我国教育机器人的研究现状及发展分析

摘要：并对教育机器人未来的未来的发展趋势进行简单的预测，以期为我国未来教育机器人的研发提供数据参考，给予我国在教育机器人相关人才培养、相关研究室的开发以及教育机器人的广泛应用等方面一定的启发。

为促进新时期教育计算机化的建设与发展，结合国家“互联网+”、大数据、新一代人工智能等重大战略目标和任务安排，《教育信息化2.0 行动计划》明确提出了应当加强对智能教学助手、教育机器人等相关技术的科学研究和应用。^[1]由于我国在教育机器人方面的科学研究工作起步较晚，因此，梳理我国这20 年来教育机器人的科学研究进程，有助于提高国内教育机器人科学研究的水平，同时也给未来教育机器人的相关发展予以启示。

近几年，围绕着教育型机器人，我国的研究性专家和学者们对其进行多方面、多视野和多角度地研究，得到了许多跟教育型机器人密切相关的科学技术研究论著和文献。张尧等^[2]通过对2010-2018 年国际教育机器人相关文献的分析，提出了国际教育机器人的研究主要重点是机器人科学研究、教育机器人技术支撑下的工具和环境研究、教育机器人的应用实践研究三大领域。李新等^[3]对2014-2018 年教育机器人相关的文献和资料进行了分析，发现教育机器人的研究课题可以大致划分成包括本体性研究、设计性研究、实践性研究、角色性研究四个范畴。龚礼林等^[4]通过对2010-2019 年国际K-12 机器人教育的相关文献进行统计分析，得出STEM领域是国际机器人教育实证研究的热门主题。大部分的课题研究学者都主要是基于国际上有关教育机器人相关资料和文献进行的分析，梳理了教育机器人的国际动态和其研究热点，来针对未来教育机器人的研究发展方向提出一些相关的建议。在此基础上，本研究将CNKI 中国知网 2001-2021 年共20 年公开发表的相关学术文献为主要研究对象，分析我国教育机器人的科学技术研究发展现状与未来发展趋势。

1.1 研究方法

文献计量学是指集数学、统计学和文献学为一体的定量地分析一切知识载体的交叉科学。其研究方法主要是采用数理统计分析的方法，将计量对象如文献数（文献类型）、作者数（作者、第一作者单位）、词汇数以图表的形式呈现^[5]。本研究主要采用了文献计量法，对样本文献中有关教育机器人的文献进行研究。文献计量法是内容分析法的一类，是对文献形式的传播内容进行定量描述的一种研究方法。^[6]

1.2 研究思路

为了能够更好地分析和梳理当前我国教育机器人的发展脉络，展望我国教育机器人的未来发展趋势，推进我国教育机器人在教育领域中的可持续发展和广泛应用，本研究以CNKI 中国知网作为数据来源，使用“教育机器人”、“机器人教育应用”等关键词在平台上进行初步检索，检索时间设为2001 年07 月01 日～ 2021年07 月01 日，累计得到777 篇相关文献。除去完全与主题不相关的会议、通告以及报纸等，共得到待研究文章753 篇，其中中英文期刊共482 篇，硕博士论文共171 篇。这些文献构成了本次研究的数据样本，检索后通过CNKI“导出参考文献”功能的保存为可以分析的EndNote 格式的题录文件。

因为计量分析的样本通常都是基数大、层次多、结构复杂的数据，所以对于文献信息的计量统计分析大多采用自动化的形式来完成。故本研究使用了文献题录信息统计工具 (SATI）和社会网络分析软件（UCINET）来对样本数据进行自动化分析和可视化展示。SATI 是由浙江大学学者叶鹰开发的一种题录分析软件。SATI可以自动对样本数进行字段抽取（文献标题、关键字、作者、源出版物等），并对提取的数据信息进行频次分析，然后生成各种矩阵导出为excel 文件。在实践中，SATI在许多领域得到了一些应用。UCINET 是社会网络分析中常用的软件，它可以很容易地计算出社会网络中每个节点的中心度，并找出网络中的内聚子群，对样本数据进行共词关系分析。此外，UCINET 还嵌入了开源软件Netdraw，可以方便地绘制社会网络的关系图，直观地显示社会网络中节点之间的关系，对样本数据进行可视化展示。

2.1 教育机器人相关研究的时间分布研究

教育机器人相关文献的时间分布可以反映其研究热度的变化，也可以根据研究文献在时间上的散步情况，观察分析相关研究的发展阶段，进而可以根据时间分布上的转折点，探索教育机器人相关研究在我国的发展情况。通过对CNKI 中所获取样本数据的发表时间进行提取，并进行频次统计，可以看到我国教育机器人相关研究的时间分布情况（如表1 所示）。

表1 教育机器人相关研究文献的时间分布情况表

图1 教育机器人相关研究文献年度分布图

由图1可见，我国教育机器人的相关研究发展大致可以分为三个阶段。第一阶段是2007 年之前，属于我国教育机器人研究的起步阶段，研究数量相对较少。分析这一阶段的相关文献，可以看到我国早期教育机器人相关研究的基本情况。在这一阶段，我国教育机器人的研究事业刚刚起步，国内有关教育机器人研究开发的技术不够成熟，能够参考借鉴的理论基础大多都来源于国外学者的研究成果，针对于我国教育形式的教育机器人研究较少，机器人教学刚刚开始进入人们视野，人们的接受程度不高，跟教育机器人研发相关的人才培养受到阻碍。根据对针对性文献的分析，这一阶段我国有关于教育机器人的研究点主要是教育机器人技术与平台的初步开发。

第二阶段大致从2008 年至2015 年，属于我国教育机器人研究的缓慢发展阶段，无论是期刊文献还是硕博士论文文献的数量都有较为明显的增长。这一阶段，随着教育学、心理学和人工智能的融合发展，我国的教育机器人相关的科学技术水平有了显著的提升，教育机器人对人类认知、决策、智能和情感的影响越来越受到重视，我国的研究学者开始在国外教育机器人相关文献的基础上提出自己的思想，机器人教育开始出现，促进了教育机器人在我国的落地应用。分析这一阶段相关文献，我国相关领域的研究学者开始将关注点转到教育机器人在教育中的实际应用上面来，机器人教学成为教育机器人应用的主流，跟教育机器人相关的技术和平台开始进入快速发展阶段。

第三阶段大致是从2016 年开始，我国教育机器人的研究进入快速发展阶段，相关的文献数量呈现爆炸式增加。这一阶段，由于信息技术、大数据、人工智能、云计算、自动化等新一代科学技术的进一步发展和深度融合，机器人的技术、功能和价值都有了明显的改善和提升，其产业及应用领域也在不断扩大，并逐渐地融入到了人们日常生活、工作、学习等现实场景中。^[7]我国的教育机器人教学进入快速发展的阶段，这一时期的硕博士论文文献数量有了明显的增长，证明教育机器人的相关研究在高等教育中处于突出的位置。同时，基础教育阶段的机器人教育也进入高度发展阶段，创客教育实验室、智慧教室的出现使得我国现有的教学模式发生转变，开始更加注重培养学生的创造性思维以及编程能力。这一阶段的相关文献更多的关注于机器人教育教学以及机器人课程的开发应用。

2.2 教育机器人相关研究的学科专业及机构分布研究

通过对我国教育机器人的相关样本文献中的硕博士论文进行学科专业分布统计发现，已经收录进CNKI 的171篇硕博士论文涉及到了21个相关学科，说明我国进行研究教育机器人研究的队伍庞大，其中教育技术学(58 篇) 计算机应用技术(11 篇) 课程与教学论(6 篇)控制理论与控制工程(4 篇) 机械制造及其自动化(4 篇)信息与通信工程(4 篇) 是主要进行教育机器人相关研究的学科，教育技术学是我国进行教育机器人落地应用研究的主力军。

在已经发表的跟我国教育机器人研究相关的482 篇期刊中，涉及到的学校机构十分广泛，离散程度较大，主要集中于我国各类师范类大学中，其中北京师范大学(13 篇) 华中师范大学(7 篇) 江苏师范大学(6 篇) 浙江师范大学(6 篇) 陕西师范大学(6 篇) 是各类机构中致力于进行教育机器人研究的机构，为我国教育机器人的发展做出了较大的贡献。

2.3 教育机器人相关研究的高频关键词词频研究

文章的关键词能反映出文章的焦点，如果某一个关键词在某一类研究文献中出现频次较多，说明是这个研究领域的高频关键词。高频关键词代表中这一领域中研究学者的主要研究方向。我们通过提取样本数据中的关键词并进行词频统计可以看到，本研究阶段中我国教育机器人出现了许多高频关键词（如图2）。

通过对这些关键词的观察分析我们发现，围绕教育机器人，我国的主要研究方向一方面是教育机器人本身的研究开发，借助人工智能的高速发展来完善开发新型教育机器人；另一方面，我国教育机器人的研究聚焦在机器人教育，通过开发机器人教学，借助创客教育模式与机器人课程的融合，建立我国中小学的信息化教学新模式。

图2 教育机器人相关研究文献关键词词频统计图

3.1 教育机器人研究相关的高频关键词共词关系分析

关键词是标志文章主题、代表文章主旨的核心词。如果一篇文章中同时出现两个关键词，就意味着这两个关键词之间存在“共线”关系，说明这两个关键词可能同时属于同一个主题。因此，通过多个关键词的共词关系可以看出一段时间内的研究重点。

将教育机器人相关文献构成的数据样本，通过CNKI“导出参考文献”功能保存为可以分析的EndNote格式题录文件后导入SATI，分别进行文件转换、字段抽取、频次统计后提取文献的关键词，最后生成共线矩

阵导出。将共线矩阵导入UCINET 软件生成.##h，随后导入NetDraw 软件进行处理后得到教育机器人研究文献的高频关键词共线关系图示（如图3）。

图3 教育机器人相关研究文献高频关键词共线关系图

根据张豪锋教授等^[8]人的研究，处于网络图中间的关键词与其他关键词共同出现在同一篇文献中的次数多，处于研究的核心地位，即其他研究领域是围绕这些核心展开的；处于网络图边缘位置的关键词是相关研究的热点；而处于前两者之间位置的关键词是连接核心问题与热点问题的中介。由此我们可以通过上述图示直观地看出，以“教育机器人”、“Educational Robot”为核心，借助“人工智能”、“机器人”，学者们对“机器人教育”、“创客教育”、“STEAM 教育”、“Programming”等教育机器人相关扩展方面进行研究，并进行“教学模式”、“教学改革”方面的探索，研究点主要集中在教育机器人本身的设计开发以及机器人教育的扩展应用。共词关系图外围的智能机器人、仿人机器人、人工智能技术、高等教育、智能教育、教学活动设计以及课程设计等关键词，都是与教育机器人发展密切相关的词汇，说明这些内容正在成为教育机器人研究的热点。

3.2 我国教育机器人未来发展趋势的分析

本研究通过对2001-2021年这个阶段我国教育机器人的相关文献进行分析，我国的教育机器人研究正处于快速发展的阶段。通过分析得出的教育机器人相关文献高频关键词贡献关系图，对我国未来教育机器人发展趋势进行简单的预测。

4.1 教育机器人本身的设计开发

通过教育机器人相关文献的高频关键词共线关系图我们可以看到，存在在外围的“智能机器人”、“仿人机器人”、“智能教育机器人”、“VEX 机器人”以及“人工智能技术”等跟机器人本身设计开发相关的关键词，是正在成为教育机器人行业研究的热点领域。

通过查阅相关文献、报告等发现， 其中借助于“人工智能技术”对“智能教育机器人”进行设计开发是我国正在致力于，并且在将来很长时间都会专注于研究开发的热点领域，随着人工智能技术的高速发展，还会有更多的新型智能教育机器人设计理念被提出，基于此开发出更加智能的教育机器人以供教育领域使用。“仿人机器人”是教育机器人领域的新兴分支，目前我国的仿人教育机器人研究受限于参考国外相关技术进行完善开发的阶段，独立进行研究开发仿人机器人的企业、机构还较少。因此在将来，仿人教育机器人也将成为教育机器人领域的一大研究热点。

4.2 教育机器人教学相关的探索

从教育机器人教学层面来看，技术应用方面，教育研究与相关教学工具和学习环境密不可分^[9]。“高等教育”、“智能教育”、“教学活动设计”以及”课程设计”是存在于教育机器人相关文献的高频关键词共线关系图外围的词汇，是教育机器人教学方面正在成为热点的研究领域。

目前我国有关机器人教育教学的开展如火如荼，在选择课外辅导课程时获得了很多中小学生的青睐，在北京以及江浙一带教育发达地区非常受欢迎，相较教育相对落后的地区，这些地区机器人课程普及性更广、认可度更高。机器人在教学活动中，更多的是扮演辅助教师或学生上课学习的工具^[10]。通过对学校课程开发现状的检索发现，教育机器人在学校课程中的应用程度较低，大部分的中小学未在该部分投入资金。但随着科学技术应用范围的不断扩大，借助相应的教学活动设计和教育机器人课程的开发，未来教育机器人在中小学课堂的普及指日可待。

现有教育机器人的相关文献，都是高等教育层面的学者进行开发案研究所得。但在高等教育阶段开展教育机器人教学还颇受时间、教学环境、资金等方面的限制，只有部分有相关投入学校的学生可以学习相关课程。在未来，有关教育机器人的设计开发课程在高等教育领域的开展也将成为一大研究热点，更多的学生可以学习到相关课程，以促进我国教育机器人实用人才和研发人才的培养，从而更好服务于教育教学。

参考文献：

[1] 教育部.教育部关于印发《教育信息化2.0行动计划》的通知[EB/OL]. http://www.moe.gov.cn/srcsite/A16/s3342/201804/t20180425_334188.html.

[2] 张尧,王运武.国际教育机器人研究现状及启示—基于WOS期刊文献(2010—2018)的可视化分析[J].数字教育,2019,5(06):72-79.

[3] 李新,李京津,高博俊,等.教育机器人的研究现状与发展建议—基于2014～2018年Web of Science核心数据库相关文献分析[J].现代教育技术,2020,30(1):5-11.

[4] 龚礼林,赵蔚,刘阳,等.近十年国际K-12领域机器人教育研究最新进展及启示—基于系统性文献综述法[J].中国远程教育,2020(03):25-34.

[5] 马楠楠,姜男,孙俐.基于文献计量学的大学生网络在线学习影响因素研究[J].医学教育管理,2019,5(5):479-484.

[6] 王吉.对我国教育技术能力研究文献的计量分析[J].渤海大学学报,2016(2):110-114.

[7] 新浪财经.2018年NMC地平线报告:高等教育、基础教育和博物馆教育成关注焦点[OL].https://t.cj.sina.com.cn/articles/view/3949237910/eb649696020009bkj.

[8] 张豪锋,李海龙.我国教育技术学研究前沿探讨—基于核心期刊关键词的共词网络与聚类分析[J].电化教育研究,2011(10):26-29.

[9] 周进,安涛,韩雪婧.国际机器人教育研究前沿与热点:基于 Web of Science文献的可视化分析[J].开放教育研究,2018,24(4):43-52.

[10] 刘德建,黄荣怀,陈年兴,等.全球教育机器人发展白皮书[R].北京:北京师范大学智慧学习研究院,2016.

（本文来源于《电子产品世界》杂志2022年4月期）