教育机器人可以提升学生创造力吗?——基于48项实验与准实验研究的Meta分析

doi:10.16382/j.cnki.1000-5560.2022.03.009

摘要/Abstract

摘要：

培养创新型人才已经成为我国建设科技强国、突破“卡脖子”技术难题的基本路径。迎合智能时代的教育变革潮流，利用机器人技术提升学生创造力体现出更丰富的实践价值和时代意义。本研究采用Meta分析法对国内外48项实验研究、6057条样本量进行编码处理，研究得出：1）教育机器人对学生创造力的整体影响效应为0.576，达到中等以上的影响水平，其中对学生创新实践能力的促进作用最为明显，对创新人格品质的影响程度一般；2）从学段来看，教育机器人对初中、小学的学生创造力影响效果较为明显；3）学科方面，机器人课程对学生创造力影响效果最好；4）教学主题中，原型创造对学生创造力影响程度达到中等以上水平；5）教学方式选择方面，探究式教学更能激发学生的创造力；6）相比普通教室，实验室环境对于学生创造力发展更为乐观。结合实地调研，提出以下实践建议：推广实施人工智能相关课程，兼顾教学过程中学生的创新人格及思维培养；注重低学段学生创造力培养，大力提倡软件编程教学；建构适用于机器人教学的创客教育模式，完善相关学科教师的培训体系及激励机制；促进实验室硬件、软件环境设计，多方面筹措教育机器人经费投入。

关键词: 教育机器人, 创造力, 人工智能, 软件编程, 教学模式

Abstract:

Cultivating innovative talents has become a basic path for our country to build a strong country in science and technology and solve the “stuck neck” technical problems.Catering to the trend of educational reform in the intelligent age, the use of robotics to enhance students’ creativity shows richer practical value and contemporary significance.In this study, 48 domestic and foreign experimental studies and 6, 057 sample sizes were coded using the meta-analysis method, and the findings show that, first, the overall effect of educational robots on students’ creativity was 0.576, reaching a medium or above level of influence. Among them, the effect of promoting students’ innovative practical ability was the most obvious, and the degree of influence on the quality of innovative personality was average. Second, from the perspective of the academic stage, the effect of educational robot on the creativity of students in junior middle school and primary school was more obvious; Third, in terms of disciplines, software programming had the best impact on students’ creativity, followed by information technology. Fourth, among teaching topics, prototype creation had the most impact on students’ creativity and the level was above the intermediate level. Fifth, in terms of the choice of teaching methods, inquiry teaching can better stimulate students’ creativity. Finally, compared with ordinary classrooms, the laboratory environment was more optimistic for the development of students’ creativity. Combined with field research, four practical suggestions are put forward. We need to promote the implementation of artificial intelligence-related courses, taking into account the cultivation of students’ innovative personality and thinking in the teaching process. Schools should focus on the cultivation of low-level students’ creativity, and vigorously promote software programming teaching. Also, schools need to create robots Maker education model, improve the training system and incentive mechanism for teachers of related subjects; schools should promote the design of laboratory hardware and software environment, and raise funds for educational robots in various aspects.

Key words: educational robot, creativity, artificial intelligence, software programming, teaching mode

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图/表 9

表 1

原始文献编码信息"

序号	作者（年份）	样本量（EG/CG）	类型	学段	学科	教学主题	教学方式	教学场域
1	张禄（2015）	30/30	A，C	高中	机器人课	结果验证	项目式	普通课堂
2	张丽芳（2015）	30/30	A，C	高中	机器人课	原型创造	项目式	实验室
3	黄雅玉（2018）	30/30	B	初中	机器人课	原型创造	探究式	普通课堂
4	孟雪（2019）	18/18	A，C	高中	机器人课	结果验证	探究式	普通课堂
5	赵康健（2018）	45/44	A，B，C	小学	机器人课	工程制作	项目式	实验室
6	杨海楠（2018）	115/176	A，B，C	小学	机器人课	结果验证	项目式	实验室
7	辛倩倩（2019）	145/145	A，B，C	初中	机器人课	原型创造	项目式	实验室
8	卢莹（2019）	86/50	A，B	小学	机器人课	工程制作	项目式	实验室
9	王海雪（2018）	64/64	B	小学	机器人课	工程制作	项目式	实验室
10	王佳玉（2019）	26/24	A，C	小学	机器人课	工程制作	项目式	实验室
11	赵亚莉（2019）	20/20	A，C	小学	机器人课	工程制作	项目式	实验室
12	刘宝瑞（2019）	20/20	A，B，C	小学	机器人课	原型创造	项目式	实验室
13	邓静（2013）	34/17	A，B，C	小学	机器人课	科学探究	设计式	实验室
14	赵晓慧（2018）	21/21	A，B，C	小学	机器人课	工程制作	项目式	实验室
15	马云霞（2017）	41/41	A，B，C	大学	机器人课	工程制作	项目式	实验室
16	闫伟（2018）	47/47	A，B	高中	机器人课	工程制作	项目式	实验室
17	魏雪峰等（2018）	50/50	C	初中	数学	结果验证	设计式	实验室
18	孙燕（2018）	24/24	A，B，C	初中	机器人课	工程制作	项目式	实验室
19	闫妮（2017）	25/24	A，B，C	高中	机器人课	工程制作	项目式	实验室
20	张爽（2017）	36/39	A，B，C	初中	机器人课	工程制作	项目式	实验室
21	李玫（2018）	25/25	A，B，C	小学	科学	科学探究	设计式	实验室
22	李婷婷（2018）	25/14	C	高中	机器人课	工程制作	项目式	实验室
23	陈丽苗（2020）	56/58	A，B	幼儿园	机器人课	科学探究	探究式	实验室
24	J Leonard et al.（2015）	21/29	C	初中	机器人课	工程制作	项目式	实验室
25	Jrgen Lindh et al.（2007）	184/160	A	初中	数学	工程制作	项目式	实验室
26	Cary Ka Wai Jim（2010）	204/204	C	初中	机器人课	工程制作	项目式	实验室
27	Gwen Nugent et al.（2010）	147/141	A，B，C	初中	地理	科学探究	项目式	实验室
28	C Angeli et al.（2018）	83/55	A，B，C	小学	机器人课	科学探究	项目式	实验室
29	T Yuen et al.（2014）	70/70	C	初中	机器人课	科学探究	项目式	实验室
30	MU Bers et al.（2014）	26/28	A	幼儿园	机器人课	科学探究	设计式	实验室
31	Jiyae Noh et al.（2020）	155/155	A，B，C	小学	编程软件课	工程制作	项目式	实验室
32	Innwoo Park et al.（2015）	26/26	A，B，C	小学	编程软件课	工程制作	项目式	实验室
33	Yanyan Li et al.（2016）	15/15	A	小学	乐高机器人	工程制作	项目式	实验室
34	M Masril et al.（2019）	20/20	A，B，C	初中	机器人课	工程制作	项目式	实验室
35	Peter H. Kahn et al.（2016）	24/24	A	大学	机器人课	原型创造	项目式	实验室
36	Toma & Greca（2018）	96/96	C	小学	机器人课	工程制作	项目式	实验室
37	Sullivan（2008）	26/26	A，B，C	初中	机器人课	工程制作	项目式	实验室
38	Bulent Cavas et al.（2012）	23/23	A，B	初中	机器人课	科学探究	项目式	普通课堂
39	N Erdogan et al.（2013）	31/31	A，B，C	高中	机器人课	工程制作	项目式	实验室
40	YTC Yang et al.（2013）	32/35	A	初中	生物	原型创造	项目式	实验室
41	Kurt Y. Michael（2001）	58/58	A，B	初中	乐高机器人	原型创造	项目式	实验室
42	J Leonard et al.（2017）	152/152	A，B	初中	机器人课	工程制作	项目式	实验室
43	Igor M. Verner（2004）	31/31	A，B	高中	机器人课	工程制作	项目式	实验室
44	PS Buffum et al.（2016）	200/200	A，C	初中	机器人课	科学探究	项目式	实验室
45	C Julià et al.（2016）	9/12	A	小学	数学	工程制作	项目式	实验室
46	Steve V. Coxon（2012）	38/37	A	初中	乐高机器人	结果验证	项目式	实验室
47	HY Wang et al.（2016）	48/43	B	初中	数学	原型创造	项目式	实验室
48	BS Barker et al.（2010）	147/147	C	初中	地理	科学探究	探究式	实验室

表 1

图 1

表 2

表 3

表 4

表 5

表 6

表 7

表 8

参考文献 0

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模型	效应量	效应值（Hedges’s g）	95%的置信区间		双尾检验		异质性检验
模型	效应量	效应值（Hedges’s g）	下限	上限	Z值	P值	df	I-squared
固定效应	48	0.426	0.374	0.477	16.07	0.000	47	86.7%
随机效应	48	0.576	0.426	0.727	7.52	0.000	47	86.7%

创造力类型	效应量	效应值（Hedges’s g）	95%的置信区间		P值	异质性检验
创造力类型	效应量	效应值（Hedges’s g）	下限	上限	P值	df	tau2
A	6	0.386	?0.047	0.820	0.000	5	0.212
B	4	0.453	?0.116	1.021	0.000	3	0.297
C	7	0.283	?0.154	0.720	0.000	6	0.306
A，B	7	0.757	0.366	1.149	0.000	6	0.233
A，B，C	18	0.709	0.495	0.923	0.000	17	0.157
A，C	6	0.519	0.183	0.855	0.003	5	0.109

学段	样本量	效应值（Hedges′s g）	95%的置信区间		P值	异质性检验
学段	样本量	效应值（Hedges′s g）	下限	上限	P值	df	tau2
幼儿园	2	0.784	?0.470	2.037	0.000	1	0.761
小学	18	0.435	0.240	0.630	0.000	17	0.121
初中	18	0.607	0.332	0.882	0.000	17	0.311
高中	8	0.584	0.399	0.770	0.259	7	0.000
大学	2	1.309	0.934	1.684	0.837	1	0.000

科目	样本量	效应值（Hedges’s g）	95%的置信区间		P值	异质性检验
科目	样本量	效应值（Hedges’s g）	下限	上限	P值	df	tau2
地理	2	0.309	0.137	0.480	0.293	1	0.001
数学	4	0.466	?0.240	1.171	0.000	3	0.454
机器人课	40	0.606	0.444	0.767	0.000	39	0.213
科学	2	0.302	0.119	0.484	0.384	1	0.000

教学主题	样本量	效应值（Hedges’s g）	95%的置信区间		P值	异质性检验
教学主题	样本量	效应值（Hedges’s g）	下限	上限	P值	df	tau2
原型创造	8	0.737	0.284	1.189	0.000	7	0.372
工程制作	25	0.537	0.345	0.729	0.000	24	0.177
科学探究	10	0.464	0.157	0.771	0.000	9	0.201
结果验证	5	0.665	0.251	1.080	0.000	4	0.169