人形機(jī)器人在體育舞蹈教學(xué)中的應(yīng)用研究

人形機(jī)器人是具備人類的外形特征和行動(dòng)能力的智能機(jī)器人，可以采用雙腿行走方式，通過手臂和身體的協(xié)調(diào)完成一些簡單的功能，以及通過簡單的語言和人類交流。它結(jié)合了人工智能、機(jī)器學(xué)習(xí)、傳感器技術(shù)和機(jī)械工程等技術(shù)，能精準(zhǔn)捕捉動(dòng)作并實(shí)時(shí)互動(dòng)，其在教育、醫(yī)療、服務(wù)和娛樂等領(lǐng)域得到廣泛應(yīng)用。把人形機(jī)器人應(yīng)用到體育舞蹈教學(xué)中，其憑借精準(zhǔn)的動(dòng)作示范、個(gè)性化的教學(xué)支持及靈活高效的交互方式，為傳統(tǒng)教學(xué)做了重要補(bǔ)充。

1.研究進(jìn)展

1.1應(yīng)用教育領(lǐng)域研究

隨著越來越多的人形機(jī)器人出現(xiàn)在教育場合，其教學(xué)作用不斷擴(kuò)大，除了傳統(tǒng)課堂內(nèi)容外，他們可以根據(jù)學(xué)生的學(xué)習(xí)進(jìn)度和需求為其量身定制學(xué)習(xí)計(jì)劃并即時(shí)反饋進(jìn)度，以幫助解決大班授課的個(gè)體差異造成的教育鴻溝，或者通過角色扮演或情境教學(xué)幫助理解晦澀難懂的教學(xué)內(nèi)容，例如進(jìn)行虛擬實(shí)驗(yàn)或重現(xiàn)歷史場景來幫助學(xué)生直觀地學(xué)習(xí)科學(xué)知識(shí)或歷史事件。

2.2教學(xué)方法論研究

目前，關(guān)于人形機(jī)器人在教學(xué)方法的研究成果，主要集中在如何將人形機(jī)器人與傳統(tǒng)教學(xué)方法進(jìn)行融合，人形機(jī)器人能夠?yàn)閷W(xué)生提供人機(jī)交互的標(biāo)準(zhǔn)示范，針對(duì)不同學(xué)生進(jìn)行因材施教。德國學(xué)者Ilona Buchem指出，人形機(jī)器人通過互動(dòng)學(xué)習(xí)和協(xié)作學(xué)習(xí)等方式，有利于學(xué)生社交發(fā)展和學(xué)習(xí)小組的形成。

2.3基于學(xué)習(xí)理論的STEM研究進(jìn)展

研究者們嘗試從培養(yǎng)學(xué)習(xí)者的角度，探索人形機(jī)器人輔助學(xué)生學(xué)習(xí)對(duì)提升學(xué)習(xí)水平和效果的幫助。人形機(jī)器人可以提供可視化的互動(dòng)式學(xué)習(xí)體驗(yàn)，為學(xué)生創(chuàng)造沉浸式的舞蹈學(xué)習(xí)場景。同時(shí)，人形機(jī)器人通過對(duì)學(xué)生的學(xué)習(xí)過程進(jìn)行數(shù)據(jù)分析，進(jìn)一步幫助教師判斷學(xué)生的學(xué)習(xí)進(jìn)度和難點(diǎn)，進(jìn)而更好對(duì)教學(xué)內(nèi)容與方式的設(shè)計(jì)做出調(diào)整。

2.4教育心理學(xué)的研究進(jìn)展

以人形機(jī)器人對(duì)學(xué)生心理因素的影響為主題，研究表明人形機(jī)器人可以激發(fā)學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣與好奇心。劍橋大學(xué)研究表明，學(xué)生會(huì)更愿意將不愿意與成人討論的事情告訴人形機(jī)器人，人形機(jī)器人可在心理健康評(píng)價(jià)方面得到應(yīng)用。人形機(jī)器人能為學(xué)生提供即時(shí)反饋與鼓勵(lì)性評(píng)價(jià)，增強(qiáng)學(xué)生自信。但也應(yīng)注意人形機(jī)器人對(duì)學(xué)生的情感互動(dòng)，避免學(xué)生對(duì)人形機(jī)器人的過多依賴使其情感變得冷漠。

3.研究結(jié)果與討論

通過本研究的文獻(xiàn)綜述、理論分析及專家訪談，探索人形機(jī)器人輔助體育舞蹈教學(xué)實(shí)施策略及取得的效果，對(duì)實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)及訪談數(shù)據(jù)進(jìn)行分析后得到以下結(jié)論，現(xiàn)將研究結(jié)果總結(jié)與討論如下。

3.1文獻(xiàn)綜述與理論分析結(jié)果

3.1.1機(jī)器人輔助體育舞蹈教學(xué)的優(yōu)勢(shì)。人形機(jī)器人教學(xué)提供的標(biāo)準(zhǔn)化示范、個(gè)性化反饋、靈活性等優(yōu)勢(shì)，正是針對(duì)教師示范、學(xué)生學(xué)習(xí)中存在的弊端提出的。機(jī)器人示范動(dòng)作的一致、精準(zhǔn)，對(duì)比教師示范動(dòng)作標(biāo)準(zhǔn)不一致、變化性大的弊端；機(jī)器人能根據(jù)學(xué)生的學(xué)習(xí)情況，動(dòng)作傳感、數(shù)據(jù)分析，學(xué)生學(xué)習(xí)情況反饋，優(yōu)于教師無法給予個(gè)性化反饋和針對(duì)性的錯(cuò)誤動(dòng)作糾正的弊端；機(jī)器人也可以根據(jù)需要，提供靈活和可重復(fù)演示，可以不受時(shí)間和空間限制，為學(xué)生提供更多的練習(xí)機(jī)會(huì)，區(qū)別于教師受時(shí)間空間局限缺少練習(xí)，一對(duì)一輔導(dǎo)時(shí)間耗費(fèi)較長，且停課辦班不能顧及所有學(xué)生學(xué)習(xí)效果的弊端。

3.1.2機(jī)器人輔助教學(xué)的潛在問題。雖然機(jī)器人有諸多長處，但也存在技術(shù)瓶頸和無情感交互的問題。人形機(jī)器人演示的動(dòng)作不夠靈活，在某些靈活性比較高的演示動(dòng)作方面還達(dá)不到要求；機(jī)器人無情感要求，也無情感互動(dòng)，會(huì)讓學(xué)生產(chǎn)生抵觸情緒，影響學(xué)習(xí)積極性。

3.2專家訪談結(jié)果

人形機(jī)器人輔助教學(xué)可以提高教學(xué)效率，但必須與傳統(tǒng)教學(xué)模式相結(jié)合，在教師的引導(dǎo)、機(jī)器人的輔助下，效果最優(yōu)；教學(xué)內(nèi)容的編排應(yīng)有層次性，基礎(chǔ)動(dòng)作由機(jī)器人完成，難度大的動(dòng)作還應(yīng)以教師的詳細(xì)講解和示范為主；機(jī)器人通過其新奇好玩的特點(diǎn)，在初學(xué)階段可極大激發(fā)學(xué)生的興趣；未來的發(fā)展方向應(yīng)是提高其動(dòng)作的靈活性、增加人機(jī)的情感交互及降低機(jī)器人的造價(jià)，以便更廣泛的推廣使用。

3.3實(shí)驗(yàn)結(jié)果

3.3.1動(dòng)作技能掌握效果實(shí)驗(yàn)組和對(duì)照組學(xué)生在動(dòng)作技能掌握方面存在較大的差異性，實(shí)驗(yàn)組學(xué)生在動(dòng)作模仿精確度、節(jié)奏掌握、動(dòng)作連貫性等動(dòng)技能掌握的平均得分均高于對(duì)照組，說明機(jī)器人輔助教學(xué)能夠明顯促進(jìn)學(xué)生技能掌握效率的提高。

3.3.2學(xué)習(xí)興趣與自信心變化

通過對(duì)學(xué)生問卷結(jié)果的分析，筆者發(fā)現(xiàn)實(shí)驗(yàn)組學(xué)生學(xué)習(xí)興趣和學(xué)習(xí)自信心的提升明顯高于對(duì)照組。有85%的學(xué)生認(rèn)為利用機(jī)器人輔助教學(xué)增強(qiáng)了自己對(duì)學(xué)習(xí)的興趣，有78%的學(xué)生認(rèn)為機(jī)器人所給予的即時(shí)反饋?zhàn)屗麄兏幼孕拧?/span>

3.4人形機(jī)器人能夠明顯地提高學(xué)生動(dòng)作技能掌握能力和學(xué)習(xí)興趣

機(jī)器人精準(zhǔn)的動(dòng)作示范以及具有針對(duì)性的反饋，彌補(bǔ)了傳統(tǒng)教學(xué)中的不足，但機(jī)器人的情感交流和復(fù)雜動(dòng)作展示是有限的。在教學(xué)中，教師仍是不可或缺的。因此，最適宜的教學(xué)模式是“教師引導(dǎo)”“機(jī)器人輔助”教學(xué)。在此基礎(chǔ)上，要改進(jìn)教學(xué)策略，增強(qiáng)機(jī)器人的交互體驗(yàn)，改進(jìn)語音識(shí)別、表達(dá)等技術(shù)，形成基礎(chǔ)動(dòng)作的定期重復(fù)學(xué)習(xí)，激發(fā)學(xué)生對(duì)體育舞蹈的長期興趣；分層教學(xué)、因材施教，基礎(chǔ)動(dòng)作通過機(jī)器人展示，可重復(fù)性動(dòng)作，機(jī)器人示范，高級(jí)動(dòng)作通過教師講解，復(fù)雜動(dòng)作加以演示；優(yōu)化機(jī)器人的反饋性，設(shè)計(jì)更加智能的反饋系統(tǒng)，提高機(jī)器人對(duì)學(xué)生動(dòng)作識(shí)別的準(zhǔn)確性和動(dòng)作糾正效率。機(jī)器人與虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)相結(jié)合，創(chuàng)造臨場體驗(yàn)的兒童芭蕾教學(xué)環(huán)境；探索機(jī)器人與各種舞蹈類型的教學(xué)模式，豐富教學(xué)內(nèi)容；進(jìn)行長期跟蹤研究，探索“機(jī)器+教學(xué)”對(duì)兒童長期學(xué)習(xí)和技能技巧的促進(jìn)作用。

4.人形機(jī)器人在體育舞蹈教學(xué)中的不足

首先，人形機(jī)器人在舞蹈動(dòng)作的靈活性上差強(qiáng)人意。它在教學(xué)中只能帶領(lǐng)學(xué)生做基礎(chǔ)動(dòng)作示范，一些復(fù)雜有難度的舞蹈動(dòng)作，尤其是舞蹈中對(duì)于柔韌性要求很高的動(dòng)作，機(jī)器人通常無能為力。而即使是基礎(chǔ)動(dòng)作示范，系統(tǒng)對(duì)動(dòng)作的的精確度反饋還有待提高，尤其是在復(fù)雜動(dòng)作的糾正上，可能會(huì)讓學(xué)生更困惑。當(dāng)然，這些問題并非技術(shù)不可逾越，我們?cè)诩夹g(shù)和教學(xué)理念上還需進(jìn)一步投入。

其次，人形機(jī)器人缺少和人真正的情感交流。人形機(jī)器人雖然可以教授基礎(chǔ)動(dòng)作，但是它對(duì)藝術(shù)性和情感表達(dá)缺失，使舞蹈教學(xué)中少了些人情味。對(duì)于舞蹈教學(xué)而言，教育的主體是人，不僅有欲望，還有感情。當(dāng)學(xué)生產(chǎn)生逆反情緒時(shí)，舞蹈教師可以通過和善的面部表情、溫柔的說話方式、輕撫等方式安撫學(xué)生的情緒，帶給學(xué)生安全感。但是對(duì)于人形機(jī)器人來說，作為一個(gè)冷冰冰的機(jī)器，忽略了和學(xué)生的交流、鼓勵(lì)，這是教育的一大隱患。因此，在體育舞蹈教學(xué)中，機(jī)器人可以成為我們?nèi)祟惖妮o佐，但讓它們擔(dān)任這些任務(wù)的主角，恐怕是不太可能的。

最后，更現(xiàn)實(shí)的問題是，高昂的成本讓它們難以普及，這意味著它們還只是少數(shù)學(xué)校、機(jī)構(gòu)的“專利”，當(dāng)然隨著經(jīng)濟(jì)的不斷發(fā)展，國家政策的支持，相信未來人形機(jī)器人會(huì)走進(jìn)每一所校園。

5.人形機(jī)器人在體育舞蹈教學(xué)中的應(yīng)用路徑

第一，教師為主，設(shè)備為輔

人形機(jī)器人不是應(yīng)用在體育舞蹈教學(xué)中的核心角色，教師依然扮演著絕對(duì)的主導(dǎo)角色，一如既往的設(shè)計(jì)課程內(nèi)容、制定專業(yè)的教學(xué)方式、發(fā)布針對(duì)性的反饋和建議。人形機(jī)器人則可以作為教師的補(bǔ)充，實(shí)現(xiàn)示范動(dòng)作、把握節(jié)奏、初階反復(fù)練習(xí)等動(dòng)作的分析功能。例如，人形機(jī)器人可以扮演示范角色，動(dòng)作標(biāo)準(zhǔn)不離場，向?qū)W生展示體育舞蹈動(dòng)作，通過動(dòng)作形象幫助學(xué)生感知節(jié)奏變化，強(qiáng)化體育舞蹈教學(xué)內(nèi)容的鞏固。還可以實(shí)現(xiàn)進(jìn)行初階反復(fù)練習(xí)，完善學(xué)生在體育舞蹈學(xué)習(xí)中的全面訓(xùn)練。但是在這一應(yīng)用中需注意的是，機(jī)器人并非單純的教學(xué)工具，不能作為體育教師的替代品。

第二，建立數(shù)據(jù)隱私保護(hù)規(guī)范

人形機(jī)器人采集學(xué)生動(dòng)作數(shù)據(jù)和個(gè)人數(shù)據(jù)信息較多，在教學(xué)中需要做好數(shù)據(jù)隱私的保護(hù)，要規(guī)范數(shù)據(jù)采集范圍、數(shù)據(jù)用途、數(shù)據(jù)保存時(shí)限等規(guī)范，保證數(shù)據(jù)的合法性和安全性，同時(shí)對(duì)敏感信息數(shù)據(jù)做好數(shù)據(jù)加密工作，防止數(shù)據(jù)泄漏，更要保證其利用情況得到家長及學(xué)生的充分知情權(quán)和選擇權(quán)，在保護(hù)學(xué)生隱私的情況下，促進(jìn)教學(xué)技術(shù)的落地。

第三，個(gè)性化教學(xué)

借助人形機(jī)器人可利用人工智能技術(shù)捕捉學(xué)生舞蹈動(dòng)作數(shù)據(jù)，并對(duì)動(dòng)作數(shù)據(jù)進(jìn)行分析，實(shí)時(shí)給出學(xué)生的操作分析結(jié)果，提供改進(jìn)建議。例如，人形機(jī)器人能夠捕捉學(xué)生動(dòng)作軌跡，實(shí)現(xiàn)識(shí)別人形動(dòng)作并與標(biāo)準(zhǔn)動(dòng)作進(jìn)行判斷、對(duì)比，并對(duì)差異動(dòng)作進(jìn)行調(diào)整的建議。另外，機(jī)器人還可根據(jù)學(xué)生所處的學(xué)習(xí)階段，調(diào)整自身教學(xué)內(nèi)容，例如：對(duì)于初學(xué)者動(dòng)作難度的降低或進(jìn)階型舞蹈動(dòng)作學(xué)習(xí)任務(wù)的實(shí)時(shí)推送。

第四，互動(dòng)教學(xué)

人形機(jī)器人還可以與學(xué)生進(jìn)行互動(dòng)教學(xué)，不僅可以使用機(jī)器人與其語音互動(dòng)，還可以利用肢體語言與學(xué)生進(jìn)行互動(dòng)，從而提升學(xué)生對(duì)體育舞蹈的興趣，使學(xué)生更加積極地參與到體育舞蹈的練習(xí)中。在體育舞蹈教學(xué)中，利用人形機(jī)器人對(duì)學(xué)生進(jìn)行語音指導(dǎo)，同時(shí)利用傳感器對(duì)學(xué)生實(shí)施監(jiān)測，使學(xué)生掌握基本的體育舞蹈動(dòng)作。同時(shí)利用表情模擬、語言鼓勵(lì)來增加學(xué)生的使用興趣。在體育舞蹈學(xué)習(xí)的初始階段，借助人形機(jī)器人，可以使學(xué)生感受到舞蹈的樂趣與成就感。同時(shí)，這種教學(xué)方式，還可以增加學(xué)生對(duì)體育舞蹈的專注度，使學(xué)生能夠更加積極地參與到教學(xué)過程中，使體育舞蹈教學(xué)課堂變得更加活躍，從而提升體育舞蹈教學(xué)的效果。

第五，模擬真實(shí)場景

作為人形機(jī)器人將體育舞蹈教學(xué)工作滲透進(jìn)來，完善體育舞蹈教學(xué)模式。綜合利用增強(qiáng)現(xiàn)實(shí)（AR）、虛擬現(xiàn)實(shí)（VR）等技術(shù)，為學(xué)生構(gòu)建沉浸式舞蹈學(xué)習(xí)環(huán)境，模擬復(fù)雜的舞蹈場景或者虛擬的舞伴。在學(xué)校體育舞蹈課上，機(jī)器人可以帶領(lǐng)學(xué)生進(jìn)行多人同步練習(xí)等，提高學(xué)生團(tuán)隊(duì)意識(shí)。課下，機(jī)器人可以在學(xué)校教學(xué)平臺(tái)利用互聯(lián)網(wǎng)進(jìn)行遠(yuǎn)程教學(xué)，拓寬學(xué)生知識(shí)。通過改革教學(xué)場景，提高學(xué)生學(xué)習(xí)體育舞蹈的興趣。

第六，團(tuán)隊(duì)合作

在人形機(jī)器人進(jìn)行體育舞蹈教學(xué)方式的探索中，多個(gè)機(jī)器人之間可以像一個(gè)真正的跳舞團(tuán)隊(duì)一樣，搭配合作，同步去做動(dòng)作，模擬出團(tuán)隊(duì)跳舞的的場景，這可以給學(xué)生提供更立體的學(xué)習(xí)體驗(yàn)，不僅如此，機(jī)器人自身還可以做出團(tuán)隊(duì)之間共同完成的隊(duì)形層次動(dòng)作的配合，學(xué)生們可以更直接的看到團(tuán)隊(duì)跳舞的配合性，尤其是針對(duì)于初學(xué)者，這樣的直觀展示格外重要。學(xué)生在團(tuán)隊(duì)跳舞因動(dòng)作不一致而感到迷茫時(shí)，可以讓機(jī)器人展示規(guī)范清晰的隊(duì)形層次動(dòng)作，利用機(jī)器人正確的示范，讓學(xué)生們有一個(gè)學(xué)習(xí)榜樣，克服這一迷茫，體驗(yàn)一個(gè)實(shí)實(shí)在在有意義的和有意思的學(xué)習(xí)舞蹈的過程。

  第七，技術(shù)支持

人形機(jī)器人的動(dòng)作捕捉技術(shù)與模仿動(dòng)作，能夠精確捕捉學(xué)生的動(dòng)作軌跡，然后通過舞蹈標(biāo)準(zhǔn)動(dòng)作進(jìn)行對(duì)比，讓學(xué)生找到自己的不足之處，對(duì)于熱愛舞蹈或者想學(xué)習(xí)舞蹈的人來說，是一個(gè)超級(jí)便利的伙伴，智能反饋系統(tǒng)可以根據(jù)學(xué)生在每一次的舞蹈表現(xiàn)讓其進(jìn)行實(shí)時(shí)反饋，及時(shí)改掉動(dòng)作不到位、節(jié)奏跟不上、幅度不達(dá)標(biāo)等現(xiàn)象，如同一個(gè)私人訂制的舞蹈老師任君調(diào)遣。這樣的人工智能帶來的技術(shù)成效，不僅能快速準(zhǔn)確地幫學(xué)生找到病因，也能大幅度提升學(xué)生學(xué)習(xí)舞蹈的效率，無論自身節(jié)奏感弱還是動(dòng)作協(xié)調(diào)度差都可以得到有效的糾正，可以說是“智能反饋，私人訂制”。這種技術(shù)和智能帶來的便利使舞蹈學(xué)習(xí)過程更趨向智能化，令人充滿期待。

6.結(jié)語

人形機(jī)器人能夠彌補(bǔ)傳統(tǒng)體育舞蹈教學(xué)中動(dòng)作示范的不準(zhǔn)確、教學(xué)對(duì)象的群體差異性以及教學(xué)情況的靈活性等問題，使體育舞蹈教學(xué)實(shí)現(xiàn)個(gè)性化、趣味化。其精準(zhǔn)的動(dòng)作示范、實(shí)時(shí)個(gè)性化的評(píng)價(jià)以及靈活多變的輔助教學(xué)，必將會(huì)給傳統(tǒng)教學(xué)模式帶來一次創(chuàng)新和突破。作為一種新興輔助教學(xué)工具，在師資力量不足或受場地、設(shè)備等主客觀條件限制的地方，還能作為教學(xué)設(shè)備助推優(yōu)質(zhì)教學(xué)資源的推廣，促進(jìn)教育公平化。但是其高昂的成本、缺乏的情感交流和部分高難度動(dòng)作表現(xiàn)力不夠仍然是眼下的瓶頸。因此，在實(shí)際教學(xué)過程中，需要把握好“人為主、機(jī)為輔”的尺度，配合人形機(jī)器人的輔助效果，相互強(qiáng)化，共同優(yōu)化教學(xué)效果。

在未來，伴隨著人工智能、機(jī)器學(xué)習(xí)、虛擬現(xiàn)實(shí)等技術(shù)的發(fā)展，人形機(jī)器人也將在體育舞蹈教學(xué)中實(shí)現(xiàn)更大的價(jià)值，完善人形機(jī)器人的技術(shù)性能，優(yōu)化人與人形機(jī)器人的交互體驗(yàn)，減少人形機(jī)器人的設(shè)備成本，探索人形機(jī)器人更多的教學(xué)模式，使其成為推動(dòng)體育舞蹈教育現(xiàn)代化、創(chuàng)新化的重要力量，通過長期跟蹤研究和實(shí)踐應(yīng)用，不斷積累經(jīng)驗(yàn)，探索人形機(jī)器人與傳統(tǒng)的教學(xué)模式深度融合，為教育現(xiàn)代化的發(fā)展提供理論依據(jù)和實(shí)踐指導(dǎo)，推動(dòng)體育舞蹈教學(xué)的智能化發(fā)展進(jìn)程，其作用是推動(dòng)教育的標(biāo)準(zhǔn)化和個(gè)性化，實(shí)現(xiàn)共享、優(yōu)化師資、提高教學(xué)效率。通過技術(shù)與教學(xué)結(jié)合，使機(jī)器人輔助教學(xué)為教育公平、提高教學(xué)質(zhì)量帶來很大作用，助力教育現(xiàn)代化。

文章來源：  《尚舞》   http://m.xwlcp.cn/w/wy/26862.html