人形機器人在體育舞蹈教學中的應用研究

人形機器人是具備人類的外形特征和行動能力的智能機器人，可以采用雙腿行走方式，通過手臂和身體的協(xié)調完成一些簡單的功能，以及通過簡單的語言和人類交流。它結合了人工智能、機器學習、傳感器技術和機械工程等技術，能精準捕捉動作并實時互動，其在教育、醫(yī)療、服務和娛樂等領域得到廣泛應用。把人形機器人應用到體育舞蹈教學中，其憑借精準的動作示范、個性化的教學支持及靈活高效的交互方式，為傳統(tǒng)教學做了重要補充。

1.研究進展

1.1應用教育領域研究

隨著越來越多的人形機器人出現(xiàn)在教育場合，其教學作用不斷擴大，除了傳統(tǒng)課堂內容外，他們可以根據(jù)學生的學習進度和需求為其量身定制學習計劃并即時反饋進度，以幫助解決大班授課的個體差異造成的教育鴻溝，或者通過角色扮演或情境教學幫助理解晦澀難懂的教學內容，例如進行虛擬實驗或重現(xiàn)歷史場景來幫助學生直觀地學習科學知識或歷史事件。

2.2教學方法論研究

目前，關于人形機器人在教學方法的研究成果，主要集中在如何將人形機器人與傳統(tǒng)教學方法進行融合，人形機器人能夠為學生提供人機交互的標準示范，針對不同學生進行因材施教。德國學者Ilona Buchem指出，人形機器人通過互動學習和協(xié)作學習等方式，有利于學生社交發(fā)展和學習小組的形成。

2.3基于學習理論的STEM研究進展

研究者們嘗試從培養(yǎng)學習者的角度，探索人形機器人輔助學生學習對提升學習水平和效果的幫助。人形機器人可以提供可視化的互動式學習體驗，為學生創(chuàng)造沉浸式的舞蹈學習場景。同時，人形機器人通過對學生的學習過程進行數(shù)據(jù)分析，進一步幫助教師判斷學生的學習進度和難點，進而更好對教學內容與方式的設計做出調整。

2.4教育心理學的研究進展

以人形機器人對學生心理因素的影響為主題，研究表明人形機器人可以激發(fā)學生的學習興趣與好奇心。劍橋大學研究表明，學生會更愿意將不愿意與成人討論的事情告訴人形機器人，人形機器人可在心理健康評價方面得到應用。人形機器人能為學生提供即時反饋與鼓勵性評價，增強學生自信。但也應注意人形機器人對學生的情感互動，避免學生對人形機器人的過多依賴使其情感變得冷漠。

3.研究結果與討論

通過本研究的文獻綜述、理論分析及專家訪談，探索人形機器人輔助體育舞蹈教學實施策略及取得的效果，對實驗數(shù)據(jù)及訪談數(shù)據(jù)進行分析后得到以下結論，現(xiàn)將研究結果總結與討論如下。

3.1文獻綜述與理論分析結果

3.1.1機器人輔助體育舞蹈教學的優(yōu)勢。人形機器人教學提供的標準化示范、個性化反饋、靈活性等優(yōu)勢，正是針對教師示范、學生學習中存在的弊端提出的。機器人示范動作的一致、精準，對比教師示范動作標準不一致、變化性大的弊端；機器人能根據(jù)學生的學習情況，動作傳感、數(shù)據(jù)分析，學生學習情況反饋，優(yōu)于教師無法給予個性化反饋和針對性的錯誤動作糾正的弊端；機器人也可以根據(jù)需要，提供靈活和可重復演示，可以不受時間和空間限制，為學生提供更多的練習機會，區(qū)別于教師受時間空間局限缺少練習，一對一輔導時間耗費較長，且停課辦班不能顧及所有學生學習效果的弊端。

3.1.2機器人輔助教學的潛在問題。雖然機器人有諸多長處，但也存在技術瓶頸和無情感交互的問題。人形機器人演示的動作不夠靈活，在某些靈活性比較高的演示動作方面還達不到要求；機器人無情感要求，也無情感互動，會讓學生產生抵觸情緒，影響學習積極性。

3.2專家訪談結果

人形機器人輔助教學可以提高教學效率，但必須與傳統(tǒng)教學模式相結合，在教師的引導、機器人的輔助下，效果最優(yōu)；教學內容的編排應有層次性，基礎動作由機器人完成，難度大的動作還應以教師的詳細講解和示范為主；機器人通過其新奇好玩的特點，在初學階段可極大激發(fā)學生的興趣；未來的發(fā)展方向應是提高其動作的靈活性、增加人機的情感交互及降低機器人的造價，以便更廣泛的推廣使用。

3.3實驗結果

3.3.1動作技能掌握效果實驗組和對照組學生在動作技能掌握方面存在較大的差異性，實驗組學生在動作模仿精確度、節(jié)奏掌握、動作連貫性等動技能掌握的平均得分均高于對照組，說明機器人輔助教學能夠明顯促進學生技能掌握效率的提高。

3.3.2學習興趣與自信心變化

通過對學生問卷結果的分析，筆者發(fā)現(xiàn)實驗組學生學習興趣和學習自信心的提升明顯高于對照組。有85%的學生認為利用機器人輔助教學增強了自己對學習的興趣，有78%的學生認為機器人所給予的即時反饋讓他們更加自信。

3.4人形機器人能夠明顯地提高學生動作技能掌握能力和學習興趣

機器人精準的動作示范以及具有針對性的反饋，彌補了傳統(tǒng)教學中的不足，但機器人的情感交流和復雜動作展示是有限的。在教學中，教師仍是不可或缺的。因此，最適宜的教學模式是“教師引導”“機器人輔助”教學。在此基礎上，要改進教學策略，增強機器人的交互體驗，改進語音識別、表達等技術，形成基礎動作的定期重復學習，激發(fā)學生對體育舞蹈的長期興趣；分層教學、因材施教，基礎動作通過機器人展示，可重復性動作，機器人示范，高級動作通過教師講解，復雜動作加以演示；優(yōu)化機器人的反饋性，設計更加智能的反饋系統(tǒng)，提高機器人對學生動作識別的準確性和動作糾正效率。機器人與虛擬現(xiàn)實技術相結合，創(chuàng)造臨場體驗的兒童芭蕾教學環(huán)境；探索機器人與各種舞蹈類型的教學模式，豐富教學內容；進行長期跟蹤研究，探索“機器+教學”對兒童長期學習和技能技巧的促進作用。

4.人形機器人在體育舞蹈教學中的不足

首先，人形機器人在舞蹈動作的靈活性上差強人意。它在教學中只能帶領學生做基礎動作示范，一些復雜有難度的舞蹈動作，尤其是舞蹈中對于柔韌性要求很高的動作，機器人通常無能為力。而即使是基礎動作示范，系統(tǒng)對動作的的精確度反饋還有待提高，尤其是在復雜動作的糾正上，可能會讓學生更困惑。當然，這些問題并非技術不可逾越，我們在技術和教學理念上還需進一步投入。

其次，人形機器人缺少和人真正的情感交流。人形機器人雖然可以教授基礎動作，但是它對藝術性和情感表達缺失，使舞蹈教學中少了些人情味。對于舞蹈教學而言，教育的主體是人，不僅有欲望，還有感情。當學生產生逆反情緒時，舞蹈教師可以通過和善的面部表情、溫柔的說話方式、輕撫等方式安撫學生的情緒，帶給學生安全感。但是對于人形機器人來說，作為一個冷冰冰的機器，忽略了和學生的交流、鼓勵，這是教育的一大隱患。因此，在體育舞蹈教學中，機器人可以成為我們人類的輔佐，但讓它們擔任這些任務的主角，恐怕是不太可能的。

最后，更現(xiàn)實的問題是，高昂的成本讓它們難以普及，這意味著它們還只是少數(shù)學校、機構的“專利”，當然隨著經濟的不斷發(fā)展，國家政策的支持，相信未來人形機器人會走進每一所校園。

5.人形機器人在體育舞蹈教學中的應用路徑

第一，教師為主，設備為輔

人形機器人不是應用在體育舞蹈教學中的核心角色，教師依然扮演著絕對的主導角色，一如既往的設計課程內容、制定專業(yè)的教學方式、發(fā)布針對性的反饋和建議。人形機器人則可以作為教師的補充，實現(xiàn)示范動作、把握節(jié)奏、初階反復練習等動作的分析功能。例如，人形機器人可以扮演示范角色，動作標準不離場，向學生展示體育舞蹈動作，通過動作形象幫助學生感知節(jié)奏變化，強化體育舞蹈教學內容的鞏固。還可以實現(xiàn)進行初階反復練習，完善學生在體育舞蹈學習中的全面訓練。但是在這一應用中需注意的是，機器人并非單純的教學工具，不能作為體育教師的替代品。

第二，建立數(shù)據(jù)隱私保護規(guī)范

人形機器人采集學生動作數(shù)據(jù)和個人數(shù)據(jù)信息較多，在教學中需要做好數(shù)據(jù)隱私的保護，要規(guī)范數(shù)據(jù)采集范圍、數(shù)據(jù)用途、數(shù)據(jù)保存時限等規(guī)范，保證數(shù)據(jù)的合法性和安全性，同時對敏感信息數(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生的充分知情權和選擇權，在保護學生隱私的情況下，促進教學技術的落地。

第三，個性化教學

借助人形機器人可利用人工智能技術捕捉學生舞蹈動作數(shù)據(jù)，并對動作數(shù)據(jù)進行分析，實時給出學生的操作分析結果，提供改進建議。例如，人形機器人能夠捕捉學生動作軌跡，實現(xiàn)識別人形動作并與標準動作進行判斷、對比，并對差異動作進行調整的建議。另外，機器人還可根據(jù)學生所處的學習階段，調整自身教學內容，例如：對于初學者動作難度的降低或進階型舞蹈動作學習任務的實時推送。

第四，互動教學

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

第五，模擬真實場景

作為人形機器人將體育舞蹈教學工作滲透進來，完善體育舞蹈教學模式。綜合利用增強現(xiàn)實（AR）、虛擬現(xiàn)實（VR）等技術，為學生構建沉浸式舞蹈學習環(huán)境，模擬復雜的舞蹈場景或者虛擬的舞伴。在學校體育舞蹈課上，機器人可以帶領學生進行多人同步練習等，提高學生團隊意識。課下，機器人可以在學校教學平臺利用互聯(lián)網(wǎng)進行遠程教學，拓寬學生知識。通過改革教學場景，提高學生學習體育舞蹈的興趣。

第六，團隊合作

在人形機器人進行體育舞蹈教學方式的探索中，多個機器人之間可以像一個真正的跳舞團隊一樣，搭配合作，同步去做動作，模擬出團隊跳舞的的場景，這可以給學生提供更立體的學習體驗，不僅如此，機器人自身還可以做出團隊之間共同完成的隊形層次動作的配合，學生們可以更直接的看到團隊跳舞的配合性，尤其是針對于初學者，這樣的直觀展示格外重要。學生在團隊跳舞因動作不一致而感到迷茫時，可以讓機器人展示規(guī)范清晰的隊形層次動作，利用機器人正確的示范，讓學生們有一個學習榜樣，克服這一迷茫，體驗一個實實在在有意義的和有意思的學習舞蹈的過程。

  第七，技術支持

人形機器人的動作捕捉技術與模仿動作，能夠精確捕捉學生的動作軌跡，然后通過舞蹈標準動作進行對比，讓學生找到自己的不足之處，對于熱愛舞蹈或者想學習舞蹈的人來說，是一個超級便利的伙伴，智能反饋系統(tǒng)可以根據(jù)學生在每一次的舞蹈表現(xiàn)讓其進行實時反饋，及時改掉動作不到位、節(jié)奏跟不上、幅度不達標等現(xiàn)象，如同一個私人訂制的舞蹈老師任君調遣。這樣的人工智能帶來的技術成效，不僅能快速準確地幫學生找到病因，也能大幅度提升學生學習舞蹈的效率，無論自身節(jié)奏感弱還是動作協(xié)調度差都可以得到有效的糾正，可以說是“智能反饋，私人訂制”。這種技術和智能帶來的便利使舞蹈學習過程更趨向智能化，令人充滿期待。

6.結語

人形機器人能夠彌補傳統(tǒng)體育舞蹈教學中動作示范的不準確、教學對象的群體差異性以及教學情況的靈活性等問題，使體育舞蹈教學實現(xiàn)個性化、趣味化。其精準的動作示范、實時個性化的評價以及靈活多變的輔助教學，必將會給傳統(tǒng)教學模式帶來一次創(chuàng)新和突破。作為一種新興輔助教學工具，在師資力量不足或受場地、設備等主客觀條件限制的地方，還能作為教學設備助推優(yōu)質教學資源的推廣，促進教育公平化。但是其高昂的成本、缺乏的情感交流和部分高難度動作表現(xiàn)力不夠仍然是眼下的瓶頸。因此，在實際教學過程中，需要把握好“人為主、機為輔”的尺度，配合人形機器人的輔助效果，相互強化，共同優(yōu)化教學效果。

在未來，伴隨著人工智能、機器學習、虛擬現(xiàn)實等技術的發(fā)展，人形機器人也將在體育舞蹈教學中實現(xiàn)更大的價值，完善人形機器人的技術性能，優(yōu)化人與人形機器人的交互體驗，減少人形機器人的設備成本，探索人形機器人更多的教學模式，使其成為推動體育舞蹈教育現(xiàn)代化、創(chuàng)新化的重要力量，通過長期跟蹤研究和實踐應用，不斷積累經驗，探索人形機器人與傳統(tǒng)的教學模式深度融合，為教育現(xiàn)代化的發(fā)展提供理論依據(jù)和實踐指導，推動體育舞蹈教學的智能化發(fā)展進程，其作用是推動教育的標準化和個性化，實現(xiàn)共享、優(yōu)化師資、提高教學效率。通過技術與教學結合，使機器人輔助教學為教育公平、提高教學質量帶來很大作用，助力教育現(xiàn)代化。

文章來源：  《尚舞》   http://m.12-baidu.cn/w/wy/26862.html