小學音樂教學中教育機器人輔助應用前瞻性研究

□ 陳薇伊

智能教育時代的到來，加速了學校教育體系的新一輪變革。小學作為學校教育體系基礎之一，是國家智能教育的重要目標，也是培養(yǎng)創(chuàng)新性、參與性、多樣性思維的重要場所。以人工智能技術為基礎、機器人軀體為載體的教育機器人在教育領域的應用，已成為學校教育智能化的重要研究方向。受信息技術迅速發(fā)展的影響，小學音樂教學的知識生產方式、學習環(huán)境、師生關系都將發(fā)生改變。越來越多的學校正在引進教育機器人作為創(chuàng)新的學習環(huán)境，用于提高和建立學生的高層思維能力，作為提高學生學習動機和抽象概念理解的補充工具，幫助學生解決復雜的問題。

一、教育機器人概述及其應用基礎

教育機器人是面向教育領域專門研發(fā)的以培養(yǎng)學生分析能力、創(chuàng)造能力和實踐能力為目標的機器人，具有教學適用性、開放性、可擴展性和友好的人機交互等特點。教育機器人按其外形大致可分為輪式機器人、類人機器人、泛機器人和虛擬機器人。不同外形的教育機器人各有特點，學校可通過教學課堂具體情況進行選擇，將教育機器人融入課堂教學，促進信息技術與教育教學的融合，從而推進學校教育信息化、智能化的發(fā)展。

信息技術進入學校音樂課堂至今，已改變了音樂課堂傳統(tǒng)教學模式，為教師開展音樂教學活動和學生進行音樂學習提供了便利。在技術賦能教育時代，需要構建技術賦能的學習環(huán)境和教育信息化新生態(tài)的學習場域。教育機器人作為新一代信息技術產物賦能小學音樂教育，一方面是對構建智能教育新生態(tài)體系的有益探索；另一方面是提供培養(yǎng)小學生多樣性、參與性、創(chuàng)新性思維的新模式。教育機器人應用于小學音樂教育，其應用基礎主要依托于情感計算、學習分析和數據挖掘三個方面。

（一） 情感計算

1997年，美國麻省理工學院的皮卡德教授提出，情感計算是實現計算機識別、理解、表達和反饋人類情感，是人機交互研究的重要方向。如今，因人工智能技術、智能機器人等技術的飛速發(fā)展，情感計算正逐漸成為教育教學領域中的核心要素。智能化時代下，情感計算技術與人工智能技術的深入發(fā)展，必然帶動教育機器人識別情感能力的增強。教育機器人情感計算功能運用于音樂課堂教學，為音樂教師授課方式的改進和課堂教學的優(yōu)化提供幫助。

（二） 學習分析

學習分析是近年來教育技術研究領域的熱點之一，它通過測量、收集、分析和報告關于學習者及其學習情景的數據，評估學習者的學術進展，預測未來的學習表現，發(fā)現潛在問題，為優(yōu)化學習和學習中發(fā)生的情境提供決策參考。信息技術的突破與人工智能的發(fā)展增強了智能機器人海量數據處理分析能力，提升了教育機器人學習分析能力，為音樂教師制訂精準課堂學習計劃、優(yōu)化教學環(huán)境提供便利。

（三） 數據挖掘

數據挖掘是通過對學生學習過程、行為、特點的多角度量化、建模和分析，深入分析小學生伴隨式數據，以達到個性化教學的目的。通過教育機器人對學生課前、課中、課后三個階段學習數據的實時采集，進行有效干預，輔助音樂教師分析學生學習習慣、預測學習行為，從而避免低效學習。同時，教育機器人也能輔助音樂教師建立學生數據庫，提高智能課堂教學效率，提升智能課堂教學條件，優(yōu)化智能課堂教學環(huán)境。

二、教育機器人小學音樂教學輔助應用及探索

教育機器人是以教學為目的的智能機器人，擁有實用性、多樣性、開放性等特點。2018年發(fā)布的《教育信息化2.0行動計劃》文件中，教育部明確指出要加強教育機器人等關鍵技術探索與應用。教育機器人在小學音樂教學中的應用，是智能教育產物在課堂教學的一次探索。

（一） 教育機器人價值維度

1.優(yōu)化教學環(huán)境

我國學校教育處于向信息化、智能化教育轉型階段，優(yōu)質教育資源的不均，使得小學音樂課堂的教學環(huán)境也各有差異。教育機器人的應用一方面為教育者和受教育者提供一種新穎的學習方式，另一方面也彌補了部分教學環(huán)境差異所帶來的硬件問題，使教育者能更多關注受教育者綜合素質能力的發(fā)展。

2.整合教學資源

在資源共享的新時代下，受互聯網技術發(fā)展和信息資源相互滲透的影響，小學音樂教學資源呈多態(tài)化趨勢。整合教學資源成為小學音樂教師優(yōu)化教學內容、提升教學水平的需要，同時也是小學生自我成長、自主學習的需要。教育機器人的處理信息功能為打造有序的信息教學資源體系，推動小學音樂教學信息化資源的整合與開發(fā)提供有力支持。

3.轉變教學方式

隨著國外音樂教學法的傳入，我國音樂教育模式發(fā)生了重大改變，教師引導學生進行多感官體驗，注重師生交互的教學理念成為主流。教育機器人融入小學音樂課堂，將帶來小學音樂教學方式的轉變，使教師更關注音樂素養(yǎng)的培養(yǎng)和學生個性化需求，制定個性化教學，提高學生音樂學習興趣。

在三種價值維度下，教育機器人于小學音樂教學的應用，將構建音樂課堂新機制，促進學校教育信息化、智能化進程。

（二） 教育機器人應用探索

目前，我國教育正朝著智能化、信息化、個性化的方向發(fā)展，教育機器人的融入使教師角色定位發(fā)生改變，育人作用更加突出。

1.教學監(jiān)控

大班授課制難以滿足學生多樣化、個性化的學習需求。學生需求長期得不到滿足，則會導致他們喪失學習興趣，甚至音樂能力發(fā)展受到阻礙，音樂課堂教學變得難以管理。因此，小學音樂課堂需要既能滿足小學生多樣化、個性化的學習需求，又能實時反饋小學生課堂教學成果的教具來輔助小學音樂教師。

教育機器人的教學監(jiān)控功能，為其融入小學音樂課堂提供了良好的基礎。通過實時監(jiān)控學生學習行為，采集學習數據并分析處理，總結學習特點及學習規(guī)律，及時給予音樂教師教學反饋，促使其優(yōu)化教學方法，滿足學生多樣化、個性化的學習需求。例如，教育機器人通過收集小學生的學習行為數據，評估學生的課堂學習情況與情緒狀態(tài)，以此輔助音樂教師指定精準且具有針對性的學習規(guī)劃和學習方向指導，打造高效音樂課堂。再如，通過了解教育機器人處理的學生學習數據，音樂教師能基于學生音樂學習能力和音樂技能水平動態(tài)地調整音樂課堂教學進度，應對多種課堂教學問題，從而實現音樂教師有效的教學干預，促進師生良性互動。教育機器人為音樂教師提供了定位學生知識水平和挖掘學生學習需求的途徑，通過及時的教學反饋，提升教學質量，實現個性化資源供給。

2.個性化教學

隨著年齡增長，小學生會有意識地觀察他人與自身行為，并出現個性化需求。這種學生的心理變化要求小學音樂教師轉變教學思維，創(chuàng)新教學方法，以滿足學生多樣化的需求。個性化教學為小學音樂教師提供了新的教學模式思路，教育機器人將為個性化教學提供有利幫助。

個性化教學將學生的個性與智能教育緊密結合，但是，由于學生音樂能力具有個體差異性，使得實現小學音樂個性化教學并非易事，音樂教師難以對不同學生的興趣、技能與知識進行細致的分析，制定音樂課堂個性化教學方案，滿足小學生個性發(fā)展的需求。教育機器人的自然語言處理、語音識別、圖像識別等功能，可對音樂教師開展個性化教學提供有利幫助。一方面，教育機器人能幫助音樂教師記錄學生學習習慣與學習能力，分析學生特點及個性化學習需求，從而建立學生音樂課堂學習行為檔案，以便音樂教師預測學生課堂學習行為；另一方面，教育機器人能針對小學生心理特點，結合相關行為數據，輔助音樂教師對學生制定符合個性的教學方式，為小學音樂課堂的個性化教學提供數據支持?；趯W生個性的音樂教學課堂不僅符合小學生對音樂課堂的預期，能激發(fā)學生音樂學習興趣，還能保證學生得到充分的肯定與發(fā)展，培養(yǎng)未來教育所需的思維和學習能力。

3.智慧決策

對大多數音樂教師而言，教學前的準備有兩個，一是通過分析學科要求和音樂課程教材，計劃課堂目標、重點與教學難點等問題；二是分析所教授班級的具體情況，選擇符合學生學習情況與興趣的教學方式，保證教學活動的順利開展。這樣的準備往往需要依靠音樂教師的主觀經驗和判斷能力，容易導致學生的實際需求難以得到滿足。

大數據時代，教育數據挖掘與開發(fā)成為教育領域中的新興業(yè)態(tài)與具體應用。教育機器人能輔助小學音樂教師，為音樂教師提供便利，為其決策提供科學依據。教育機器人通過其智能識別能力，分析學生的課堂表現，將所得數據整理分析，總結出學生學習特點，以數據圖表等直觀方式把教學反饋給音樂教師。音樂教師也能通過教育機器人的反饋調整課堂教學進度，優(yōu)化教學手段，滿足學生學習需求。教育機器人能通過搜集梳理學生學習數據，建立數據模型，輔助音樂教師預測學生課堂表現，調整教學進度，以培養(yǎng)學生音樂審美能力。教育機器人還能通過分析課堂數據、音樂教材和優(yōu)秀教學案例，為音樂教師推薦教學資源，為其教學準備提供便利。教育機器人的輔助應用為音樂教師擺脫繁瑣工作，全身心投入教學和學生綜合素質的培養(yǎng)提供路徑，能提升學生審美素質，促進學生全面發(fā)展。

現階段，教育機器人主要是作為教師的助手，是一種初級階段的軟件教育機器人。教育機器人為小學音樂教師提供教學監(jiān)控、個性化教學和智慧決策的數據支撐，從多方位輔助音樂教師開展智能化、數字化、個性化音樂課堂，培養(yǎng)小學生多樣性、創(chuàng)新性、參與性思維。

三、教育機器人輔助應用挑戰(zhàn)

教育機器人在應用于小學音樂課堂、輔助音樂教師開展教學活動的同時，仍面臨一些問題與挑戰(zhàn)。

（一） 教育體系不完備

教育機器人作為前所未有的教育工具，不能與現有的小學音樂課堂教學體系完全兼容。其一，如何協(xié)調音樂教師與教育機器人的課堂關系，構建新教學模式，讓教育機器人輔助音樂教師開展教學活動是首要問題。其二，教育機器人通過監(jiān)控教學過程而收集、挖掘所得的學生隱私數據應如何得到充分的保護，不被盜用或買賣。其三，教育機器人達到使用壽命或設備使用年限時，應如何處理，是再利用還是報廢。

2.教師相關能力欠缺

教育機器人等新興教育技術產品融入音樂課堂，改變音樂教師的角色定位，幫助提高學生綜合素質，培養(yǎng)問題意識、合作能力成為首要目標。在智能化教學音樂課堂中，教育技術產品的融入將帶來教具的更換，音樂教師現有的能力不能完全應對未來教學教具的使用。所以，音樂教師需要提升教學素養(yǎng)，培養(yǎng)終身學習意識，主動探尋和諧共教的教育道路。

3.教育機器人性價比低

雖然教育機器人的制造成本與技術難度隨著科技的發(fā)展略有下降，但現階段，教育機器人的性價比仍然較低，相關研究大多處于示范性學校的試點階段，其在學校教育的進一步應用與發(fā)展的機會受到限制。并且，教育機器人存在的硬件維護、軟件升級等問題也是阻礙學校音樂課堂進行教育機器人普及的原因之一。

教育機器人作為一種新興教具，能輔助音樂教師開展高效教學工作，而信息技術產品所帶來的教育變革仍需我們理性思考，以尋找適應小學音樂教學的道路。如何解決教育機器人的應用問題，使教育機器人與小學音樂教育進行深度融合，發(fā)揮其真正的價值，還需更深入實踐、反思和探討。

總之，隨著信息技術的發(fā)展與革新，新興教育技術產品與小學音樂教學的融合將重新構建小學音樂教學生態(tài)體系，角色定位、教學方式、教學目的等都將發(fā)生改變。在期待教育機器人逐漸適應小學音樂教學并與小學音樂課堂相融合、發(fā)揮其價值的同時，我們更應思考如何在未來教育中實現人機教學，對教育機器人的輔助應用問題、經濟價值問題、倫理問題、安全問題持續(xù)關注，并進一步深入探討。