大家的兒時記憶不知有沒有這樣的印象：以前的科幻電影或動畫裡，總是會有個好像「導師」功能的機器人，引導著主人翁認識世界。比如說《星際大戰》的 C3PO、《魔鬼終結者 2》裡的阿諾終結者、哆啦 A 夢（舊譯小叮噹）等，隨著年紀漸長，應該會覺得這種幻想的東西做不出來吧？不過現在有人把這樣的機器人導師實現了！
這個想法的契機有兩點，第一點，是這幾年機器人從只有專業人士才能掌握的科技，漸漸普及，而且有可能運用到學習的領域，成為幫助學生發展認知與社交技能的有利工具。特別是在孩童的早期教育中，在教室裡運用機器人導師有潛力大為提高學習效率。
第二點，現代的新科技主導了學生的生活，直接影響了現代教育的兩個基本目標：知識的傳播和社會化。教師們終究必須學習如何運用這些科技而非排拒之，以在教室和家庭中達成學生最好的學習效果。由於我們越來越多地使用電子設備和社群媒體，學生不再像過去那樣只用紙、筆與書本學習，教師也要相應地調整他們的方法（每個學生都看著螢幕控制著滑鼠跟鍵盤使用 CAI 教學軟體，一名老師要如何知道每個學生有沒有在「專心」在上課？）機器人導師可以幫得上忙嗎？
來自西班牙馬德里的遠距離教育大學（Universidad Nacional de Educación a Distancia）人工智慧系的一組研究人員，就針對此，開發了一套用於小學教育軟體的「有效機器人導師整合環境」（Affective Robot Tutor Integrated Environment，ARTIE），且在計算神經科學邊界期刊（Journal Frontiers in Computational Neuroscience）上發表了他們的論文。
機器人導師如何帶動教室裡的學習熱情？
在軟硬體方面，ARTIE 整合了 Nao 機器人跟電腦上的 Scratch 平台，他們提供了豐富的函式庫連貫了用 Scratch 製作的教學軟體，與 Nao上面該團隊開發的導師機器人軟體 MONICA 。
這幾年 Scratch 很紅，用來學程式語言或者用來輔助正式課程的應用都有，筆者在這邊就不多說。關於 Nao ，可能台灣熟悉的人比較少，筆者稍微介紹一下，它來自法國，是一個可跟人類溝通互動的機器人，本身其實就是一台會走動的「電腦」，在市場上分有研究型（提供給研究單位）跟家用型。以前其實已經有著不少以 Nao 當「老師」的應用（請看參考影片），不過多半只是噱頭性的簡單教學，甚至是非正規的教學（「快樂學、快樂成長」的那種）。然而 Luis-Eduardo Imbernón Cuadrado 博士和他的團隊開發的這套系統，跟以往不同的是：他們是拿 Nao 來作國小正式教學裡的「導師」工作。
這個導師系統的核心專注於學童的注意力上，他們歸納孩童的注意力狀態為：注意力集中、注意力分散、無反應，作為影響學習的三種認知。學童操作用 Scratch 做的學習軟體時，系統會監測學生的注意力狀態，然後用 Nao 機器人以言語或者動作來提點。
整個機制運作流程分兩部份，第一個部份是分析孩童的互動狀態，主要是鍵盤使用和滑鼠游標控制，這個機制會精確量測教學軟體丟出一個「訊號」以後，到學童用滑鼠與鍵盤做出回應的時間差（latency），以判定孩子當下的注意力狀態甚至是可能的情緒；第二個部份，是分析收集到的數據，比對這個學生的類型以及過去的反應紀錄，推斷可以採用的最佳引導策略，由機器人導師來執行，包括發言提到特定的觸發詞以及使用手勢，來鼓勵學生達成特定學習標的。
第二部份其實也就是一個專家系統，在設計階段，匯集了一群國小老師的顧問團整理的各種指導策略與技巧，也實際在一個小班兩組共10位學生的電腦教學時，錄製全程的學習影片以及所有的滑鼠、鍵盤動作，整理、歸納出不同類型學生的反應模型資料庫，以及對應的可能教學策略。
▲ （照片經過父母同意重製傳播）
機器人導師實戰指導
研究人員開發了 ARTIE 跟 MONICA ，為了驗證計算架構，募集了兩個不同認知學習狀態的小學生（志願者）來個別測試 MONICA 導師因材施教的能耐。 一個是11歲低動機、成績好的小男生，另一個則是8歲高動機、成績好的小女生。那教什麼呢？就是學習 Scratch 語言本身。至於兩個小朋友的教學策略，前者採「持續轟炸法」：不斷引起小男生的注意，指定課題給他來引導他的學習；對後者採「放牛吃草法」：小女生自己會一直作課題，一直要到她作題目做到恍神分心了，MONICA 會再多等一下下，才鼓勵她繼續下去。
▲ MONICA 導師帶低動機高才能小朋友學習（照片經過父母同意重製傳播）。
▲ MONICA 導師帶高動機高才能小朋友學習 （照片經過父母同意重製傳播）。
測試完以後，兩個小朋友都要要寫問卷調查，大致上兩位小小志願者認為：比起自己操作 Scratch 軟體，更喜歡旁邊有 MONICA 導師「督導」。他們也認為以後可能可以跟真人導師更好相處。此外，裡面有一組回答不是選擇題，而是自由回答題，從他們寫下的答案可以看出他們對 MONICA 老師的評價：
學生 1：高動機高才智，學生 2：低動機高才智
NAO 機器人有幫助嗎？
學生 1：可以鼓勵我。
學生 2：她讓我動了起來。
使用過程中你最喜歡的是？
學生 1：用 Scratch 練習。
學生 2：當 MONICA 要搞笑的時候。
使用過程中你不太喜歡的是？
學生 1：MONICA導師幫不了我的時候。
學生 2：當 MONICA 導師給錯答案時。
輔助下一代教師
機器人導師雖然跟真人教師不同，但某些特徵的缺乏，實際上可能是有益的。例如，機器人導師理論上不會有人種、民族、宗教等等的歧視，也不會有情緒，耐性會超級好、不會生氣，可以客觀地引導教學。儘管機器人導師不太可能取代人類教師，但這個團隊的研究顯示，機器人導師可以用傳統的指導技巧來輔助教學，而分攤真人老師的辛勞，顧到所有的學生，這是非常有價值的。
然而，這個來自歐洲的研究有些前提，就是電腦與 CAI 教學已經變成是普及而正式的教具，所以這個機制如果要在台灣等東亞國家實施，可能會有一些在地的議題。
比如說在台灣，CAI 教學在學校的運用似乎還不是「那麼的正式」，可能一不小心就變成「電腦遊戲課」，ARTIE 的設計，具體來說就是讓 CAI 教學變成正規教學的一環，學生所有的電腦操作行為甚至臉上表情、身體的動作等，都逃不過機器導師的法眼，CAI 的教學進度變成可以被監測與掌控的。要實踐這份論文的理論，一定會對教學法會有很大的變革，而在地教育體系是否能接納呢？畢竟在各種領域當中，醫學跟教育對資訊科技的引用向來是較保守的。
另外還有科技誤用的擔憂。ARTIE 本來的設計是為了增加學生的學習效率，讓每個不同個性的學生得以接受不同適性的引導法。但是在有填鴨教育傳統的東亞國家，會不會有學校把這項技術用偏，用來作「學習加速」？假設在未來，這種教學器材公發普及到各個學校，偏偏有個別的老師想要讓自己班級表現比別班更好（甚至是傳說中的「家長要求」），於是這個老師設定 Nao 按照每個學生的程度，給予「超頻30% 」的要求，讓每個學生有更大的壓力，也是蠻恐怖的。畢竟傳統上一個人類老師帶整班，總有老師注意不到的死角可以偷懶，要是老師制訂了「超群」的教學計劃，還有一群鐵石心腸的機器導師無孔不入地緊迫盯人，使學校變成許多機器人監管的「學習農場」，那可真像是一場惡夢了。
不管如何，終於有研究團隊，認真研究如何把機器人科技應用到學校教學領域，希望這個新技術能給教學現場帶來新氣象囉。
- Robot Tutors can Tell Whether You’re Distracted
- ARTIE: An Integrated Environment for the Development of Affective Robot Tutors
（首圖來源：frontiers）