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之裘
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1 2016 全球教育机器人发展白皮书 Educational Robots White Paper 2016: The Global Developement ( 摘要版 ) 二〇一六年九月关注公众号下载白皮书

3 1.2 文献近五年, 国际和国内有诸多关于机器人的白皮书发布, 对行业的现状进行阐述, 对市场上现有的产品也进行了梳理, 从不同的角度阐述了机器人行业的现状分类及功能等, 如表 1-1 所示表 1-1 近五年发表的机器人白皮书内容摘要整理表名称内容摘要 White Paper Connected Robot (ATOS, 2012) 针对机器人未来的开发操作潜在功能性与人类行为联结和沟通等进行分析, 指出机器人未来商业机会, 让读者了解机器人未来可能提供的服务和对社会的影响, 以及信息技术 (IT) 将如何在未来的机器人技术中发挥作用, 如何超越行先进国家的 3i Robotic ( 如 : information, intelligence and integration) KUKA White Paper:Robots working together with machine tools (Schuhbauer, 2013) 从工业机器人角度, 说明通过与工业机器人的智能与自动化结合, 如何让工厂生产高效率商品, 并提高其经济效益通过对自动化与机器人现今机器人的角色定位现今机器所能提供的功能等加以阐释, 并通过案例解说工业机器人如何有效降低人力生产成本 White Paper on Robotization of Industry, Business and Our Life (NEDO, 2014) 基于机器人科技手册 (robotics technology handb ook) 的概念来撰写, 并从工业机器人和服务机器人的应用与结构等展开包括机器人技术机器人应用的意义必要性和周边环境 ; 工业机器人的现状和挑战 ; 商业型服务机器人的应用现状和挑战 ; 如何让机器人成为社会的一部分等 Collaborative Robots: End User Industry Insights (Shikany, 2014) 从商业市场角度切入, 以了解协作机器人技术的可能性此白皮书的目的是提出若干问题, 以深入探讨协作机器人及其功能对企业可能产生的影响这些问题包括 : 哪些行业最有利于协作机器人操作? 哪些功能对于协作机器人使用者来说是重要的? 协作机器人是否可以取代传统的工业机器人? 什么是协作机器人制造商设计决策背后的动机? 对企业而言, 使用协作机器人是否是一个正确的选择? Robotics 2020: Multi-Annual Roadmap for Robotics in Europe (EU Robotics aisbl, 2016) 阐述当前机器人技术的发展现状, 从机器人形态技术市场业务及学术基础设施等角度进行分析, 提供机器人的市场技术和描述机器人框架的类型, 并说明机器人在不同的行业中如何被应用, 以及机器人技术未来可以有何贡献 / 会拥有什么社会挑战其目标在于为欧洲各国开展机器人市场开发和应用等, 提供现状分析和相关建议 2016 教育机器人白皮书 ( 摘要版 ) 3

7 2.2 教育机器人主要研究领域关于教育机器人的研究属于跨领域的研究, 涵盖计算机科学教育学自动控制机械材料科学心理学光学等各领域本白皮书将教育机器人的学术研究归纳为教育导向 (Education Oriented) 与计算机科学导向 (Computer Science Oriented) 两大范畴, 并对各范畴中的主要研究方向进行梳理其中, 教育导向主要研究机器人在教育中的应用, 包括 STEAM 教育的机器人教育或编程教育等, 以及应用服务机器人教授各种主题科目, 称之为 Robot-based Learning; 计算机科学导向主要研究可能应用在教育中的机器人技术, 称之为 Educational Robotics Robot-based Learning 的主要研究方向本白皮书针对科学网核心合集数据库近十年有关教育机器人的研究, 从学习主题 (Subject) 学习者的年龄(Ages) 机器人扮演的角色 (Role) 教育理论基础(Theoretical Foundation) 机器人类型(Robot Type) 五个维度, 以单篇研究文献为单位, 进行各维度对应研究主题的词频统计, 并分析文献数量排名位列前三名的研究主题, 以说明 Robot-based Learning 类型的研究中, 五个维度各自的主要研究方向, 如表 2-2 所示表 2-2 Robot-based Learning 的重点研究方向维度 / 排序教育主题学习者年龄机器人扮演的角色教育理论基础机器人类型 1 STEAM 小学工具建构主义乐高 2 语言学习初高中同伴认知主义人形机器人 3 自闭症大学导师生成论动物机器人 Educational Robotics 的主要研究方向相对于一般机器人, 人形机器人的互动 (Human-Robot Interaction), 特别是社交智能 (Social Intelligence) 对于教育机器人的设计尤为重要本白皮书除对教育机器人 Computer Science 与 Robotics 研究领域的文献进行梳理外, 同时还搜集了 Social Robots 与 Service Robots 有关 Human Robot Interaction 的相关文献, 形成 Educational Robotics 类型研究的主要研究方向 2016 教育机器人白皮书 ( 摘要版 ) 7

8 表 2-3 Educational Robotics 的主要研究方向外观听觉能力视觉能力认人能力口说能力人脸侦测同理心与情绪长期互动脸型体型移动方式性别人格特质语者辨识语音识别语意了解人脸辨识人脸追踪姿势辨识手势辨识物体辨识 RFID 语者辨识人脸辨识多模辨识语音合成情绪语音合成情绪侦测同理回应长期记忆持续行为渐进行为物体追踪 2.3 教育机器人市场产品图谱为支持研究单位厂商或相关单位评估教育机器人的发展, 本白皮书提出产品分析框架和市场分析框架, 作为未来教育机器人发展的评估参考通过收录 40 个关注度较高分析框架的形式呈现, 展示了参与评测的各教育机器人软件硬件及服务面向的各产品功能, 通过梳理市场分析框架, 呈现教育机器人市场的产品发展分布状态的教育机器人产品, 并对其进行评测, 以产品产品分析框架关于评估比较教育机器人产品功能, 本白皮书通过对硬件方面的表情动作感知输入, 软件方面的机器人智能社会互动, 以及服务方面的角色定位用户体验进行分析, 提出六个维度的产品分析框架, 以此评比各个教育机器人的产品功能, 了解教育机器人的发展现状, 及未来市场空间各维度产品功能的发展水平按照由弱到强可分为 6 个层级,6 代表最高水平,1 代表最低水平本白皮书则将在各维度的得分符合特定水平以上 ( 如下表蓝色底纹所示 ) 的产品其定义为教育机器人如表 2-4 所示通过对全球 40 个关注度较高的教育机器人产品进行测评发现, 表情动作 (2.7) 感知输入 (3.1) 机器人智能 (3.1) 社会互动 (2.7) 角色定位 (2.6) 用户体验 (2.6) 六个维度的平均评测结果显示, 总体来说感知输入和人工智能维度相对成熟, 而其余四个维度均有较大改进空间教育机器人白皮书 ( 摘要版 )

9 用场域场所应表 2-4 产品评测框架维度 \ 水平表情动作感知输入机器人智能社会互动角色定位用户体验 6 仿生表情动作仿生感知真人智能文化互动多角色社会认同 5 拟人表情多重知觉自主学习智能多群互动教学者 / 专家群生活方式 4 拟真动作单一知觉被动学习智能多人互动助教 / 导师 / 技师创造 3 目的性表情动作多重控制规则型双人互动学生 / 同伴分析 / 评价 2 无目的性表情动作单一控制不规则单向互动被动控制教具应用 1 无无无无辅助课程教具记忆 / 了解市场分析框架本白皮书搜集全球教育机器人的相关产品, 依据产品的适用对象及应用场域, 梳理出十二类应用于不同情境的教育机器人产品, 对全球教育机器人市场的发展现状进行了阐述通过用户关系的角度提出市场分析框架, 对目前市场产品的分布状态进行阐释, 说明市场发展现状此市场分析框架, 可作为新产品市场定位与发展策略的重要参考如图 2-2 所示适用对象和应用场域两个维度, 从产品与适用对象婴幼儿幼儿园小学初中高中大学成人老人个人家庭一般教室专用教室培训机构专业场域公共智能玩具 (2) 儿童娱乐教育同伴 (8) 家庭智能助理 (4) 课堂机器人助教 (1) 机器人教师远端控制机器人 (2) 特殊教育机器人 (2) 安全教育机器人 (1) STEAM 教具 (17) 工业制造培训 (1) 手术医疗培训康复护理图 2-2 十二类教育机器人产品应用情境 2016 教育机器人白皮书 ( 摘要版 ) 9

10 从市场发展现状来看 : 首先, 教育机器人产品主要集中在大学以下的家庭和学校的场域中, 包括家庭中的智能玩具儿童娱乐教育同伴家庭智能助理, 学校中的一般教室与专用教室的远程控制机器人 STEAM 教具, 专用教室或培训机构用于自闭症用户的特殊教育机器人其次, 部分产品处于概念性阶段, 包括课堂机器人助教机器人教师, 它们虽然已明确定义需求的应用情境, 但产品尚未得到市场的验证第三, 针对公共场所定制的教与学产品, 如 : 安全教育机器人第四, 专业场域的教育机器人, 包括工业制造培训手术医疗培训复健照护等据市场分布显示, 教育机器人的产品应用在各群体与场域中, 仍具有多样性的发展潜力, 例如, 市场仍缺乏个人能随身携带的产品, 成人或老人在专业场域或公共场域中使用的产品也应成为厂商未来发展的重要关注点本白皮书介绍了当前教育机器人市场中主要产品类型, 通过整合全球当前十二类教育机器人产品类型, 说明教育机器人在创新教与学活动上的市场发展前景如表 2-5 所示表 2-5 十二类产品类型应用情况编号产品类型说明产品案例智能玩具是一种可随身携带的电子零件, 且拥有 1 智能玩具智能的玩具主要在满足玩乐需求的基础上, 加入教学设计, 寓教于乐地学习到生活语言社交等知识 PLEO Dash-Dot 2 儿童娱乐教育同伴针对 0 ~ 12 岁孩童所设计的同伴机器人, 在家庭中, 主要陪伴儿童学习, 达到寓教于乐的效果爱乐优 Kibot-2 3 家庭智能助理实体化为家庭智能助理的机器人可为个人解决家庭生活的问题, 并提供相关服务应用在教育上, 可作为个性化学习服务的助理 Jibo BUDDY Pepper 4 远程控制机器人远程控制机器人是使用者通过远程控制机器人, 异地参与教或学的活动 EngKey VGo 5 STEAM 教具 STEAM 教育是指科学科技工程艺术数学多学科融合的综合教学方法 STEAM 教具是以根据 STEAM 教育理念所设计的教学工具 mbot Lego Mindstorms EV3 CellRobot Quirkbot NAO 教育机器人白皮书 ( 摘要版 )

11 编号产品类型说明产品案例 6 特殊教育机器人为特殊症状使用者设计的教学机器人应用机器人教学, 以矫正其症状 Milo ASK NAO 7 课堂机器人助教协助教师完成课堂辅助性或重复性工作的教育机器人, 如 : 收发考卷朗读课文等重复性固定性高的工作任务网龙华渔的未来教师 8 机器人教师作为教师角色, 能根据不同的教学情境, 独自完成一门课程的教学, 以达到教学效果江西小美机器人日本东京理科大学 SAYA 教师 9 工业制造培训通过对企业内专业人员的培训, 在需要快速变动的生产需求下, 经专业的调整设定, 满足其生产线的需求 Baxter 10 手术医疗培训应用机器人来培训医疗专业的工作人员, 以增加其对机器人手术操作的熟悉达文西手术系统 11 复健照护陪伴老年人专用的机器人, 具备娱乐脑力训练复健教学等各方面复健照护的应用 Zora Bot Sil-bot 12 安全教育机器人通过角色扮演的方式, 利用机器人传递安全教育的知识, 达到安全教育的目的 Robotronics 为教育机器人中长期的发展提供评估策略, 本白皮书从产品及市场两个角度提出两个分析框架 : 产品分析框架市场分析框架, 以此作为相关单位发展教育机器人的评估工具, 从而有效促进教育机器人市场的发展 2016 教育机器人白皮书 ( 摘要版 ) 11

13 3.2 教育机器人的需求项目与实现时程教育机器人研究将领域专家一致认同的开发教育机器人所需的关键技术包括人工智能语音识别及仿生科技的成熟度等, 并将其作为评估各教育机器人实现应用时程的指标本白皮书通过对专家访谈教师问卷调查与文献分析三种方式所得的需求进行分析后, 将进一步区分该需求的实现时程, 并采取客观的教育机器人发展关键技术作为辨别的依据教育机器人的最终目标是, 在各方面的功能都能达到如同人一样的灵活, 具备如同人一般的智能能力, 实现人一般的交互与行为在互动方面, 教育机器人必须达到如同人一般, 能透过口语进行互动的沟通能力 ; 在智能方面, 由于教育机器人必须扮演如同教师学习同伴助理甚至是顾问等多重角色与使用者进行互动和提供反馈, 因此需要高度的人工智能技术来作为机器人扮演这些角色的支持 ; 在感知与行为能力方面, 为了达到如同人一般的感知与行为能力, 整合生物信息科技以及机械设计的仿生科技将是发展教育机器人的关键技术在这三个关键技术中, 语音识别技术发展最为成熟, 知名的例子包括 : 谷歌与 SIRI 语音助理相较于语音识别技术, 人工智能以及仿生科技这两项技术仍有相当大的发展空间本研究以语音识别人工智能以及仿生科技作为发展教育机器人的三个关键技术, 并以此作为区别需求时程的标准, 将每一项搜集到的需求对应至这三项关键技术, 并且依据此需求对该技术的需求强度分为高中低三个水平 ; 同时将六个群体的需求进一步分为短期中期与长期需求例如, 老人群体复健与运动的需求对应到三个关键技术, 需求强度皆为高的程度, 并将此需求项目归类于老人群体之长期需求综合三种数据源, 整理出各群体需求项目共 26 项, 并分为短期中期与长期需求, 详细如表 3-1 所示表 3-1 各群体教育机器人需求总结学习群体短期中期长期幼儿体能训练幼儿幼儿语言教育幼儿游戏教育身心障碍治疗幼儿自闭症陪伴与治疗小学机器人教育语言教育机器人书童托管照顾与陪伴中学机器人教育机器人学习伙伴青少年自我认同塑造 2016 教育机器人白皮书 ( 摘要版 ) 13

14 大学机器人教育 - 智能设计机器人教育 - 互动设计机器人教育 - 机械机构设计机器人学习助理生涯发展规划导师教学代理人机器人教育 - 应用系统设计成人机器人学习顾问职能与专业成长顾问机器人教师个人保 ( 复 ) 健运动顾问老人老人陪伴终身学习家教个人保 ( 复 ) 健运动教练游戏式学习同伴教育机器人短期中期以及长期的需求项目及其详细的内容说明如下 : 表 3-2 教育机器人近期需求群体需求项目内容幼儿语言教育幼儿是学习语言的黄金时期, 运用教育机器人作为幼儿玩伴教学外语可满足这一方面的需求小学机器人教育语言教育小学机器人教育以使用乐高组合型机器人为主, 机器人在学习过程中扮演教具或玩具的角色, 帮助儿童认识机器人的构件与组合教育机器人具有行动能力, 可以像玩伴一样跟随在学童身边, 主动适时通过生活化的语言与学童互动, 营造一个持续且自然的外语使用环境中学大学成人机器人教育机器人教育智能设计互动设计机械机构设计机器人学习顾问中学机器人程度较高, 使用乐高积木式机器人的比例骤减, 取而代之的是 ARDUINO 等其他类型机器, 目的在于培养进阶的机器人教育技能衔接小学与大学机器人教育在大学相关专业科系 ( 如机械系电机工程自动化工程信息工程与信息管理等科系 ), 专业的机器人教育课程开发是一项重要的需求, 并在近期可以细分为智能设计互动设计以及机械机构设计三个重要的应用方向机器人学习顾问主要的任务在于搜集学生的学习习惯行为模式出席率以及学习表现等, 按照学生的兴趣与学习表现推荐适合的课程提供专业生涯发展规划老人老人陪伴陪伴老人并协助提供健康看护, 例如 : 陪伴老人进行反复的语言练习陪伴老人阅读陪伴倾听等教育机器人白皮书 ( 摘要版 )

15 中表 3-3 教育机器人中期需求群体需求项目内容幼儿教学代理人幼儿体能训练幼儿游戏教育使用机器人作教学代理人, 教导幼儿开展体操练习唱歌或游戏活动, 寓教于乐, 提高幼儿的兴趣, 提升体能, 促进学习幼幼儿幼儿自闭症陪伴与治疗此类型机器人以人形机器人为主, 扮演幼儿学习同伴的角色, 通过游戏的方式与幼儿进行社交互动, 促进幼儿与其他人沟通了解他人情感以及表达的社交能力小主要任务在于提供安全看护陪伴以及提供生活需求的协助, 例如 : 提供小小学机器人书童学生放学后的补习班照顾成为一人一机的行动学习助理提供陪伴与练习等功能的陪伴书童大主要任务在于提供学习上的陪伴与练习功能, 目的是用如同伙伴一般的机中学机器人学习伙伴器人陪伴学生学习和练习, 以达到提高学习兴趣监督与提醒学生学习进度等功能成机器人学习助理主要任务是提供学习与生活上的管理与协助, 例如, 在课业上陪同学生进行课业的练习和管理, 提醒学生学习进度与日常作息安排还包括个人食衣住老行健康与运动的管理, 提高学习内容, 支持使用者进行专业课程学习大学机器人可扮演个人生涯发展规划的导师, 通过对话给予生涯发展成长指引, 生涯发展规划通过系统提供不同的案例, 模拟可能的发展轨迹, 供使用者学习和参考导师这一类型的机器人需高度拟人化, 或运用 3D 投影技术呈现学习对象的声影, 以达到如真人再现的效果在这两方面机器人可扮演 Agent( 代理人 ) 的角色以及教学者的角色教学成人职能与专业成长顾问者的主要工作包括提供教学内容, 而代理人则可提供专业的职业规划与辅导顾问这一类机器人的角色不提供学习内容, 只是教练, 负责规划以及监督学习者的学习 2016 教育机器人白皮书 ( 摘要版 ) 15

16 群体需求项目内容老人个人保 ( 复 ) 健运动顾问个人终身学习家教游戏式学习同伴老人持续维持适当的运动对身心健康很重要, 随着相关技术的成熟, 设计能够根据老人个人健康状况及医疗信息给予具有保健功能的运动教学, 并同时能够带领及陪伴老人一起运动的教育机器人, 将会是一项重要的应用方向由于老人的学习速度记忆力等能力因年龄的增加难免会有衰退的情形, 在教学上非常需要有耐心的教学者可以配合老人常需要反复学习的特性, 不厌其烦地给予引导, 教育机器人正可满足以上需求教育机器人可设计作为老人的玩伴, 共同进行益智游戏, 如麻将象棋围棋桥牌等需要动脑但又有趣的游戏, 以维持老人的心智健康发展方向可由个人玩伴到具备呼朋引伴的联网社交功能表 3-4 教育机器人长期需求群体需求项目内容幼儿身心障碍治疗特教领域专家指出, 身心障碍特殊幼儿早期治疗黄金时期主要集中在六岁之前, 幼儿特殊教育需要特教老师有更多的耐心不断引导才能获得最佳效果应用教育机器人协助特殊幼儿于治疗的黄金时期进行特殊教育是一个非常值得发展的方向小学托管照顾与陪伴小学生放学后需要课后托管照顾或陪伴的比率一直都很高, 特别是陪伴的比率更超过一半以上, 运用教育机器人于家中或托管班担任托管的工作, 照顾及陪伴学童, 一方面可辅助学童完成作业, 另一方面也能够担任学童的玩伴, 并随时反馈学生在家的情况让父母安心工作中学青少年自我认同塑造教育机器人可以角色扮演的游戏式学习方式帮助青少年建立自我认同 :1. 在角色扮演的游戏式学习中, 使用教育机器人做为青少年的化身 (avatar), 让青少年从所认同的角色 (role models) 中塑造自我, 对所认同及参照角色的了解与仿效 2. 通过这种学习方式使青少年能重新审视自我能力兴趣与条件 3. 教育机器人作为一个互动平台, 使青少年获得同伴的反馈支持与认同教育机器人白皮书 ( 摘要版 )

17 群体需求项目内容教学代理人使用机器人作为教师代替教师进行教学工作大学机器人教育应用系统设计在大学相关专业科系如机械系电机工程自动化工程资讯工程与信息管理等科系, 专业的机器人教育课程发展是一项重要的需求, 并且在远期的应用为系统设计成人机器人教师成人群体的机器人老师, 主要任务在于提供个性化学习的教学内容, 例如远距教学或是陪伴学生进行对话练习纠正学生错误等老人个人保 ( 复 ) 健运动教练老年人适当运动对身心健康都很重要, 随着相关技术的成熟, 设计能够根据年老人健康状况及医疗信息给予具有保健功能的运动教学, 并带领及陪伴老年人一起运动的教育机器人, 将会是一个重要的应用方向 3.3 教育机器人的需求分析结论机器人教育语言教育与特殊教育为教育机器人的共同需求本白皮书通过专家访谈教师问卷调查问卷分析三个数据源搜集教育机器人在幼儿小学中学大学成人老人六个群体的需求, 共搜集到 26 个教育机器人需求项目其中, 机器人教育语言教育与特殊教育为三种数据源共同提出的需求, 并依照提出需求的比重而言, 又以机器人教育为跨群体重叠性最高的需求, 其次则为语言教育以及特殊教育人工智能语音识别及仿生科技为发展教育机器人的关键技术人工智能语音识别及仿生科技三项技术的成熟度是发展教育机器人的关键技术, 教育机器人发展的最终目标是达到如同人一样的灵活度提供如同人一般的互动模式, 如同人一般语音互动的语音识别技术能够扮演各种角色与使用者互动并提供反馈的人工智能, 以及能做出如同真人一般细腻动作的仿生科技将是发展教育机器人的关键技术 2016 教育机器人白皮书 ( 摘要版 ) 17

18 开放性的教育机器人系统平台将可支持多用途的需求开发未来教育机器人产业的发展方式应遵循类似计算机平台与应用软件的概念, 分为多用途的教育服务机器人系统平台机器人应用软件的两个发展方向根据本章所搜集到的教育机器人需求发现, 机器人教育语言学习以及特殊教育三大类别可被视为重要需求其他教育机器人需求呈现多样性, 大众期待教育机器人是能提供多样性的服务功能, 能够扮演亦师亦友等多重角色来满足使用者的多重需求, 能够扮演多重角色提供多样服务的教育服务机器人将是未来发展的主流教育机器人白皮书 ( 摘要版 )

21 教育机器人产业链形成专业分工目前, 教育机器人的发展仍处于初始阶段, 厂商独自负责研发设计生产销售等各产业链活动, 以这种单一模式为主 Softbank 投资家庭情绪机器人 Pepper,Aldebaran 设计研发鸿海富士康生产组装的合作案例都呈现出同一态势, 未来教育机器人的产业链将面向专业分工的七层产业链方向发展服务机器人制造技术成熟, 加速教育机器人发展随着减速器等关键零组件技术的日趋成熟, 服务机器人在表情动作感知输入等能力上的差异将逐渐缩小硬件制造的技术与成本降低, 服务机器人将走向价格竞争为主导的态势, 这使得深入各领域的应用将成为发展重心, 建立适合教学应用的环境, 将加速机器人各种教育应用的发展自然人机交互及人工智能将成为产业关键技术相较于应用其他智能装置进行教与学的活动, 教育机器人的优势在于能够采用自然的人机互动方式, 例如 : 肢体动作语音图像识别认知等互动技术 ; 赋予机器人具备如人类思考的智慧能力, 例如 : 语义智慧视觉智慧等感知或认知的智力这些技术的使用目的, 是让机器人与机器人, 或机器人与人交互的情境应用更为自然简单, 以降低学习前的使用障碍, 使自然人机交互及人工智能将成为教育机器人的产业关键技术教育专属应用服务程序与内容凸现市场产品价值教育机器人的优势在于自然人机交互的设计技术已较为成熟在形成机器人的生态体系后, 第三方软件开发商将可运用自然人机互动接口, 利用机器人的表情动作感知输入的功能, 开发丰富的教学情境应用程序服务与内容专业教育机器人成为系统集成商的蓝海市场机器人除了探索替代劳动力工作的应用外, 系统集成商有机会将向专业领域的教育发展, 例如 : 以师徒制的方式, 将传统农林渔牧业的专业技能, 甚至是食衣住行育乐等活动的技艺, 予以保留及传承培训系统集成商投入到教育机器人专业领域的研发, 将有机会成为一大蓝海市场 2016 教育机器人白皮书 ( 摘要版 ) 21

22 玩具品牌加速教育机器人的发展玩具产品的价格普遍低廉, 且卡通玩具的肖像更容易被市场消费者所接受随着教育性与智能化的玩具设计成为趋势, 单纯玩乐的玩具市场, 很有机会向教育机器人的领域发展, 发展为寓教于乐的教育机器人电信产业与教育产业合作的整合商业模式电信商拥有庞大的使用者, 凭借这一优势, 结合多样性教与学的服务应用程序与内容资源, 将加速教育机器人的发展, 形成整合的商业模式如 : 日本 Pepper 与韩国 Kibot-2 以月租收费的方式, 取得完整的应用程序服务或是内容产业链生态系的竞争在机器人制造系统平台第三方应用程序教育内容发展趋向成熟的同时, 只有透过紧密的合作结盟, 形成一个完整的产业链生态体系, 才足以建立产业链庞大的竞争优势目前, 电动车的 Tesla 虚拟现实的 Oculus Rift 以打造生态系统为目标, 扩大产业链的生态系资源, 形成强大的竞争优势教育机器人白皮书 ( 摘要版 )

24 表 5 1 教育机器人市场规模预测 ( 单位 : 十亿美金 ) 预测模型 / 年度 2016E 2017E 2018E 2019E 2020E 2021E 终端消费市场教育机构市场教育套件市场 STEAM 玩具套件市场市场规模总额预估终端消费市场规模预估至 2021 年将达到约 363 亿美金教育服务机器人方面, 产品相似于笔记型电入教育市场, 平均需要三年时间, 在平均价格下脑及平板电脑的系统结构参考以上两产品的降到 500 美金的水平下, 进入教育市场的前三发展历程, 可以发现, 一项新产品从消费市场进年内出货量可累积达到约 6 百万台教育机构市场规模预估至 2021 年将达到约 21 亿美金参考美国 2010 年劳动力生产总额报告, Markets 统计,2014 年服务机器人已实现服务劳动力从事教育的比率为 17%, 课题组 69.7 亿美金的市场规模, 并将以 17.36% 的年预估服务机器人仅能取代约 8% 的教育劳动复合成长率成长, 服务机器人将形成一个新的力生产总额据市场调研机构 Markets and 劳动力市场教育套件市场规模预估至 2021 年将达到约 27 亿美金机器人教育方面, 机器人用来作为教育的学习套件, 教育套件市场模型依据 Markets and Markets 报告统计,2014 年可编程机器人市值将达到 10.5 亿美金, 并以复和成长率 14.94% 成长 STEAM 玩具套件市场规模预估至 2021 年将达到约 33 亿美金智能玩具愈来愈多以 STEAM 教育概念作设计, 根据 Infiniti Research(2014) 报告显示,2013 年全球玩具市场规模为 800 亿美金, 未来将以年复合成长率 4.17% 速度成长玩具产业协会 (Toy Industry Association) 报告显示, 拥有 STEAM 教育作用的产品约占所有玩具 3% 的营收基于全球教育机器人的相关市场调查报告及相似产品的发展历程, 预估至 2021 年教育机器人市场规模将达到 111 亿美金其中教育服务机器人相较于机器人教育市场拥有较大的发展潜值, 至 2020 年预估将可能大幅增长此外, 根据 Markets and Markets (2012) 的机器人报告分析, 未来教育服务机器人市场的服务与内容营收, 将可能占市场整体的 77% 教育机器人白皮书 ( 摘要版 )

27 通用型教育服务机器人决胜于系统平台开发商, 专用型教育服务机器人决胜于品牌商与系统集成商教育机器人未来将向通用型与专用型两种类型发展, 各自形成独有的产业竞争生态其中, 通用型将由系统平台开发商吸引关键多数的第三方开发者取胜, 专用型将由品牌商及系统集成商掌握市场需求的走向取胜教育机器人即服务 (ERaS) 的产业生态系竞争发展教育机器人服务将形成生态竞争体系, 以特有的机器人操作系统应用程序商店应用程序与内容, 与各产业链的厂商结盟, 形成完整的服务体验, 以满足各教学市场需求自然人机交互的体验决定产品成败的关键教育机器人与智能型手机平板计算机 VR/AR 等创新产品的差异, 在于自然人机交互能力, 可与真人教师或是学生实际互动是否存在使用障碍的自然交互体验, 将成为检验产品投放市场后成败的关键以使用者为中心, 设计教育机器人特有的用户体验产品功能与市场需求适配情况, 决定了使用者对教育机器人的服务体验与购买意向坊间已有服务设计 (Service Design) 设计思考(Design Thinking) 等, 以用户需求为中心的产品设计方法论, 将帮助厂商将产品设计融入用户情境, 从而提升使用者体验 2016 教育机器人白皮书 ( 摘要版 ) 27

28 第 6 章结论实践困境与有效路径 6.1 教育机器人的发展本白皮书从市场产品教育需求产业链结构与市场规模等方面, 阐述了教育机器人的发展历程与现状, 总结如表 6-1 所示表 6-1 教育机器人的发展概述方面框架与内容研究发现与小结市场面与产品产品与分析两个框架, 可作为厂商未来中长期市场发展或产品研发的策略评估工具, 加速教育机器人市场的发展根据此框架, 将教育机器人产品整合成十二种类型产品, 包括 : 智能玩具儿童娱乐教育同伴家庭智能助理远程控制机器人 STEAM 教具特殊教育机器人课堂机器人助教机器人教师工业制造培训手术医疗培训复健照护安全教育机器人 STEAM 教具是目前已普及且发展速度较快的产品当今市场比较缺乏专属于成人与老人应用的个人培训中心专业场域与公开场域的产品服务教育机器人出现以多功能结合行动装置应用以及机器人智能化的发展趋势未来, 教育机器人应以用户为中心发展用户体验作为发展目标教育需求以专家访谈问卷调查以及文献分析三个数据源探查幼儿小学中学大学成人与老人六个不同群体的教育机器人需求项目, 并将其区分为 1-2 年的近期需求 3-4 年的中期需求以及 5 年以上的远期需求机器人教育语言教育与特殊教育为教育机器人的共同需求人工智能语音识别及仿生科技为发展教育机器人的关键技术开放性的教育机器人系统平台将可支持多用途的需求开发教育机器人白皮书 ( 摘要版 )

30 教育机器人的展望教育机器人未来展望与建议可分为以下几个面向讨论 : 需求面广泛纳入其他国家与地区的需求 : 如东南亚欧美等地区, 除可以了解跨地区需求差异以外, 也可以更贴切地规划适用于全球的教育机器人与应用目前白皮书已明确指出多项可能的应用情境 : 例如, 应用于幼儿的外语学习应用于老人群体的托管看护具体设计实际的应用情境则是下一个阶段待解决的问题社会面制定明确的教育目标 : 教育机器人的推动必须有明确的教育目标, 明确地定义教育所要培养的核心能力, 例如 : 跨领域的能力或解决问题的能力设计相对应的课程内容 : 教育机器人课程的设计要考虑以下几点 (1) 主要培养的核心能力 (2) 幼儿至大学的课程必须要达到贯穿与衔接的效果 (3) 教材设计培育师资 : 教育政策必须要思考, 整体而言需要培养哪些师资如何培养或帮助老师接受使用机器人, 以及如何补充不同教育阶段的师资 ( 例如, 跨学科的整合课程 ) 等问题其他 : 规划其他与机器人教育相配合的配套政策, 例如 : 机器人学的能力检定与认证机器人竞赛产业的政策 : 应思考目前政府有哪些新的产业政策, 以及如何将机器人应用到这些产业将产业与教育合并思考, 以培养出符合产业需求的人才, 以提升我国教育机器人产业的竞争力技术面目前机器人的技术问题 : 各家机器人厂商的控制接口不同, 导致很难整合, 并且无法支援跨平台等问题建议未来可以向发展共通平台的方向努力, 让教育机器人的产业发展更为健全成熟教育机器人的关键技术 : 具有分辨语意能力且具备如同真人一般的互动性是机器人理想的发展目标, 因此语音识别人工智能两项技术将是教育机器人的关键发展技术其他面向技术的发展 : 除了关键技术发展以外, 也需其他技术与之配合, 如感应技术辨识技术控制语言机器人结构无线网络云端科技技术政策 : 建议未来整体的教育政策, 朝三个方向进行规划 :(1) 教育机器人的系统框架 (2) 教学平台管理 (3) 行动载具与管理端的关系, 使教育机器人发展更健全完备教育机器人白皮书 ( 摘要版 )

32 十大核心观点 1 教育机器人涉及教育行业中的服务机器人和青少年机器人教育两个方面, 将成为工业机器人和服务机器人以后的第三类机器人发展领域教育领域中的机器人将增强或延伸教师的表达能力知识加工能力和沟通能力 ; 机器人教育将激发广大学生对智能技术的学习兴趣和动力, 并大范围提高学生信息技术能力, 提升数字时代的竞争能力生产线上的工人机械劳动逐渐被机器人所替代, 工业机器人的发展已基本成熟 ; 会议迎宾餐厅服务远程客服等服务机器人逐渐被大众所接受, 服务机器人正处于快速发展的过程中中小学普遍开展的机器人课程和机器人大赛, 为教育机器人的发展奠定了良好的认知基础, 而在教育领域中能够增强或替代教师部分功能的服务机器人研究尚处于起步阶段 2 3 在全球教育机器人研究领域中, 根据国际权威文献库调研, 文献引用数量处于前列的国家有美国瑞士意大利日本和英国等, 研究主要聚焦在机器人教育语言教育和特殊教育领域在机器人进课堂方面, 日本和韩国应用相对广泛学校中的教育机器人应将成为智慧学习环境的重要组成部分作为教师助手支持教学设备使用提供学习内容管理学习过程常见问题答疑等, 作为学习伙伴协助时间和任务管理分享学习资源激活学习氛围参与或引导学习互动, 形成一种新型教学形态 4 5 随着家庭教育受重视程度的日益增强和家庭学校在全球的兴起, 教育机器人或许能作为同伴或辅导教师, 成为家庭的一员, 协助在家教育, 促进孩子的学习发展和健康成长机器人在家庭中除了具有老年人的看护和康复促进功能之外, 还可以通过类似家人或朋友的角色, 为老年人提供情感陪伴和智力支持, 延缓老人认知老化过程, 预防其他相关疾病的发生, 提高老年人的生活品质和幸福指数 6 7 机器学习自然人机交互仿生科技是教育机器人研发中需要长期探索的关键技术人们期待教育机器人能像人一样思考像人一样行走像人一样互动, 并做出如同真人一般的细腻动作教育机器人产业链涉及硬件制造系统平台开发应用服务提供内容供应系统集成品牌及渠道等约七类厂商, 产业链已具雏形, 但尚未形成完整的产业链目前教育机器人产业发展大致分为通用型和专用型两种取向, 前者主要由系统平台开发商带动, 后者则由品牌商和系统集成商驱动, 它们或许将形成两类产业链 8 9 教育机器人的应用情境涉及人群和场域两方面, 前者涵盖婴幼儿幼儿园和中小学 (K12) 大学在职人员和老人等群体, 后者包括个人家庭教室实验室培训机构工作场所和公共场所等不同人群不同场域的应用诉求与技术的发展成熟度, 将决定教育机器人产品的发展方向教育机器人可以按照表情动作感知输入机器人智能社会互动角色定位和用户体验六个维度来评价其产品成熟度本研究对 40 个关注度较高的教育机器人产品进行评测发现, 总体来看感知输入和机器人智能维度相对成熟, 而其余四个维度上均有较大改进空间 10 文档引用信息刘德建, 黄荣怀, 陈年兴, 樊磊, 赵国仁, 沈锰坤, 孙培真, 周京明, 李庆长, 郑怡玲, 郑雅文, 邹诗薇, 许荣宏等.(2016). 全球教育机器人发展白皮书. 北京 : 北京师范大学智慧学习研究院.

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PowerPoint Presentation 2016 教育机器人白皮书全球发展现状及趋势 2016 Educational Robotics White Paper Global development status and trends in educational robots 黄荣怀教授北京师范大学智慧学习研究院联席院长 2016-9-10 人工智能战胜真人, 开启大众对机器人人工智能的关注 2016 AlphaGo 战胜围棋高手李世石