國外教育機器人輔助語言學(xué)習(xí)研究：認(rèn)知激活與情感驅(qū)動

尚巧巧 王晶瑩 倫應(yīng)杰

摘 要：本文系統(tǒng)分析了國外教育機器人輔助語言學(xué)習(xí)的研究，發(fā)現(xiàn)其內(nèi)容涵蓋兩個方面。第一是對參與者語言學(xué)習(xí)結(jié)果的認(rèn)知激活，第二是側(cè)重于對情感方面驅(qū)動作用研究。前者的研究以詞匯學(xué)習(xí)為主，還包括如閱讀、口語和語法等其他技能;后者關(guān)注教育機器人對學(xué)習(xí)動機的積極影響、教育機器人輔助語言學(xué)習(xí)的新穎性效應(yīng)和教育機器人社會行為的復(fù)雜性。目前我國的教育機器人輔助語言學(xué)習(xí)領(lǐng)域研究尚處于萌芽階段，國外的研究為我國該領(lǐng)域的推進帶來了重要啟示：探索不同語言學(xué)習(xí)主題的最佳方式、提高學(xué)習(xí)興趣與動機和與教育機器人個性化互動。

關(guān)鍵詞：AI;教育機器人;語言學(xué)習(xí);認(rèn)知激活;情感驅(qū)動

人工智能（Artificial Intelligence，以下簡稱AI）是繼蒸汽技術(shù)、電力技術(shù)、計算機及信息技術(shù)革命之后的第四次科技革命的核心驅(qū)動力。隨著新技術(shù)的飛速發(fā)展，AI不僅被廣泛應(yīng)用于制造、金融、交通、醫(yī)療等行業(yè)中，還越來越多地被應(yīng)用于日常生活與教育中，得到了全社會的持續(xù)關(guān)注，并被提升到國家教育戰(zhàn)略的高度?！督逃畔⒒?.0行動計劃》提出要加強智能教學(xué)助手、教育機器人、智能學(xué)伴、語言文字信息化等關(guān)鍵技術(shù)的研究與應(yīng)用。AI技術(shù)的應(yīng)用是信息技術(shù)輔助語言學(xué)習(xí)的最新形式，在計算機和手機/平板電腦等移動終端的信息技術(shù)支持環(huán)境存在的同時，AI技術(shù)促使語言學(xué)習(xí)研究與實踐進入了交互和多元發(fā)展的時期。智能教學(xué)系統(tǒng)以其信息靈活的反饋、真實的語言情境學(xué)習(xí)和積極的學(xué)習(xí)者激勵等特征，在教與學(xué)的過程中發(fā)揮著重要的作用[1]。教育機器人作為AI時代的智能設(shè)備，是機器人在教育領(lǐng)域應(yīng)用的典型代表，是指具有輔助教學(xué)、管理教學(xué)、處理教學(xué)事務(wù)乃至主持教學(xué)等功能的機器人，它具備教學(xué)性、人機友好性、高智能性、自主性、知識豐富性、多功能性、多形態(tài)性、專業(yè)性和安全性九大特點[2]。教育機器人的出現(xiàn)推動了計算機輔助語言學(xué)習(xí)融入AI技術(shù)的變革?；谟嬎銠C的講授、操練、模擬和工具四大類型的信息化教學(xué)手段受到了來自機器人的挑戰(zhàn)。本論文將系統(tǒng)分析教育機器人輔助人類語言學(xué)習(xí)研究，進一步明晰該新興領(lǐng)域的研究方法和策略，為我國教育機器人輔助人類學(xué)習(xí)的后續(xù)理論和實證研究提供啟示。

一、研究背景

隨著現(xiàn)代信息技術(shù)的不斷發(fā)展，技術(shù)支持下的語言學(xué)習(xí)研究成為熱門領(lǐng)域，涵蓋語言教學(xué)軟件開發(fā)、語言教學(xué)材料設(shè)計、語言學(xué)習(xí)環(huán)境創(chuàng)設(shè)、語言教學(xué)模式變革、語言學(xué)習(xí)結(jié)果反饋等新興主題。越來越多的學(xué)者開始將教與學(xué)的信息化看作是突破語言學(xué)習(xí)發(fā)展瓶頸的重要途徑[3]，技術(shù)不僅能作為語言學(xué)習(xí)的輔助工具，還能促進語言能力高效提升。自20世紀(jì)80年代以來，信息技術(shù)的更迭創(chuàng)新與持續(xù)提升，使得計算機輔助語言學(xué)習(xí)（Computer-assisted language learning，Call）、移動終端輔助語言學(xué)習(xí)（Mobile-assisted language learning，Mall）等領(lǐng)域在過去的幾十年里發(fā)展成為全球語言學(xué)習(xí)研究的熱點與核心領(lǐng)域[4]，近年來，人工智能支持的語言學(xué)習(xí)正在悄然興起。人工智能支持的語言學(xué)習(xí)是指以人工智能設(shè)備為輔助工具的語言學(xué)習(xí)，這些設(shè)備能智能地幫助人們完成交際任務(wù)，實現(xiàn)人與人、人與知識、人與環(huán)境進行交互的社會功能[5]。與語言學(xué)習(xí)緊密聯(lián)系的智能輔助工具非常多，可以分為三類：教育機器人、專業(yè)軟件和綜合平臺，這三類智能工具輔助下的語言學(xué)習(xí)統(tǒng)稱為智能語言學(xué)習(xí)（Artificial intelligent language learning，Aill），區(qū)別在于其智能程度的不同，教育機器人的智能化程度最高，能夠發(fā)揮出巨大的潛力。

人工智能、語音識別和仿生科技等是教育機器人未來發(fā)展的關(guān)鍵技術(shù)，是評估其應(yīng)用價值實現(xiàn)的重要標(biāo)準(zhǔn)[6]。北京師范大學(xué)智慧學(xué)習(xí)研究院在2019年發(fā)布的《2019全球教育機器人發(fā)展白皮書》中提到，語言學(xué)習(xí)是用戶群體對教育機器人的重要需求[7]。在國外母語教育和外語教育中，教育機器人也越來越多地?fù)?dān)任導(dǎo)師的角色。機器人輔助語言學(xué)習(xí)（Robot-assisted language learning， Rall）領(lǐng)域發(fā)展迅速，AI技術(shù)的應(yīng)用帶來了語言學(xué)習(xí)的方法論突破與技術(shù)實踐的應(yīng)用創(chuàng)新。國外教育機器人輔助語言學(xué)習(xí)的研究涵蓋兩個方面的內(nèi)容：一方面是對語言學(xué)習(xí)結(jié)果的影響，涉及詞匯學(xué)習(xí)、語法技能、閱讀技能和口語技能等;另一方面是情感作用的研究，探討教育機器人如何影響學(xué)習(xí)者的動機、教育機器人的新穎性以及教育機器人的社會行為對學(xué)習(xí)者的影響。目前，我國教育機器人在輔助語言學(xué)習(xí)應(yīng)用方面處于實踐先導(dǎo)，教育研究則與國外存在一定差距，相關(guān)研究仍處于起步階段，實踐方面雖已呈現(xiàn)出巨大潛力，但尚未轉(zhuǎn)化為系統(tǒng)科學(xué)的教育策略與行之有效的研究模式。因此，對外國教育機器人輔助語言學(xué)習(xí)的研究進行系統(tǒng)性綜述分析顯得尤為必要。

二、教育機器人輔助語言學(xué)習(xí)對認(rèn)知結(jié)果的影響

教育機器人是為了更好地促進學(xué)生的“學(xué)”和教師的“教”而研發(fā)的，它的出現(xiàn)并不是為了取代人類教師，對教育機器人的研究可以豐富人類在認(rèn)知和行為等領(lǐng)域的已有經(jīng)驗。整體來看，教育機器人輔助語言學(xué)習(xí)對學(xué)習(xí)結(jié)果的影響是積極的，在輔助詞匯學(xué)習(xí)和口語技能方面存在差異性結(jié)果，而在語法技能、閱讀技能方面均表現(xiàn)出良好的輔助效果。

（一）教育機器人有效輔助詞匯學(xué)習(xí)

縱觀國際上教育機器人輔助語言學(xué)習(xí)的研究，三分之一的數(shù)量集中在詞匯學(xué)習(xí)領(lǐng)域，研究對象多為學(xué)齡前兒童或剛?cè)雽W(xué)的兒童。詞匯是一切語言學(xué)習(xí)的基礎(chǔ)，無論學(xué)習(xí)者處在母語還是外語的聽、說、讀、寫活動過程中，都需要掌握一定的詞匯。缺乏詞匯練習(xí)成為學(xué)生學(xué)習(xí)語言的重要阻礙。教育機器人的出現(xiàn)，使其與教師、學(xué)生三者之間有機地融合，形成了一種新的教學(xué)模式。部分學(xué)者發(fā)現(xiàn)學(xué)生在此種教學(xué)模式中學(xué)習(xí)的單詞數(shù)量有限，但是多數(shù)學(xué)者仍然認(rèn)為兒童是否與教育機器人互動以及互動的時間長短是影響學(xué)習(xí)結(jié)果的直接因素，只有持續(xù)互動的兒童才能取得較好的學(xué)習(xí)效果。對日本兒童通過與教育機器人互動來學(xué)習(xí)英語的研究也表明，與教育機器人互動較少的兒童學(xué)習(xí)收獲較少。此外，兒童的投入度也是影響詞匯學(xué)習(xí)的重要因素，互動中足夠的認(rèn)知和情感投入能夠大大提高兒童學(xué)習(xí)詞匯的效率。

（二）教育機器人促進語法學(xué)習(xí)

教育機器人在輔助人類不同語言技能學(xué)習(xí)時存在著成效的差異。教育機器人對語法學(xué)習(xí)有促進作用。教育機器人雖然對輔助兒童外語語法學(xué)習(xí)有促進作用，但是其教育狀態(tài)對兒童也有較大影響。肯尼迪等人發(fā)現(xiàn)，教育機器人對以英語為母語的兒童在法語文章中“l(fā)e”和“l(fā)a”的學(xué)習(xí)中產(chǎn)生積極影響①。教育機器人教給8歲到9歲的兒童三條法語的語法，提高了兒童對法語文章的理解，并且在一周后測試學(xué)習(xí)效果時得以維持[8]。在另一項研究中，赫伯格等人調(diào)查了教育機器人輔助兒童學(xué)習(xí)語法的情況，教育機器人分別呈現(xiàn)出注視兒童和不注視兒童的兩種狀態(tài)，這一過程中兒童均從教育機器人身上學(xué)會了語法，但教育機器人如果一直注視他們，兒童的表現(xiàn)會變得更差[9]。該發(fā)現(xiàn)的一個可能解釋是，教育機器人并沒有表現(xiàn)出有效的社會存在性，其存在或許給兒童增加了壓力，從而使他們的表現(xiàn)更差。這一結(jié)果表明教育機器人的行為會以意想不到的方式影響兒童的學(xué)習(xí)。

（三）教育機器人有效輔助閱讀學(xué)習(xí)

閱讀是運用語言文字獲取信息、認(rèn)識世界、發(fā)展思維、獲得審美體驗的重要途徑，閱讀教學(xué)可以培養(yǎng)學(xué)生感受、理解、欣賞和評價的能力[10]。教育機器人在支持學(xué)生閱讀技能的提升方面有著很大的潛力，學(xué)齡前兒童在教育機器人輔助母語學(xué)習(xí)環(huán)境中的故事制作、故事理解和詞匯識別技能方面比傳統(tǒng)學(xué)習(xí)環(huán)境中的進步更多。有學(xué)者分別通過教育機器人和平板電腦輔助學(xué)生的早期母語閱讀，兩組學(xué)生在識字測試中的理解能力、講故事能力、故事復(fù)述能力和詞匯識別能力方面均有所提高，與使用平板電腦相比，得到教育機器人輔助學(xué)習(xí)的兒童在講故事能力、詞匯識別能力和故事復(fù)述能力方面的進步更大[11]。在標(biāo)準(zhǔn)化英語閱讀測試中，教育機器人輔助課堂中的兒童的學(xué)業(yè)成就表現(xiàn)優(yōu)于傳統(tǒng)課堂，這一助教的存在對兒童英語閱讀技能產(chǎn)生了積極的影響。

（四）教育機器人輔助口語訓(xùn)練的效果各異

外語語言培訓(xùn)的范圍會對學(xué)習(xí)結(jié)果產(chǎn)生影響，覆蓋聽力、閱讀和寫作等多方面的培訓(xùn)中僅針對口語技能的培訓(xùn)存在著顯著差異。韓國的一項旨在提高英語口語和聽力技能的研究發(fā)現(xiàn)，在與教育機器人互動后，雖然兒童的外語聽力技能沒有提高，但其口語技能卻大幅提升，體現(xiàn)在發(fā)音、詞匯、語法和溝通能力等四個方面[12]。在比較教育機器人輔助教室與傳統(tǒng)教室對中國臺灣兒童外語口語教學(xué)的研究中也發(fā)現(xiàn)相似的結(jié)果，研究表明，與傳統(tǒng)教室相比，教育機器人輔助教室中兒童的口語技能更高[13]，而有學(xué)者則認(rèn)為教育機器人輔助課堂上的兒童在外語聽力上優(yōu)于傳統(tǒng)課堂，但在外語口語上沒有顯著優(yōu)勢[14]。

三、教育機器人輔助語言學(xué)習(xí)對學(xué)生情感的影響

教育機器人輔助語言學(xué)習(xí)對學(xué)生情感的影響體現(xiàn)在學(xué)生出現(xiàn)新奇效應(yīng)、學(xué)習(xí)動機受到影響和展現(xiàn)復(fù)雜的社會行為等方面。教育機器人對學(xué)生學(xué)習(xí)語言的動機具有促進作用，這可能部分源于教育機器人的新奇效應(yīng)，但對學(xué)生的社會行為方面的作用則較為復(fù)雜。

（一）新奇效應(yīng)的影響與有效維持

教育機器人對用戶使用興趣的激發(fā)會產(chǎn)生所謂的新奇效應(yīng)，即學(xué)習(xí)者享受新技術(shù)的興趣會導(dǎo)致更好的學(xué)習(xí)結(jié)果，一旦學(xué)習(xí)者習(xí)慣了這項技術(shù)，相關(guān)的興趣和動力就會消失?？线_等人在外語詞匯學(xué)習(xí)的研究中發(fā)現(xiàn)，兒童希望與教育機器人互動的期望會在兩周內(nèi)迅速減少，這會減弱其學(xué)習(xí)效果。在他們的研究中，只有繼續(xù)使用教育機器人的兒童才能獲得較好的學(xué)習(xí)成效，但是兒童持續(xù)的互動并非出于持續(xù)的興趣，而是出于對教育機器人的憐憫[15]。教育機器人在英語課上協(xié)助老師參與一些活動，如講故事、回答問題、手勢游戲和發(fā)音練習(xí)。學(xué)生對與教育機器人合作的興趣也出現(xiàn)了類似的下降[16]。同樣，在一項學(xué)齡前兒童使用教育機器人學(xué)習(xí)英語詞匯的研究中，三個階段的任務(wù)參與度逐漸下降，但并沒有影響學(xué)習(xí)效果，兒童在后續(xù)課程中學(xué)到的知識甚至比之前更多[17]。還有研究者發(fā)現(xiàn)與教育機器人一起工作會使其學(xué)習(xí)興趣的持續(xù)時間更長。有學(xué)者研究發(fā)現(xiàn)，教育機器人獨立地與兒童互動可以使其保持注意力，這在年齡較小的兒童身上也有效，兒童并沒有對教育機器人失去興趣[18]。綜上所述，需要進一步圍繞特定主題和技術(shù)開發(fā)教育機器人輔助語言學(xué)習(xí)的對標(biāo)課程和監(jiān)測機制，以維持兒童的學(xué)習(xí)興趣，并使兒童隨著時間的推移仍舊享受與教育機器人的互動，以便使教育機器人成為有效的學(xué)習(xí)伙伴或?qū)煛?/p>

（二）教育機器人對學(xué)習(xí)動機產(chǎn)生積極影響

教育機器人不僅會影響學(xué)生語言學(xué)習(xí)的結(jié)果，也會影響他們的學(xué)習(xí)策略和動機。國外研究通過將教育機器人輔助教室與傳統(tǒng)教室進行比較，將教育機器人與其他類型的技術(shù)和真人教師進行比較，得出共同的結(jié)論，即教育機器人通常對學(xué)生的學(xué)習(xí)動機有積極的影響。兒童在閱讀、唱歌和回答問題上的參與度更高，尤其是在教育機器人的幫助下參與閱讀的積極性空前高漲。許多研究發(fā)現(xiàn)教育機器人輔助教室的學(xué)生學(xué)習(xí)動機高于傳統(tǒng)教室，教育機器人提高了學(xué)習(xí)者自我報告的滿意度、興趣、信心和動機。艾姆勒等人發(fā)現(xiàn)教育機器人輔助9歲至11歲兒童學(xué)習(xí)外語詞匯比通過傳統(tǒng)紙質(zhì)詞匯表更具有積極的學(xué)習(xí)成效[19]。對口語技能研究發(fā)現(xiàn)，與教育機器人一起學(xué)習(xí)的兒童比在傳統(tǒng)課堂學(xué)習(xí)的兒童表現(xiàn)出更高的自信、動力和參與度[20]。艾萊米等人在外語詞匯學(xué)習(xí)的研究表明，學(xué)生對教育機器人的輔助學(xué)習(xí)感到特別愉快，比傳統(tǒng)課堂上的學(xué)生學(xué)習(xí)更快、學(xué)到的知識更多，并且有更好的持續(xù)性收獲[21]。此外，教育機器人對學(xué)生學(xué)習(xí)動機的影響比平板電腦或網(wǎng)絡(luò)程序等其他類型的技術(shù)更為積極。另一項研究也指出，14歲的學(xué)生在英語對話課上使用教育機器人相較于使用電腦有更高的參與度，而且對學(xué)業(yè)結(jié)果更滿意[22]。

（三）教育機器人展現(xiàn)學(xué)生社會行為的復(fù)雜性

教育機器人可能會因為學(xué)生的性別而對其產(chǎn)生有利或不利的社會性行為影響，這一發(fā)現(xiàn)說明教育機器人的社會性行為會由于學(xué)生特征的不同而對任務(wù)興趣和學(xué)習(xí)效果產(chǎn)生復(fù)雜的影響，也可能因為學(xué)生的性別而對其產(chǎn)生有利或不利的社會性行為影響。在梅爾別科夫等人的研究中，實驗人員用輸贏來評估教育機器人犯錯誤是否會使兒童在學(xué)習(xí)過程中感到更舒服。研究發(fā)現(xiàn)，女孩從獲勝的教育機器人身上學(xué)會的詞匯是男孩的兩倍，而男孩從失敗的教育機器人身上學(xué)會的詞匯是女孩的兩倍[23]。這表明男孩和女孩在同理心或競爭力上存在差異，他們在理解教育機器人的輸贏時與其互動的方式是有差異的。一個具備社交行為的教育機器人可以提升孩子對學(xué)習(xí)任務(wù)的參與度，但同時，教育機器人的社會性行為會分散兒童的學(xué)習(xí)注意力，從而導(dǎo)致學(xué)習(xí)效果變差。此外，結(jié)果可能會因為學(xué)習(xí)者的社會文化背景而出現(xiàn)差異，不同的環(huán)境會影響兒童對教育機器人行為的個體反應(yīng)。

四、研究啟示

綜上所述，教育機器人與大多數(shù)其他形式的信息技術(shù)輔助教學(xué)相比，其重要優(yōu)勢在于為學(xué)習(xí)者提供了與現(xiàn)實生活環(huán)境互動的機會，這是語言發(fā)展的重要因素。教育機器人可以支持更多的自然互動，它們的外觀通常是人形或動物的形狀，其可以使用凝視、指點等非語言的暗示讓兒童感到更真實可信。目前我國的教育機器人輔助語言學(xué)習(xí)領(lǐng)域研究尚處于萌芽階段，國外的綜述性研究將為我國的理論和實踐提供啟示。

（一）探索不同語言主題的最佳學(xué)習(xí)方式

教育機器人輔助母語和外語學(xué)習(xí)的效果具有一定的復(fù)雜性。大多數(shù)的研究集中在詞匯學(xué)習(xí)上，需要更多的研究來確定教育機器人最有效的角色、教育機器人最有益的年齡組以及詞匯學(xué)習(xí)的最佳次數(shù)。對于閱讀技能、語法學(xué)習(xí)及口語技能的研究應(yīng)該具有多樣性，以評估最有效的教育機器人行為、教育機器人互動能力等方面的差異，或者探索通過平板電腦或其他顯示詞匯或規(guī)則的設(shè)備與教育機器人相結(jié)合的輔助學(xué)習(xí)方法。同時應(yīng)當(dāng)進一步研究當(dāng)教育機器人和學(xué)習(xí)者一起練習(xí)口語技能時，教育機器人需要具備的如語音識別、自然語言生成等技能。但是與大多數(shù)技術(shù)相比，教育機器人的重要優(yōu)勢仍然限于理論，技術(shù)上的局限性阻礙了這些可能優(yōu)勢的有效實現(xiàn)，需要通過技術(shù)更新來充分挖掘教育機器人的潛力，并將這些理論優(yōu)勢付諸實踐。

（二）提高兒童語言學(xué)習(xí)的興趣與動機

人們在使用技術(shù)進行語言學(xué)習(xí)的內(nèi)在動機方面存在差異。后續(xù)研究可以進一步調(diào)查學(xué)生與教育機器人合作的內(nèi)在動機，以及教育機器人對動機的積極影響是否有利于學(xué)生的語言學(xué)習(xí)，探索其具體的影響機制。提高和保持學(xué)習(xí)者的興趣是與教育機器人成功互動的重要前提，因此，在今后的教育機器人輔助語言學(xué)習(xí)研究中，有必要采取遙控機器人的方案，以使教育機器人的言語和行為適合兒童的特定行為。目前，人工智能、視覺識別系統(tǒng)和自動語音識別系統(tǒng)顯然還不具備相應(yīng)技術(shù)，以保持兒童對教育機器人的持續(xù)興趣、自主地與教育機器人互動。為了提高或維持學(xué)習(xí)者的興趣而采取的行為可能會因目標(biāo)群體而異，教育機器人的行為應(yīng)該集中在其受眾身上，隨著時間的推移，教育機器人可能會產(chǎn)生新的更具適應(yīng)性的行為。

（三）提倡兒童與教育機器人的個性化互動

個性化學(xué)習(xí)是當(dāng)代教育領(lǐng)域積極倡導(dǎo)的學(xué)習(xí)理念和模式，也是未來教育的發(fā)展趨勢。教育機器人輔助語言學(xué)習(xí)以建構(gòu)主義為基本指導(dǎo)理論，強調(diào)以學(xué)習(xí)者為中心為其提供良好的學(xué)習(xí)環(huán)境與優(yōu)化的學(xué)習(xí)策略。因此，教育機器人輔助語言的學(xué)習(xí)必須是實現(xiàn)從教到學(xué)范式轉(zhuǎn)型的能動學(xué)習(xí)。兒童與教育機器人互動的個性化是未來重要的研究方向。目前，教育機器人還不能達成最理想的方式監(jiān)控孩子的理解力等認(rèn)知表現(xiàn)，以及適應(yīng)個別孩子的輔導(dǎo)策略。因此，要促使教育機器人進一步獲得“真正”的適應(yīng)能力，讓其根據(jù)孩子的理解來調(diào)整自己的課程和行為，獲得更趨個性化的輔助學(xué)習(xí)方案，對技術(shù)的革新提出了更高的需求，還有待于人與機器學(xué)習(xí)理論的進一步發(fā)掘來實現(xiàn)。