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机器人教育网推荐优秀论文《论机器人教育》


竞赛普及 福建省青少年科技活动中心办公室  2010-3-25 17:08:25 访问量:2610

 

 出处:《电化教育研究》 作者:彭绍东 机器人教育网 2006年12月11日
自古以来,人类就有追求自我解放和自我超越的理想。制造和使用石制工具是蛮荒时代人类战胜恶劣生存环境的理想。发明文字、印刷术是农耕时代人类交流信息、传承文明的理想。使用计算机、网络是电气时代人类延伸大脑功能、超越时空的理想。自古至今人类在对人体自身的探索中,从没有放弃过制造和使用机器人的理想,机器人教育的理想必将在21世纪逐步实现!
    一、机器人教育的定义
    (一)教学机器人的特征分析
教学机器人是指具有辅助教学、管理教学、处理教学事务乃至主持教学等功能的机器人。作为一个理想的教学机器人,应具有如下9个方面的特性:
    1.教学性。教学机器人不同于工业机器人等其他机器人,它主要用于传道、受业、解惑以及处理教学事务等工作,应按教育工作者的职业要求赋予教学机器人教学特色。
    2.人机友好性。教学机器人要被师生所接受,必须有人性化的人机界面,人机信息交流无障碍,操作使用灵巧。特别是对师生的提问与请求,应百问不烦语言诚恳,不能伤害师生的自尊心。
    3.高智能性。教学机器人应具有较强的观察力注意力、记忆力、思维力,对师生的状态能及时、准确分析并迅速作出较正确的反应。
    4.自主性。教学机器人应具有较强的自主决策能力、环境适应能力、自我控制能力。
    5.知识丰富性。教学机器人应具有广博的知识面与深厚专业知识,特别是应熟悉学科最新成果,具有知识的变通表达能力。
    6.多功能性。教学机器人应具有辅助教学、管理教学、处理日常事务等多种功能。
    7.多形态性。教学机器人可以有多种形态,既可以是人型可走动的机器人,也可以是固定在教室的机器人,甚至是电脑软件型机器人。
    8.专业性。教学机器人不是万能的,应赋予其一定的专业特色与专门职责,并注意加强各学科教学机器人之间的协调。
    9.安全性。教学机器人在任何情况下都应该是安全的。不能漏电,不能因电器短路而发生爆炸或烧毁不能突然失去“理智”,应有应急安全措施与设施。关于一般机器人的安全性问题,1950年美国科幻作家阿依塞克·阿西莫夫在《我是机器人》一书中提出了后来被普遍认同的“机器人三原则”:(1)机器人不应伤害人类;(2)机器人应遵守人类的命令,与第一条违背的命令除外;(3)机器人应能保护自己,与第一条相抵触者除外。这些原则,也是教学机器人的设计、制造和使用中所必须遵守的。
    (二)机器人教育的定义
    机器人教育是指学习、利用机器人,优化教育效果及师生劳动方式的理论与实践。该定义的英文表述为:Robot-Based Education is the Theory and Practice of Studying and Utilizing robots to Optimize the Effec to fEducation and the Way of Teachers′and Students’ Work.(Peng Shao dong,March.2002)
    在对该定义的理解中值得注意的几个问题:
    1.机器人教育有理论和实践两大领域理论方面,机器人教育有自身的理论基础与基本理论,能形成相对独立的学科理论体系与方法体系。实践方面,机器人教育是指以机器人为主要教学内容或教学工具而开展的教与学活动,这些活动是在具体实践的过程中逐步完成的。
    2.开展机器人教育有两大目的
一是优化教与学的效果,二是优化教师与学生的劳动方式。前者强调以较少的教育投入(包括人力、物力、财力、时间等)取得较大的教育效果(主要指学生的知识获得、技能形成、情感培养等)。后者是指采用机器人这种教与学的劳动工具,能改善教学方式与方法,减轻师生的劳动强度,缩短劳动时间,提高劳动效率。
    3.机器人教育有五种基本类型
    ·机器人学科教学(Robot Subject Instruction,简称RSI)。
    ·机器人辅助教学(Robot-Assisted Instruction,简称RAI)。
    ·机器人管理教学(Robot-Managed Instruction,简称RMI)。
    ·机器人代理(师生)事务(Robot-Represented Routine,简称RRR)。
    ·机器人主持教学(Robot-Directed Instruction,简称RDI)
    4.机器人教育强调人工智能技术的应用,是信息技术教育的新发展机器人教育的核心基础是人工智能技术在教育中以物化、人性化、智能化的形式加以利用。而人工智能技术是信息技术发展的一次重大飞跃。信息技术教育未来发展的趋势必然是向机器人教育重心转移。
    5.机器人教育的普及将引起人类教育的重大变革
    主要表现在:有助于构建新的教育哲学与教育体系;有助于改革教育思想、方法、课程、教材与评价体系;有助于提高教育质量。
    二、机器人学科教学(RSI)
    (一)为什么要开展机器人学科教学机器人学科教学,是指把机器人学看成是一门科学和一种现代社会成员应该掌握的文化”。在各级各类教育中,以专门课程或学科渗透(整合)的方式,使所有学生都掌握关于机器人学的基本知识与基本技能。
    加强机器人学科教学,具有如下几个方面的必要性:
    1.普及机器人知识的需要
    要破除对机器人的神秘感,提高全社会对机器人的认识,促进机器人在社会各领域的应用,必须通过加强机器人学科教学,使机器人知识普及化。
    2.提高机器人应用水平的需要
    在机器人的应用中,存在着编程控制、管理维护、人机关系等一系列有待处理的工作。只有操作者了解机器人的原理、结构、功能、使用方法、注意事项,才能提高机器人的应用效能。
    3.提高机器人研制能力的需要
    机器人的研制,需要一大批懂得多学科知识的专门人才,特别是要不断学习与应用最新科研成果。这有赖于多形式多层次的机器人教育。
    4.加强机器人专业建设的需要
    开展机器人学科教学,有助于为机器人专业建设创设良好的环境。机器人学科课程、教材、教法的研究,能为机器人专业系列课程的改革提供参考。
    5.深入开展信息技术教育的需要
    开展机器人教育,有助于克服信息技术教育的一些弊端。一是避免片面强调软件工具应用技能的学习而造成的程序设计思维素质培养的缺失。二是避免重“软”轻“硬”、重模仿轻创新、重实践轻理论。
    6.与国际接轨的需要
    日本、美国等一些发达国家高度重视机器人学科教育对高科技社会的作用和影响,已在信息技术课与课外科技活动开设了有关机器人的课程内容。要赶超世界教育先进水平,必须大力加强机器人教育。
    7.迎接智能机器人时代的需要
    据预测,21世纪中期,人类社会将全面进入以智能机器人为代表的智能时代。最近10年,有关机器人的研究与应用水平将取得重大突破。机器人的广泛应用将极大促进社会生产力的发展与产业结构的调整,机器人的制造与销售将成为一个新的经济增长点。开展机器人教育,有助于使我们不至于在机器人时代落伍。
    (二)机器人学科教学的目标、内容、模式与方法
    1.机器人学科教学的目标
    (1)知识方面:了解机器人软件工程、硬件结构功能与应用等方面的基本知识。
    (2)能力方面:能进行机器人程序设计与编写,能拼装多种具有实用功能的机器人,能进行机器人及智能家电的使用维护,能自主开发软件机器人。
    (3)情感方面:培养对人工智能技术的兴趣,真正认识到智能机器人对社会进步与经济发展的作用,积极参加机器人编程比赛、机器人足球赛、机器人百科知识赛等各种课外活动。
    2.机器人学科教学的内容
    模块一:机器人概况
    包括机器人概念、机器人原理、机器人历史、机器人与人、机器人与社会等内容。
    模块二:机器人编程
    包括学会使用Java、VisualC++C、VBasicQBasic、MSWLOGO、PROLOG等编程语言及编程平台的使用,学会数据库程序的编写,能面向问题、面向代理进行编程设计,能开发出实用机器人程序。
    模块三:机器人硬件
    了解机器人的硬件结构体系,重点了解其机械结构、驱动系统、控制系统、感觉系统、通讯系统的原理与结构,学会机器人的模块化组装、控制与维护方法。
    模块四:机器人应用
    了解机器人的功能、应用领域、应用方法与效能,了解机器人以及其他智能电器的操作、使用与维护方法。能在各种机器人知识与能力竞赛中,创造性地综合运用所学知识。
    3.机器人学科教学的模式
    机器人学科教学的模式主要有两种:一是专门课程模式,二是学科整合模式。
    专门课程模式有如下特点:
    (1)在学校教学计划与课程安排中有“机器人”方面的专门课程,如“机器人编程”、“机器人应用”、“机器人概论”、“机器人学”等。
    (2)配有专业教师。
    (3)每周按课表开展一系列的有关机器人的课堂教与学活动。
    (4)有课程评估考核要求。
    北京东四九条小学的机器人学科教学工作开展得有声有色,已取得较为成功的经验。他们于2000年初将原来的计算机课改成“机器人编程课”,并自编了《青少年机器人初级教程——太空穿梭机LOGO、QBASIC语言编程》教材。该教材以“太空穿梭机”这种较简单的履带式教学用编程机器人为主要教具,共安排了20课内容,包括:机器人的定义、分类;“太空穿梭机”的结构、组装、运行环境、随机软件;LOGO、QBASIC语言编程与对“太空穿梭机”的运行控制;机器人的发光、发声、探测等实用程序的编写;未来机器人展望等。该校还建立了“机器人语言与机器人教学”网站(http:www.student.gov.cnrobot)。
    天津职业技术师范学院于1996年开始引进日本的机器人教育经验,结合国情,在“电类”专业中增开了“小型机器人设计与制作”职业技能课程。学生们从中学习了机器人结构设计、制作、调试、模块软件编程等内容。该校还以“小型机器人设计与制作”为课题,组织自控、机械、电子、计算机、工业设计等专业的教师组成跨学科的指导教师小组,指导以上专业的大学生进行毕业设计。学生们在制作多台不同结构和功能的教学用智能机器人的基础上,按照低成本、模块化、系统集成的设计思想,研制了多种通用机器人设计和制作的标准化模块及多种传感器模块。学科整合模式是指将机器人教学内容整合到其他课程的教学中,以其他课程的形式开展机器人学科教学。例如,在自然、劳技、物理、语文、信息技术、人工智能等课程中,都可安排一定的章节,介绍机器人的某一方面的知识与技术。
    华东师大陶增乐教授在全国高等师范计算机教育研究会举办的“2001全国中小学信息技术教育研讨会”上,作了题为《对信息技术课程建设的思考(提纲)》的报告。他在报告中提出中小学信息技术课程应以“信息科技素养”为宗旨,在小学、初中、高中的教学中贯穿四条主线:“网络通信基础知识的学习和应用”;“算法与程序设计能力的培养”;“常用软件工具的使用”;“技术与课程的整合”。其中的“算法与程序设计能力的培养”中,要求学生能编制简单的机器人程序。
    我们在编写高中《研究性学习》课程教材(湖南教育出版社,2002年1月出版)中,将“机器人科学”与“研究性学习”融为一体,安排了题为《机器人,机焉?人焉?》的单元内容,使学生在研究中了解机器人的概念、种类、用途、原理,在思考中探讨机器人与程序设计、哲学、经济、社会、生活、教育的关系,激发科学热情,培养思维品质。我们在该单元教材中安排以下3种“研究拓展”模块内容,供学生参考。
    拓展实践1:自制能说会听的教学机器人
    如果你的学习条件较好,拥有一台带声卡、话筒、音箱的多媒体电脑,你不妨在电脑上安装语音识别与合成系统,让电脑学会听懂你的语言,并能说话与唱歌。然后命令电脑进行各种以前你必须用键盘和鼠标才能完成的工作。例如,让电脑充当你的秘书,记录你口述的文章,或让电脑充当钢琴演奏家,自动弹奏美妙的歌曲,还可以安装英语学习软件,让电脑充当老师,自动纠正英语发音练习中的错误。
    此外,在电脑上安装摄像头和图像识别系统,使电脑能识别人的头像,理解人的喜怒哀乐等情感。
    拓展实践2:寻找“智能代理”机器人
    目前,智能代理(Agent)技术在计算机中已有广泛的应用。如“Office助手”中的“大眼夹”,瑞星杀毒软件中的“安全助手”黄毛狮等。它们可以跟踪检测软件运行状态,智能推测帮助主题,自动采取杀毒行动。比一比:看谁找到的这种“智能代理型”机器人的种类最多,看谁能讲清楚其设置与使用方法,看谁能发现其源程序。
    拓展实践3:给“机器人”在网上安个家
    实践目标:
    (1)学习专题网站的设计、制作、使用方法。
    (2)综合本研究性学习单元的研究活动成果。
    (3)培养基于网络的学习与研究能力。实践过程:建立机器人专题网站的过程,可分为
    6个基本步骤。(略)
    4.机器人学科教学的方法
    机器人学科教学的方法很多,各种基本教学方法与综合性教学方法几乎都可用于机器人学科教学。某一方法的具体选用中,应考虑教学目标的要求、教材内容的难度、教学对象的学习基础与教学条件的差异。其中,机器人基本理论知识的教学可采用讲授法;机器人编程的教学可采用实验法、任务驱动法;机器人哲学内容的教学可采用讨论法;机器人应用内容的教学可采用参观法、演示法;机器人设计、制作的教学可采用竞赛指导法、自主探索法等。
    三、机器人辅助教学(RAI)
    (一)机器人辅助教学的定义、特点和作用
    1.机器人辅助教学的定义
    机器人辅助教学是指师生以机器人为主要教学媒体和工具所进行的教与学活动。与机器人辅助教学概念相近的还有机器人辅助学习(Robot-Assisted Learning,简称RAL),机器人辅助训练(Robot-Assisted Training,简称RAT),机器人辅助教育(Robot-Assisted Education,简称RAE),以及基于机器人的教育(Robot-Based Education,简称RBE)。
    RAL强调用机器人帮助“学”的方面甚于“教”的方面。强调以学习者为中心,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;强调个别化的学习指导与帮助。
    RAT强调用机器人帮助训练学习者的技能,巩固学习成果。包括机器人在学习技能、生活技能、工作技能训练中的各种应用。
    RAE强调用机器人帮助教师进行教学活动以提高教学效率,强调用机器人帮助开展政治思想、伦理道德教育。
    RBE的涵义丰富,涵盖机器人在教育中的各种应用,包括RSI、RAI、RMI、RRR、RDI。
    2.机器人辅助教学的特点
    (1)智能化。机器人辅助教学系统具有智能识别、自主判断、优化决策等功能,能自主建构学习环境,实施个性化的因材施教。
    (2)自动化。机器人辅助教学系统能在外界干预少的情况下全自动运行。
    (3)人性化。教学机器人一般具有人性化的图像识别、语音识别与合成、逻辑推理、知识记忆等功能,能与师生进行多种语言符号的对话。
    (4)自学习性。机器人辅助教学系统本身具有一定的自学能力,能不断更新学习者特征库,跟踪学习过程,记录学习情况,以便不断调整教学策略,提高教学水平。
    (5)可控性。可以对教学机器人的知识库、推理机、决策器、解释器等模块进行预设,通过编程控制与外表装饰,使教学机器人具有温柔型、睿智型、幽默型、活泼型等可供选择的人性化特征类型。
    (6)可移动性。教学机器人可以采用轮式、履带式,甚至步行式机械移动装置,改变其在教学中的站位与角度,以获得最佳的传播效果。还可搬运、操作多种实验仪器,代替教师、学生进行一些风险较大的实验演示。
    3.机器人辅助教学的作用
    (1)从社会学角度看,机器人在教学系统这个微型社区中可以扮演教师、学习伙伴、助手等多个角色,承担相应的任务,发挥相应的作用:
    ·充当教师。教学机器人可以像学识渊博、观察细致、才思敏捷、诲人不倦的教师那样,从事知识传授、答疑解惑、学习指导、训练技能等工作。
    ·充当学习伙伴。教学机器人可以扮演与学生友好合作、平等竞争、相互启发、共同探索的学习伙伴及竞争对手,使学生在合作与竞争中获得激励与进步。
    ·充当助手。机器人可以充当教师备课与科研的助手,学生写作、阅读、思考、实验的助手,帮助搜集、整理、传递有关信息,提高教与学的工作效率。
    (2)从传播学角度看,机器人辅助教学可以使教学信息的传播产生质的升华:
    ·极大扩充传者的知识面。教学机器人贮存的知识库以及所连通的因特网,可以集成全人类的智慧,这是任何优秀教师个人都无法媲美的。
    ·降低受者的学习负担。教学机器人可以成为学习伙伴与助手,替代学生记笔记、整理资料与贮存课堂信息,减轻学习者机械劳动之苦。
    ·信息编码数字化。教学机器人将所有视、听、触信息数字化编码后,贮存在电脑数据库中,并能非线性迅速提取、传递与使用。
    ·信息译码自动化。教学机器人可利用模式识别技术对语音、文字、图像自动识别与翻译。
    ·信道多样化。机器人辅助教学系统的信息传播通道有视通道、听通道、触通道,以及宽带网络信号传输通道等。
    ·反馈调控智能化。教学机器人具有丰富的人机对话、高速的数据处理、智能化的推理、决策与优化控制功能,使得教学系统的反馈调控智能化。
    ·自动分析与排除干扰作用。教学机器人具有的信息过滤与净化功能,能自动排除各种干扰因素,提高信息传播质量。
    (3)从教育心理学角度看,机器人辅助教学可发挥如下几个方面的作用:
    ·激发兴趣。机器人辅助教学能激发学生的好奇心、上进心,并产生浓厚的学习兴趣。
    ·促进感知。机器人辅助教学能突出感知对象,拓展感知通道,促进多感官的协同作用,提高感知效果。
    ·加深理解。学生通过与机器人的多维度对话,可对知识与技能的掌握情况进行自我检测,查漏补缺,从而提高比较、分析、判断、归纳能力,提高理解的深度与准确性。
    ·巩固记忆。机器人辅助教学可以增加学生对知识技能的识记、保持、再认、回忆的方式,提高记忆效果。
    ·综合运用。机器人辅助教学能为学生综合运用所学知识技能提供新的平台与途径。
然而,机器人辅助教学并不是万能的,其局限性与负面影响依然存在。对此,我们必须保持清醒的认识。
    (二)机器人辅助教学系统的类型与组成
    1.机器人辅助教学系统的类型
    (1)按形态分,有人形机器人辅助教学系统和非人形机器人辅助教学系统。人形机器人辅助教学系统由人形(或类人形)机器人承担辅助教学任务,有较熟悉的交互界面,师生在与机器人的对话中,心理障碍较少。非人形机器人辅助教学系统可以是动物形,或者器物形,使用较简便、有趣。
    (2)按移动性能分,有活动型机器人辅助教学系统与固定型机器人辅助教学系统。前者的活动方式有平移、转动、走动以及其他复杂运动。其优势在于教学中具有较大的灵活性。后者的安装、使用与维护一般较简便,常装备在智能化教室中。例如,可以将机器人的眼睛(摄像机)、耳朵(拾音器)、口(喇叭)装在教室四周甚至课桌上,将机器人的大脑(电脑)装在讲台内,将电子白板挂在讲台前,将预先编制的课程计划、课程内容存在电脑中,从而使整个教室变为一个机器人教学系统。
    (3)按智能水平分,有编程控制型机器人辅助教学系统和智能自控型机器人辅助教学系统。前者能感知外界的部分信息,通过人机对话,能按预先编制的教学程序选择教学策略进行教学,是计算机辅助教学(CAI)的一种延伸。后者能主动辨识学习者特征,能与师生进行自然语言的有声对话,能自主确定教学策略,具有较强的推理与决策能力。
    (4)按适用范围分,有通用型机器人辅助教学系统与专用型机器人辅助教学系统。前者具有较广泛的适应能力、较大的知识库、较一般的外在形象,多用于学校公共课的教学。后者则具有较强的针对性与专业特色,多用于专业教学或特定对象的个别教学。
    (5)按功能分,有主讲型机器人辅助教学系统、辅导机器人辅助教学系统、训练型机器人辅助教学系统、情感型机器人辅助教学系统。主讲型机器人具有较强的语言表达能力,能讲述、讲解、讲读、讲演教学内容。辅导型机器人具有较强的思辨能力,能准确理解师生提出的各种问题,帮助求解,给予正确的提示、启发、诱导乃至给出答案。训练型机器人多用于训练学生的某种技能,训练过程中特别注意及时反馈与强化。情感型教学机器人能理解与表达某些情感,能对师生给予某些关爱,特别适合于对学生的心理疾病进行矫治,以及进行思想道德教育。
    2.机器人辅助教学系统的组成
    机器人辅助教学系统的基本组成可分为以下八个部分。
    (1)感觉系统。包括视觉、听觉、触觉、位移觉、接近觉传感器及其附属组件。每种传感器上都配有模数转换部件,以便将采集到的各种模拟量转换成计算机能处理的数字量。其中,视觉系统要求能摄取师生的形象特征;听觉系统要求能拾取师生的声音特征;触觉系统主要用于判断机器人与外界物接触的力度(压觉)、光滑度(滑觉),以便用它来感测物体搬运及各种操作的情况;位移觉主要用于判断机器人的位置移动情况,以便精确定位;接近觉用于判断一定范围内是否有其他物体存在,以便使机器人在移动时能避开障碍物,提高安全性能。
    (2)运算、推理、决策系统。这是机器人辅助教学系统的神经中枢。要求能进行数字运算、逻辑运算、模糊运算及神经运算,具有归纳、演绎推理能力,能根据系统目标、环境状况、自身条件等因素进行高级求解与决策。
    (3)专家知识库系统。该系统可采用分布式、协同式结构,将与各科课程有关的知识以素材单元或微教学单元的形式积聚成库。该知识库应对知识单元的难度、适用对象、相关知识等加以表征。为了使该库不断更新,应使其具有自主学习与智能搜索能力。
    (4)教学策略库系统。该系统应具有下列智能特征:能诊断、评价学生的学习情况与教学目标的达成难易,并根据教学内容特征,自动选择教学策略、模式与方法,自动调整教学进度,自动生成各种问题与练习,自动解决问题生成答案。
    (5)学生特征库系统。该系统建有多种学生模型,在运行过程中,能不断将学生的形象特征、知识特征、能力特征、学习过程特征、学习需求特征等特征参数提取、贮存,以便针对学生情况因材施教。在建库时还应注意区分共有特征与个体特征,以免学生特征库过于庞杂。建构学生模型的方法主要有覆盖法、差错法、规划法、学习历史法等。
    (6)运动系统。该系统包括动力子系统、机械子系统、定位子系统,能使机器人整体运动与各部件活动,还具有支持自身重量与平衡以及精确定位等功能。
    (7)输出系统。该系统包括显示子系统、打印子系统、语音合成(说话)子系统、网络接口子系统乃至表情动作等体态语输出子系统等。蓝牙(Bluetooth)技术在该系统中将发挥重要作用。
    (8)协调、控制与安全系统。该系统具有并行处理、整体协调、实时控制、安全保护等功能。其核心职能是解决机器人辅助教学系统内外的各种冲突。
    (三)机器人辅助教学的过程与模式
    1.机器人辅助教学的过程
    机器人辅助教学的基本过程可分为三个阶段:准备阶段、实施阶段、总结阶段。教师、学生、机器人在这三个阶段都有着各自的任务和职能,见下表。

 


    2.机器人辅助教学的主要模式
    (1)机器人模拟教学模式
该模式利用机器人模拟自然科学或社会科学的某些规律,产生各种与现实世界相类似的现象,供学生观察,帮助学生认识(发现)和理解这些规律与现象的本质。其具体应用类型有:演示模拟、操作模拟、过程模拟等。
    该模式在有关人体结构、功能与行为的学科教育中有较广泛的应用。例如,英国布里斯托尔医疗模拟中心的医生利用机器人模拟“病人”,进行了诊断治疗操作的辅助教学。该模拟型机器“病人”体内充满电子元件与管路,能模拟脉搏、心跳、呼吸、血液循环、排尿等人体现象,可进行药物注射,并对其他治疗作出反应。
    (2)机器人个别辅导模式
    现代社会是一个张扬人性的时代。充分尊重学习者的个性是现代教育得以有效实施的前提。批量化的班级教学与大面积的广播教学,也无不以个别化学习为基础。机器人个别辅导模式发挥了机器人的并行处理与多样化设置的优势,使每一位学习者都能得到度身定制的学习指导。
机器人个别辅导模式可用于下面几种情况:
    ·微型机器人个别辅导。微型机器人以其重量轻、体积小、携带方便等优势,使学习者可以随时随地穿戴或携带它,在任何时候都可以得到学习帮助。
    ·家庭机器人个别辅导。在婴幼儿教育、中小学生课外教育以及成人自学教育中,家庭机器人可以担负起“家庭教师”的职责。
    ·软件机器人个别辅导。软件机器人存在于电脑及网络中,可对每个学习者的学习情况进行跟踪记录与分析,实施个别化的学习咨询与指导。
    (3)机器人辅助训练模式
    在各种技能技巧的教学训练中,教师往往要做大量重复性的操作示范,其人力消耗较大。采用机器人做操作示范,可以使教师从疲劳泛味的劳动中解放出来,可节省教师工资成本。
    机器人辅助训练模式在各级各类教育中都有适用领域。例如,体育运动、舞蹈、绘画、唱歌等动作技巧的训练示范与指导中可采用机器人,机器设备使用技能、医疗手术技能的训练中也可采用机器人。
    (4)机器人游戏教学模式
机器人游戏教学可以创设一种富有趣味性和竞争性的教学环境,激发学生的学习动机,使学生在富有教育意义而且教学目标明确的游戏活动中学习知识、掌握技能、培养良好的心理素质。
    机器人游戏教学中应注意:一是游戏内容必须与教学内容有关,游戏主题思想必须积极、健康。二是游戏规则中应包含所要达到的教学目标。三是可以让机器人扮演竞争者及裁判者角色。四是要提出明确的竞争目标、游戏时间。游戏应在有限的时间内达到目标状态,而不能无休止地持续下去。
    (5)机器人远程教学模式
    该模式注重发挥机器人的通讯、交互、并行处理与数据库功能,在网上论坛、网上图书馆、网上BBS(电子公告板)的教育应用中,机器人可发挥较大作用。
    机器人用于远程教学,一方面可以提高远程教学的智能化水平,另一方面可望通过建立远程学生模型特征库,同时对多名学习者实施个别化教学,从而完成以往教师难以完成或无法完成的许多工作。
    此外,还有机器人辅助讲授模式、机器人辅助听课模式、机器人辅助求解模式,等等,不一一赘述。
    四、机器人管理教学(RMI)
    机器人管理教学是指机器人在课堂教学管理、教务管理、学校财务管理、学校人事管理、教学设备管理中所发挥的计划、组织、协调、指挥与控制作用。
    (一)机器人在课堂教学管理中的应用机器人能实时采集与分析处理课堂教学信息,并迅速为教师的教学决策与学生学习方法的选择提供重要信息。能在课堂实况记录、师生考勤、课堂教学评估、学生成绩测试、教学难度与目标达成度分析等方面发挥良好作用。
    (二)机器人在教务管理中的应用
    机器人以其高速运算、大量数据实时处理、人机对话等卓越性能,在学校教学计划管理、课程课表管理、学籍学分管理、考试组织、阅卷与成绩分析、教学问题诊断、教改实验研究等方面,均可发挥积极作用。
    (三)机器人在学校财务管理中的应用
    在学校财务管理中,机器人可以发挥其严格遵守财经制度,不徇私情,财务计划、核算、记帐、分析与报告、审计等迅速准确的独特优势,为学校科学理财、民主理财发挥良好作用。
    (四)机器人在学校人事管理中的应用
    人事管理是学校管理中最重要最复杂最微妙的工作,其目标是优化人力资源配置,充分发挥每一位员工的工作积极性,提高全校员工的整体凝聚力、战斗力。机器人在学校人事管理中也有用武之地:
    ·可用于人事档案管理与人事资料统计分析。可将整个学校人事数据库装入机器人的大脑,以便随时调用。
    ·可用于教职员工工作绩效考评。例如,在年度考评中可以采用量化手段自动得出结论,减少以往考评中凭印象、凭关系的状况。
    ·可用于人才引进。利用机器人可以自动到网上去浏览各种人才资源库,从中筛选出可引进的人才,并可自动定向发布招聘信息,进行前期测评与洽谈。
    (五)机器人在教学设备管理中的应用
    在教学设备管理中,机器人可以在制定设备购置计划、选择生产厂家(商家)、洽谈价格、入库建卡、排架、取用搬运、清洁、维修、保管室温湿度控制、实验事故处理、防火防盗等方面发挥良好作用。
    五、机器人代理师生的其他事务(RRR)
    机器人具有人的智慧和人的部分功能,完全能代替师生处理一些课堂教学之外的其他事务。例如,机器人可以重组为一种智能化的交通工具,运送师生上下班。可以充当厨师,自动加工方便食品。可以成为私人秘书,代为约会、收发信件、借还图书资料,甚至可以代为出席会议,代为阅读、思考、记笔记。
    其实,现有的一些智能机器人,已能为师生代理不少事务。如家务机器人、警用机器人、餐馆服务机器人、迎宾机器人、导盲机器人、宠物机器人等,均可用来为师生服务。
    六、机器人主持教学(RDI)
    机器人主持教学(RDI)是机器人在教育中应用的最高层次。这一层次中,机器人在许多方面不再是配角,而是成为教学组织、实施与管理的主人。到那时,机器人的概念也许有必要被重新界定。因为随着克隆技术、转基因技术、纳米技术等科技领域的巨大突破,人们可望设计创造出被称为人工生命的东西。如果把人类智慧基因植入人工生命体内,也许会变成为一个新的物种。那时再区分人与机器人,将是一个复杂的课题。
    这并非痴人说梦。事实上,制造生物计算机与具有活细胞的机器人的研究在国外已经开始。未来学家曾大胆预言,未来电脑将进一步与人结合,21世纪“新新人类”将是机器人与人的混血儿。笔者在《论人类教育革命与教育技术》的系列研究中,曾使用多种预测方法预测到21世纪40年代将发生第6次人类教育革命。这次教育革命的标志主要是智能机器人的大量使用。
    对于RDI时代,人们存着许多担心。担心之一是机器人上岗,教师下岗。这种担心其实是多余的。因为任何先进的机器设备能提高生产率和产品质量,也必然提供更多的就业机会。RDI产生的新就业机会就有教学机器人的设计、生产、维护、改进等工作。担心之二是RDI的质量保证,这不无道理。因为的确需要不断提高机器人的智能水平与教学水平。在提高机器人水平的策略中,采用机器人联合或机器人群体不失为一条好策略。其三是机器人对人伦与师生情感的影响。其四是对机器人本身的教育问题。
    事实上,不管你是担心RDI还是赞成RDI,笔者相信,RDI这种状况在21世纪中期以后必将到来。
    七、关于多重角色教学机器人与多机器人联合教学的讨论
    (一)多重角色教学机器人
    多重角色教学机器人是指在教学中可以扮演教师、管理者、同学、朋友、秘书、学习者替身等多种角色,并能发挥各角色作用的机器人。
    多重角色教学机器人的应用十分重要。因此它具有多功能多用途,能“身兼数职”,具有较大的适应性,能提高使用率与使用效率,降低教学成本。
    多重角色教学机器人的设计、制造具有可行性。可通过采用并行处理、分布处理技术,设置多知识库、多模型库,编制多种运行控制程序等措施来实现。
    (二)多机器人联合教学
    多机器人联合教学是指在教学中同时使用多个相互连接、相互支持、功能互补的机器人,以发挥群体效益,优化教学过程,提高教学效果。
    多机器人联合教学可用于下列情况:一是学生人数较多,一个教学机器人无法胜任大面积教学时。二是个别化教学要求较高时。三是教学内容复杂、教学任务较重,一台教学机器人难以完成时。
    多机器人联合教学中应注意:
    (1)加强多机器人系统的统一指挥、协调与控制,注重机器人之间接口的通畅性、功能的互补性、行动的计划性,力避机器人之间的相互冲突。
    (2)并非教学中同时使用的机器人数越多越好,最好逐步集成多个机器人的功能,使教学机器人能扮演多重角色。
    (3)要特别注意软件机器人与硬件机器人、Agent与机器人的组合运用。
 
[参考文献]
 
[1]彭绍东.第六次人类教育革命的预测和猜想[J].教育技术研究,2000,(3).
[2]彭绍东.信息技术教育学[M].长沙:湖南师范大学出版社,2002.