機器人教師能解決教師短缺問題嗎？（下）_風聞

本期推送的是英國倫敦大學學者Adrian David Cheok和Bosede I.Edwards在發表於Applied Artificial Intelligence的文章Why not Robot Teachers: Artifical Intelligence for Addressing Teacher Shortage。教師短缺已成為教育領域的一個全球性問題，發展中經濟體的情況應該更嚴峻，一些研究已經探討了解決這一問題的嘗試或其對教育未來的嚴重影響。

背景

教師短缺已經成為教育領域的全球性問題（Hutchison 2012；Flynt和Morton 2009）。聯合國教科文組織（UNESCO）報告了一個旨在解決該問題的重大項目，並承認“該問題仍然是一個嚴重問題”（UNESCO，2012）。有研究指出，不僅中學畢業生對報考師範類學校的興趣不足，而且實際上入學率已經下降了30％，從2008/2009年的719,081下降至2012/2013年的465,536 （圖1）。

學生人數的增加使短缺問題變得更加複雜，從1999年至2011年，公立中小學的入學率增長了0.4％，據預測，2011年至2023年將增長5.2％。教師普遍的工作不滿意，缺乏認可，報酬/升職機會差等因素是導致當前教師離職率高的因素（Aragon 2016年）。

預計發展中經濟體的情況將更加嚴峻，一些研究已經試圖解決該問題或其對未來教育的嚴重影響的嘗試（Cobbold和Demirjian 2015）。如果不能儘早解決這個問題，本來就很危急的情況將變得更糟，並且隨着時間的推移最終可能使基礎教育無法普及，從而挫敗了普及全民小學教育的全球主要目標。

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先進的人工智能

整個機器人系統分為教學交付，教學法和學習內容以及運動系統和感官（情感）系統兩部分。該項目採用了包括Java，Python和C++在內的基本編程語言。

教師人格

研究已經證實，物理實現的智能體的效果要優於基於屏幕或動畫的智能體（André Pereira2008；Dahl和Boulos 2013），因此，機器人研究者認為物理機器人是該設計的合適選擇。儘管研究表明，代理人的外表和情感能力對學生的學習有影響（Jensen，Jordine和Wilson 2011），但代理人（agentic size）的規模（就物理機器人而言）並不是研究的重點。但是，研究者要在未來的學習中評估學生對此的期望。

硬件系統

研究者採用了日本VStone公司製造的24英尺高，800克高的小型無腿機器人。Sota機器人是根據其發展為“

So（cial）ta（lker）”而創造的，它是一種社交對話機器人，其眼睛，頭部和身體具有許多自由度，可以實現各種支持一種對話感（大阪大學，2015年）。Sota可以連接到電子設備和其他類型的啓用傳感器的設備，以創建所謂的IoT（物聯網）網絡。它輕便小巧，即使是小孩也可以移動，並且可以放在桌子或桌子上。它可以進行對話，並可以進行編程以根據數據進行評估並在連接的屏幕上顯示。這可用於教室響應系統（CRS）和教學系統。Sota還具有語音識別和語音合成功能，並且可以將對話轉換為雲計算系統上的數據，從而將無線命令發送給設備。可以以各種方式使用數據來解決協調問題。

教學系統

在教育中，大多數可用的機器人系統都是基於“ one-robot-one-human”設計。然而，當前的教育範式側重於教學的協作方法，ITS( Intelligent Tutoring Systems)的教學方式從一對一轉變為更多的協作環境。在設計工作中，他們還考慮了新教育範式的其他要素，包括元認知，概念學習以及社交/同伴和主動學習方法。在設計中還強調了教師作為學習促進者的作用；教師作為“舞台上的賢者”的傳統角色被其作為“同伴教學”方法的主持人的角色所代替。老師以最簡單的方式吸引學生的注意力來介紹該主題，然後是被設計為概念性問題以促進元認知的測驗項目。

課堂的社交互動

事實表明，學習和溝通可以相互影響（Cerri

2005）。他們指出，人們根據一些不成文的內部規則進行操作，這些規則可能會影響通信環境中協議的學習，適應和合並。這類似於近感中捕獲的社交互動的概念，該概念解決了受文化啓發的內部規則，該規則調節了包括課堂交流在內的社交互動。這些規則的分解將導致任何情況下的通信失敗，因此，這是交互或通信系統開發中的關鍵考慮因素。

“真正的”老師應該能夠感知他人並認可他人的感知，使用與個別學生或全班同學的稱呼形式，能夠遵守社交的基本規則，包括問候，輪流

休假，認識其他代理人（在這種情況下為學生），並模擬與情境相關的社會角色，即扮演老師所期望的角色。與此相應，研究者認為教師應該能夠通過顯示內容知識，理解，準備和課堂管理來履行學習促進者的職責，從而達到衡量教師質量指標的重要指標（Rice 2003）。

老師通過隨機呼出學生的名字並通過解釋他們選擇答案的原因來要求他們主持討論會，從而促進同伴討論會。除了向學生提供“被機器人感知為存在”的感覺外，它還創建了一種促進學生之間積極學習和對話的方法。老師還可以通過捕捉眼睛顏色變化中的“面部表情”來模擬批准/不批准以及其他影響。

討論

由於對社會互動和情感交流能力的需求，迄今為止，人們認為機器無法滿足這些需求，然而，在二十一世紀的教育中，技術水平引起的變化，加上機器智能的增長表明在不久的將來，人工智能將不僅作為課堂助理或學生同伴，而且將能夠與學習者進行情感關係，並像人類教師所期望的那樣處理課堂管理（Powell 2014）。他們在認知任務上比人類教師表現出更高水平的能力進一步表明他們在學科知識方面會更好。所有這些都表明，未來的“教室”非常需要成熟的機器人教師，並由他們來控制（Sharkey 2016）。

最近的一項研究評估了何時可以預期機器人完全取代當前的人類工作（Grace

2017年），基於人工智能和機器學習領域最頂尖專家的調查。圖2中的發現是AI成就的里程碑，這一發現提出了有趣的討論。專家預測，從2016年開始（即2062年）將是45年，這是機器人完成幾乎所有人類工作所需的平均時間。儘管這是一個平均值，因為專家的分佈時間通常在10到50年之間，但它揭示了我們離這一現實有多近。

圖2：人工智能成就的里程碑

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結論

按照目前的技術發展速度，21世紀初變革後開始的新浪潮有望在不到50年的時間內走向成熟，預示着未來30年左右出現下一次劇烈變革的可能性。因此，研究者預測，即使是最明顯的傳統教育角色，如課程開發、教學設計、課程規劃、需要一些開放式方法的終結性評估、學校管理、學校的建立和類似的職責，也將不再是人的職責。這就要求對這些事態發展的積極和消極影響以及如何為這些事態發展做好準備作出展望。

文獻來源：

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.

文獻整理：買提