特殊教育中的机器人应用

特殊教育一直是教育机器人领域关注的重点方向之一。特殊教育中的学生主要包括自闭症学生、视盲学生、听障学生等。目前机器人主要从两个方面实现对特殊学生的教育辅助：一是以技术弥补身体缺陷，缩小特殊学生与普通学生的差距。例如科大讯飞公司研发的“听见语音转写系统”在听障儿童学习课堂中广泛应用，实现了对听障学生的授课，提高了其认知水平；二是缓解部分心理疾病儿童的交流负担，渐进式促进学习效果提升。一些患有自闭症的学生可能更喜欢使用机器人而不是人类作为技能教师。有研究表明，机器人与儿童的互动有助于引发特征行为，如持续性交流。当前针对自闭症儿童康复和学习的机器人设计较多，例如基于NAO平台设计的陪护机器人能在一定程度上缓解自闭症儿童病情，并提高其社交能力。特殊学生的现代化教育极其必要，今后应深入研发特殊教育机器人的交互功能，实现对特殊学生技能的培养、情绪的及时获知以及情感上的自然沟通。

校内机器人应用

机器人在校内教学环境中的应用可以分为两大类，一类是将机器人或与机器人有关的技术应用于学科教学中，如计算机编程或工程设计等学科，通过程序编写和机器人功能的直观呈现，促进理论学习与实践操作相结合，提高学生的动手能力；另一类是较为智能的教学辅助机器人技术，能够帮助教师进行管理、决策或执行重复性任务，对学生进行测评和辅导。例如，斯坦福大学成立的人工智能机器人和教育研究中心利用机器人等人工智能技术设计了较为完善的教育系统，有效实现了智能辅导、智能测评等，一定程度缓解了教师的教学负担，增强了学 生能力评估的科学性。然而，目前部分学者认为机器人技术引入教育环境的方式过于狭隘，教育机器人具有广泛的教学适用性、友好的人机交互性等特点，能够提升学生的学习兴趣并改善教师教学效果，未来需要探索更多机器人与教育教学相结合的设计以发挥其最大效用。

机器人与医疗教育结合

随着外科手术复杂性的增加，在手术室外使用机器人模拟器对医技人员进行培训变得越来越常见，可有效提高受训者的操作技能水平。 例如，达芬奇手术机器人是一种高级医疗机器人平台，由于具有高自由度、高精确度以及丰富的辅助功能而受到医务人员的青睐，成为许多外科手术的主流选择。这样的高精度机器人平台需要适配相应的机器人模拟器，模拟器是实习生在正式操作手术系统前用于学习与锻炼技能的工具，研究表明，经过模拟器训练后受训者所掌握的技能可以支持其直接进入手术室进行操作。机器人模拟器的相关研究一直受到国内外学者重视，尤其是虚拟现实技术、仿真模拟技术在医疗领域的不断应用使模拟器功能得到了进一步扩展与完善。

多学科交叉融合

机器人纳入教育教学的基础可分为两个方面进行构建：一是从技术教育的角度，与机器人相关的技术、工程知识和技能的传授必不可少；二是从教育技术的角度，机器人的教育应用需要计算机科学技术的支撑，关键技术要围绕学生主体特征进行匹配设计。技术应用于教育的最终目的是培养人，机器人在教育中的最终发展走向是服务学习。

1. 机器人与工程教育

工程教育在时代发展潮流中不断进步，“五大深化”的 号召对于其学科理念、组织创新、产教深化起到关键作用。同时，工程教育持续保持“以学生为中心”的理念，并落实于人才培养方案的制定和实施、人才培养模式改革以及教育教学资源建设的全过程。目前，人们已经意识到工程教育不能仅集中于某一阶段，中小学工程教育、大学工程教育、继续工程教育的联系日益紧密。中小学工程教育在培养学生工程素养、动手能力等方面具有极大价值。我国中小学工程教育起步较晚，但持续受到重视。研究表明，中小学机器人教育对于推进创客教育、STEM 教育和人工智能教育，培养创新型人才、提高中小学生科学素养具有重要现实意义，未来需投入更多指引和辅导。大学工程教育偏专业性，为我国的社会发展培养了大批工程科技人才。机器人在大学工程教育中扮演的角色多为机械工程工具、计算机比赛机器人、管理类智能机器人系统等，应用于其他学科的机会较少。未来工程教育正在向跨学科、跨领域、跨文化合作方向转变，这有利于“教育+机器人”获得更为广阔的发展空间。

2. 机器人与计算机技术

计算机技术为机器人的应用奠定了软件基础，网络工程、软件工程、智能科学与技术等持续推动机器人的创新 设计与长久发展。当前时代背景下要求教育机器人要具 有“类人”特点，要求其能获取学生学习过程中的认知特 点、能够存储、分析、推断个性化信息，认知计算与知识图 谱技术可支持这些功能的实现。 认知计算是计算机模仿人脑处理信息并增强人类决 策能力的技术，涉及计算机科学、人工智能、认知心理学等领域知识。了解认知规律与模拟认知过程可以帮助教 学组织者掌握学生认知状态，提高其认知水平。例如 Duolingo聊天机器人可获取、分析与反馈信息，通过与用户对话不断学习从而变得越来越智能，以便为用户提供个性化外语学习服务。

存在问题

机器人的存在为教学带来了便利，为教育创新输送了活力，同时也带来了一些值得思考的问题。

1. 学生幼稚化问题

教育机器人能帮助学生查询、获取、交流与传递知识信息，对学习路径进行记录、分析和规划，对学习内容进行记录、调用、分析和调整，可以说教育机器人是贴心学习管家，为学生提供周到的学习服务，省事省力且提升成绩效果明显，给予学生十足的成就感。但换个角度思考，以往需要学生自我反思、整理错题的环节被智能分析系统逐渐取代，自我探索学习与内化知识的过程逐渐被淡化，一切被机器人规划好的学习计划所代替。学生自己查询资料并探索筛选所需知识的整个学习过程是立体的，而由机器人对学生学习状态分析后提供的精准知识点学习路径虽然更加便捷，但却省去了大量自我探索过程，少了几分深度。知识的内化过程需要学生亲自体会，在整个过程中培养探索性与创新性思维。

2. 学生隐私问题

基于人工智能和计算机技术，教育机器人能够获取学生的个性化信息，包括基本信息、学习状态、生活状态、情感状态、身体素质、个体缺陷等。正规的教育机器人会充分利用这些信息，为学生提供合适的学习支持。然而目前有些关于学生的隐私数据被储存在科技公司的数据库中，一些公司会通过数据分析获取学生个人薄弱点，方便“对症下药”，通过这些数据操控学生，进而为公司谋取更大利益。若这些数据落入不法分子手中，后果将更难以预想。

3. 教师角色问题

目前尚处于弱人工智能时代，机器人在课堂中主要以辅助学习工具的角色存在，教师对于课堂教学的把握权较为集中。随着智能机器人水平的提高，其开始有能力承担起部分教学任务，教师是选择弃之不用？还是适当接受？接受了又该如何恰当地嵌入教学环节？一些教师选择了弃用，认为多了一个课堂角色，一切都要重新规划；还有一些教师因为没有类似的人机合作教学经历而不善使用。 如何正确处理与机器人之间的关系，如何使合作有序，如何定位各自的角色，都是值得教师去思考的。但是有一点是可以确定的，即教师的主体地位不会被取代。机器人进入课堂需要长期规划和不断优化，就像当初计算机进入课堂，都需要一个熟能生巧的过程。教师应不断提高自身信息素养，正确定位自身与机器人的合作关系，摸索最适合自身课堂讲授的教学方式。

结语

基于以上对“教育+机器人”的文献计量学分析，认为机器人对教育环节的创新改良、学习环境的改善等起到了积极促进作用。当前，多学科融合教育、个性化培养等备受关注，笔者思考了教育教学与机器人的融合方式，从多学科融合、教师主体、学生主体3个方向对“教育+机器人” 的发展路径提出了建议。

1. 加强多学科融合

工程教育思想应渗透到各个学习阶段，而多学科融合将有效促进工程教育中学生思维与技能的培养。创客教育、STEAM教育以及STREAM教育都起到了促进多学科实践与创新能力培养的作用，为多学科融合教育提供了坚实保障。其中创客教育融合科学、技术、工程、艺术、数学等 知识与技能，遵循提高学生创新精神与创造能力、促成学生脑与手相结合的教育理念；STEAM重视学生跨学科综合能力的培养，促进学生动手实践能力养成，以培养适应社会发展的复合型人才；STREAM是对 STEAM 的补充和完善，在STEAM教育的基础上增加了阅读和写作技能培养。

2. 培养学生自觉性

教育机器人能够便捷和精确定位学生的学习状态，使其从繁琐、复杂、机械性的学习过程中解脱出来，获得清晰的学习规划。然而，难免会有学生不假思索地跟着规划好的方向学习而丢失自身节奏；还有学生会产生功利心态，只学习机器人筛选好的知识，不再额外进行探索，这与教育机器人设计的初衷相违背。学生在使用机器人进行辅助学习的过程中要正确意识到自身主体地位，首先要对自 身情况有清晰的判断，同时询问教师与同学们的建议，再结合机器人规划，综合考量后调整学习方法，并时刻保持 求真、冒险和探索的心态。教育机器人的辅助确实会使学习更具针对性，但也少了很多有趣的知识探索与挖掘过程。安排和规划不应成为学习的主导，每位学习者都应发挥主观能动性，成为教育机器人的主人，而非被主导者。

3. 肯定教师指导权

围绕教育主体问题的讨论一直在持续，无论是教师主体论、学生主体论还是双主体论，对于“教师在教育教学环境中的引导和指导作用极为重要”这一观点均持肯定态度。然而，教育机器人的出现给这种观点打上了一个问号，一是教师的智能教育素养能否支持教育机器人的教学辅助应用？二是未来智能机器人具备“类人”或“超人”力后是否还需要教师对学生进行学习指导？关于第一个问题，智能教育素养是在人工智能技术融合教育背景下提出的概念。2018年，教育部出台《教育部办公厅关于开展人工智能助推教师队伍建设行动试点工作的通知》，其中提到帮助教师把握人工智能技术进展，推动教师积极运用人工智能技术，改进教育教学、创新人才培养模式。教师智能教育素养包含两方面内容：一是教师要掌握有关人工智能技术的知识概念；二是教师要能够将相关技术应用于教学改革创新和人才培养中。由此可以从两个方面解决第一个问题：从教师层面看，教育机器人不应被孤立，教师的教学设计要体现机器人的辅助作用；从学校层面看，要组织教师参与提升智能教育素养的相关活动，重视教师、学生的反馈意见，以便及时发现问题并积极改善。

关于第二个问题，《教育的目的》一书中提及：“在教育过程中，一旦你忘记了你的学生是有血有肉的，那么你就会遭遇悲惨的失败。”学生是拥有思维、情感、性格、态度等一系列复杂属性的能动的人，使其获取知识的方法不能是简单的灌输，还要结合学生的思维方式、学习特点、学习 态度、学习情绪等设计和采取不同的教学方法。智能教育机器人虽能给予学生丰富的学科知识，推荐合适的学习路 径，但一旦学生的情绪出现波动需要交流宣泄，或者学习 态度消极，机器人能捕捉到的信息会很少，难以准确判断 学生的学习状态，而此时教师能够快速回应学生倾诉并准确给予指导，及时调整其学习状态。

因此，未来教师与教育机器人应该是人机协同的关系，且教师一定要具备足够的智能教育素养，能够娴熟地运用教育机器人提供的各种教学资源。相信未来机器人技术的发展会给教育行业带来更大应用价值，注入更多新鲜活力。

摘自：机器人在教育中的应用研究分析：现状与思考_张瑞阳.pdf