人工智能全民学习100篇有影响力的教育机器人学术文章（英）

通过AI为所有人学习？教育机器人100篇有影响力的学术论文 ©北京师范大学智慧学习研究院，2023 权利和权限 本出版物根据国际署名4.0（CCBY4.0）许可（https://提供开放获取 creativecommons.org/licenses/by/4.0/)。 请引用的工作如下: 黄瑞，刘丹，陈，Y.，阿达克华，M.A.，张，X.L.，肖，G.D.，李，X.，张，J.J.，Da，T.（2023）。 通过AI为所有人学习？100篇有影响力的教育机器人学术文章。北京：智能学习北京师范大学学院。 学习所有与人工智能?教育机器人100篇有影响力的学术论文 前言 拥抱新时代：促进教与学机器人 ▍人工智能和机器人在教育 人工智能（AI）正在迅速发展，这已经将我们带到了可以被认为是“智能 利根特时代“，人工智能几乎渗透到社会的方方面面。这可以从系列的精致中看出已经形成的“人工智能生态系统”的产品和服务带来了 技术为个人、企业和公共利益服务。2019年，联合国教科文组织出版了《北京》 《人工智能与教育共识》（教科文组织，2019年），这是有史以来第一份提供指导和关于如何最好地利用人工智能技术实现《2030年教育议程》的建议。2021年，单位 教育联合国教育、科学及文化组织（教科文组织）发布了《人工智能与教育：政治指导意见》。 冰冷制造者“（苗等人，2021年），他们共同认为在教育中使用支持人工智能或”智能“的机器人是一种利用人工智能加强教育的方式。在《积聚力量，积聚风暴：一个匈奴—— 斯坦福大学发布的人工智能年度研究（AI100）2021年研究小组报告“（Michael等人，2021年）大学，机器人技术也被认为是人工智能最重要的进步之一，其发展得到了推动 部分原因是需要在COVID-19大流行期间支持社交距离。2022年，联合国教科文组织发布了“K-12 人工智能课程：政府认可的人工智能课程的映射”(2019年联合国教科文组织)指导,未来的规划制定政策，设计国家课程或机构学习计划，以及实施战略 人工智能能力的发展。 图1人工智能与教育北京共识（左） 人工智能与教育：政策制定者指南（右） ▍ 指导政策促进关键技术的研究与应用，如 作为智能助教、教育机器人， 教育机器人 世界各地的不同国家发行 关于教育领域人工智能的声明。这美国国家科学基金会发布“美国创新2021年增值税和竞争法“（美国， 2021年），这澄清了人工智能被确定为关键领域，并将成为美国的焦点 在应对挑战方面。国防部英国发布的“国防人工智能” 战略“（英国国防部，2022年），其中评价人工智能的重要性，战略愿景 英国政府对于人工智能的优势英国人工智能的发展， 四项战略目标和实现方法这些战略目标。德国政府 同样在2018年发布了人工智能战略（德国， 2018）。该战略提出了三个核心目标，十二个行动领域和相关推广措施 对于德国人工智能技术的发展，在为了加快开发和应用 人工智能技术和确保德国的未来com-petitiveness。 在激烈竞争的背景下，国家中国出版的《发展规划委员会 为了新一代人工智能“（国家） 中国理事会，2017）在2017年提出指导思想、战略目标、重点任务和中国发展的保障措施 新一代人工智能。中国教育部 NA还发布了“教育信息- 化2.0行动计划“（教育部 中华人民共和国，2018）和“指导促进建设新的Ed-意见 基础设施建设优质 教育支持系统”(教育部 和中国其他六个部门，2021年）在2021年。所有这些声明都设定了教育战略 转型和现代化，通过加强 智能伴侣和与语言相关的伴侣和文字信息化。 ▍学习与教育机器人 教育机器人形成的一个重要组成部分智能学习环境。近年来，有 一直上升的普及应用的应用 教育中的机器人为教师和学生提供互动和引人入胜的方式来增强学习 荷兰国际集团(ing)的过程。世界各地的政府发起旨在最佳利用RO- 结合人工智能推进教育的机器人智能时代。在中国，15个部门包括工业和信息化部有 印发《十四五“机器人产业发展规划》 2021年。报告中建议， 服务机器人和特种机器人应应用于仓储物流、教育和 娱乐、清洁服务、安检、医疗康复等。 科学突破与实践探索 在过去的几十年里，在每一个上述领域，预计这一趋势将在不久的将来继续。众多酒吧-研究强调学习的提高 荷兰国际集团(ing)的教学业绩和成就 通过机器人技术实现目标。将机器人技术纳入教育阳离子对于寻求教育环境至关重要- 提供新颖创新的学习方法 需要为学生提供二十一世纪的装备培养和提高思维能力等技能 （Evripidou等人，2020），解决问题的能力（在- 马齐杜等人，2017），创造力（Nemiro等人，2017），动机（马斯特等人，2017年;丹妮拉和斯特罗德，2018）和计算思维（Chen等人，2017）。 机器人在特殊学生中的应用需求也越来越重要（迪列托 等人，2020年）。因此，具有如此广泛的范围使用机器人产品和平台con- 继续出现,以满足不同的ed- 高等教育场景需求。在家庭、edu- 阳离子机器人可用作智能玩具儿童娱乐机器人可以玩游戏学龄前儿童,监控他们的安全 健康状况，语言学习伙伴（标准3-5岁，处于局域网的关键时期规收购),也是最好的学习伙伴 个人发展。在教室里,机器人可以帮助学生完成作业，被利用 作为科学、技术、工程师的教具- 数学（STEM）课程，并扮演助教的角色，为学生提供三种服务教师包括课前准备、课内协助和课后协助。在培训中心，机器人 图2WebofScienceCore（SSCI+SCI索引）中的条目编号 可以协助特殊教育，例如为自闭症儿童提供社会援助治疗。在学校，机器人也可以扮演智能教室管理器的角色，为硬件和软件设施提供上下文感知控制 是的。在职业培训中，机器人还可以帮助工业制造培训、外科医疗培训、康复。机器人还可以为老年人提供陪伴和认知训练。总而言之，教育——机器人服务于广泛的教育需求。他们不仅可以创新现有的教学和学习 活动，也创造了新的教育服务。由于教育服务范围涵盖广泛的用户群体和多种教育环境，教育机器人有广阔的市场覆盖不同年龄组和应用场景。 图3“下一件大事：教育机器人的全球发展现状和趋势”（左）和 《2019年教育机器人白皮书：全球发展》（右） ▍这本手册的目的 北京师范大学智慧学习研究院（SLI）是致力于科学的综合性研究站研究、技术开发和社会实验，并致力于实现全球参与和 制定智慧教育战略。2016年，SLI发布了“下一件大事：全球发展斯塔 《教育机器人与趋势》是国内首本以教育机器人为主题的出版物。它有有效推动了教育机器人的研发，从而加快了教育 信息化。2019年，SLI发布了《教育机器人白皮书2019：全球发展》，这是一个尝试分析全球教育机器人的现状和发展趋势。 本手册的主要目标是介绍最先进的教育机器人技术及其发展方式 利用促进学习。为此，采用了一种系统的方法，以提出调查结果并讨论 过去六年（2018-2023）在教育机器人领域发表了数百篇有影响力的期刊文章。将机器人技术纳入教育带来的潜在教育机遇和挑战是 为教育工作者和研究人员展示，探索使用机器人技术进行学习的最佳实践并创造有效的效果有效的解决方案,解决出现的问题。 通过分析教育机器人的手本书试图强调如何 机器人可以利用提供的声音 de-必不可少的教学原则 研制生产的可转换的技能需要我们的现代社会。 手册为读者提供了主要研究机构和期刊 广泛了 领域的教育机器人在过去6年。此外,流行和法则 在教育ro-vant术语和理论 提供Botics是为了帮助读者获得主题的背景知识。百强影响力通过文献系统检索获得的学术文章进一步分为七个主题 教育机器人领域的领域，以突出研究人员关注的关键领域。该手册旨在指导读者理解如何利用不同类型的机器人来促进不同类型的机器人之间的学习 图4研究文章生成的词云 不同背景和不同学科的学生。 ▍承认 首先，我们要向入选100篇文章的作者表示最诚挚的感谢，其中包括- 包括但不限于根特大学的TonyBelpaeme，乌得勒支大学的RianneVanDenBerghe，玛丽娜塔夫茨大学的UmaschiBers，麻省理工学院的HuiliChen，大学的OlimpiaPino 帕尔马，西班牙国立远程教育大学的何塞-曼努埃尔·萨斯-洛佩斯，谢里夫的莫杰塔巴·沙哈布科技大学，其努力极大地丰富了教育机器人研究领域。哎呀—— 由于篇幅所限，本手册仅收录了40篇文章供摘录。但是，我们强调所有文章有很高的学术价值。 我们要感谢几位专家的贡献，他们为我们提供了有益的意见和建议。 对于这本手册的质量，特别是首都师范大学的范磊教授、大学的胡湘根教授。 孟菲斯大学，贝尔格莱德大学的佐兰·米尔科维奇教授，贝尔格莱德大学的丹尼米尔·曼迪克教授，萨格勒布大学的马里奥·杜曼西奇教授和北京师范大学的李艳燕。我们要感谢 所有参与我们采访的专家都为本手册的形成提供了坚实的基础，即清华大学陶林米教授、首都师范大学方海光教授、中明教授 天津大学、优必选机器人有限公司庞建新教授、乐高教育王康清先生、天津大学李建新先生、乐必选机器人有限公司、王健庆先生、天津大学李建新教授、天津大学 优必选机器人有限公司的崔宁我们还要感谢张廷雯博士和王俊秀女士 北京师范大学，一直积极参与本手册项目的讨论和规划。 许多人帮助我们完成了这本手册。我们要感谢这些人的辛勤努力协调编写和制作本手册的研究人员，即王玉和、林兆宇、 志超杨和斯蒂芬妮目的。 阅读本手册的指导方针 ▍定义教育机器人 本手册涵盖了两种类型的教育机器人：教育机器人和教育服务机器人。 教育机器人是一系列活动、课程、实体平台、教育资源或教育- AL哲学旨在协助教学和学习活动。通过设计、组装、编程和歌剧 因此，教育机器人技术激发了学生的兴趣和好奇心，培养了学习者的能力。 模块化机器人和机器人套件是教育机器人中的常见配件，例如乐高头脑风暴，mBot。是常用的教育机器人，通过动手活动进行机器人教学。 教育服务机器人是具有智能的服务机器人，能够教学和学习。他们是 m仅用于STEM教育，语言学习和 特殊需求学习计划。不同于教育机器人常用的产品，教育机器人 服务机器人具有固定的结构。此外，用户不会自行拆卸这些机器人。教育-服务机器人可以是人类、动物或不同形状和大小的车辆的形式。 ▍文件和用户的选择指导 图5教育机器人和教育服务机器人 这本手册中选出的100篇有影响力的学术文章必须被高度引用，并提出前沿提案，代表他们的领域和最时尚。为了找到这些文章，遵循以下过程： 来自WebofScienceCoreCollection的高引用文章 首先，我们从WebofScienceCoreCollection中检索了数据，其中包含在线的大量资源。 平台。它是众所周知的可信引文索引学术研究,包括不少于21000个 同行评议,高质量的学术期刊ac- 遍布全球。收录的出版物 涵盖自然科学的250多个学科，社会科学和人文科学，以及会议各种学科的论文集和书籍。 由于其中包含大量数据，我们以科学网核心馆藏为主 本报告中使用的数据来源。 我们处理了从已发布文档中收集的数据 uments，根据标准选择： （1）出版物必须严格设计;(2)出版物必须得出结论 通过可靠和有效的实证研究;（3）出版物必须经过严格的出版 同行评审过程;（4）出版物必须是与机器人在教育领域的使用有关。数据是通过在线出版物获得的 数据库WebofScience核心馆藏（包括SCIE，SSCI，A&HCI和CPCI-S的数据库）使用：机器人(教育*和*)或(*和老师 机器人*)或(孩子**和机器人)或(*和学生机器人*)或(课堂**和机器人)的标题 2018年至2022年的时间框架。总体而言，我们确定了 484篇同行评审文章。然后，这些文章是按引文得分和前100篇文章排序 选择高引用率代表高引用率文章。 代表论文的研究人员和或负机构 我们对总引用进