智能教育機(jī)器人支持下的“雙師課堂”教學(xué)模式構(gòu)建

付艷芳 楊浩 方娟 劉曉寧

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

[關(guān)鍵詞]機(jī)器人 ?輔助教學(xué) ?雙師課堂 ?人機(jī)共育

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

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

當(dāng)前，人工智能高度發(fā)展，機(jī)器人作為教學(xué)輔助工具走進(jìn)普通課堂，在教學(xué)質(zhì)量的提高、教學(xué)方式的轉(zhuǎn)變等方面展現(xiàn)出前所未有的優(yōu)勢(shì)。在傳統(tǒng)的“黑板+粉筆”的教學(xué)模式中，教師受個(gè)人知識(shí)和精力所限，其劣勢(shì)日漸突出，作為信息技術(shù)教育新載體的智能教育機(jī)器人的重要性就顯現(xiàn)出來(lái)了，機(jī)器人智能教學(xué)系統(tǒng)具有的語(yǔ)音輸入輸出、移動(dòng)、肢體動(dòng)作和屏幕顯示等功能，使教學(xué)活動(dòng)過程中機(jī)器人輔助教學(xué)完全可以實(shí)現(xiàn)。

機(jī)器人輔助教育即Robot Assisted Education，簡(jiǎn)稱RAE，將機(jī)器人應(yīng)用于教學(xué)過程，輔助教師完成教學(xué)任務(wù)，利用機(jī)器人智能化的功能，與學(xué)習(xí)者交流互動(dòng)，實(shí)現(xiàn)個(gè)性化教學(xué)的目的。機(jī)器人輔助教學(xué)是指將機(jī)器人作為主要教學(xué)工具和媒體所進(jìn)行的教學(xué)活動(dòng)。機(jī)器人在課堂上輸出教學(xué)信息，開展現(xiàn)場(chǎng)教學(xué)，可以進(jìn)行演示教學(xué)內(nèi)容、交流互動(dòng)、評(píng)價(jià)教學(xué)等課堂教學(xué)環(huán)節(jié)，可以通過三種方式實(shí)現(xiàn)教學(xué)：由機(jī)器人完全擔(dān)任教師，完成教學(xué)活動(dòng)的各個(gè)環(huán)節(jié);擔(dān)任教學(xué)輔助者，根據(jù)學(xué)生的個(gè)體差異制定不同的學(xué)習(xí)計(jì)劃;作為學(xué)習(xí)合作者，配合學(xué)生完成課堂任務(wù)。

機(jī)器人輔助下的教學(xué)探究

智能機(jī)器人在講授知識(shí)時(shí)，表情、角色、聲音、語(yǔ)氣語(yǔ)調(diào)等可以適時(shí)調(diào)整、轉(zhuǎn)換。憑借網(wǎng)絡(luò)大數(shù)據(jù)，在知識(shí)儲(chǔ)備、問題答疑等方面機(jī)器人比教師更具有優(yōu)勢(shì)，可以在課堂上由任課教師的控制和安排完成教學(xué)任務(wù)。

1.機(jī)器人輔助教學(xué)的優(yōu)勢(shì)

機(jī)器人輔助教學(xué)作為一種新的教學(xué)載體運(yùn)用于教學(xué)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(dòng)，機(jī)器人輔助教學(xué)的優(yōu)勢(shì)在于集人類教學(xué)專家的經(jīng)驗(yàn)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(bǔ)和克服人類思維的某些不足，是一種“具有某一領(lǐng)域的學(xué)科知識(shí)和相關(guān)的教學(xué)知識(shí)、能對(duì)學(xué)生進(jìn)行個(gè)別化教學(xué)，即能根據(jù)學(xué)生對(duì)知識(shí)的理解掌握程度，選擇相應(yīng)的教學(xué)策略，在一定程度上模擬人類教學(xué)專家進(jìn)行教學(xué)活動(dòng)”的智能教學(xué)系統(tǒng)。機(jī)器人憑借其強(qiáng)大的智能系統(tǒng)，可以博采眾長(zhǎng)，將先進(jìn)的良好的教學(xué)經(jīng)驗(yàn)、知識(shí)、智慧、方法等集于一身，是任課教師個(gè)體智慧和知識(shí)量所無(wú)法比擬的。

機(jī)器人輔助下的課堂環(huán)境會(huì)發(fā)生相應(yīng)的變化，為了教學(xué)的需要，在每個(gè)課桌的桌面、墻壁上安裝觸摸屏，黑板和粉筆等傳統(tǒng)教學(xué)設(shè)備變?yōu)檩o助教具;教學(xué)過程在機(jī)器人和教師的雙重操控下，變成一個(gè)多維的聲、像等空間，教師可以把檢查作業(yè)這項(xiàng)繁重的勞動(dòng)交給機(jī)器人完成，課堂作業(yè)和家庭作業(yè)機(jī)器人都可以在很短的時(shí)間內(nèi)完成;機(jī)器人輔助的課堂，在完成教學(xué)任務(wù)的過程中，以音頻或視頻資料的方式儲(chǔ)存下來(lái)，方便學(xué)生和教師后期查閱，實(shí)現(xiàn)教學(xué)過程的全面檢測(cè)及課后師生雙方查缺補(bǔ)漏，同時(shí)，對(duì)學(xué)生的過程性考核和形成性評(píng)價(jià)的依據(jù)性更強(qiáng)。

2.師生共同受益

對(duì)學(xué)生而言，機(jī)器人輔助教學(xué)課堂，在對(duì)課堂教學(xué)目標(biāo)和學(xué)習(xí)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(jī)器人參與下為學(xué)生提供“學(xué)習(xí)策略”“學(xué)習(xí)情境”“認(rèn)知工具”“學(xué)習(xí)資源”等真實(shí)的學(xué)習(xí)情景，學(xué)生以問題為導(dǎo)向自主探究學(xué)習(xí)，以問題為核心來(lái)驅(qū)動(dòng)學(xué)習(xí)。教學(xué)過程強(qiáng)調(diào)情境創(chuàng)設(shè)和協(xié)作學(xué)習(xí)，以學(xué)習(xí)者為中心，主動(dòng)幫助學(xué)習(xí)者建立良好的學(xué)習(xí)環(huán)境，提供優(yōu)化的學(xué)習(xí)策略，學(xué)生自主構(gòu)建知識(shí);強(qiáng)調(diào)個(gè)性化的學(xué)習(xí)指導(dǎo)與幫助，突出教師在教學(xué)中的主導(dǎo)作用，用機(jī)器人幫助教師進(jìn)行教學(xué)活動(dòng)，提高教學(xué)效率。

對(duì)教師而言，機(jī)器人輔助教學(xué)課堂讓教師的角色發(fā)生了轉(zhuǎn)換，教師由原來(lái)的直接教學(xué)變?yōu)殚g接主導(dǎo)教學(xué)，職責(zé)主要包括主持、設(shè)計(jì)、示范、監(jiān)督和評(píng)價(jià)，首先教師要分析學(xué)情，根據(jù)學(xué)情創(chuàng)設(shè)適當(dāng)?shù)膶W(xué)習(xí)情境，拋出問題引導(dǎo)學(xué)生積極思考，讓學(xué)生更好更快地認(rèn)識(shí)、理解針對(duì)本節(jié)課的內(nèi)容所提出的問題。根據(jù)學(xué)生的具體情況，對(duì)相關(guān)學(xué)科進(jìn)行整合，將所學(xué)的部分或全部學(xué)科內(nèi)容進(jìn)行糅合，啟發(fā)學(xué)生劃分知識(shí)層次，使所學(xué)知識(shí)由分到總，督促學(xué)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(dá)到學(xué)生對(duì)知識(shí)掌握系統(tǒng)化、全面化的目的。

機(jī)器人輔助教學(xué)設(shè)計(jì)思路

機(jī)器人輔助教學(xué)主要是通過課堂講授的方式實(shí)現(xiàn)，課堂上機(jī)器人的角色是教師，按設(shè)定的程序輔助教學(xué)，內(nèi)容包括導(dǎo)入、課程內(nèi)容的講解、問題的提出、重難點(diǎn)的講解，教學(xué)過程中在教室走動(dòng)來(lái)觀察學(xué)生對(duì)知識(shí)的掌握程度，機(jī)器人授課的語(yǔ)音和動(dòng)作通過文字、聲音、圖片、視頻等形式在課堂上呈現(xiàn)出來(lái)，構(gòu)建全新的學(xué)習(xí)情境，學(xué)生以問題為導(dǎo)向進(jìn)行探究式學(xué)習(xí)。在教學(xué)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(xué)生的學(xué)習(xí)情況，及時(shí)指導(dǎo)學(xué)生的疑問，在分擔(dān)教師教學(xué)任務(wù)的同時(shí)提升了課堂效率。

1.課前預(yù)設(shè)教學(xué)程序

機(jī)器人輔助教學(xué)的課前準(zhǔn)備工作比傳統(tǒng)的教學(xué)復(fù)雜，為確保教學(xué)工作能順利進(jìn)行，教師課前必須反復(fù)檢查機(jī)器人等設(shè)備，對(duì)機(jī)器人反復(fù)調(diào)試，對(duì)教室主控臺(tái)及投影儀的檢查。教師根據(jù)課程教學(xué)設(shè)計(jì)，通過編程輸入本節(jié)課所學(xué)的課程內(nèi)容，準(zhǔn)備好教學(xué)學(xué)習(xí)資源及PPT課件等，避免教學(xué)過程中授課的隨意性。

2.課中教學(xué)實(shí)施

課堂教學(xué)過程中，輔助教學(xué)機(jī)器人被帶到教室，輔助課堂教學(xué)，教師控制主控系統(tǒng)來(lái)控制機(jī)器人的語(yǔ)音和動(dòng)作，同時(shí)播放所需的教學(xué)素材，機(jī)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(jī)器人通過多媒體手段創(chuàng)設(shè)相應(yīng)的教學(xué)情境，充實(shí)教學(xué)過程、產(chǎn)生感觀沖擊，在模擬現(xiàn)實(shí)環(huán)境下增強(qiáng)課堂的感染力與說(shuō)服力，同時(shí)，節(jié)約板書等時(shí)間，適當(dāng)增加課程拓展知識(shí)，使課堂知識(shí)含量增大。教師負(fù)責(zé)組織教學(xué)過程，監(jiān)督學(xué)生學(xué)習(xí)，及時(shí)補(bǔ)充機(jī)器人遺漏的知識(shí)，糾正講解偏差，以此來(lái)保證教學(xué)活動(dòng)的開展。

學(xué)生在學(xué)習(xí)時(shí)必然會(huì)遇到各種問題，教師借助機(jī)器人的智能存儲(chǔ)功能和語(yǔ)音識(shí)別功能，和學(xué)生溝通、交流、互動(dòng)，以在線答疑的方式實(shí)時(shí)解答學(xué)生的疑問，機(jī)器人的觸摸屏可以解答每一個(gè)學(xué)生的提問，必要時(shí)與學(xué)生就問題展開個(gè)別交流。具體步驟如下：課前教師把本節(jié)課的內(nèi)容、知識(shí)點(diǎn)、問題、答案輸入機(jī)器人的存儲(chǔ)卡中，學(xué)生向機(jī)器人提問相關(guān)問題，機(jī)器人通過智能搜索在存儲(chǔ)卡的知識(shí)庫(kù)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(jī)器人會(huì)在網(wǎng)絡(luò)環(huán)境下搜索并解答，以語(yǔ)音輸出、圖文或視頻等多種形式解答學(xué)生的問題。

3.課后教學(xué)總結(jié)

每一次教學(xué)活動(dòng)結(jié)束之后，機(jī)器人總結(jié)課堂所學(xué)知識(shí)點(diǎn)，通過設(shè)計(jì)相關(guān)的課堂測(cè)試來(lái)檢驗(yàn)學(xué)生對(duì)本次課堂知識(shí)點(diǎn)的掌握程度，教師對(duì)結(jié)果進(jìn)行記錄并分析。教師每一節(jié)課都必須及時(shí)對(duì)課堂教學(xué)過程進(jìn)行詳細(xì)梳理，對(duì)教學(xué)效果進(jìn)行準(zhǔn)確評(píng)估，總結(jié)本節(jié)課的優(yōu)點(diǎn)和缺點(diǎn)，對(duì)于優(yōu)點(diǎn)在以后的教學(xué)中繼續(xù)使用，對(duì)于缺點(diǎn)要找出原因，以此來(lái)優(yōu)化機(jī)器人系統(tǒng)設(shè)置，不斷審視教學(xué)環(huán)節(jié)，改進(jìn)教學(xué)方式，調(diào)整教學(xué)策略，保證后續(xù)教學(xué)活動(dòng)更富有成效。

機(jī)器人參與的課堂應(yīng)用策略

在大數(shù)據(jù)的支撐下，機(jī)器人參與教學(xué)邁出了智能教育的重要一步。通過大數(shù)據(jù)對(duì)信息進(jìn)行搜索、分析、處理，及時(shí)回答學(xué)生提出的問題，針對(duì)不同學(xué)生的學(xué)習(xí)情況個(gè)性化輔導(dǎo)。課前通過數(shù)據(jù)分析，為教師提供備選教學(xué)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(shí)調(diào)節(jié)、活躍課堂氣氛;課后輔助教師對(duì)教學(xué)過程中形成的、已上傳及貯存的數(shù)據(jù)進(jìn)行統(tǒng)計(jì)分析，準(zhǔn)確監(jiān)測(cè)、評(píng)估每一節(jié)課的教學(xué)效果，教師及時(shí)調(diào)整并形成更加有效的多種教學(xué)、學(xué)習(xí)策略。

1.學(xué)生自主學(xué)習(xí)

為保證課堂教學(xué)順利進(jìn)行，教師事先將機(jī)器人和教學(xué)媒體調(diào)試好，機(jī)器人直接或教學(xué)媒體間接傳授課程知識(shí)，然后機(jī)器人通過任務(wù)驅(qū)動(dòng)的方式讓學(xué)生自主學(xué)習(xí)，學(xué)生在學(xué)習(xí)中利用機(jī)器人的資源庫(kù)獲取知識(shí)。

2.發(fā)現(xiàn)式學(xué)習(xí)

在發(fā)現(xiàn)式學(xué)習(xí)中，學(xué)生不是直接聽教師或機(jī)器人講授相關(guān)教學(xué)內(nèi)容，而是自己操作機(jī)器人或教學(xué)媒體演示獲取知識(shí)，在此過程中通過仔細(xì)觀察、大膽假設(shè)、驗(yàn)證嘗試、調(diào)整總結(jié)等一系列活動(dòng)進(jìn)行學(xué)習(xí)，通過機(jī)器人或教學(xué)媒體與教師溝通，自我發(fā)現(xiàn)獲取相關(guān)知識(shí)。

3.重視知識(shí)形成的過程

教師在實(shí)施教學(xué)的過程中不能一味地重視知識(shí)的傳授，而應(yīng)該讓學(xué)生在對(duì)新舊知識(shí)的融合中，把舊知識(shí)遷移到新知識(shí)中，運(yùn)用知識(shí)對(duì)問題進(jìn)行對(duì)比聯(lián)想，找出知識(shí)與問題的關(guān)聯(lián)，從而實(shí)現(xiàn)知識(shí)的遷移，通過遷移將知識(shí)內(nèi)化為能力，遷移內(nèi)化過程中允許學(xué)生有缺憾，鼓勵(lì)學(xué)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(shí)。

4.師生雙向交流

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

機(jī)器人融入教育輔助教學(xué)代替教師的部分教學(xué)工作，以此來(lái)減輕教師的負(fù)擔(dān)，同時(shí)在教室、教師角色、課堂、教學(xué)方式、手段發(fā)生技術(shù)性重大變革的基礎(chǔ)上，增強(qiáng)課堂的趣味性、民主性和多樣性，提高學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣，加強(qiáng)對(duì)知識(shí)的理解與記憶，這種全新的教育教學(xué)輔助手段的應(yīng)用，在一定程度上有利于激發(fā)學(xué)生的思維方式、創(chuàng)造動(dòng)機(jī)和創(chuàng)新能力。

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作者單位：榆林職業(yè)技術(shù)學(xué)院師范教育系 ?陜西榆林