智能教育机器人支持下的“双师课堂”教学模式构建

付艳芳 杨浩 方娟 刘晓宁

[摘  要]随着机器人技术和人工智能技术的发展，机器人的知识覆盖面和智能化水平越来越高，这就使机器人辅助教学成为了可能，机器人辅助教学改变传统的课堂方式，构建“双师”课堂教学模式，必将在教育教学领域发生重大变革。本文探讨机器人辅助教学过程并应用于课堂教学的思路和课堂策略，以期实现机器人辅助教学的人机共育课堂。

[关键词]机器人  辅助教学  双师课堂  人机共育

课题：2019年陕西省高等教育教学改革研究课题《智能教育机器人支持下的新型“双师课堂”教学模式构建》研究成果（课题编号：19GY058;主持人：付艳芳）。

基金项目：2019年榆林市科技计划项目“智能化应用技术研究——智能教育机器人应用研究”（项目编号：2019-116-01;主持人：付艳芳）;榆林市2020年科技计划项目“智慧课堂构建的关键技术与应用研究”（项目编号：CXY-2020-018-05;主持人：杨浩）。

当前，人工智能高度发展，机器人作为教学辅助工具走进普通课堂，在教学质量的提高、教学方式的转变等方面展现出前所未有的优势。在传统的“黑板+粉笔”的教学模式中，教师受个人知识和精力所限，其劣势日渐突出，作为信息技术教育新载体的智能教育机器人的重要性就显现出来了，机器人智能教学系统具有的语音输入输出、移动、肢体动作和屏幕显示等功能，使教学活动过程中机器人辅助教学完全可以实现。

机器人辅助教育即Robot Assisted Education，简称RAE，将机器人应用于教学过程，辅助教师完成教学任务，利用机器人智能化的功能，与学习者交流互动，实现个性化教学的目的。机器人辅助教学是指将机器人作为主要教学工具和媒体所进行的教学活动。机器人在课堂上输出教学信息，开展现场教学，可以进行演示教学内容、交流互动、评价教学等课堂教学环节，可以通过三种方式实现教学：由机器人完全担任教师，完成教学活动的各个环节;担任教学辅助者，根据学生的个体差异制定不同的学习计划;作为学习合作者，配合学生完成课堂任务。

机器人辅助下的教学探究

智能机器人在讲授知识时，表情、角色、声音、语气语调等可以适时调整、转换。凭借网络大数据，在知识储备、问题答疑等方面机器人比教师更具有优势，可以在课堂上由任课教师的控制和安排完成教学任务。

1.机器人辅助教学的优势

机器人辅助教学作为一种新的教学载体运用于教学过程，在课堂上作为“模拟”教师，辅助教师完成这一高度智能的活动，机器人辅助教学的优势在于集人类教学专家的经验和系统推理功能于一身，因材施教，人工智能的某些功能上还优于人脑，弥补和克服人类思维的某些不足，是一种“具有某一领域的学科知识和相关的教学知识、能对学生进行个别化教学，即能根据学生对知识的理解掌握程度，选择相应的教学策略，在一定程度上模拟人类教学专家进行教学活动”的智能教学系统。机器人凭借其强大的智能系统，可以博采众长，将先进的良好的教学经验、知识、智慧、方法等集于一身，是任课教师个体智慧和知识量所无法比拟的。

机器人辅助下的课堂环境会发生相应的变化，為了教学的需要，在每个课桌的桌面、墙壁上安装触摸屏，黑板和粉笔等传统教学设备变为辅助教具;教学过程在机器人和教师的双重操控下，变成一个多维的声、像等空间，教师可以把检查作业这项繁重的劳动交给机器人完成，课堂作业和家庭作业机器人都可以在很短的时间内完成;机器人辅助的课堂，在完成教学任务的过程中，以音频或视频资料的方式储存下来，方便学生和教师后期查阅，实现教学过程的全面检测及课后师生双方查缺补漏，同时，对学生的过程性考核和形成性评价的依据性更强。

2.师生共同受益

对学生而言，机器人辅助教学课堂，在对课堂教学目标和学习内容分析的基础上提出与本节课内容相关的问题，在机器人参与下为学生提供“学习策略”“学习情境”“认知工具”“学习资源”等真实的学习情景，学生以问题为导向自主探究学习，以问题为核心来驱动学习。教学过程强调情境创设和协作学习，以学习者为中心，主动帮助学习者建立良好的学习环境，提供优化的学习策略，学生自主构建知识;强调个性化的学习指导与帮助，突出教师在教学中的主导作用，用机器人帮助教师进行教学活动，提高教学效率。

对教师而言，机器人辅助教学课堂让教师的角色发生了转换，教师由原来的直接教学变为间接主导教学，职责主要包括主持、设计、示范、监督和评价，首先教师要分析学情，根据学情创设适当的学习情境，抛出问题引导学生积极思考，让学生更好更快地认识、理解针对本节课的内容所提出的问题。根据学生的具体情况，对相关学科进行整合，将所学的部分或全部学科内容进行糅合，启发学生划分知识层次，使所学知识由分到总，督促学生记录自己的课堂收获，以期收到更好的理解问题的效果，达到学生对知识掌握系统化、全面化的目的。

机器人辅助教学设计思路

机器人辅助教学主要是通过课堂讲授的方式实现，课堂上机器人的角色是教师，按设定的程序辅助教学，内容包括导入、课程内容的讲解、问题的提出、重难点的讲解，教学过程中在教室走动来观察学生对知识的掌握程度，机器人授课的语音和动作通过文字、声音、图片、视频等形式在课堂上呈现出来，构建全新的学习情境，学生以问题为导向进行探究式学习。在教学过程中，教师的角色发生了改变，即由主导转变为辅导，主要任务是观察学生的学习情况，及时指导学生的疑问，在分担教师教学任务的同时提升了课堂效率。

1.课前预设教学程序

机器人辅助教学的课前准备工作比传统的教学复杂，为确保教学工作能顺利进行，教师课前必须反复检查机器人等设备，对机器人反复调试，对教室主控台及投影仪的检查。教师根据课程教学设计，通过编程输入本节课所学的课程内容，准备好教学学习资源及PPT课件等，避免教学过程中授课的随意性。

2.课中教学实施

课堂教学过程中，辅助教学机器人被带到教室，辅助课堂教学，教师控制主控系统来控制机器人的语音和动作，同时播放所需的教学素材，机器人替代教师讲解内容，以图文、音频、视频等多媒体方式播放课件。机器人通过多媒体手段创设相应的教学情境，充实教学过程、产生感观冲击，在模拟现实环境下增强课堂的感染力与说服力，同时，节约板书等时间，适当增加课程拓展知识，使课堂知识含量增大。教师负责组织教学过程，监督学生学习，及时补充机器人遗漏的知识，纠正讲解偏差，以此来保证教学活动的开展。

学生在学习时必然会遇到各种问题，教师借助机器人的智能存储功能和语音识别功能，和学生沟通、交流、互动，以在线答疑的方式实时解答学生的疑问，机器人的触摸屏可以解答每一个学生的提问，必要时与学生就问题展开个别交流。具体步骤如下：课前教师把本节课的内容、知识点、问题、答案输入机器人的存储卡中，学生向机器人提问相关问题，机器人通过智能搜索在存储卡的知识库中寻找相关答案，然后回答问题;如果搜不到相关问题和答案，机器人会在网络环境下搜索并解答，以语音输出、图文或视频等多种形式解答学生的问题。

3.课后教学总结

每一次教学活动结束之后，机器人总结课堂所学知识点，通过设计相关的课堂测试来检验学生对本次课堂知识点的掌握程度，教师对结果进行记录并分析。教师每一节课都必须及时对课堂教学过程进行详细梳理，对教学效果进行准确评估，总结本节课的优点和缺点，对于优点在以后的教学中继续使用，对于缺点要找出原因，以此来优化机器人系统设置，不断审视教学环节，改进教学方式，调整教学策略，保证后续教学活动更富有成效。

机器人参与的课堂应用策略

在大数据的支撑下，机器人参与教学迈出了智能教育的重要一步。通过大数据对信息进行搜索、分析、处理，及时回答学生提出的问题，针对不同学生的学习情况个性化辅导。课前通过数据分析，为教师提供备选教学流程;课堂上代替教师做演示，配合教师讲解或完全替代教师讲解，适时调节、活跃课堂气氛;课后辅助教师对教学过程中形成的、已上传及贮存的数据进行统计分析，准确监测、评估每一节课的教学效果，教师及时调整并形成更加有效的多种教学、学习策略。

1.学生自主学习

为保证课堂教学顺利进行，教师事先将机器人和教学媒体调试好，机器人直接或教学媒体间接传授课程知识，然后机器人通过任务驱动的方式让学生自主学习，学生在学习中利用机器人的资源库获取知识。

2.发现式学习

在发现式学习中，学生不是直接听教师或机器人讲授相关教学内容，而是自己操作机器人或教学媒体演示获取知识，在此过程中通过仔细观察、大胆假设、验证尝试、调整总结等一系列活动进行学习，通过机器人或教学媒体与教师沟通，自我发现获取相关知识。

3.重视知识形成的过程

教师在实施教学的过程中不能一味地重视知识的传授，而应该让学生在对新旧知识的融合中，把旧知识迁移到新知识中，运用知识对问题进行对比联想，找出知识与问题的关联，从而实现知识的迁移，通过迁移将知识内化为能力，迁移内化过程中允许学生有缺憾，鼓励学生发现问题、解决问题，在自我探索与发现中获取知识。

4.师生双向交流

教师控制课堂及机器人，上课前教师调试机器人，将本节课的教学内容输入机器人和教学媒体中，课堂上机器人通过教学媒体讲授教学内容，学生在学习时将学习信息反馈给机器人，学生有问题可以请教老师，也可以向机器人寻求帮助，使其共同为学生答疑解惑。

机器人融入教育辅助教学代替教师的部分教学工作，以此来减轻教师的负担，同时在教室、教师角色、课堂、教学方式、手段发生技术性重大变革的基础上，增强课堂的趣味性、民主性和多样性，提高学生的学习兴趣，加强对知识的理解与记忆，这种全新的教育教学辅助手段的应用，在一定程度上有利于激发学生的思维方式、创造动机和创新能力。

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作者单位：榆林职业技术学院师范教育系  陕西榆林