机器人教师能解决教师短缺问题吗？（下）

本期推送的是英国伦敦大学学者Adrian David Cheok和Bosede I.Edwards在发表于Applied Artificial Intelligence的文章Why not Robot Teachers: Artifical Intelligence for Addressing Teacher Shortage。教师短缺已成为教育领域的一个全球性问题，发展中经济体的情况应该更严峻，一些研究已经探讨了解决这一问题的尝试或其对教育未来的严重影响。

背景

教师短缺已经成为教育领域的全球性问题（Hutchison 2012；Flynt和Morton 2009）。联合国教科文组织（UNESCO）报告了一个旨在解决该问题的重大项目，并承认“该问题仍然是一个严重问题”（UNESCO，2012）。有研究指出，不仅中学毕业生对报考师范类学校的兴趣不足，而且实际上入学率已经下降了30％，从2008/2009年的719,081下降至2012/2013年的465,536 （图1）。

学生人数的增加使短缺问题变得更加复杂，从1999年至2011年，公立中小学的入学率增长了0.4％，据预测，2011年至2023年将增长5.2％。教师普遍的工作不满意，缺乏认可，报酬/升职机会差等因素是导致当前教师离职率高的因素（Aragon 2016年）。

预计发展中经济体的情况将更加严峻，一些研究已经试图解决该问题或其对未来教育的严重影响的尝试（Cobbold和Demirjian 2015）。如果不能尽早解决这个问题，本来就很危急的情况将变得更糟，并且随着时间的推移最终可能使基础教育无法普及，从而挫败了普及全民小学教育的全球主要目标。

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先进的人工智能

整个机器人系统分为教学交付，教学法和学习内容以及运动系统和感官（情感）系统两部分。该项目采用了包括Java，Python和C++在内的基本编程语言。

教师人格

研究已经证实，物理实现的智能体的效果要优于基于屏幕或动画的智能体（André
Pereira2008；Dahl和Boulos
2013），因此，机器人研究者认为物理机器人是该设计的合适选择。尽管研究表明，代理人的外表和情感能力对学生的学习有影响（Jensen，Jordine和Wilson
2011），但代理人（agentic size）的规模（就物理机器人而言）并不是研究的重点。但是，研究者要在未来的学习中评估学生对此的期望。

硬件系统

研究者采用了日本VStone公司制造的24英尺高，800克高的小型无腿机器人。Sota机器人是根据其发展为“

So（cial）ta（lker）”而创造的，它是一种社交对话机器人，其眼睛，头部和身体具有许多自由度，可以实现各种支持一种对话感（大阪大学，2015年）。Sota可以连接到电子设备和其他类型的启用传感器的设备，以创建所谓的IoT（物联网）网络。它轻便小巧，即使是小孩也可以移动，并且可以放在桌子或桌子上。它可以进行对话，并可以进行编程以根据数据进行评估并在连接的屏幕上显示。这可用于教室响应系统（CRS）和教学系统。Sota还具有语音识别和语音合成功能，并且可以将对话转换为云计算系统上的数据，从而将无线命令发送给设备。可以以各种方式使用数据来解决协调问题。

教学系统

在教育中，大多数可用的机器人系统都是基于“ one-robot-one-human”设计。然而，当前的教育范式侧重于教学的协作方法，ITS( Intelligent Tutoring Systems)的教学方式从一对一转变为更多的协作环境。在设计工作中，他们还考虑了新教育范式的其他要素，包括元认知，概念学习以及社交/同伴和主动学习方法。在设计中还强调了教师作为学习促进者的作用；教师作为“舞台上的贤者”的传统角色被其作为“同伴教学”方法的主持人的角色所代替。老师以最简单的方式吸引学生的注意力来介绍该主题，然后是被设计为概念性问题以促进元认知的测验项目。

课堂的社交互动

事实表明，学习和沟通可以相互影响（Cerri

2005）。他们指出，人们根据一些不成文的内部规则进行操作，这些规则可能会影响通信环境中协议的学习，适应和合并。这类似于近感中捕获的社交互动的概念，该概念解决了受文化启发的内部规则，该规则调节了包括课堂交流在内的社交互动。这些规则的分解将导致任何情况下的通信失败，因此，这是交互或通信系统开发中的关键考虑因素。

“真正的”老师应该能够感知他人并认可他人的感知，使用与个别学生或全班同学的称呼形式，能够遵守社交的基本规则，包括问候，轮流

休假，认识其他代理人（在这种情况下为学生），并模拟与情境相关的社会角色，即扮演老师所期望的角色。与此相应，研究者认为教师应该能够通过显示内容知识，理解，准备和课堂管理来履行学习促进者的职责，从而达到衡量教师质量指标的重要指标（Rice
2003）。

老师通过随机呼出学生的名字并通过解释他们选择答案的原因来要求他们主持讨论会，从而促进同伴讨论会。除了向学生提供“被机器人感知为存在”的感觉外，它还创建了一种促进学生之间积极学习和对话的方法。老师还可以通过捕捉眼睛颜色变化中的“面部表情”来模拟批准/不批准以及其他影响。

讨论

由于对社会互动和情感交流能力的需求，迄今为止，人们认为机器无法满足这些需求，然而，在二十一世纪的教育中，技术水平引起的变化，加上机器智能的增长表明在不久的将来，人工智能将不仅作为课堂助理或学生同伴，而且将能够与学习者进行情感关系，并像人类教师所期望的那样处理课堂管理（Powell 2014）。他们在认知任务上比人类教师表现出更高水平的能力进一步表明他们在学科知识方面会更好。所有这些都表明，未来的“教室”非常需要成熟的机器人教师，并由他们来控制（Sharkey 2016）。

最近的一项研究评估了何时可以预期机器人完全取代当前的人类工作（Grace

2017年），基于人工智能和机器学习领域最顶尖专家的调查。图2中的发现是AI成就的里程碑，这一发现提出了有趣的讨论。专家预测，从2016年开始（即2062年）将是45年，这是机器人完成几乎所有人类工作所需的平均时间。尽管这是一个平均值，因为专家的分布时间通常在10到50年之间，但它揭示了我们离这一现实有多近。

图2：人工智能成就的里程碑

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结论

按照目前的技术发展速度，21世纪初变革后开始的新浪潮有望在不到50年的时间内走向成熟，预示着未来30年左右出现下一次剧烈变革的可能性。因此，研究者预测，即使是最明显的传统教育角色，如课程开发、教学设计、课程规划、需要一些开放式方法的终结性评估、学校管理、学校的建立和类似的职责，也将不再是人的职责。这就要求对这些事态发展的积极和消极影响以及如何为这些事态发展做好准备作出展望。

文献来源：

Bosede I. Edwards and Adrian David Cheok(2017). Why not Robot Teachers: Artificial Intelligence for Addressing Teacher Shortage.Applied Artificial Intelligence,2-5.doi:10.1080/08839514.2018.1464286.

文献整理：买提