Can Educational Robots Improve Student Creativity: An Meta-analysis Based on 48 Experimental and Quasi-experimental Studies

doi:10.16382/j.cnki.1000-5560.2022.03.009

Abstract

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

Haoxiang Hou, Xianyi Zhang, Dan Wang. Can Educational Robots Improve Student Creativity: An Meta-analysis Based on 48 Experimental and Quasi-experimental Studies[J]. Journal of East China Normal University(Educational Sciences), 2022, 40(3): 99-111.

Figures/Tables 9

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

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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