基于安卓系统幼教机器人的教育技术创新研究与应用

基于安卓系统幼教机器人的教育技术创新研究与应用

白刚

湘西民族职业技术学院  湖南 吉首    416000

摘要：机器人教育是目前国内外教育技术创新的热点，本文基于研发的安卓系统幼教机器人在湖南省J市进行大面积低龄儿童机器人教育活动，总结出机器人教育技术发展的三个创新方向，即人机语言识别和对话、多媒体交流、机器人的运动功能。对于机器人教育的发展具有一定的指导意义。

关键词：机器人教育    安卓系统    教育技术    创新

一、前言

教育技术是指育人技术及其创新整合的技术，其核心是教学设计技术和课程开发技术。目前国内普遍认可的对有关教育技术的定义为：教育技术是关于学习资源和学习过程的设计、开发、利用、管理和评价的理论和实践。

教育技术是随着科学技术的进步而发展的。20世纪后，随着现代科学技术的发展，幻灯、投影、电影、录音、录像、广播、电视等现代技术被广泛应用于教育，扩大了教育、教学活动范围，提高了效率与质量。目前，人们进一步探索电子计算机、微电子技术、光纤通信的最新成果给发展教育技术带来的新进步。

而机器人（人工智能）正日益成为教育技术发展中最引人瞩目的新平台。

机器人教育是指通过设计、组装、编程、运行机器人，激发学生学习兴趣、培养学生综合能力。融合了机械原理、电子传感器、计算机软硬件及人工智能等众多先进技术，为学生能力、素质的培养承载着新的使命。其主要包括一下几个方面：机器人辅助教学、机器人辅助训练、机器人辅助教育，以及基于机器人的教育。与机器人课程比较起来，机器人辅助于教学的特点是它不是教学的主体，是一种辅助。即充当助手、学伴、环境或者智能化的器材，起到一个普通的教具所不能有的智能性作用。

二、国内外机器人教育发展际存在问题

在国外，机器人教育一直是个热点：早在1994年麻省理工学院（MIT）就设立了 “设计和建造LEGO机器人”课程(Martin)，目的是提高工程设计专业学生的设计和创造能力，尝试机器人教育与理科实验的整合。日本、新加坡也在利用机器人开展教育活动方面进行了卓有成效的探索。

在国内，机器人教育处在起步阶段，随着各地中小学机器人实验室的迅速建设，它作为课程，一些不成熟的表现也越发明显，并且遇到了诸多方面的制约：

1.教育机器人产品缺乏规范性。国内外机器人制造商开发的教育机器人品牌十分繁杂，且自成体系，互不兼容，开放度较低。

2.机器人教育缺乏科学规划。机器人教学所使用的“教材”质量不高，大多属于“产品说明书”或“用户指南”等，缺少课程与教学专家的参与和指导，且每个学校要独立开发各自的校本教材，难度较高。

3.教育行政部门不够重视，缺少从教育视角进行的研究。当前中小学机器人教育 的开展，在一定程度上是由教育机器人企业在推动。虽然企业在初期所为此作出的贡献应当予以肯定，但是随着机器人教育的逐渐深入与普及，亟需教育行政部门、教学研究机构给以充分的关注、协调与引导。

三、基于安卓系统幼教机器人的教育技术创新探索

（一）项目说明

机器人主持教学（RDI）是机器人在教育中应用的最高层次。在这一层次中，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。机器人成为我们学习的对象，这好像是遥不可及的事，但是人工智能结合虚拟现实技术、多媒体技术等让它成为实现并非太难，只是如何要越来越符合教育的发展才是更重要的。

本文为2019年教育部新一代信息技术产学研基金项目《基于安卓系统幼教机器人的教育技术创新研究与应用》（课题号2019ITA02013）的研究内容之一。研究内容为在湖南省J市选取部分中小学和幼儿园，基于本项目研发的安卓系统幼教机器人探索教育技术创新，主要研究内容为：

1.让学生了解机器人的发展和应用现状，理解机器人的概念和工作方式，为进一步学习机器人技术的有关知识打下基础。

2.让学生了解机器人各个传感器的功能，学习编写简单的机器人控制程序，提高学生分析问题和解决问题的能力。

3.在机器人教育活动中，充分利用新型教育机器人的性能优势，营造以学生为主体、教师为主导的教育环境，探索教育新技术应用。

4.总结本项目机器人教育的优劣得失，分析研究教育技术创新对机器人教育的引导和推动

（二）基于安卓系统幼教机器人技术优势说明

基于安卓系统幼教机器人是本项课题及前期课题（湖南省教育厅科研课题《基于Android系统语音识别的低成本幼儿教育机器人研究与开发》，课题号：18C1705）研究成果，获得两项专利授权。相对于市场同类产品，其主要技术优势为：

1.超大的数据库，可以完整的容纳所需的教育资源。本项目研究时的一个重点就是要求在机器人本体之外，配套完整的教育资源，从而提高机器人的教育功能，因此超大的数据库可以较好的满足这个要求。

2.多媒体交流途径，可以较好的满足低龄儿童学习需要，提高其学习兴趣。本项目机器人具备语音识别系统，可以用普通话、英语对话交流，同时可以按照场景播放背景音乐。

3.卡通外形，良好的安全性设计，可以在确保机器人教育对儿童的吸引力的同时，确保安全性。本项目教育机器人具有可收缩的行走机构、可变化的外形结构，同时在制作时注重外壳模具的光洁度，可以保证机器人外壳精度在0.02毫米一下，不会划伤学习者。

（三）基于安卓系统幼教机器人的教育技术创新研究

本项目的研究是在J市的6所小学和4所幼儿园开展，所有在校学生为5662人，在校教师为485人。研究方法为指导学生深入的利用本项目研发的教育机器人进行一周到两周的学习，总结学习效果和感悟后，在全体在校师生中随机选择的300个学生及其家长、教师30名进行问卷调查和座谈调查。得到以下结论：

1.语音识别和对话是机器人教育技术未来发展的方向

本项目教育机器人基于语音硬件采用北京宇音天下科技有限公司研发的SYN7318中文语音交互模块构建语音识别和对话系统，在学习教育活动中，能很好的满足学生需要，尤其是对话系统，使学生真正觉得面对的是“人”，而不是“机器”。这样对于低龄学生的学习兴趣提高具有惊人的作用。在问卷调查中，100%的学生、家长和教师对此项技术认可。

2. 多媒体交流途径是机器人教育的基础

本项目教育机器人能够使用汉语普通话、英语与学习者交流，还能通过播放音乐、动画片等方式吸引低龄学习者兴趣，相对以往的“复读机”似的机器人，本项技术获得100%的学生、95%的家长与教师的认可。

3. 机器人运动功能是教育技术的重要支撑

低龄儿童的学习特点就是注意力保持时间不长、容易转移兴趣。因此本项机器人设计了行走机构，主要是以活动轮和支撑腿结合，在小范围内行走、运动，这样结合语音之别和多媒体交流，可以获得学习者的高度兴趣，从而大幅度提高学习效果。此项技术获得100%的学生、100%的家长和教师的认可。

四、结语

教育机器人是未来教育活动的重要载体，为适应教育的需要，它一般具备良好的教学适用性、良好的性能价格比，和教育资源开放性和可扩展性。本文研发的教育机器人在此三方面均达到预期研究要求。未来，将在教学资源库的丰富化、教学交流的多样化方面继续研究，以求在机器人教育的发展中做出一定贡献。

作者简介：白刚，男，1971年12月出生，重庆璧山人，工学硕士，教授，湘西民族职业技术学院教师，从事职业教育20多年。主要研究方向：数字信号处理、高等职业教育。本文为2019年教育部新一代信息技术产学研基金项目《基于安卓系统幼教机器人的教育技术创新研究与应用》（课题号2019ITA02013）部分研究成果。