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曾海军:人工智能时代,教育有哪些变与不变?

原创琦琦琦琦2019-09-18 22:054801

决胜网9月18日获悉,今日,在创业邦主办的“2019 DEMO CHINA创新中国·未来科技节”上,国家工程实验室办公室主任、北京师范大学智慧学习研究院副院长曾海军发表了《2019全球教育机器人发展白皮书 —— 应用情景与产品分析》的精彩演讲。


演讲中,曾海军以《2019全球教育机器人发展白皮书》为内核,全面解析了教育机器人方面的学术研究成果,以及白皮书上产品框架的应用场景。他表示,在人工智能时代,教育环境、教育内容甚至教学模式也发生改变。但是教育的本质,培养人才的本质上不会变。



【核心观点】


1、统计发现,美国、欧洲等地区的教育机器人学术研究主要以教育机器人的本体、角色、语言等内容为主。


2、用户的多样性决定了教育机器人的需求广泛且存在差异。从应用长远性来看,家庭需求目前多于学校需求。从功能效果来说,辅助教育机器人的需求占比较大。从使用对象来说,面向学生尤其中小学生的需求多于其他群体。


3、教育机器人的设计以原始需求为主,不是我们理解的“妈妈觉得你冷”的那种需求。而是以智能化为重点,既能够满足用户的需求,强化机器人的交互体验,又能够保持对教育的适用性问题。


4、机器人的人机交互、机器视觉和情景感知是三大关键技术。


5、教育机器人有比较广大的应用场景,产业在逐步发展过程当中。


6、机器人正在形成一套机器人的生态圈,有点类似于智能手机的发展。


以下为曾海军演讲实录,经决胜网整理,有删减:


第一部分

教育机器人的政策及市场环境


各位专家、各位来宾,非常荣幸参加今天这个论坛,我来自北京示范大学智慧学习研究院和互联网教育智能基础及应用国家工程实验室,非常高兴代表团队来介绍一下最近关于教育机器人方面学术的研究成果。


第一,教育机器人发展来自于国家政策的推动。在2006年的时候,国家科技中长期发展规划里提出了智能机器人和智能服务机器人作为重要发展理念。在科技部智能机器人重点专项中也对这些关键技术和应用示范进行了重点支持,这三年资金超过20个亿。


第二,中国制造2025年和新一代人工智能规划里,都提到智能机器人和智能服务机器人在教育行业中的应用。在北京5月份的国际人工智能教育大会上,习近平主席的贺信中也提到人机协同的概念。


在教育信息化从1.0到2.0里,提出了智慧教育创新发展工程,里面除了做智慧教育示范区,也提出了教育机器人,包括我们说的智能教师助手等等,这个是从政策上的需求。


另外,我们也做了一组数据的调研,我们可以看到对教育机器人需求来说,大家还是比较期待的。从学生来说,我需要一个学习的伙伴,就像过去书童一样。教师可能需要助教,对于家长来说需要一个监护人。我们可以看到在机器人应用当中,电子产品带娃本身就是有争议的事情,也有教师或者家长提出,教育机器人在教育中的应用是不是有争议。


从230多项需求中总结出,教育机器人在日常生活和学习工作中,扮演不同的角色。但是也看到在这种角色分类上更多起了助理、保姆辅助的作用。从技术成熟度来说,对教育机器人的维度进行划分,分为急迫或者刚性的需求、以及技术上容易实现的需求。


第二部分

教育机器人在教育教学中的应用


最终我们还是要关注教育机器人在教育和教学中怎么应用,我们从使用对象角度对教育机器人进行分类。通常提到学习更多指的是在学校里的学习,但是回归学习本身范围更大。比如说家庭教育,比如说公众场所,科技馆、博物馆,还有公共场所的学习。在放大的情况下,可以看出教育机器人在家庭和学校当中,目前来说应用比较普遍,提供的服务业比较多,包括家庭学习,在家的学习伙伴,机器人教育,眼前的助教,这是在调研中发现比较多的地方。


常规的理解把教育机器人理解成两类,一类是做机器人教育的,辅助教学和活动;另外在教学中提供知识服务功能的,教育服务机器人。简单来说,机器人可以拆开的,我们把它认为是机器人教育,拆不开或者定制化产品可能是教育服务机器人,这个只是研究团队的定义。


从场景来说,教育机器人从教师角度而言,可以增强教师的表达能力、知识加工能力或者沟通能力,包括家庭助理等等这方面。从表达能力来说,就是时间和空间上,比如说代替老师在课堂上的教学,辅导老人康复等等。在遇到问题的时候,教师通过机器人能够搜索到需要的知识,甚至家庭辅导小孩子作业。


另外,机器人在原来的角色当中增加一个角色,可能增加教师在教学当中的沟通和社交的功能,增加交互的角色。但是,机器人是不会完全替代教师的,在某些方面承担教师的作用。


在人工智能时代或者互联网+时代,教育有哪些变和不变?我们知道环境变了,内容变了,甚至教育学的模式变了,但是教育的本质,从培养人才的本质上不会变。教师还会存在情感交互、社会化等这方面的功能和角色,这个是对应用场景的分析。


第三部分

国际上对于教育机器人学术研究情况


我们看一下国际上对于教育机器人学术研究情况是什么样的,我们是通过查文献的方式,从近五年来从1300多篇关于教育机器人文献中梳理,最终选出490多篇关于机器人紧密结合的文章。教育机器人在国际上比较典型的机构,多在于美国、欧美国家,主要参考的指标还是论文应用的情况。


比如说英国的大学,研究什么呢?研究自闭症,教育机器人在自闭症怎么去做研究。还有意大利的机构研究从开源平台角度做实验的研究。国内也有大量的机构从事教育机器人研究,比如哈尔滨工业大学机器人国家重点实验室等等。


从研究的热点来说,我把文献进行分类之后,我们会发现在目前来说对机器人的研究主要集中在这几个方面,一个是教育机器人本体的研究,包括概念、内涵,基本的架构等等。第二个机器人在教学中间的角色扮演和影响情况的研究,第三个教育机器人的设计,还有教育机器人应用情景的研究,这是我们对500多篇论文进行归纳分析之后得出的结果。


我们可以看到和我们大体上理解是一致的,从服务情节来说,无外乎中小学生、师生、成人到幼儿、老人等等。再看到这些机器人在研究中或者实验中提到比较多机器人,包括日本的编程机器人,包括乐高机器人,这个是研究对象来说的。


从应用情景来说,第一个还是STEAM教育,还有语言教育、学科教育,这个是从研究的应用情节来说。在使用对象来说,中小学生还是比较多的。


第四部分

教育机器人的关键技术及产品框架


我们看一下教育机器人会涉及到哪些关键技术?这个体系是现有科技部智能机器人专项中所涉及到的一套技术体系,从共性的技术到产品的关键技术一直到集成应用示范,这个是科技部智能专项所涉及到的技术体系。


我们再回过头来看看科技部近三年来智能机器人的重点研发项目,我们会发现没有一项是关于教育机器人的。今年的最后一项和教育有点关系,是研究工业机器人职业培训的机器人。


是不是教育机器人不涉及技术呢?不是这样的,在所有的期待中来说,我们都希望有一个像真人一样的机器人,像我们一样去思考、表达、互动等等,我们需要这样的机器人。通过这个角度来说,通过和企业走访,和专家的访谈,这三项技术对机器人的发展是关键,人机互动、机器视觉、情感感知。


从设计的角度来说,很多企业做产品的,在企业产品有一套设计方法论,从原始的需求分析一直到目标用户,从竞品到场景,从机器人角度来说,通过和企业的产品进行沟通,我们认为在目前设计来说会关注这几点。


  • 第一个关注应用的情景分析,这个是我们做产品的切入点;


  • 第二个要考虑智能化;


  • 第三个模块化的设计思路,包括做电子产品迭代的方式。


  • 第四个关注教育机器人在教育当中的适用性,这个是我们在这些方面考量的问题。


我们提出了研究团队所提出的产品分析框架,我们也是希望对现有市场上机器人产品进行分析。从2016年版的时候提出六个分析维度,在2019版的时候经过专家的意见、访谈研究之后,我们把六个维度简化四个维度,表情动作、感知输入、机器人智能化水平、社会互动。


我们可以看到从这个层级来说分了五个层级,第一个是没有表情、没有动作,什么都没有的,到目前阶段基本的信号感知,我想从下到上,越往上离我们理想化的教育机器人会比较接近。


我们对40个关注度比较高的机器人产品进行评测,40个产品怎么选来的?通过淘宝、京东、亚马逊电商平台上买得最多、关注最多的40个产品进行评测,但是这个能选择的维度有一定的局限性,在这些电商平台上可能更多是to C产品,面向个人用户来买得多一点,通过集团采购可能不一定通过这个平台,但是这些产品具有比较典型的特征。


对40多个产品分析之后,国内和国外的差距并不明显,简单说都在一般水平的发展,还在1和2之间的水准。在有些方面,比如说感知、智能这方面发展比较好一点,在表情动作还属于比较低的水平,我们期待最后的机器人都能够到5、到4的水平。


我们也挑出大家常见的几款机器人产品进行分析,第一款是我们用得比较多的,人型机器人编程,交互的互动,用得比较多的产品。


第二款产品在输入这方面发展确实比较不错,第二款产品和第一款产品有点类似,一个是国内,一个是国外的。


第三款产品特征比较明显,在感知输入这块比较强,没有太多的表情动作,这是一个家用的音译学习的机器人。


最后一个是MIT的机器人。


将来我们研究团队可能会对市场上所有的机器人进行测评,在这个基础上做出我们的标准。


第五部分

机器人产业链的发展建议


从产业链角度来说,团队把这个图画出来,从图上看产业繁荣,产业链也挺丰富。但是,产业链确实是初具雏形,从芯片到制造商到平台到资源到内容等等,都有不同的企业和团队去提供,但是从企业的访谈来说,得到最大的问题是说上下游之间还需要进一步打通。


产业发展来说有两条建议,一个是通用型的教育机器人,可能更多用系统平台,是由开发商决定的。这个是在前一个阶段,在阶段逐渐转化有系统渠道商去界定专业的机器人。这个是在产业发展中要注意的几个问题,特别是最后提到用户能力的问题,这个是我们比较关注的问题。


另外,他们还给我做了一个表,机器人产业发展很快,2016年预测2021年的时候会到110亿,2023年会到841亿。我说这个数字挺大,而且你看这个表加起来还不是这个数,他们用了国际上通用的复合增长率的方式算出来的,最后还把总数除了4。


我不知道数字怎么来的,但是至少这个数字说明教育机器人还是有比较大的市场,从前面的应用场景来说,它有非常丰富的应用场景。从这个场景来说,这个市场还是比较广泛,市场比较大,包括曾经有一位领导到我们实验室去参观说,农村还有十几万教学点,有没有可能每个教学点有一位机器人教师?之后,帮助农村把以前无法开设的课程开设出来,开不好的课能够开得更好。所以从应用场景来说这个市场空间确实还会很大。当然,这个数字不一定是很准确,我们可以期盼美好的未来。


我们是来自北京师范大学智慧学经济和互联网教育国家工程实验室的研究团队。在研究过程中,我们也得到了很多企业支持和专家的支持。谢谢大家。

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