教育机器人:智慧学习环境的关键点

2018-06-11 09:49:26来源:中国教育报

随着智能时代的来临,利用信息化促进教育系统变革迎来了空前的机遇。智能技术已成为扩大优质教育资源覆盖面和实现新型智能教育服务模式的关键。《新一代人工智能发展规划》提出要发展“智能教育”,开发智能教育助理,用人工智能驱动未来教育。作为教育信息化领域的“奋进之笔”,《教育信息化2.0行动计划》提出实施“智慧教育创新发展行动”,开展智慧教育创新研究和示范,并强调要加强智能教学助手、教育机器人、智能学伴、语言文字信息化等关键技术研究与应用。

杜占元副部长在《人工智能与未来教育变革》一文中指出,人机结合的教育可能是未来教育的普遍形态。机器人技术在工业智能制造、批量生产和公众服务等方面发挥着越来越重要的作用,已成为现代科技创新的重要标志,在教育领域亦表现出了应用价值和发展前景。北京师范大学智慧学习研究院牵头研发的《2016全球教育机器人发展白皮书》认为,教育机器人涉及“教育行业中的服务机器人”和“青少年机器人教育”两个方面,将成为工业机器人和服务机器人以后的第三类机器人发展领域。

教育机器人产业链已具雏形

随着科技进步和时代发展的现实需要,国内外涌现出了一批重要的教育机器人研究机构。研究方向涉及机器人教学、人机互动和自闭症儿童教育等,并被应用于STEAM教育、儿童娱乐教育同伴和远程控制机器人等方面。研究领域包括教育机器人的外观、听觉能力、视觉能力、认人能力、口说能力、同理心与情绪侦测能力、长期互动能力等。机器学习、自然人机交互、仿生科技是教育机器人研发中需要长期探索的关键技术。

根据国际权威文献库调研,文献引用数量处于前列的国家有美国、瑞士、意大利、日本和英国等,研究主要聚焦在机器人教育、语言教育和特殊教育领域;在“机器人进课堂”方面,日本和韩国应用相对广泛。人们期待教育机器人能像人一样思考、像行走和互动,并做出如同“真人”一般的细腻动作。教育机器人可以按照表情动作、感知输入、人工智能、社会互动、角色定位和用户体验六个维度来评价其产品成熟度,目前总体来看感知输入和人工智能维度相对成熟,而其余四个维度上均有较大改进空间。

教育机器人产业链已具雏形,涉及硬件制造、系统平台开发、应用服务提供、内容供应、系统集成、品牌及渠道等。目前该产业发展大致分为通用型和专用型两种取向,前者主要由系统平台开发商带动,后者则由品牌商和系统集成商驱动,它们或许将形成两类产业链。综合目前教育机器人市场产品、产业链与市场规模的分析与预测,《2016全球教育机器人发展白皮书》测算,全球教育机器人市场规模到2021年可达111亿美元,其中教育服务机器人相较于机器人教育市场拥有较大的发展潜质,至2020年预估将可能大幅增长。

教育机器人应用前景广阔

教育机器人是机器人应用于教育领域的代表,是人工智能、语音识别和仿生技术在教育中应用的典型,并以培养学生的分析能力、创造能力和实践能力为目标。

教育领域中的机器人将增强或延伸教师的表达能力、知识加工能力和沟通能力,例如透过语言智能对话,满足知识搜寻、分析等教学需求。机器人教育将激发广大学生学习智能技术的兴趣和动力,并大幅度地提高学生的信息技术能力和在数字时代的竞争能力。中小学普遍开展的机器人课程和机器人大赛,为教育机器人的发展奠定了良好的认知基础,在教育领域中能够增强或替代教师部分功能的服务机器人研究处于起步阶段。

学校中的教育机器人将成为智慧学习环境的重要组成部分,既可作为教师助手支持教学设备使用、提供学习内容、管理学习过程、常见问题答疑等,也可作为学习伙伴协助时间和任务管理、分享学习资源、激活学习氛围、参与或引导学习互动,形成了一种新型教学形态,例如陪伴儿童唱歌、读诗词、学英语、练习对话等各种知识学习。

随着家庭教育受重视程度的日益增强和“家庭学校”在全球的兴起,教育机器人或许能作为同伴或辅导教师成为“家庭的一员”,协助“在家教育”,促进孩子的学习发展和健康成长。教育机器人的应用情境涉及人群和场域两方面,前者涵盖婴幼儿、幼儿园和中小学、大学、在职人员和老人等群体,后者包括个人、家庭、教室、培训机构、工作场所和公共场所等。不同人群、不同场域的应用诉求与技术的发展成熟度,将决定教育机器人产品的发展方向。教育机器人或许能够解决农村教学点的教育资源和师资问题,期待通过教育机器人辅助教师教学和为学生学习提供支持服务,讲授农村教学点不易开设的课程,传输优质教育资源。

发展教育机器人的建议

作为一个新兴领域在实践应用中仍然存在课程管理平台、对应的学习内容和师资等缺乏的诸多困难,但教育机器人市场需求日益增加。就未来教育机器人的发展,提出如下建议:

从需求层面来讲,教育机器人不仅要了解跨地区需求的差异,还要规划适用于全球的教育机器人及应用,拓宽教育机器人的应用情境。从社会层面来讲,必须有明确的教育目标,规定教育机器人所要培养的核心素养,并设计相应的课程内容,培养师资力量。

从国家政策层面来讲,国家应规划与机器人教育相配套的产业政策,将机器人教育与产业发展相结合,提升我国教育机器人产业的竞争力。

从技术层面来讲,具有分辨语意能力且具备如同真人一般的互动性是教育机器人理想的发展目标,因此语音识别、人工智能两项技术将是教育机器人的关键发展技术。此外,还需要继续研究感应技术、辨识技术、控制语言、机器人结构、无线网络、云端科技和仿生技术等,并从教育机器人的系统架构、教学平台管理、移动设备与管理端的关系进行规划。

目前,我国非常重视教育机器人的应用发展,不仅开展了各种比赛,教育机器人还被用于课内外教学,如北京、上海、广东、江苏、浙江等地已经将教育机器人纳入地方课程或校本课程,以促进学习者创新思维、设计思维和计算思维的培养。随着机器人技术的逐步成熟,研究教育机器人已成为一种必然趋势,教育机器人将会受到越来越多的关注,应用范围也会逐步扩大,或将成为未来教育事业发展的新高地。(作者分别系北京师范大学智慧学习研究院副院长、博士生)

编辑:任骥远责任编辑:徐婷
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