響。而中學(xué)階段的合并效應(yīng)值低于0.2，說明教育機(jī)器人對中學(xué)生的學(xué)習(xí)效果影響較小，其可能是受到中學(xué)階段學(xué)習(xí)內(nèi)容、活動形式以及學(xué)習(xí)要求等因素的影響。相對于中學(xué)生而言，大學(xué)生雖已具備較強(qiáng)的自主學(xué)習(xí)能力，且不太容易受學(xué)習(xí)環(huán)境的影響，但教育機(jī)器人在大學(xué)學(xué)段僅應(yīng)用于電子電路、程序設(shè)計等專業(yè)課程學(xué)習(xí)，其在進(jìn)一步的推廣上仍然具有一定潛力。從整體上看，教育機(jī)器人對多個學(xué)段（幼教、小學(xué)、大學(xué)）學(xué)生的學(xué)習(xí)具有正向的促進(jìn)作用，并在一定程度上可以改善學(xué)習(xí)效果。但在中學(xué)階段，教育機(jī)器人對學(xué)生學(xué)習(xí)的作用效果并不顯著，后續(xù)針對教育機(jī)器人在中學(xué)階段的應(yīng)用還需開展更多研究。

4.教育機(jī)器人對不同學(xué)科學(xué)習(xí)效果的影響

為進(jìn)一步探究教育機(jī)器人對不同學(xué)科學(xué)習(xí)效果的影響，本研究將樣本文獻(xiàn)分為理工、體育、文史、藝術(shù)與綜合等五組進(jìn)行分析，各組的合并效應(yīng)值如表4所示?？梢园l(fā)現(xiàn)，教育機(jī)器人對各學(xué)科學(xué)習(xí)效果的影響程度存在較大差異。從具體的影響效應(yīng)看，體育（g=1.133，p<0.001）和文史（g=0.854，p<0.001）的合并效應(yīng)值均大于0.8，且都達(dá)到了統(tǒng)計學(xué)上的顯著水平，這表明教育機(jī)器人對這兩類學(xué)科學(xué)習(xí)效果的正向影響較大。綜合（g=0.383，p<0.001）類學(xué)科的合并效應(yīng)值位于0.2至0.5之間，且達(dá)到了統(tǒng)計學(xué)上的顯著水平，這表明，教育機(jī)器人對綜合類學(xué)科的學(xué)習(xí)效果具有中等偏低的促進(jìn)作用。而藝術(shù)（g=0.439，p>0.05）和理工（g=0.216，p>0.05）的效應(yīng)值雖位于0.2至0.5之間，但未達(dá)到統(tǒng)計學(xué)上的顯著水平，表明教育機(jī)器人對藝術(shù)類和理工類學(xué)科的影響效果不顯著。因此，后續(xù)研究可以進(jìn)一步探索教育機(jī)器人在理工類和藝術(shù)類學(xué)科教學(xué)中的實踐應(yīng)用。

5.教育機(jī)器人對不同知識類型學(xué)習(xí)效果的影響

本研究分析了教育機(jī)器人對學(xué)生學(xué)習(xí)效果的影響在不同知識類型上的差異性，其結(jié)果如表5所示。教育機(jī)器人在理論型知識上的合并效應(yīng)值為0.649，實踐型知識上為0.406，且兩者均達(dá)到了統(tǒng)計學(xué)上的顯著水平（p<0.001），表明不論是在理論型知識還是實踐型知識的學(xué)習(xí)方面，教育機(jī)器人都對學(xué)生的學(xué)習(xí)效果具有顯著的正向促進(jìn)作用。相較而言，教育機(jī)器人對理論類課程的學(xué)習(xí)效果影響更大，對實踐類課程的學(xué)習(xí)效果影響略小。通過對文獻(xiàn)的進(jìn)一步分析發(fā)現(xiàn)，理論類課程更注重學(xué)生對知識的掌握，比如對英文、中文、韓文等語言的學(xué)習(xí);實踐類課程則強(qiáng)調(diào)對學(xué)生知識應(yīng)用能力和動手能力的培養(yǎng)，比如程序設(shè)計、電子電路設(shè)計等。教育機(jī)器人因其人機(jī)交互友好的特點，在理論型知識的學(xué)習(xí)上，尤其是在語言學(xué)習(xí)方面，具有得天獨厚的優(yōu)勢。而在實踐型知識的課程學(xué)習(xí)中，教育機(jī)器人對學(xué)習(xí)效果的影響并不顯著，這主要與當(dāng)前教育機(jī)器人自身硬件受限有關(guān)。隨著人工智能、仿生科技等新興技術(shù)的發(fā)展，教育機(jī)器人對理論型知識和實踐型知識學(xué)習(xí)的促進(jìn)作用都將可能提升。

6.教育機(jī)器人在不同實驗周期上的影響效果

為探究在不同實驗周期上，教育機(jī)器人對學(xué)生學(xué)習(xí)效果的影響，本研究將樣本文獻(xiàn)按實驗周期劃分為“4周以內(nèi)”“1～6個月”和“6個月以上”三組進(jìn)行分析，結(jié)果如表6所示?？梢钥闯?，教育機(jī)器人在不同實驗周期上的合并效應(yīng)值存在差異，說明教育機(jī)器人對學(xué)生學(xué)習(xí)效果的影響與實驗周期具有一定的相關(guān)性。具體而言，實驗周期在4周以內(nèi)的研究其效應(yīng)值最高（g=0.680），且達(dá)到了統(tǒng)計學(xué)上的顯著水平（p<0.001），說明實驗周期在4周以內(nèi)時，教育機(jī)器人對學(xué)生學(xué)習(xí)效果具有中等程度的正向影響。實驗周期在1～6個月的研究，其效應(yīng)值為0.452;而實驗周期在6個月以上的研究，其效應(yīng)值為0.180。不難發(fā)現(xiàn)，隨著實驗周期的延長，教育機(jī)器人對學(xué)生學(xué)習(xí)效果的影響逐漸減弱，這說明過長的實驗周期會降低教育機(jī)器人的應(yīng)用效果。出現(xiàn)此類現(xiàn)象的原因可能是隨著教育機(jī)器人應(yīng)用時間的延長，學(xué)生對教育機(jī)器人的使用逐漸適應(yīng)和熟悉，因而教育機(jī)器人對學(xué)習(xí)效果的影響水平?jīng)]有剛開始應(yīng)用時顯著，這與已有研究的結(jié)論基本類似（顧小清等，2018;Chauhan，2017）。

7.教育機(jī)器人在不同區(qū)域上的影響效果

目前，教育機(jī)器人是國內(nèi)外學(xué)者探討的熱點主題，教育機(jī)器人在不同區(qū)域上的影響效果如表7所示。國內(nèi)教育機(jī)器人對學(xué)習(xí)效果影響的合并效應(yīng)值為0.331，達(dá)到了統(tǒng)計學(xué)上的顯著水平（p<0.01），說明教育機(jī)器人對國內(nèi)學(xué)生學(xué)習(xí)效果具有中等偏低的影響水平。換句話說，在國內(nèi)的研究與實踐中，教育機(jī)器人對學(xué)生學(xué)習(xí)效果具有正向的促進(jìn)作用，但影響水平偏低。而國外教育機(jī)器人對學(xué)習(xí)效果影響的合并效應(yīng)值為0.554，且達(dá)到了統(tǒng)計學(xué)上的顯著水平（p<0.001），說明教育機(jī)器人對國外學(xué)生學(xué)習(xí)效果具有中等偏上的影響水平。換言之，在國外的研究與實踐中，教育機(jī)器人對學(xué)生學(xué)習(xí)效果具有正向的促進(jìn)作用，能較好地改善與提升學(xué)習(xí)效果。綜上所述，當(dāng)前國內(nèi)和國外的教育機(jī)器人對學(xué)生學(xué)習(xí)效果的影響均為中等水平，但整體上國外（g=0.554）要好于國內(nèi)（g=0.331）。后續(xù)研究可以借鑒國外的教育機(jī)器人研究與實踐經(jīng)驗，積極探索教育機(jī)器人在國內(nèi)的本土化應(yīng)用。

五、結(jié)論與思考

本研究采用元分析方法，對國內(nèi)外有關(guān)教育機(jī)器人對學(xué)生學(xué)習(xí)效果影響的31篇文獻(xiàn)進(jìn)行量化分析，并依據(jù)元分析結(jié)果對教育機(jī)器人的影響效果進(jìn)行客觀評價，同時考察了在不同學(xué)段、不同學(xué)科、不同實驗周期、不同知識類型及不同區(qū)域上教育機(jī)器人對學(xué)習(xí)效果影響的差異。總體而言，教育機(jī)器人對學(xué)生學(xué)習(xí)效果影響的合并效應(yīng)值為0.465，這說明教育機(jī)器人對學(xué)生的學(xué)習(xí)效果具有中等程度的積極影響，能較好地促進(jìn)學(xué)生的學(xué)習(xí)。從教育機(jī)器人對不同學(xué)段學(xué)生的學(xué)習(xí)效果的影響來看，在幼教、小學(xué)和大學(xué)階段，教育機(jī)器人對學(xué)生學(xué)習(xí)效果具有中等程度的促進(jìn)作用，而對中學(xué)生的學(xué)習(xí)效果影響較小，其原因可能是受到中學(xué)階段學(xué)習(xí)內(nèi)容、活動形式以及學(xué)習(xí)要求等方面因素的限制，因此在中學(xué)階段開展教育機(jī)器人的應(yīng)用實踐需要更加合理的教學(xué)設(shè)計。從教育機(jī)器人在不同學(xué)科上的影響效果來看，教育機(jī)器人對體育、文史和綜合類學(xué)科學(xué)習(xí)效果的影響較為明顯，對藝術(shù)和理工學(xué)科的影響稍弱，這說明在藝術(shù)與理工類課程中應(yīng)用教育機(jī)器人需要考慮更多的因素。在知識類型方面，教育機(jī)器人對理論型知識學(xué)習(xí)效果的促進(jìn)作用更大，對實踐型知識的作用稍弱，因此，在教育機(jī)器人的研究與應(yīng)用中應(yīng)加強(qiáng)針對實踐型知識的探索。從實驗周期上看，教育機(jī)器人對學(xué)生學(xué)習(xí)效果的影響隨著實驗周期的延長而降低，這表明在教育機(jī)器人的應(yīng)用過程中，需要維持其對學(xué)習(xí)效果的正面影響。從不同區(qū)域來看，國外教育機(jī)器人的應(yīng)用效果在整體上要好于國內(nèi)，可見，國內(nèi)的教育機(jī)器人研究不僅要立足于自身實踐，還要積極與國外同行交流、向其借鑒?；谏鲜龇治隹梢园l(fā)現(xiàn)，教育機(jī)器人雖然對學(xué)生學(xué)習(xí)效果具有積極的促進(jìn)作用，但在具體的教育教學(xué)過程中還存在一些問題值得思考。

1.進(jìn)一步提升教育機(jī)器人對學(xué)習(xí)效果的促進(jìn)作用

教育機(jī)器人雖然對學(xué)生學(xué)習(xí)效果具有中等程度的影響，能在一定程度上促進(jìn)學(xué)生的學(xué)習(xí)，但與國家所提出的加強(qiáng)教育機(jī)器人應(yīng)用、發(fā)展智能教育的要求，還存在一定的距離。因此，在教育機(jī)器人的實際應(yīng)用中還需要更加合理的設(shè)計，以提升其對學(xué)習(xí)效果的促進(jìn)作用。具體而言，一方面，要加強(qiáng)教育機(jī)器人硬件及配套資源的設(shè)計，智能化的硬件設(shè)計能夠提升學(xué)生的學(xué)習(xí)體驗，而合理的配套資源設(shè)計可以促進(jìn)學(xué)生的學(xué)習(xí);另一方面，要積極探索教育機(jī)器人的影響作用機(jī)制，通過腦科學(xué)、心理學(xué)、教育學(xué)等多學(xué)科的協(xié)同研究，揭示教育機(jī)器人對個體學(xué)習(xí)的內(nèi)在影響機(jī)制，為教育機(jī)器人的應(yīng)用與實踐提供科學(xué)指導(dǎo)，從而進(jìn)一步提升教育機(jī)器人對學(xué)生學(xué)習(xí)效果的促進(jìn)作用。

2.積極探索教育機(jī)器人應(yīng)用與實踐的有效模式

從元分析結(jié)果可以發(fā)現(xiàn)，教育機(jī)器人對不同學(xué)段學(xué)生、不同學(xué)科以及不同知識類型學(xué)習(xí)效果的影響存在差異，因此，在教育教學(xué)實踐中，教師需要根據(jù)不同學(xué)段、學(xué)科和知識類型的特點來設(shè)計有效的教學(xué)模式。當(dāng)前，根據(jù)機(jī)器人課程中的學(xué)習(xí)結(jié)果（鐘柏昌，2016），已形成實驗?zāi)M型（李婷婷等，2017）、趣味交互型（鐘柏昌等， 2018）、科學(xué)探究型（張敬云等，2017）以及發(fā)明創(chuàng)造型（閆妮等，2018）等四種典型教學(xué)模式，為教育機(jī)器人實踐提供了有效的理論指導(dǎo)。然而，在教育教學(xué)實踐中，由于不同學(xué)段的學(xué)生在認(rèn)知能力上的差異，教師還應(yīng)進(jìn)一步探索教育機(jī)器人應(yīng)用的有效實踐模式。比如，對于認(rèn)知能力較強(qiáng)的學(xué)習(xí)對象，在實踐中可以融入工程設(shè)計的教育理念;對于認(rèn)知能力較弱的學(xué)習(xí)對象，則可以融入游戲化學(xué)習(xí)的教育理念。針對不同學(xué)科，合理的教學(xué)設(shè)計對提升教育機(jī)器人的應(yīng)用效果同樣重要，例如理論性較強(qiáng)的文史類學(xué)科要加強(qiáng)人機(jī)交互，而實踐性較強(qiáng)的理工類學(xué)科則應(yīng)注重協(xié)同合作與學(xué)習(xí)成果的展示。此外，在針對不同類型知識的教學(xué)實踐中，也需采取對應(yīng)的教學(xué)策略，比如理論類知識可以采用頭腦風(fēng)暴法，實踐類知識則應(yīng)側(cè)重體驗與探究。

3.強(qiáng)化教育機(jī)器人對學(xué)習(xí)效果影響的持續(xù)性

元分析結(jié)果顯示，教育機(jī)器人對學(xué)生學(xué)習(xí)的影響效果隨著實驗周期的延長而降低，這說明在教育機(jī)器人的應(yīng)用與實踐過程中，其對學(xué)生學(xué)習(xí)效果影響的持續(xù)性還需要進(jìn)一步強(qiáng)化。具體而言，可以從以下幾個方面入手：其一，加強(qiáng)教育機(jī)器人與增強(qiáng)現(xiàn)實（AR）、虛擬現(xiàn)實（VR）、3D打印、仿生科技、語音交互等技術(shù)的集成應(yīng)用，開發(fā)智能化的教育機(jī)器人系統(tǒng)，以提升學(xué)習(xí)者的學(xué)習(xí)興趣與學(xué)習(xí)體驗（周進(jìn)等，2018）;其二，在教育機(jī)器人的實踐過程中，針對不同學(xué)段和不同學(xué)科的教學(xué)內(nèi)容，進(jìn)一步優(yōu)化教學(xué)設(shè)計，以充分激發(fā)學(xué)生的學(xué)習(xí)熱情并調(diào)動其學(xué)習(xí)積極性;其三，進(jìn)一步豐富與完善教育機(jī)器人應(yīng)用的學(xué)習(xí)資源，使其更加符合學(xué)生的認(rèn)知發(fā)展水平;其四，開展針對教育機(jī)器人的跨學(xué)科研究，從實際問題出發(fā)，強(qiáng)調(diào)利用多學(xué)科交融的方式來解決問題，以確保學(xué)生的學(xué)習(xí)動機(jī)處于較高的水平。

4.推動針對教育機(jī)器人的國際交流與本土實踐

當(dāng)前，國外教育機(jī)器人應(yīng)用在對學(xué)生學(xué)習(xí)效果的提升上整體好于國內(nèi)，且國內(nèi)教育機(jī)器人研究的起步也相對較晚，因此，我們要積極推動和促進(jìn)教育機(jī)器人的國際化交流，努力實現(xiàn)“彎道超車”。一方面，國內(nèi)高?？赏ㄟ^與國外的教育機(jī)器人研究機(jī)構(gòu)建立合作研究機(jī)制，以加強(qiáng)同該領(lǐng)域國外學(xué)者的交流與合作;另一方面，我國中小學(xué)校也可以利用開放課堂、游學(xué)、夏令營等形式的國際交流活動，來推動教育機(jī)器人的課堂實踐走向國際。需要注意的是，教育機(jī)器人的國際化交流雖能拓寬我國學(xué)者在研究與實踐上的視野，但交流借鑒不等同于模仿和照搬。應(yīng)當(dāng)看到的是，我國在教育體制、課程體系等諸多方面與其他國家存在較大的差異，因此，國內(nèi)教育機(jī)器人研究應(yīng)在借鑒國際經(jīng)驗的同時，實現(xiàn)本土化的創(chuàng)新與實踐。

六、結(jié)語

本研究采用元分析方法考察了教育機(jī)器人對學(xué)生學(xué)習(xí)效果的實際影響，并提出了改善教育機(jī)器人應(yīng)用效果的若干建議，以期為國內(nèi)教育機(jī)器人的研究與實踐提供參考。需要說明的是，本研究仍然存在一些不足的地方，例如研究的樣本量還不夠大，未將教育機(jī)器人對學(xué)生學(xué)習(xí)效果的影響進(jìn)行更為細(xì)致的劃分等。后續(xù)研究可以綜合更多相關(guān)研究，對作用效果進(jìn)行更加細(xì)致的分析。此外，針對性別、學(xué)習(xí)環(huán)境等潛在變量對學(xué)生學(xué)習(xí)效果的影響，還需進(jìn)一步的關(guān)注和深入分析，以便更為全面地掌握教育機(jī)器人應(yīng)用與實施的基本條件。

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收稿日期 2018-11-05 責(zé)任編輯 譚明杰

Abstract： As a powerful tool to drive the development of intelligent education， educational robot has received extensive attention from the global education community. However， the academic community has not reached a consensus conclusion about the impact of educational robot on students learning performance. After the analysis of experimental or quasi-experimental studies on 31 related topics by means of meta-analysis method， the study finds that on the whole， educational robot can improve the learning effect of students. Furthermore， from the level of the school， educational robot has a moderate promotion effect on early childhood， primary school， and university students， but has little effect on middle school students. From the perspective of disciplines， educational robot has a positive influence on sports， literature and history subjects， but the influence on art， science and engineering disciplines is not significant. From the perspective of knowledge type， educational robot is good for the study of theoretical knowledge， but has less influence on practical knowledge learning. From the experimental cycle level， with the extension of the experimental cycle， the role of educational robots in promoting learning is gradually weakened. From a regional perspective， the impact of educational robot applications on students learning in foreign countries is better than that in domestic. Therefore， the future research and practice of educational robots should focus on： （1） the effects of educational robot in promoting students learning can be further enhanced; （2） the effective modes of application and practice of educational robot need to be explored actively; （3） the continuing effect of educational robot on learning should be further strengthened; （4） the international exchange and local practices for educational robot need to be promoted.

Keywords： Educational Robot; Learning Performance; Meta-Analysis