2019全球教育机器人发展白皮书-北师大-2019 8-35页 pdf

2019全球教育机器人开发白皮书第一章原教育机器人全景在世界各国连续两年发表机器人及人工智能的战略部署的情况下，在教育领域利用人工智能技术和机器人的实践探索正在增加。2018年在中国发表的教育信息化 2.0 行动计划强调，“智慧教育创新发展行动”需要加强智能教育助手、教育机器人、智能同伴、语言文字信息化等核心技术研究和应用。教育机器人作为教育领域的代表，将成为智慧学习环境的重要组成部分。本白皮书将支持教育或学习活动的所有“机器人教育”和具有教育服务智能的“教育服务机器人”统称为教育机器人，如图1-1所示。“机器人教育”(Educational Robotics)是一系列活动、课程、物理平台、教育资源或教育哲学，通常模块化机器人和机器人套件是机器人教育中常见的辅助产品。Educational Service Robots(教育服务自动机)是具有教育和学习智能的服务自动机，通常用于对STEAM教育、语言学习和特殊人群学习等主题进行辅助和管理培训。与机器人教学中常见的产品不同，教育服务机器人具有固定的结构，一般不支持用户直接分解。图1-1白皮书的教育机器人定义背景1.1机器人教育机器人教育服务机器人2 2019全球教育机器人开发白皮书3文献1.2最近5年发表了大量国内外关于机器人的白皮书，从多种角度说明了机器人产业的现状，同时整理了市场上现有的产品。表1-1最近5年的机器人白皮书示例2019 global education robot development白皮书名称摘要2016 全球教育机器人发展白皮书，北京通用大学智能学习研究所，2019教育机器的全球主要研究机构、市场产品评价、需求调查、产业链分析和未来市场发展预测的综合说明。GIT 5G 和云化机器人白皮书、Softbank、Huawei、China mobile联合发行，2017年，本白皮书以“5G网络和云机器人”为核心主题，介绍了云机器人的概念、技术市场趋势、产业链和业务模型等。提出的云机器人=机器人物理连接人工智能；深入分析基于云体系结构的三项关键技术：机器人物理本体技术、AI技术和无线通信技术、相关功能和机架要求。中国机器人标准化白皮书（2017），中国科学院沈阳自动化研究所，2017本白皮书介绍了国内外机器人的开发过程、现状和趋势，介绍了国内外机器人标准化工作的现状，综合整理了国内外机器人相关技术标准，提出了我国机器人标准化工作的推进方案。Urban Robotics and Automation，Urban Institute，2017本文详细分析了支持英国城市开发的机器人技术和自主系统技术的应用。讨论了机器人在城市生活各个方面的应用前景，探讨了运输和社会经济影响，着重探讨了机器人应用当前和未来的挑战。2017年Artificial Intelligence and Robotics，uk-ras网络白皮书解释了人工智能将改变我们社会的未来、生活和经济。说明AI的起源和过去60年的历史演变，以及相关的子领域，如机器学习、计算机视觉和深度学习。4 1.3本白皮书通过多种资料的收集、总结、分析和比较，为学术界、教育界和产业界提供了教育机器人学的研究成果、产业的现状和趋势以及教育应用的综合报告。设计了教育机器人的创新应用方法和满足各种教育服务对象需求的功能，揭示了未来教育机器人发展的可能趋势，并为一线教师、教育政策制定者和教育机器人相关企业提供了相应的参考信息。1.4本白皮书主要针对教育机器人，如图1-2所示。图1-2白皮书章节框架图目标章节框架教育机器人的出现背景和定义了解教育机器人的学术研究和市场和产品开发现状教育机器人各用户组的要求，分析未来教育机器人应用方案分析教育机器人设计的主要组成和关键技术分析教育机器人的产业链框架开发和未来产业关系发展预测教育机器人市场规模，总结了未来市场竞争情况和发展建议教育机器人的发展现状， 并提出了教育机器人的发展建议市场规模未来的竞争和合作情况未来市场的发展建议教育机器人的发展现状教育机器人的实践和展望背景文章目标章架构全球教育机器人主要研究机构教育机器人主要研究领域教育机器人市场产品指导教育机器人需求分析来源和框架教育机器人需求项目和实现时期教育机器人本体教育机器人的关键技术教育机器人产业链框架教育机器人产业链发展第一章原始意图教育机器人全景展示第二章当前形势学术研究和产业发展并行第三章需求丰富的觉悟和广泛的应用第四章设计专门教育机器人探索的道路第五章产业同时7层连锁6章未来千帆竞争生态系统第七章摘要实践困境和有效路径2019全球教育机器人发展白皮书从1993年到2018年，共搜索了3060份与教育机器人相关的学术文献，最初的研究从1966年开始，R. E. WHALLON在Phi Delta Kappan发表。 其中，2014-2018年与教育机器人相关的研究成果共1404件，与2012-2016年的总数据量相比，近5年对教育机器人的研究件数开始急剧增加，2017年文献数和引用次数达到峰值，如图2-1所示，2018年有所减少。图2-1 2014-2018年教育机器人研究数量变化趋势本白皮书调查了近5年来与教育机器人相关的文献，按各研究机构的文件数量排序，排列了全球最优先的教育机器人研究机构(见表2-1)。2.1全球教育机器人主要研究机构224 2014201520158350 300 250 200 150 50 0 256 306 335 285文出数美国塔夫茨大学Tufts大学大学大学大学大学大学大学大学目前的主要项目包括社区工程、乐高工程、双向学习和合作环境、教育创造者空间、学生教员外传指导计划等。赫特福德大学自适应系统研究组(asrg)成立于2000年。主要目的是研究自闭症儿童和机器人之间的沟通是否有助于自闭症儿童和其他人的沟通等。法国国家信息自动化研究所在阿基坦地区建立了“Poppy Education”项目，该项目将机器人作为学习和创造力的强大工具。该项目基于“Poppy”跨学科平台的全球教育转移和普及，由新手、专家、科学家、教育工作者、开发人员和艺术家组成。表2-1全球教育机器人主要研究机构表2019全球教育机器人开发白皮书7法国国家科学研究中心CNRS美国佐治亚理工大学塞尔维亚贝尔格莱德大学贝尔格莱德奥地利格拉茨技术大学Graz University of Technology意大利技术研究院IIT意大利国家研究委员会CNR法国索尔主要任务是从事对科学进步和国家经济、社会、文化发展有用的各种研究事业，促进研究成果的振兴和应用，分析国内外科技发展状况，参与制定科技政策。 乔治亚理工大学是Georgia (USG)系统的机器人研究领域，以Gary V. McMurray领导的institute for robotics and intelligent machines为中心，扩大了学科的深度和广度，允许理论从学分转换到具有新一代机器人的强大部署系统贝尔格莱德大学位于塞尔维亚共和国首都贝尔格莱德，高等教育和科学研究领域的主要活动是公益活动。其中Mihajlo Pupin研究因此被称为广泛的领域，有机器人实验室。在科学界，人形机器人的早期工作很有名。格拉茨技术学院位于奥地利第二大城市格拉茨的中心，共有95个研究所。该活动包括：通过学校研讨会为机器人/人工智能(AI)、儿童和青少年学生提供机器人俱乐部、配置机器人/AI研究营、配置机器人挑战、创建和实施机器人和人工智能教师培训计划、构建社区(OCG工作组)、学校和其他教育机构(Kinderbro)意大利政府成立的科学和技术研究中心Italian Institute of Technology(IIT)现在将IIT的机器人研究团队分为四个研究平台：iCub、HyQ、Walkman and Coman和Plantoid，iCub是教育机器人方面的iCub。意大利最大的公共研究机构national research Committee的使命是进行研究项目，提高国家产业系统的创造力和竞争力，促进国家研究系统的国际化，并为公共部门和私营部门的新兴需求提供技术和解决方案。索邦大学是巴黎第六大学(皮埃尔和玛丽居里大学)和巴黎第四大学(巴黎索邦大学)于2018年1月1日合并的地方。robot and systems institute(ISIR)是sobang university三个团队共同建立的综合性研究实验室，汇集了机械、自动化、信号处理和计算机科学领域的研究人员和研究教授。根据8关键字聚类分析结果，将教育机器人分为5类，如表2-2所示。表2-2教育机器人主题分类教育机器人本体研究等研究集中在“教育”的本质和目标、“人工智能”技术、“机器人文”等教育机器人领域核心组成部分的精细化上。这种研究主要集中在教育机器人的概念、特征、分类及相关理论分析等方面。影响机器人教育角色和研究机器人教育角色及影响研究的关键字有以“人形机器人”、“乐高机器人”为代表的机器人类型和角色研究，一些研究人员指出，教育机器人通常扮演导师、学生和工具三个角色，还有一些研究人员认为机器人主要在教育中扮演学习对象、工具和同事三个角色。教育机器人设计研究这些研究主要包括侧重于机器人类型、设计概念的“移动机器人”、“服务机器人”、“机器人设计”、“远程操作”、“编程”等关键字。另一方面，依靠特定的机器人，通过一定的编程，将给定的课程表或课程功能完整地发挥出来。另一方面，研究人员正在努力开发和提高体现机器人教育功能的技术设计。机器人教学实践研究等研究的主要研究对象是儿童，内容包括机器人教学课程设计、教育技术支持、机器人教学课程实践效果、机器人教学实践场景分析等。教育机器人应用情境研究机器人的应用情境包括两个方面：机器人的教育应用领域研究，前三个领域是普通教室、专业领域和个人领域。第二，机器人对象研究，K-12教育主要针对三类人：幼儿、小学生和中学生；特别组适用于所有需要医疗健康帮助的患者，例如自闭症儿童。高等教育主要包括本科生和研究生。2.2教育机器人主要研究热点组名称关键字教育机器人本体研究Artificial intelligence；教育；机器人机器人教学角色和研究Lego RobotHumanoid机器人；Computational thinking；Educational Robot；Creativity机器人教学实践研究Social Robot；Engagement；child-robot interaction；STEM；教学学习学校教育机器人设计研究移动机器人；服务机器人；Autonomous robot机器人设计Teleoperation；Programming教育机器人应用情况研究Imitation；Children；Autism；Human-Robot Interaction 2019全球教育机器人开发白皮书9从教育服务的对象和可能的应用领域出发，本文提出了两个主要分析框架产品分析框架和市场分析框架，可用作未来中长期发展的战略评估标准。本白皮书基于两个主要分析框架，整合了全球12种教育机器人产品类型。产品分析框架为了评价和比较教育机器人产品