智能教育機器人支持下的“雙師課堂”教學模式構(gòu)建

付艷芳 楊浩 方娟 劉曉寧

[摘 ?要]隨著機器人技術(shù)和人工智能技術(shù)的發(fā)展，機器人的知識覆蓋面和智能化水平越來越高，這就使機器人輔助教學成為了可能，機器人輔助教學改變傳統(tǒng)的課堂方式，構(gòu)建“雙師”課堂教學模式，必將在教育教學領(lǐng)域發(fā)生重大變革。本文探討機器人輔助教學過程并應(yīng)用于課堂教學的思路和課堂策略，以期實現(xiàn)機器人輔助教學的人機共育課堂。

[關(guān)鍵詞]機器人 ?輔助教學 ?雙師課堂 ?人機共育

課題：2019年陜西省高等教育教學改革研究課題《智能教育機器人支持下的新型“雙師課堂”教學模式構(gòu)建》研究成果（課題編號：19GY058;主持人：付艷芳）。

基金項目：2019年榆林市科技計劃項目“智能化應(yīng)用技術(shù)研究——智能教育機器人應(yīng)用研究”（項目編號：2019-116-01;主持人：付艷芳）;榆林市2020年科技計劃項目“智慧課堂構(gòu)建的關(guān)鍵技術(shù)與應(yīng)用研究”（項目編號：CXY-2020-018-05;主持人：楊浩）。

當前，人工智能高度發(fā)展，機器人作為教學輔助工具走進普通課堂，在教學質(zhì)量的提高、教學方式的轉(zhuǎn)變等方面展現(xiàn)出前所未有的優(yōu)勢。在傳統(tǒng)的“黑板+粉筆”的教學模式中，教師受個人知識和精力所限，其劣勢日漸突出，作為信息技術(shù)教育新載體的智能教育機器人的重要性就顯現(xiàn)出來了，機器人智能教學系統(tǒng)具有的語音輸入輸出、移動、肢體動作和屏幕顯示等功能，使教學活動過程中機器人輔助教學完全可以實現(xiàn)。

機器人輔助教育即Robot Assisted Education，簡稱RAE，將機器人應(yīng)用于教學過程，輔助教師完成教學任務(wù)，利用機器人智能化的功能，與學習者交流互動，實現(xiàn)個性化教學的目的。機器人輔助教學是指將機器人作為主要教學工具和媒體所進行的教學活動。機器人在課堂上輸出教學信息，開展現(xiàn)場教學，可以進行演示教學內(nèi)容、交流互動、評價教學等課堂教學環(huán)節(jié)，可以通過三種方式實現(xiàn)教學：由機器人完全擔任教師，完成教學活動的各個環(huán)節(jié);擔任教學輔助者，根據(jù)學生的個體差異制定不同的學習計劃;作為學習合作者，配合學生完成課堂任務(wù)。

機器人輔助下的教學探究

智能機器人在講授知識時，表情、角色、聲音、語氣語調(diào)等可以適時調(diào)整、轉(zhuǎn)換。憑借網(wǎng)絡(luò)大數(shù)據(jù)，在知識儲備、問題答疑等方面機器人比教師更具有優(yōu)勢，可以在課堂上由任課教師的控制和安排完成教學任務(wù)。

1.機器人輔助教學的優(yōu)勢

機器人輔助教學作為一種新的教學載體運用于教學過程，在課堂上作為“模擬”教師，輔助教師完成這一高度智能的活動，機器人輔助教學的優(yōu)勢在于集人類教學專家的經(jīng)驗和系統(tǒng)推理功能于一身，因材施教，人工智能的某些功能上還優(yōu)于人腦，彌補和克服人類思維的某些不足，是一種“具有某一領(lǐng)域的學科知識和相關(guān)的教學知識、能對學生進行個別化教學，即能根據(jù)學生對知識的理解掌握程度，選擇相應(yīng)的教學策略，在一定程度上模擬人類教學專家進行教學活動”的智能教學系統(tǒng)。機器人憑借其強大的智能系統(tǒng)，可以博采眾長，將先進的良好的教學經(jīng)驗、知識、智慧、方法等集于一身，是任課教師個體智慧和知識量所無法比擬的。

機器人輔助下的課堂環(huán)境會發(fā)生相應(yīng)的變化，為了教學的需要，在每個課桌的桌面、墻壁上安裝觸摸屏，黑板和粉筆等傳統(tǒng)教學設(shè)備變?yōu)檩o助教具;教學過程在機器人和教師的雙重操控下，變成一個多維的聲、像等空間，教師可以把檢查作業(yè)這項繁重的勞動交給機器人完成，課堂作業(yè)和家庭作業(yè)機器人都可以在很短的時間內(nèi)完成;機器人輔助的課堂，在完成教學任務(wù)的過程中，以音頻或視頻資料的方式儲存下來，方便學生和教師后期查閱，實現(xiàn)教學過程的全面檢測及課后師生雙方查缺補漏，同時，對學生的過程性考核和形成性評價的依據(jù)性更強。

2.師生共同受益

對學生而言，機器人輔助教學課堂，在對課堂教學目標和學習內(nèi)容分析的基礎(chǔ)上提出與本節(jié)課內(nèi)容相關(guān)的問題，在機器人參與下為學生提供“學習策略”“學習情境”“認知工具”“學習資源”等真實的學習情景，學生以問題為導(dǎo)向自主探究學習，以問題為核心來驅(qū)動學習。教學過程強調(diào)情境創(chuàng)設(shè)和協(xié)作學習，以學習者為中心，主動幫助學習者建立良好的學習環(huán)境，提供優(yōu)化的學習策略，學生自主構(gòu)建知識;強調(diào)個性化的學習指導(dǎo)與幫助，突出教師在教學中的主導(dǎo)作用，用機器人幫助教師進行教學活動，提高教學效率。

對教師而言，機器人輔助教學課堂讓教師的角色發(fā)生了轉(zhuǎn)換，教師由原來的直接教學變?yōu)殚g接主導(dǎo)教學，職責主要包括主持、設(shè)計、示范、監(jiān)督和評價，首先教師要分析學情，根據(jù)學情創(chuàng)設(shè)適當?shù)膶W習情境，拋出問題引導(dǎo)學生積極思考，讓學生更好更快地認識、理解針對本節(jié)課的內(nèi)容所提出的問題。根據(jù)學生的具體情況，對相關(guān)學科進行整合，將所學的部分或全部學科內(nèi)容進行糅合，啟發(fā)學生劃分知識層次，使所學知識由分到總，督促學生記錄自己的課堂收獲，以期收到更好的理解問題的效果，達到學生對知識掌握系統(tǒng)化、全面化的目的。

機器人輔助教學設(shè)計思路

機器人輔助教學主要是通過課堂講授的方式實現(xiàn)，課堂上機器人的角色是教師，按設(shè)定的程序輔助教學，內(nèi)容包括導(dǎo)入、課程內(nèi)容的講解、問題的提出、重難點的講解，教學過程中在教室走動來觀察學生對知識的掌握程度，機器人授課的語音和動作通過文字、聲音、圖片、視頻等形式在課堂上呈現(xiàn)出來，構(gòu)建全新的學習情境，學生以問題為導(dǎo)向進行探究式學習。在教學過程中，教師的角色發(fā)生了改變，即由主導(dǎo)轉(zhuǎn)變?yōu)檩o導(dǎo)，主要任務(wù)是觀察學生的學習情況，及時指導(dǎo)學生的疑問，在分擔教師教學任務(wù)的同時提升了課堂效率。

1.課前預(yù)設(shè)教學程序

機器人輔助教學的課前準備工作比傳統(tǒng)的教學復(fù)雜，為確保教學工作能順利進行，教師課前必須反復(fù)檢查機器人等設(shè)備，對機器人反復(fù)調(diào)試，對教室主控臺及投影儀的檢查。教師根據(jù)課程教學設(shè)計，通過編程輸入本節(jié)課所學的課程內(nèi)容，準備好教學學習資源及PPT課件等，避免教學過程中授課的隨意性。

2.課中教學實施

課堂教學過程中，輔助教學機器人被帶到教室，輔助課堂教學，教師控制主控系統(tǒng)來控制機器人的語音和動作，同時播放所需的教學素材，機器人替代教師講解內(nèi)容，以圖文、音頻、視頻等多媒體方式播放課件。機器人通過多媒體手段創(chuàng)設(shè)相應(yīng)的教學情境，充實教學過程、產(chǎn)生感觀沖擊，在模擬現(xiàn)實環(huán)境下增強課堂的感染力與說服力，同時，節(jié)約板書等時間，適當增加課程拓展知識，使課堂知識含量增大。教師負責組織教學過程，監(jiān)督學生學習，及時補充機器人遺漏的知識，糾正講解偏差，以此來保證教學活動的開展。

學生在學習時必然會遇到各種問題，教師借助機器人的智能存儲功能和語音識別功能，和學生溝通、交流、互動，以在線答疑的方式實時解答學生的疑問，機器人的觸摸屏可以解答每一個學生的提問，必要時與學生就問題展開個別交流。具體步驟如下：課前教師把本節(jié)課的內(nèi)容、知識點、問題、答案輸入機器人的存儲卡中，學生向機器人提問相關(guān)問題，機器人通過智能搜索在存儲卡的知識庫中尋找相關(guān)答案，然后回答問題;如果搜不到相關(guān)問題和答案，機器人會在網(wǎng)絡(luò)環(huán)境下搜索并解答，以語音輸出、圖文或視頻等多種形式解答學生的問題。

3.課后教學總結(jié)

每一次教學活動結(jié)束之后，機器人總結(jié)課堂所學知識點，通過設(shè)計相關(guān)的課堂測試來檢驗學生對本次課堂知識點的掌握程度，教師對結(jié)果進行記錄并分析。教師每一節(jié)課都必須及時對課堂教學過程進行詳細梳理，對教學效果進行準確評估，總結(jié)本節(jié)課的優(yōu)點和缺點，對于優(yōu)點在以后的教學中繼續(xù)使用，對于缺點要找出原因，以此來優(yōu)化機器人系統(tǒng)設(shè)置，不斷審視教學環(huán)節(jié)，改進教學方式，調(diào)整教學策略，保證后續(xù)教學活動更富有成效。

機器人參與的課堂應(yīng)用策略

在大數(shù)據(jù)的支撐下，機器人參與教學邁出了智能教育的重要一步。通過大數(shù)據(jù)對信息進行搜索、分析、處理，及時回答學生提出的問題，針對不同學生的學習情況個性化輔導(dǎo)。課前通過數(shù)據(jù)分析，為教師提供備選教學流程;課堂上代替教師做演示，配合教師講解或完全替代教師講解，適時調(diào)節(jié)、活躍課堂氣氛;課后輔助教師對教學過程中形成的、已上傳及貯存的數(shù)據(jù)進行統(tǒng)計分析，準確監(jiān)測、評估每一節(jié)課的教學效果，教師及時調(diào)整并形成更加有效的多種教學、學習策略。

1.學生自主學習

為保證課堂教學順利進行，教師事先將機器人和教學媒體調(diào)試好，機器人直接或教學媒體間接傳授課程知識，然后機器人通過任務(wù)驅(qū)動的方式讓學生自主學習，學生在學習中利用機器人的資源庫獲取知識。

2.發(fā)現(xiàn)式學習

在發(fā)現(xiàn)式學習中，學生不是直接聽教師或機器人講授相關(guān)教學內(nèi)容，而是自己操作機器人或教學媒體演示獲取知識，在此過程中通過仔細觀察、大膽假設(shè)、驗證嘗試、調(diào)整總結(jié)等一系列活動進行學習，通過機器人或教學媒體與教師溝通，自我發(fā)現(xiàn)獲取相關(guān)知識。

3.重視知識形成的過程

教師在實施教學的過程中不能一味地重視知識的傳授，而應(yīng)該讓學生在對新舊知識的融合中，把舊知識遷移到新知識中，運用知識對問題進行對比聯(lián)想，找出知識與問題的關(guān)聯(lián)，從而實現(xiàn)知識的遷移，通過遷移將知識內(nèi)化為能力，遷移內(nèi)化過程中允許學生有缺憾，鼓勵學生發(fā)現(xiàn)問題、解決問題，在自我探索與發(fā)現(xiàn)中獲取知識。

4.師生雙向交流

教師控制課堂及機器人，上課前教師調(diào)試機器人，將本節(jié)課的教學內(nèi)容輸入機器人和教學媒體中，課堂上機器人通過教學媒體講授教學內(nèi)容，學生在學習時將學習信息反饋給機器人，學生有問題可以請教老師，也可以向機器人尋求幫助，使其共同為學生答疑解惑。

機器人融入教育輔助教學代替教師的部分教學工作，以此來減輕教師的負擔，同時在教室、教師角色、課堂、教學方式、手段發(fā)生技術(shù)性重大變革的基礎(chǔ)上，增強課堂的趣味性、民主性和多樣性，提高學生的學習興趣，加強對知識的理解與記憶，這種全新的教育教學輔助手段的應(yīng)用，在一定程度上有利于激發(fā)學生的思維方式、創(chuàng)造動機和創(chuàng)新能力。

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作者單位：榆林職業(yè)技術(shù)學院師范教育系 ?陜西榆林