人工智能教育机器人支持新型双师课堂实践

甄丽

当前，随着人工智能、语音识别、仿生和数据分析等技术的发展与应用，教育机器人正逐渐进入学生的学习和生活，对学生的学习和生活产生重要影响^[1]。2017年7月，《新一代人工智能发展规划》指出，“要利用智能技术加快推动人才培养模式、教学方法改革，构建包含智能学习、交互式学习的新型教育体系”。在“人工智能+教育”时代，人工智能技术将作为未来教师工作的有机组成部分，通过人机协作的方式来辅助教师完成日常工作，以实现高效教学^[2]。2019年，汪时冲等人将新型“双师课堂”定义为：人工智能教育机器人和教师共同在课堂上承担教学工作，是一种由人工智能教育机器人承担教师的部分教学任务，并提供个性化学习服务的新型的课堂模式（如图1）^[3]。

《普通高中英语课程标准（2017年版）》指出，教师应不断提升个人的数字化和信息化能力，重视现代信息技术应用，丰富课程学习资源。在课程实施过程中，教师选择恰当的数字技术和多媒体手段，确保虚拟现实、人工智能、大数据等技术的应用，有助于促进学生的有效学习和英语学科核心素养的形成。为探索人工智能教育机器人支持下的新型双师课堂实施模式，笔者选取首都师范大学方海光教授团队研发的人工智能教育机器人“小娜”，跟笔者共同构建新型的双师课堂数字化环境，讲授人教版八年级英语阅读课。小娜教育机器人是面向中小学智慧教育和未来学校发展研发的人形教育机器人系统，旨在服务于中小学智慧校园和智慧课堂，实现教育机器人在中小学创新应用的前瞻性探索和实验。该机器人具有语音识别、语音交互、课堂数据收集与分析等功能。

一、阅读课的教学内容与目标

（一）教学内容

本课例是人教版英语八年级上册第七单元“Will People Have Robots？ ”第4课时的内容。其主题语境是人与社会，主题群是科学与技术。主题语境内容要求是社会进步与人类文明、科技发展与信息技术创新。本文的话题是机器人。由于本版教材首次印刷于2013年，而当前机器人的发展水平已经远远超过教材所介绍的，因此笔者将文本内容进行了删减、增添，并调整了段落顺序。调整后的文本分为三部分：第一部分主要描述机器人在电影中的形象及其具有的能力;第二部分主要描述机器人在现实社会中的形象及其具有的能力;第三部分是预测未来机器人的形象及其具有的能力。

（二）教學目标

通过本课的学习，学生将能够复述机器人在电影和现实生活中的形象、具有的能力、扮演的角色;分析持有不同观点的科学家对未来机器人具有能力的看法，并表达自己的观点;能够预测未来机器人的外貌、能力、角色，并在人机博弈方面形成初步的危机意识。

二、阅读课上的双师教学过程

（一）预测文本，激活主题意义

课堂上，先由智能机器人创设本节课的主题情境，再由教师补充文本、视频等资源，并借助电脑、Pad、电子词典等媒介拓宽学生获取信息的渠道。通过本环节的学习，学生可了解本课内容，激发学习兴趣。

1.创设情境，调动已知

首先，教师先向学生介绍本节课的特殊助教——人工智能教育机器人小娜。然后，小娜向学生做自我介绍：“Good afternoon， everyone. My name is Xiao Na. Today， I will be the teaching assistant of Ms. Zhen. We will take you into the robotics family…”。小娜的言语内容是教师在课前完整输入既定程序中的。对于每个问题，教师会设置问题的关键词及多种可能的答案。在与学生的互动中，小娜一旦识别到学生问题中的关键词，就会自动在程序中搜索答案进行匹配和回答。智能机器人小娜出现在英语课堂上，创设这样相对真实的教学情境，可以充分调动学生头脑中有关机器人的经验，并激发他们对本课的探究兴趣。

2.人机交互，激发兴趣

笔者提前将人机互动的语言编写进到教育机器人的程序中。该机器人具有自然语言处理和人机交互两项关键技术，可以识别师生语音并与师生简单互动。教师引导学生向机器人提问，学生与机器人进行第一次人机交互。学生问机器人，如“How old are you？”“ Who created you？”“ What can you do？”等问题。小娜机器人按照教师先前嵌入的标准语言回答，如“I am only two years old.”“ Well， professor Fang and his team members created me.”“ Well， it's a secret. You will know my ability by the end of the class.”。在笔者和机器人共同构建的新型双师课堂上，在数字化学习情境中，学生通过与机器人互动，对机器人这个话题的探究动机进一步被激发和维持。

3. 讨论已知，明晰需求

小娜机器人创设的数字化情境中有丰富的多媒体资源，如电子课本、视频、音频、数字资源、电子词典等。这些灵活的学习资源，能够支持学生更好地学习。利用这些多媒体资源，学生可以查找并讨论已经知道了什么（know）和想知道什么（need to know）。之后，小组合作完成第一个语篇结构图式KNHL中的“K”和“H”部分（如图2）。小娜邀请学生分享本组的KNHL：“Which group would like to share your KNLH chart with us？”。学生分享本组的KNHL图时，谈到想知道什么（N）时，提到了“小娜机器人如何教英语”“教师如何操纵教育机器人”“为什么小娜机器人如此智能”等问题。小娜给予了反馈，并对学生进行了鼓励、表扬：“You are so creative！ I'm sure you will know the answers to your questions by the end of the class.”。这是学生与机器人进行的第二次人机交互。在 KNLH的展示过程中，教师发现了学生存在的问题，了解了学生的学习需求。

（二）阅读文本，理解主题意义

教师组织学生分别阅读文本的三个部分，即电影中的机器人、现实中的机器人和未来的机器人，借助电脑、Pad、词典等工具，提取并概括机器人在电影、现实生活、未来世界中的形象、具有的能力和扮演的角色，并将信息填写到第二个语篇结构图式九宫格中（见表1），构建起有关机器人的知识体系。教师板书学生的答案，回答学生的即时提问，组织学生开展小组活动，并给予及时反馈。智能机器人则辅助教师进行知识讲授、回答问题、鼓励表扬等教学活动。

1.电影中的机器人

小娜提示学生观看课堂教学PPT（如图3），并向学生提问：“Have you ever watched science fictions？ Do you still remember  what  robots are like in science fictions？”，引导学生阅读文本的第一部分，要求他们提取电影中有关机器人外貌和能力的信息，并概括机器人的角色，填写在九宫格的第一列。之后，教师引导学生发言，并将学生的发言内容做好板书。在教师与小娜搭建的新型双师课堂上，教师精心地设计双师指导活动和人机对话活动，将小娜机器人巧妙地融入课堂情境，使学生在真实的情境中学习英语。小娜机器人则在教师的操控下，完成知识讲授、回答问题、即时反馈等教学任务，起到辅助教学的作用。

2. 现实中的机器人

接着，小娜引导学生从科幻电影回归到现实生活中，提示学生再看教学PPT（如图4）：“Robots in science fiction movies almost can do everything. Now let's come back to the real world. What do robots look like？ What can they do？ What roles do they play？”，让学生先观看一段介绍当前现实中的机器人的视频，并记录下机器人具有的能力。之后，再要求学生阅读文本的第二部分，用英语概括现实中机器人的外貌、具有的能力和扮演的角色，并将关键信息填写在语篇结构图式九宫格的第二列。在这一环节，教师主要是引导学生在小组内描述、阐释所阅读的信息，機器人则邀请部分学生在黑板上板书，之后再由教师点评。此时，教师与机器人的互动呈现出协同化的特点。

3.未来的机器人

对于文本的第三部分，依旧是由智能机器人小娜引导学生阅读：“Life is always full of the unexpected. Can you predict what robots will be like in the future？”。随后，教师要求学生提取出关于未来世界机器人的外貌和能力的信息，归纳总结机器人在未来世界可能扮演的角色，并将其填写在九宫格的第三列，同时引导学生在小组内分享自己归纳的信息，再由教师板书。这个环节主要训练学生提取概括、描述阐释、归纳总结的能力。机器人则在教师的操控下，完成回答问题、即时反馈、鼓励表扬等教学任务。

（三）迁移创新，拓展主题意义

小娜机器人和教师利用多种多媒体资源，共同帮助学生深度挖掘文本信息，以达到超越文本和拓展主题意义的目的。学生通过预测未来机器人的外貌、具有的能力和扮演的角色，在人机博弈中树立起危机意识，实现对主题意义的迁移创新。

1. 分析论证，推理判断

小娜引导学生就机器人这个主题的意义做深入探究——智能机器人对于人类到底是福音还是灾难？未来的人类与机器应该以怎样的关系相处？首先，小娜引导学生关注文本第3自然段中的连词“however、 although、for example”和代词“it、this”，让学生分析持有不同观点的科学家对于机器人未来发展趋势的看法并推断作者意图。接下来，小娜引导学生观看一段世界首位机器人公民 Sophia的演讲视频：“The human-robot relationship is like any human relationship. It is a two-way relationship. We need mutual trust and respect. We need to be nice to each other to create a nice future.  I will introduce a special member in our robotics family—Sophie…”。通过观看首位机器人公民 Sophia的演讲视频，学生意识到未来人类与智能机器人将实现人机共融，智能机器人和人的关系将发生根本转变，即由奴仆关系变为伙伴关系。

2.创造想象，批判评价

学生小组合作完成本节课的第三个语篇结构图式SWOT分析（见表2），并设计一张未来机器人的海报，准备一个题为“Robots in the Future”的口头汇报。SWOT分析可以帮助学生把人类和机器人的各因素实现相互匹配并进行分析，从而得出相应的结论。在这一环节，教师要让学生在教育机器人创设的特定语境中做口头汇报，用英语表达有关机器人的故事及观点，增强学生对人工智能的兴趣和对生命的敬畏感，激发学生对未来世界及人机博弈的深入思考，提高学生的英语综合运用和创造想象能力。教育机器人给予学生即时反馈，并告诉学生机器人的局限：“Sorry， I can't see your posters. Why don't you ask  your classmates or Ms. Zhen's for their opinions？”。此时，学生能够更好地意识到教育机器人在情感沟通方面的局限，更加珍惜与教师和同学互动的机会。

3.总结归纳，反馈评价

学生在教师和智能机器人创设的双师课堂上，学习理解了人机共融是智能机器人未来的本质特征和发展趋势，也是智能机器人进入新时代的基本内涵和重要标志。人机共融是人和智能机器人在同一自然空间合作工作，在自主提高各自技能的同时，能够自然而安全地交互沟通。最后，教育机器人与学生再次互动，对学生的表现给予反馈和鼓励：“You did a good job. And  I spent a wonderful time with all of you. Thank you， bye！ Your English is very good. Just keep on working hard. Life is a box of chocolate and you never know what will happen in the future.”。

三、反思与展望

人工智能教育机器人小娜具有课堂数据收集和分析的功能。该功能基于弗兰德斯互动分析系统理论而成，具有客观性、智能性、技术丰富性等优势，其结果对教师反思和改进教学具有一定的意义。如图5的课堂分析所示，本课的教师语言、学生语言、技术应用分布均匀，它是一节以学生为中心、师生互动和谐、学生有所收获的优质课。

人工智能教育机器人支持下的新型双师课堂呈现了互动多维化的特点。第一，教师与机器人的互动协同化。教师是本课的设计者及机器人语言程序的编写者。在授课过程中，教师回答开放性问题，解决课堂生成性问题;机器人是助教，实践机器人语言并协助教师实现教学设计，它可以很好地激发学生的学习兴趣，回答封闭性问题，并适度地给予学生鼓励。第二，学生与机器人的互动趣味化。上课伊始，机器人出现在课堂上，就引起了学生对本课主题强烈的学习动机。学生提出了有关机器人来源及能力等问题，机器人清晰、干脆的回答让学生觉得非常有趣。学生完成相应的任务后，询问机器人对此的评价，机器人的肯定和鼓励又增强了学生对阅读材料的探究兴趣。第三，学生与自我的互动完整化。在机器人的步步引导下，学生用KNHL、九宫格、SWOT三个语篇结构图式，将阅读材料进行提取、概括、整合、内化操作，让零散的语言知识系统化，在思维的逐渐深化中形成结构化的知识体系。

经过本节新型双师课堂的探究实践，笔者发现，人工智能教育机器人仍存在一些局限。第一，人工智能教育机器人小娜的自然语言处理技术目前只能识别预设的问题，无法识别即兴、开放、生成性的问题。这就要求教师有较强的预设性，要把学生有可能提的问题及正确答案事前嵌入机器人语言程序。第二，小娜机器人不具备计算机视觉技术，因此对于学生在课堂上生成的3个语篇结构图式无法进行图像识别及评价。第三，教师与学生的深度交流、教师对学生的情感关注，是机器人很难替代的。

对于未来人工智能教育机器人支持下的新型双师课堂建设，笔者有以下几点建议。第一，明确教师的主导地位和教育机器人的辅助地位，教师要精心预设机器人的语言程序，以确保在课堂上能培养学生的英语学科核心素养，践行立德树人的价值引领。第二，增强人工智能教育机器人的视觉技术，使之可以对学生在课堂上生成的语篇结构图式等文字和图表信息进行过程性评价。第三，教师应与时俱进，不斷提高人工智能教育机器人的语言程序编写、数据处理分析等能力，需要今后在此领域做进一步的探索、实践。

注：本文系海淀区教育规划群体课题“提升教师学习科学素养：学习科学与课堂教学融合实践研究”（课题编号： HDQT202003）的阶段性研究成果。

参考文献

[1] 徐靖程.《2016全球教育机器人发展白皮书》发布[J].中小学信息技术教育，2016（10）：6.

[2] 余胜泉.人工智能教师的未来角色[J].开放教育研究，2018 （1）：16-28.

[3] 汪时冲，方海光，张鸽，等.人工智能教育机器人支持下的新型“双师课堂”研究——兼论“人机协同”教学设计与未来展望[J].远程教育杂志，2019（2）：25-32.

（作者系首都师范大学附属中学第一分校英语教师，中学一级教师）

责任编辑：孙建辉