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人工智能教育機器人在課堂的典型用途是智能技術(shù)的綜合實現(xiàn)，它不是人工智能某項技術(shù)的單方面延伸，而是各種技術(shù)的集成機器學(xué)習(xí)和知識圖譜的結(jié)合，可以使得學(xué)習(xí)者建模更加精準(zhǔn)，個性化學(xué)習(xí)路徑更加準(zhǔn)確；自然語言處理與計算機視覺的結(jié)合，可以對學(xué)習(xí)者照片形式的作業(yè)或者試卷進行自動批改，大大地減輕了教師的工作量；人機交互與機器人學(xué)的結(jié)合，可以使得學(xué)習(xí)者在與人工智能教育機器人進行交互的過程中更加順暢。
人工智能教育機器人是具有教與學(xué)服務(wù)的實體機器人，可以在智慧學(xué)習(xí)環(huán)境下提供靈活的學(xué)習(xí)資源，實現(xiàn)學(xué)習(xí)服務(wù)的支持，同時，也是各種智能學(xué)習(xí)軟件系統(tǒng)的集成體，完成數(shù)據(jù)的實時反饋和分析。它在課堂上幫助教師完成教學(xué)活動，輔助教師管理課堂，其融入課堂當(dāng)中，突破了原有的教學(xué)形態(tài)，形成一種雙師主體加學(xué)習(xí)者的教學(xué)形態(tài)。人工智能閱卷系統(tǒng)首先將手寫體轉(zhuǎn)換成印刷體，再與正確答案比對，對單詞拼寫、時態(tài)語法、句子結(jié)構(gòu)，甚至是書寫中的空白處都能精準(zhǔn)的識別并進行批改，指出學(xué)生錯誤所在，并且可以自動收集考試數(shù)據(jù)。基本能代替老師對英文作文等主觀題的批改。
智能技術(shù)能夠加快教學(xué)方法改革，能夠促進學(xué)生的個性化學(xué)習(xí)，是未來教育的基礎(chǔ)。人機協(xié)同教育可以發(fā)揮教師與人工智能的不同優(yōu)勢，促進學(xué)生的個性化發(fā)展。未來學(xué)校如何促進教師與人工智能教育機器人作為“雙師”協(xié)同教學(xué)是值得研究的問題。因此，可以基于人工智能教育機器人的應(yīng)用場景，分析人工智能關(guān)鍵技術(shù)對教育機器人的支持，在云計算平臺基礎(chǔ)和邊緣計算環(huán)境框架下，構(gòu)建人工智能教育機器人支持的新型“雙師課堂”環(huán)境，進一步給出相應(yīng)的學(xué)習(xí)過程和應(yīng)用，并基于該課堂環(huán)境下人工智能教育機器人教學(xué)應(yīng)用實施的相關(guān)案例，探討課堂應(yīng)用效果及其相關(guān)措施。人工智能教育機器人是人工智能技術(shù)集成化，具象化的課堂體現(xiàn)，可以作為課堂中的另一名“教師”角色，形成一種新的人機協(xié)同的“雙師課堂”教學(xué)形態(tài)。在未來教育當(dāng)中，教師需要熟悉“人機協(xié)同”智慧教學(xué)環(huán)境，開展注重“育人”的教學(xué)活動，同時培養(yǎng)學(xué)生“人機協(xié)同”的意識和能力，為人工智能時代社會的人才需求打下良好基礎(chǔ)。
為導(dǎo)師角色，麻省理工大學(xué)開發(fā)的教育機器人可以根據(jù)孩子的學(xué)習(xí)風(fēng)格，個性以及游戲過程中的學(xué)習(xí)，情緒狀態(tài)而決定自己的行動，以更好地作為導(dǎo)師的角色來輔助孩子們進行學(xué)習(xí)。作為同伴角色，有研究使用混合現(xiàn)實技術(shù)和教育機器人設(shè)計了一個具有真實場景的系統(tǒng)，教育機器人在任務(wù)中扮演真正的同伴互動角色，對最終的學(xué)生表現(xiàn)有積極影響。作為工具角色，我國的機器人教育主要包括機器人競賽和機器人教學(xué)，機器人可以成為學(xué)生綜合能力提升和創(chuàng)新實踐能力發(fā)展的重要認(rèn)知促進工具。
實際上，人工智能教育機器人集成了很多人工智能技術(shù)，但是各技術(shù)的成熟度并不相同，其中比較成熟的是語音識別計算，而基于知識圖譜的個性化學(xué)習(xí)推薦以及基于計算機視覺的情感計算等技術(shù)還在實踐探究過程中。
在“人工智能+教育”時代，人工智能技術(shù)將作為未來教師工作的有機組成部分，通過人機協(xié)作，輔助其完成日常工作，實現(xiàn)高效教學(xué)。“雙師課堂”作為協(xié)同教學(xué)的一個分支，最原始的形式是組織優(yōu)秀教師錄制教學(xué)資源光盤，配送到農(nóng)村中小學(xué)，部分替代了現(xiàn)場教學(xué)教師的教學(xué)任務(wù)。是由遠程的授課教師通過大屏幕對線下教室的學(xué)生實現(xiàn)直播授課，同時，線下有一位輔導(dǎo)老師在班內(nèi)負(fù)責(zé)維護課堂秩序、答疑、布置作業(yè)等工作，國內(nèi)諸多培訓(xùn)機構(gòu)均是應(yīng)用此模式。也有研究提出“雙師”服務(wù)的概念，所謂“雙師”是指每位學(xué)生除了在校內(nèi)獲得本學(xué)校教師提供的面對面實體教學(xué)服務(wù)，還可以在課外借助網(wǎng)絡(luò)對自身學(xué)科問題和優(yōu)勢進行診斷的基礎(chǔ)上，為每個學(xué)科配備在線老師，提供一對一在線輔導(dǎo)。
綜上所述，本研究中定義的新型“雙師課堂”，是指人工智能教育機器人和教師共同在課堂中承擔(dān)教學(xué)工作，是一種新型的課堂模式人工智能教育機器人承擔(dān)教師的部分教學(xué)任務(wù)，并提供個性化學(xué)習(xí)服務(wù)。國內(nèi)關(guān)于人工智能教育機器人作為課堂助教或者作為教師角色的研究較少，有關(guān)人工智能教育機器人所在課堂的課堂環(huán)境研究描述較為模糊。本研究旨在從已有的技術(shù)基礎(chǔ)上，系統(tǒng)分析新型“雙師課堂”的環(huán)境，并構(gòu)建新型“雙師課堂”的學(xué)習(xí)過程，在如何開展教學(xué)設(shè)計和如何實施人工智能教育機器人支持的新型“雙師課堂”應(yīng)用方面進行探索。
