羅景文，張淑雅

（云南師范大學(xué)信息學(xué)院 云南 昆明 650500）

在人工智能技術(shù)及機(jī)器人技術(shù)高速發(fā)展的時(shí)代，其相關(guān)產(chǎn)品在各行各業(yè)被推廣并應(yīng)用，更多的智能機(jī)器人被應(yīng)用于生活中，較為普遍的有在家庭中能夠完成清潔任務(wù)的掃地機(jī)器人、商場(chǎng)中引導(dǎo)人們購(gòu)物的導(dǎo)購(gòu)機(jī)器人、軍事領(lǐng)域的反恐排爆機(jī)器人以及醫(yī)學(xué)領(lǐng)域的康復(fù)機(jī)器人等，由于其自身具備特定領(lǐng)域的特殊能力為人類(lèi)提供了更為專(zhuān)業(yè)和可靠的服務(wù)，近年來(lái)教育領(lǐng)域也開(kāi)始逐漸研究將機(jī)器人技術(shù)應(yīng)用于教學(xué)，探究適用于教育領(lǐng)域的教育機(jī)器人。在國(guó)務(wù)院頒布的《新一代人工智能發(fā)展規(guī)劃》[1]文件中指出需大力發(fā)展智能化教育以推動(dòng)機(jī)器智能等在教育領(lǐng)域的多維度應(yīng)用，促進(jìn)教育理念與人才培養(yǎng)模式的改革與創(chuàng)新，從而提升我國(guó)教育的質(zhì)量與效率。

教育機(jī)器人作為教育人工智能的典型代表，將其引入教育領(lǐng)域在一定程度上能促進(jìn)教育事業(yè)的發(fā)展與變革，其為培養(yǎng)學(xué)生的分析能力、創(chuàng)造能力、問(wèn)題解決能力及實(shí)踐能力而專(zhuān)門(mén)研發(fā)，近幾年里在人工智能技術(shù)的支持下，教育機(jī)器人的研究得到了迅速的發(fā)展，并取得了一定的成果，但仍然處于起步階段。對(duì)于教育機(jī)器人的研究大致可以分為計(jì)算機(jī)科學(xué)導(dǎo)向及教育導(dǎo)向，計(jì)算機(jī)科學(xué)導(dǎo)向側(cè)重于機(jī)器人技術(shù)的軟硬件開(kāi)發(fā)，例如虛擬機(jī)器人平臺(tái)，機(jī)器人功能部件的研發(fā)等，教育導(dǎo)向則關(guān)注教育教學(xué)中的應(yīng)用研究。

1 文獻(xiàn)來(lái)源與梳理情況

本文通過(guò)在中國(guó)知網(wǎng)數(shù)據(jù)庫(kù)和Web of Science數(shù)據(jù)庫(kù)兩個(gè)數(shù)據(jù)庫(kù)中以規(guī)范具有識(shí)別度的題目名檢索有關(guān)文獻(xiàn)資料，并將這些相關(guān)文章篩選分類(lèi)，總結(jié)概括，最后通過(guò)一定的理論分析，疏通國(guó)內(nèi)外教育機(jī)器人教育導(dǎo)向研究的大致方向，獲得對(duì)該領(lǐng)域的系統(tǒng)認(rèn)知，對(duì)教育機(jī)器人教育導(dǎo)向研究展開(kāi)較為系統(tǒng)的文獻(xiàn)研究述評(píng)。

1.1 文獻(xiàn)來(lái)源

本文在中國(guó)知網(wǎng)數(shù)據(jù)庫(kù)中以 “教育機(jī)器人” 為檢索詞進(jìn)行檢索至2022年，去除報(bào)紙、會(huì)議等無(wú)關(guān)文章，分析篩選出523篇文獻(xiàn)作為國(guó)內(nèi)文獻(xiàn)研究的主要數(shù)據(jù)，在Web of Science數(shù)據(jù)庫(kù)中，根據(jù)檢索詞 “education*robot” or “robot teach*” 檢索至2022年，分析篩選出253篇作為國(guó)外文獻(xiàn)研究的數(shù)據(jù)。

1.2 梳理情況

國(guó)內(nèi)有關(guān)文章的發(fā)表大多集中在2016至2022年之間，發(fā)文數(shù)量迅速增長(zhǎng)，以人工智能以及機(jī)器人教育為主題的研究方向和內(nèi)容較為集中，部分學(xué)者開(kāi)始嘗試將機(jī)器人用于創(chuàng)客教育及STEAM教育中，展開(kāi)對(duì)教育機(jī)器人教育教學(xué)應(yīng)用的探究。國(guó)外則在2009年開(kāi)始呈現(xiàn)出上下波動(dòng)的情況，到2018年發(fā)展迅速，研究方向除了普通教育中的常見(jiàn)學(xué)科外，還包括醫(yī)學(xué)教育和藝術(shù)教育領(lǐng)域，其次是工程等方面的研究，更側(cè)重于提高教育機(jī)器人的技術(shù)和性能以及應(yīng)用的評(píng)價(jià)。本文主要關(guān)注教育機(jī)器人的教育導(dǎo)向研究，根據(jù)檢索文章的分類(lèi)，可將教育機(jī)器人教育導(dǎo)向研究分為理論研究、功能特性研究，應(yīng)用場(chǎng)景研究以及應(yīng)用測(cè)評(píng)研究四個(gè)方面。

2 教育機(jī)器人教育導(dǎo)向研究綜述

根據(jù)上文的梳理情況，將所檢索的文獻(xiàn)總結(jié)分析，并從以下四個(gè)方面進(jìn)行研究。

2.1 理論研究

理論是一切研究的基礎(chǔ)，教育機(jī)器人教育導(dǎo)向的理論研究中探索的是教育機(jī)器人在教育教學(xué)中應(yīng)用的基本原理和發(fā)展趨勢(shì)。國(guó)內(nèi)外的理論研究都比較靠后，由于機(jī)器人早期在工業(yè)和商業(yè)領(lǐng)域中應(yīng)用較多，國(guó)外也常用于工業(yè)示教，后來(lái)逐漸過(guò)渡到教育領(lǐng)域，所以教育機(jī)器人的研究一開(kāi)始更偏向于技術(shù)和機(jī)器人的開(kāi)發(fā)研制，當(dāng)教育領(lǐng)域的研究者們發(fā)現(xiàn)機(jī)器人在教育領(lǐng)域的發(fā)展空間后才開(kāi)始展開(kāi)理論的討論，國(guó)內(nèi)較早的是2002年由彭紹東[2]提出的機(jī)器人教育，并將其分為五種基本類(lèi)型，對(duì)于教育領(lǐng)域相關(guān)專(zhuān)業(yè)的研究和實(shí)踐奠定了堅(jiān)實(shí)的基礎(chǔ)。隨后教育領(lǐng)域的學(xué)者紛紛加入其中，近年來(lái)較有代表性的是黃榮懷等[3]基于教育機(jī)器人的應(yīng)用情景及關(guān)鍵技術(shù)提出了教育機(jī)器人的十大核心觀點(diǎn)。國(guó)外的理論研究比國(guó)內(nèi)更早，例如Choi Y[4]開(kāi)發(fā)了小學(xué)教育機(jī)器人程序模型，根據(jù)概念變量確定了教育目標(biāo)，教育活動(dòng)和教育課程；近些年，Benitti[5]等對(duì)教育機(jī)器人的概念、角色、交互理論等方面展開(kāi)探討，論述機(jī)器人在教育中的潛能。

2.2 功能特性研究

針對(duì)上述教育機(jī)器人在教學(xué)應(yīng)用中的有關(guān)理論，研究者們開(kāi)始分析這些機(jī)器人需要什么樣的技術(shù)才具備某些功能，從而能夠很好地用于教育教學(xué)，于是便展開(kāi)了功能特性研究來(lái)探究教育機(jī)器人在教育教學(xué)中所應(yīng)具備的能力。方健等[6]提出共融教育機(jī)器人的概念，分析出安全、精準(zhǔn)、協(xié)同、智能四性作為人、機(jī)、境三者相互融合的典型特征，同時(shí)討論三者共融的關(guān)鍵技術(shù)，最后指出共融教育機(jī)器人的發(fā)展方向。盧宇等[7]在人工智能的背景下，基于自我決定理論，采用知識(shí)圖譜、學(xué)習(xí)者模型、自然語(yǔ)言處理等多項(xiàng)關(guān)鍵技術(shù)，設(shè)計(jì)構(gòu)建了智能教育機(jī)器人的系統(tǒng)架構(gòu)，對(duì)于人工智能技術(shù)與教育機(jī)器人領(lǐng)域的融合發(fā)展具有一定的啟示。余新國(guó)等[8]研究了教育機(jī)器人的內(nèi)外知識(shí)體系，認(rèn)為內(nèi)部軟硬件框架由三個(gè)方面組成，外顯能力體系由教學(xué)能力、教育角色和評(píng)測(cè)維度組成，從而共同構(gòu)建教育機(jī)器人的完整知識(shí)體系，為人機(jī)共融的教育模式提供有力的支持。Gwak等[9]提出一個(gè)標(biāo)準(zhǔn)來(lái)定義教育機(jī)器人的自主程度，通?？紤]為1―10之間，按照標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行改編，可以利用不同自主程度的教育機(jī)器人來(lái)自主教學(xué)，有望為協(xié)助教師、教學(xué)學(xué)生學(xué)習(xí)做出貢獻(xiàn)。在該方面的研究中國(guó)內(nèi)相較于國(guó)外更為積極。

2.3 應(yīng)用場(chǎng)景研究

不同的技術(shù)使教育機(jī)器人有不同的功能，同時(shí)也引出了一個(gè)新的問(wèn)題：什么樣的機(jī)器人用于什么樣的環(huán)境。在理論和技術(shù)的支持下，在人工智能教育的推動(dòng)下，研究者們開(kāi)拓了不一樣的應(yīng)用場(chǎng)景，希望將機(jī)器人的不同優(yōu)勢(shì)充分發(fā)揮出來(lái)，作用于不同教育教學(xué)場(chǎng)景。因此應(yīng)用場(chǎng)景研究是探究教育機(jī)器人使用的不同環(huán)境空間。國(guó)內(nèi)采用教育機(jī)器人情景創(chuàng)設(shè)的優(yōu)勢(shì)輔助學(xué)生的語(yǔ)言類(lèi)學(xué)習(xí)，例如，華中師范大學(xué)的凌敏[10]探究了通過(guò)機(jī)器人來(lái)創(chuàng)建英語(yǔ)口語(yǔ)教育環(huán)境的方式，提出機(jī)器人應(yīng)用于英語(yǔ)課堂教學(xué)實(shí)踐的思路和方案，為教育機(jī)器人輔助語(yǔ)言教學(xué)提供了參考。此外教育機(jī)器人還可用于場(chǎng)館教學(xué)，在科學(xué)館等場(chǎng)館內(nèi)引導(dǎo)參觀者參觀，并講解科學(xué)知識(shí)，為教育機(jī)器人在場(chǎng)館教育中的發(fā)展提供新的思考[11]。Ruben Mitnik等[12]使用自主的移動(dòng)機(jī)器人教授了非機(jī)器人領(lǐng)域的學(xué)科知識(shí)，即使用教育機(jī)器人的自主移動(dòng)性教授小學(xué)數(shù)學(xué)的相關(guān)概念，將抽象的概念形象化，幫助學(xué)生掌握測(cè)量、角度等知識(shí)概念；Yang D等[13]結(jié)合人工智能技術(shù)將教育機(jī)器人應(yīng)用于體育教學(xué)，通過(guò)建立基于語(yǔ)音交互的人工智能教育機(jī)器人，構(gòu)建混合體育教學(xué)模式，實(shí)現(xiàn)對(duì)學(xué)生的個(gè)性化教育，為開(kāi)展人工智能教學(xué)、促進(jìn)教育機(jī)器人在不同教學(xué)場(chǎng)景的發(fā)展開(kāi)拓新的思路。

2.4 應(yīng)用測(cè)評(píng)研究

針對(duì)教育機(jī)器人是否該使用，以及使用后將會(huì)對(duì)學(xué)生產(chǎn)生怎么樣的影響，研究者們積極探索，實(shí)踐應(yīng)用，對(duì)教育機(jī)器人應(yīng)用于教學(xué)各方面態(tài)度、實(shí)踐的評(píng)價(jià)歸為應(yīng)用測(cè)評(píng)研究，國(guó)外學(xué)者們相較于國(guó)內(nèi)學(xué)者關(guān)注得更多一些。侯浩翔等[14]采用Meta分析法處理了國(guó)內(nèi)外的實(shí)驗(yàn)和上千條樣本量對(duì)教育機(jī)器人能夠提升學(xué)生的創(chuàng)造力展開(kāi)研究，最后建議建構(gòu)適用于機(jī)器人教學(xué)的創(chuàng)客教育模式，促進(jìn)軟硬環(huán)境的教育機(jī)器人經(jīng)費(fèi)投入。Sharkey AJ C等[15]從教育機(jī)器人作為同伴、作為課堂教師、作為遠(yuǎn)程機(jī)器人教師以及作為引導(dǎo)伙伴四種角色對(duì)教育機(jī)器人展開(kāi)研究和測(cè)試，并得出若只是單純作為教師，則不被學(xué)生歡迎，而同伴在不影響學(xué)生學(xué)習(xí)的情況下應(yīng)該給予支持，最后提出了教育機(jī)器人能夠在課堂上通過(guò)其他無(wú)法獲得的教育體驗(yàn)來(lái)改善目前有限的教學(xué)狀況；Song J B等[16]考察使用教育機(jī)器人進(jìn)行STEM融合教育對(duì)學(xué)業(yè)成績(jī)和數(shù)學(xué)與科學(xué)學(xué)科態(tài)度的影響，實(shí)驗(yàn)表明對(duì)學(xué)生的情感態(tài)度產(chǎn)生了很多的正向影響，使用教育機(jī)器人進(jìn)行STEM融合教育可以成為激發(fā)學(xué)生數(shù)學(xué)和科學(xué)學(xué)科興趣的方案之一。

3 教育機(jī)器人應(yīng)用研究現(xiàn)狀

通過(guò)對(duì)上述國(guó)內(nèi)外研究評(píng)述進(jìn)行總結(jié)，教育機(jī)器人教育導(dǎo)向的研究現(xiàn)狀如下：

①理論研究更新較慢，國(guó)內(nèi)外的理論研究都存在相同的問(wèn)題，較為權(quán)威的理論性文章之間間隔年份都比較長(zhǎng)，可能的原因是理論需要實(shí)踐測(cè)評(píng)來(lái)檢驗(yàn)，而從理論提出后需要經(jīng)過(guò)功能構(gòu)建、場(chǎng)景分析，再到最后的測(cè)評(píng)才能得出一個(gè)權(quán)威的理論，周期較長(zhǎng)，導(dǎo)致更新緩慢。

②功能特性研究是國(guó)內(nèi)的研究熱點(diǎn)，國(guó)外相對(duì)較少。在人工智能快速發(fā)展的背景下，近幾年里國(guó)內(nèi)有關(guān)政策推動(dòng)人工智能教育的迅速發(fā)展，使得研究者們積極投入人工智能各種技術(shù)的研究中，并將這些技術(shù)應(yīng)用于教育機(jī)器人使其具備特定的功能服務(wù)教育教學(xué)。

③應(yīng)用場(chǎng)景的研究一直以來(lái)都是國(guó)內(nèi)外的關(guān)注重點(diǎn)，從種類(lèi)較多的語(yǔ)言類(lèi)教學(xué)和工科類(lèi)示教，到創(chuàng)新性的場(chǎng)館教育和體育教育學(xué)科中，可以看出研究者們對(duì)場(chǎng)景應(yīng)用的重視。

④相較于國(guó)外，國(guó)內(nèi)更欠缺應(yīng)用測(cè)評(píng)方面的研究，國(guó)內(nèi)側(cè)重于教育機(jī)器人對(duì)學(xué)生核心素養(yǎng)的測(cè)試，國(guó)外則側(cè)重于對(duì)學(xué)生學(xué)習(xí)態(tài)度和學(xué)習(xí)興趣的影響。

4 展望

時(shí)代在不斷進(jìn)步，研究者應(yīng)該及時(shí)提高理論思想，加強(qiáng)國(guó)內(nèi)外理論研究的投入，在關(guān)注技術(shù)問(wèn)題的同時(shí)也要注意理論知識(shí)的更新。不斷擴(kuò)大應(yīng)用場(chǎng)景研究的范圍和學(xué)科領(lǐng)域，積極創(chuàng)新，為促進(jìn)教育機(jī)器人與各種教學(xué)場(chǎng)景的融合而努力。國(guó)內(nèi)也應(yīng)該有效借鑒國(guó)外的研究成果，促進(jìn)我國(guó)應(yīng)用測(cè)評(píng)研究的發(fā)展，或者借鑒國(guó)外優(yōu)秀的測(cè)評(píng)結(jié)果應(yīng)用于教育機(jī)器人的技術(shù)功能研究和發(fā)展。