面向非传统学生的HRI教育

HRI教育中的非常规学生：两项举措的综述

朱莉安·曾克，1查尔斯·R·克罗威尔，1迈克尔·维拉诺，1朱希·卡博斯基，1
唐凯伦，1约书亚·约翰·迪尔1,21心理学系，圣母大学2洛根社区资源公司，印 第安纳州南本德

机器人技术与人机交互（HRI）是不断发展的领域，更多跨学科贡献所带来的更广阔视角可能使其受益。
实现这一目标的一种方式是吸引来自社会科学与人文学科的非工程类学生进入这些领域。本文介绍了两项专 注于向非工程类学生教授机器人技术和人机交互（HRI）的教育计划。其中一项计划让包括患有自闭症谱 系障碍（ASD）在内的年轻学生在非高度技术化的环境中获得机器人技术的实践体验；另一项计划则让社 会科学与人文学科的大学生学习基本的人机交互概念，并开发机器人应用。这两项项目的共同主题是面向 机器人教育中非传统的受众——非技术专业学生，并引导他们将学习重点放在基于关键HRI设计考虑因素来 创建机器人的交互序列上，而非关注这些序列在机器人内部实现所涉及的机械和电气细节。这两项项目在 实现预期学习成果和提升参与者愉悦感方面均取得了成功。

关键词 ：机器人技术，人机交互，教育，兴趣驱动探索，自闭症学生，非传统机器人学生

引言

随着机器人在社会中变得越来越普遍，理解人机交互（HRI）变得愈发重要，对机器人相关教育的需求也 日益迫切。本文介绍了在圣母大学开展的两个教育计划，这两个计划均致力于向非工程专业学生教授机器 人及人机交互（HRI）知识。其中一个项目让一些患有自闭症谱系障碍（ASD）的青少年学生在非高度技 术化的环境中亲身体验机器人技术；另一个项目则让社会科学与人文学科的大学生学习基本的人机交互概 念，并开发机器人应用。这两个项目共同的目标是：首先，面向传统机器人教育较少覆盖的非技术专业学 生；其次，将他们的学习重点放在为机器人创建互动性、社交性的行为序列上，而非集中在底层的机械和 电气细节上。

我们认为，吸引非工程类学生进入机器人技术和人机交互领域具有重要意义。最终，我们认为这一策 略将通过预见技术创新（Diehl,Schmitt,Villano,&Crowell,2012年）来促进这两个领域的研究与创新。
然而，若干潜在障碍可能阻碍或削弱非技术专业学生对这些领域的兴趣。这些障碍包括：对机器人领域潜 在职业机会的先入为主观念、学生缺乏对科学技术的既有兴趣、对当今机器人技术更广泛相关性的理解不 足、机器人领域对潜在学生的可及性不足，以及如何更好地利用学生兴趣方面的挑战。

技术与机器人技术可能伴随特殊临床人群，例如自闭症谱系障碍个体。所有这些障碍，包括自闭症谱系障碍个体面临的 特殊社交挑战，都引导了我们对所需教育体验的思考，以吸引非技术专业学生进入机器人技术和人机交互领域。

早期对机器人技术的认知可能有限

尽管近年来越来越多的工程和技术课程在小学阶段开设，但这些课程在初中前阶段的学生中仍然大多无法获 得（里多、谢瓦利尔、马涅纳特和蒙达达，2013年）。因此，年轻学生可能对机器人在现代社会中的各种用 途知之甚少，同时也对机器人应用开发所需具备的背景存在先入为主的看法。一项针对四到六年级学生（ 24名男孩和24名女孩）的调查显示，他们对机器人技术的看法分为三个回应类别：“机器人作为玩具⋯⋯学 习机器人技术作为就业来源⋯⋯[和]学习机器人技术作为进入高科技的途径”（刘，2010年，p.E45；蔡， 2004年）。在这项调查中，87.5%的学生表示他们将机器人视为玩具，而仅有50%的学生认为学习机器人技 术可能成为就业来源（刘，2010年，p.E45）。大多数认为机器人技术可能带来就业机会的学生所想到的是 机器人的机械方面或制造用途，并表达了攻读工程学位的兴趣。

刘（2010）还指出，与女生相比，显著更多的男生表示对机器人领域的就业感兴趣（t= 4.108,p< 0.001； 第E46页）。在我们的研究中，我们观察到机器人感知方面存在与性别相关的差异（Crowell,Shermerhorn, Scheutz,&Villano,2009）。如果这种性别差异趋势持续下去，则应在机器人设计和教育方面采取具体措施加以 解决。例如，刘（2010）建议可以创造对女性更具吸引力的机器人，这与克罗威尔等（2009）所倡导的观点一致。
机器人的性别相关特征（例如，外观、声音）可能会影响人们在性别维度上对它们的认同程度（克罗威尔等， 2009）。此外，刘（2010）指出，许多可能对机器人领域感兴趣的女生可能缺乏信心进入该领域学习，因为该领 域针对女性群体的宣传推广尚不充分。有必要改进机器人教育和宣传推广，以增加从事机器人领域工作的女性人 数。

培养学生对科学技术的既有兴趣

许多与机器人相关的夏令营、俱乐部和竞赛为学生提供了相关的学习机会，以吸引更多学生进入这些领域。
这些机会至少在一定程度上利用了学生对科学技术已有的广泛兴趣（努根特、巴克、格兰德内特和韦尔奇， 2016年；卡博斯基等人，2015年）。努根特等人（2016年）在经过八年开发并研究此类项目成果后指出， 当学生发现能够开发出有趣且相关的动手实践的机器人应用时，那些对科学技术具有个人兴趣的学生更有可 能参与夏令营、俱乐部和竞赛。通过机器人夏令营和俱乐部激发学生的个人兴趣，能使他们更积极地参与相 关的科学技术学习活动。此外，这还为学生提供了与参加夏令营者相互交流的机会，促进社交联系和协作技 能的发展。

坎德霍费尔和施泰因鲍尔（2016）研究了机器人教育对技术与社交技能的影响。他们的项目持续数月，参与 者为没有机器人技术经验的非工程类青少年学生（平均年龄= 14.9岁），这些学生参与了机器人世界杯青少年组 （RCJ）比赛。在坎德霍费尔和施泰因鲍尔（2016）的研究中，一半学生被分配至实验组，参加以备战全国RCJ比 赛为核心的“机器人活动”；对照组则参加计算机科学课程，学习当前的应用软件、创建网站的方法，并通过在 线研究使用新媒体资源（如平板电脑、PowerPoint、电子邮件）来展示报告（坎德霍费尔和施泰因鲍尔，2016）。
RCJ被描述为“一项国际教育机器人倡议，旨在促进STEM（科学、技术、工程和数学）内容和技能的 学习”（Eguchi，2015年，第692页）。为了吸引更多学生，尤其是女性，加入该项目，参赛者被鼓励将个 人兴趣融入其机器人项目中。坎德霍费尔和施泰因鲍尔（2016）报告称，实验组在技术与社交技能方面的提升显著大 于对照组。此外，实验组中的机器人学学生对科学和团队合作表现出更积极的态度（坎德霍费尔和施泰因鲍 尔，2016）。江口（2015）在一项相关研究中也获得了类似结果，观察到学生整体对STEM主题的知识掌握 有所提高，创造力技能得到增强。综合来看，这些发现表明，向非工程类学生教授机器人技术有助于培养他 们对技术与科学的兴趣，同时提升协作和创造力。

值得注意的是，涉及技术相关的动手引导式探究的教育项目已报告取得显著成效（柯思与马斯特乔治， 2010年）。通过引导式探究，学生利用教师提供的建议和指导，扮演科学家的角色，主动寻找与其自身兴趣 相关问题的答案。这种方法已被用于提升儿童的推断推理和社交沟通技能（柯思与马斯特乔治，2010年）。
在机器人教育中效仿这一做法，鼓励个人将自身兴趣融入项目和应用中，可能为该领域带来显著益处。
这种方法可能会拓宽为机器人技术和人机交互做出贡献的学科范围，从而促进这些领域的进一步创新。此外， 鼓励年轻学生将个人兴趣融入机器人技术和人机交互应用的学习中，很可能会促进这些领域内更加多样化和 跨学科的合作。

利用自闭症学生对技术/机器人的兴趣

自闭症学生这一临床群体是公认的对科学和机器人技术具有浓厚兴趣的个体来源（金等人，2013）。在教育和治 疗环境中，针对这些个体开展以机器人相关的兴趣为中心的活动，是一种行之有效的干预方法（巴克和西珀斯坦， 1987；邓斯特、特里维特和哈姆比，2012）。多位研究者发现，与机器人互动能够激发患有自闭症谱系障碍的儿 童的亲社会行为和学习动机（多滕汉，2003；迪尔等人，2012；金等人，2013）。此外，研究还指出，在与治疗 型机器人互动过程中获得的亲社会行为可以迁移到与同龄人和成人的现实生活中的互动中（博伊德、康罗伊、曼 希尔、中尾和奥尔特，2007；迪尔等人，2012）。或许，通过利用自闭症儿童对机器人的兴趣，可以激励他们与 正常发育的同龄人合作参与机器人开发项目（卡博斯基等人，2015年；韦纳、费拉里、多滕汉和罗宾斯，2010）。

其他研究也得出了类似的结论。例如，Wainer等人（2010）指出，在协作式机器人编程项目背景下， 自闭症学生在社会认知行为方面有所改善。鲍明格‐兹维利、伊登、赞卡纳罗、韦斯和加尔（2013）针对患 有自闭症谱系障碍的参与者开展了一项类似研究，采用的是非机器人基础的协作技术干预。这些研究人员报 告称，他们的干预措施使患有自闭症谱系障碍的参与者在任务完成度和满意度方面达到较高水平，并提高了 他们与正常发育同龄人进行社交的动机。卡比比汉、贾韦德、安和阿勒纽德（2013）发现，当患有自闭症谱 系障碍的儿童能够在与机器人互动过程中做出选择时，他们表现出进步和愉悦感。卡博斯基等人（2015年） 在本文后续描述的暑期机器人夏令营计划中也报告了类似的观察结果。

拓展机器人技术的认知范围

如前所述，刘（2010）对青少年的调查表明，许多受访者对机器人技术在现代社会中的相关性和适用性认识 有限。这种观点很可能是由于机器人应用在制造业等领域的普遍性所致，在这些领域中，机器人的目标是自 动化原本需要人类操作者完成的流程。为了拓宽对机器人技术的认知，有必要让学生接触除任务自动化之外 其他可能的机器人用途和应用。社交机器人技术就是这样一个领域，其中存在大量机会可以利用机器人向人 类提供陪伴、协助、娱乐或信息。认识并探索这类应用将拓宽学生对机器人技术相关性和影响范围的视野。

在这方面的一项举措是RoboWaiter：辅助移动机器人竞赛。该项目旨在促进与辅助技术相关的社会、 道德和人道问题的项目发展（阿尔格伦和弗纳，2013）。参加此次竞赛的参与者包括高中生和一年级工程专 业准本科生。康涅狄格州发育障碍委员会的代表为参赛者提供了指导和反馈。竞赛还涉及由残障人士组成的 焦点小组，以帮助评委做出决策。所有这些措施都强调了开发对行业专业人士以及残障最终用户具有实际价 值的应用的重要性。

总体而言，RoboWaiter竞赛实现了两个重要目标。首先，它通过提高参与者对机器人技术在辅助技术 中重要性的认识，拓宽了他们的视野。在赛后调查中，许多参与者表示更加理解工程的人文性，并对辅助技 术中机器人应用产生了新的热情。一位参与者指出：“作为一名工程师，我往往专注于任务本身而忽略了人 ⋯⋯对于辅助机器人项目，我认为学生与残障人士互动并获得他们的反馈将非常有价值”（阿尔格伦和弗纳， 2013，p值134）。其次，RoboWaiter使参与者更深刻地认识到跨领域合作的优势。

在比利时根特大学（Vandevelde&Saldien，2016年）衍生的社交机器人开放平台（OPSORO）的支 持下，类似的目标已付诸实践。OPSORO是一个用于创建社交机器人的开放平台，专注于面对面交流，并 在社会科学家、治疗师和工程领域合作者之间搭建桥梁（Vandevelde&Saldien，2016年）。该倡议旨在 通过纳入对特定疗法所需关键因素的更深入理解，拓展功能性机器人设计中的参与视角，而这些信息最有可 能来自执业治疗师。OPSORO本质上使社会科学家与治疗师小组能够转变为机器人开发者，它通过具身化 创建的模块化方法取代了机器人设计中的复杂环节。机器人创建者利用这些易于理解的设计模块生成能够完 成必要任务的机器人骨架和内部结构，同时具备合适的外观。设计完成后，实际机器人可通过激光切割或 3D打印技术制造。建造完成后，可通过基于浏览器的控制软件界面经由无线网络对机器人进行编程。

通过RoboWaiter和OPSORO等项目，非工程背景受众能够更专注于需要解决的社会与人类问题，而非 机器人设计、建造和控制的技术方面，从而更有效地设计和实现机器人平台。通过这种方式，有可能创造出 更具社会辅助性和高效性的机器人应用。未来的机器人竞赛应利用这些发展成果，赋能并推动非技术性跨学 科团队，助力他们构建未来的社会辅助型机器人技术。

增强机器人技术的可及性

机器人技术领域因多种原因可能令人望而生畏。对某些人而言，尤其是年轻学生，机器人的外观和/或行为可能决 定其吸引力或排斥感。如果机器人看起来具有威胁性，许多人（尤其是大多数儿童）可能不愿接近它（戈罗斯蒂 萨和萨利克斯，2011）。著名的“恐怖谷”假设指出，机器人在外形和行为上越接近人类，人们对其的亲近感就 越强（即观众的积极反应），但这种效应仅在一定程度内成立（森政弘，1970）。根据该假设，如果机器人看起 来几乎像人，但行为却不够人性化，则可能让观众感到诡异甚至产生反感。

相比之下，当机器人看起来友好时，可接近性可能会增强（Gorostiza&Salichs,2011）。这对于年幼的观看者或 特殊临床人群尤其如此。例如，在最近一项关于机器人在自闭症谱系障碍治疗中的临床应用的综述中（Diehletal., 2012），有研究指出，儿童在与具有吸引力的机器人互动时更为放松，心率也更低。此外，该综述还表明，患有自闭症 谱系障碍的儿童更喜欢那些看起来不那么像人类、更具角色特征或机器人特征的机器人（Diehletal.,2012）。

对于那些对机器人技术感兴趣但没有技术经验的学生来说，如何编程机器人并使其具有互动性的技术方面也可能是一个令 人望而生畏的障碍（戈罗斯蒂萨和萨利克斯，2011）。然而，最近的发展已经降低了那些希望为机器人开发交互序列的人所需 的入门级技术背景（戈罗斯蒂萨和萨利克斯，2011；马涅纳特、里多、博纳米和蒙达达，2012；里耶多等人，2013年）。

例如，社交机器人如玛吉和泰米奥二号被设计得外观吸引人且易于控制。玛吉使用一种自然编程系统（ NPS），允许终端用户通过语音命令而非复杂的编程方法创建交互序列（戈罗斯蒂萨和萨利克斯，2011）。
泰米奥二号使用名为阿塞巴的开源软件，该软件专为初学者程序员设计，采用可视化编程语言（VPL）。
NPS采用以人为本的方法来教授编程，对于初学者程序员来说已被发现更不容易出错。通过玛吉，NPS系统 使用程序员的自然语音命令，机器人利用特殊的板载VoiceXML软件对其进行解码和过滤（戈罗斯蒂萨和萨利克 斯，2011）。泰米奥二号所采用的可视化编程语言使用代表事件和动作的卡片，并将其串联在时间线上，从而简 化实时行为的编写（马涅纳特等人，2012年）。泰米奥二号的编程还采用了内置行为和条件，为初学编程者提供 了易于上手的项目起点。泰米奥二号还具备对Blockly、文本编程和Scratch2脚本语言的扩展功能，使初学者 程序员在熟悉可视化编程语言提供的基本功能后，能够进一步发展和练习高级技能（里耶多等人，2013年）。

NPS和VPL编程代表了机器人技术教学中的创新方法，这对于编程社交机器人尤为有用，因为它允许 用户轻松地进行编程、测试和重新测试（戈罗斯蒂萨和萨利克斯，2011；马涅纳特等人，2012年；里耶多等 人，2013年）。通过这类编码技术降低入门门槛，有望促进发现式学习，并使那些缺乏现有科学技术经验的 人能够参与机器人应用开发，而无需经历掌握传统编程技能所需的陡峭学习曲线。

本文所报告的教育计划采用了一种同样用户友好的编程界面，以降低入门门槛。在这两个项目中，机器 人控制均通过Choregraphe（阿尔德巴兰，2016年）实现，这是一种基于视觉流程图的界面，易于学习， 因此无需熟悉传统的编程语法或其他编程语言。该系统中的控制流程图与泰米奥二号的VPL系统类似，由行 为模块（例如：语音、预编程动作）组成，用户通过连线将这些模块连接起来，从而为其整体项目构建时间 线。更深入和复杂的编程可以通过逻辑框（例如：条件语句或开关语句）或在每个行为模块内部完成，但由 于时间限制以及参与者先前的机器人知识较少，这些内容未在暑期机器人营（下述第一个项目）中涉及。然 而，在机器人实践课程（下述第二个项目）中，学生若愿意，则被鼓励考虑使用这些功能。Choregraphe 软件平台随阿尔德巴兰机器人NAO学术版机器人提供。该机器人是一个23英寸高的类人机器人，具备在线 文本转语音通信能力，并拥有25个自由度的运动能力，可实现逼真的人类社交手势。

克服机器人技术与人机交互学习中的障碍

总之，研究已经证实了许多非传统学生在进入机器人技术和人机交互领域时面临入门障碍。这些学生在接触 机器人技术和人机交互领域时，可能具备的知识基础非常有限（刘，2010）。初学者学生可能仅将机器人视 为“玩具”，而不会考虑在机器人技术领域的学术或职业发展机会。此外，女性和非技术专业学生对机器人 技术及其应用普遍缺乏兴趣，这一问题亟待解决（阿尔格伦和弗纳，2013；克罗威尔等，2009；刘，2010）。
另外，许多人认为在这些领域进一步学习所需的要求似乎令人望而生畏。为应对这些障碍，需要创建更多的 项目和倡议，以培养人们对科学技术的既有兴趣，拓展对机器人技术能力的认知，并增强机器人技术和人机 交互领域的入门可及性。

可及性是吸引那些非科学与工程方向且缺乏机器人技术经验的学生的关键方面。通过RCJ等项目，参与者和 attendees可以了解机器人技术使用和人机交互应用的广泛可能性（Eguchi，2015；坎德霍费尔和施泰因鲍尔， 2016）。此外，RoboWaiter竞赛的协作重点突显了跨学科合作对于促进创新与研究的重要性（阿尔格伦和弗纳， 2013）。其他项目还采用引导式探究学习方式，通过让学生扮演科学家的角色并融入独特的实践体验，有助于激 发学生的学习动机
将学生的兴趣融入其机器人技术学习中（柯思与马斯特乔治，2010年）。通过此类项目，可以培养学生的机器人技术和科技方 面的内在兴趣。

正如我们上文所述，进入机器人技术领域的障碍可以通过多种方式降低。首先，可通过NPS编程（戈罗斯蒂 萨和萨利克斯，2011）和可视化编程语言（里耶多等人，2013年）等方法使机器人更易于使用，让初学者无需具 备深厚的技术背景即可开始编程。其次，在降低对编程与控制技术方面要求的同时，可以更加注重创造所需的、 相关的机器人行为，而非机械结构和技术性编程，从而创造更具可及性的学习体验（阿尔格伦和弗纳，2013）。
最后，通过OPSORO等项目（范德维尔德与萨尔丁，2016年），可以使机器人变得更易接近且更具吸引力（迪尔 等人，2012；戈罗斯蒂萨和萨利克斯，2011；森政弘，1970）。通过这些措施，机器人技术领域可能成为更多希 望将机器人技术纳入其学习的学生和学者更具吸引力的选择。这些步骤将有助于将关注重点转向真正属于人机交 互的人类因素和辅助性问题，从而有可能向包括患有自闭症谱系障碍等特定发育障碍的年轻学生在内的群体敞开 大门。

我们的教育计划

许多（如果不是全部）上述非技术专业学生面临的障碍，已在下文介绍的两个机器人教育计划中得到解决。
这两个项目的学生群体来自当地社区或圣母大学的社会科学与人文学科院系。所有参与者都是基于对机器人 主题日益增长的兴趣而加入这些项目的。这两个项目均采用了动手实践、基于行为的编程方法，使这些教育 体验对非技术背景的参与者更加易于接受。这两个项目的总体目标是培养学生的兴趣，使其关注机器人技术 在日常生活中的应用以及相关的人机交互问题，同时鼓励团队合作与协作。次要目标是可能激励至少部分参 与者进一步学习并投身于该领域。

相关的人机交互考量

某些相关的人机交互考量在这两个教育计划中都很常见。多年来，人机交互领域已投入一定关注，致力于识 别重要的设计与交互原则，以指导人机交互的发展（例如，古德里奇与奥尔森，2003年；福里齐、迪萨尔沃 和杰姆佩尔，2004年；卡恩等人，2008年；基斯勒，2005年）。尽管目前尚未形成普遍接受的一套人机交 互指南，但我们已经确定了几个问题类别，这些类别可作为相关的设计考量，用于指导我们自身以及学生的 人机交互工作。我们在本文所述的两个教育项目中均纳入了部分或全部这些问题。在下文针对每个具体项目 的章节中，我们将描述如何使用这些指导性问题。我们鼓励学生在设计涉及人机交互的应用时，至少思考五 个广泛类别的问题。这些类别可能并非唯一相关的考虑因素，且每个问题也未必总是适用。然而，根据我们 的经验，这些问题为思考特定的人机交互情境提供了一个有用的框架。

• 受众/最终用户（AEU）的知识、经验和期望
• AEU对即将发生交互的情境已了解哪些内容？
• AEU对将要与之交互的机器人已了解哪些内容？

• AEU对该情境中将会/应当发生的情况有哪些期望？

• AEU目标

• AEU在此情境中的需求是什么？
• AEU希望实现什么目标？

• AEU希望避免什么？

• 将采用的机器人平台

• 它能做什么？
• 它如何感知环境？

• 它的外观/存在感将如何被AEU接受？

• 情境中的人机交互

• AEU将如何与机器人进行通信？
• 机器人将如何与 AEU进行通信？

• 这些通信将在何种情况下发生，以及发生的频率如何？

• 情感线索

• AEU的情感线索是否相关？如果相关，将如何检测？
• 机器人的情感线索是否相关？如果相关，将如何传达？

倡议1：暑期机器人夏令营

暑期机器人夏令营是由圣母大学威廉·J·肖儿童与家庭中心的工作人员合作开发的。该夏令营面向12至17岁的 初高中学生，其中一半被诊断为患有自闭症谱系障碍。第一届暑期夏令营的想法源于当时正在进行的一项治 疗项目中的观察，该项目涉及患有自闭症谱系障碍的个体儿童、人类治疗师和机器人联合治疗师（迪尔等人， 2013年）。在治疗过程中，我们注意到患有自闭症谱系障碍的年长个体不仅对在治疗期间与机器人互动感兴 趣，同样也热衷于学习机器人如何运作。这一观察直接促成了一个夏令营体验的开发，在这个创新的教育项 目中，可以将治疗性目标（社交与职业能力）与机器人技术学习结合起来。我们设想的夏令营学习机会的一 个重要组成部分是让参与者开发自己的机器人刺激‐反应序列，他们首先在自己身上进行测试，观察机器人 的反应，并在必要时进行调整，然后才将自己的序列提供给他人使用。

为了帮助参与者理解人机交互，夏令营首先开展了一次通识课程，讨论了上述许多指导性问题。课程特 别强调了与机器人外观与吸引力相关的因素，以及机器人在人类社会中可能扮演的角色。

暑期机器人营在连续两个夏天开展，每年采用基本相同的流程。卡博斯基等人（2015年）已发表详细报 告，介绍了第一个夏天的部分发现。关于第二个夏令营的报告目前正在撰写中。本文所呈现的夏令营信息将 仅限于对所采用流程的描述，以及来自第一和第二个夏令营的部分数据。此外，我们还包含了对第一个夏令 营部分数据的新分析。即将发布的后续报告将详细说明第二个夏令营的结果与成效。尽管此前已有关于第一 个夏令营的发表报告（卡博斯基等人，2015年），但我们将该倡议纳入本文，因为这是一个创新的人机交互 教育项目，参与者既包括正常发育青少年，也包括自闭症谱系障碍患者，与本文更广泛的目标高度相关，即 让非传统人群也能获得机器人技术和人机交互教育。此外，关于第一个夏令营，我们至少有一项新的发现需 要在此报告。

夏令营目标

为期一周的夏令营的教育目标是学习机器人知识、编程控制互动机器人以及掌握职业技能。此外，该夏令营 的目标还在于为患有自闭症谱系障碍的儿童群体提供夏令营体验的机会，这些儿童由于社交方面的限制，通 常无法参与此类教育活动。

夏令营组织

参与者从当地社区以及之前参与过或对其他与自闭症谱系障碍相关的研究感兴趣的本地家庭的现有邮件列表 中招募。纳入标准为：（1）自我报告对机器人技术有兴趣；（2）无任何可能影响参与研究的未治疗的精神 疾病、发育障碍或身体诊断；（3）在学年期间注册普通教育科学课程（无论是否配有课堂调整，例如一对 一助教）。最终样本由
由16名男孩组成，其中一半患有自闭症谱系障碍（ASD），另一半为典型发育（TD），年龄范围为12至17岁。尽 管在抽样程序中我们并未有意排除女性，但最终样本仅包含男性参与者。经过筛选与选择后，参与者被配对为成 对组合，尽可能在年龄、先前的机器人技术经验、智商（IQ）和语言能力方面相匹配。每个成对组合包括一名典 型发育青少年和一名自闭症谱系障碍青少年。

为期一周的夏令营包括五天，每天三小时。前四天包含Choregraphe和机器人的教学与实践操作，第 五天则让学生完成并面向观众展示最终机器人项目。前四天每天开始时，学生首先进行小组教学，内容涵盖 机器人编程技术技能以及被称为“职业技能”的课程。职业技能课程包括现实世界中的科学协作策略。每天 的技术技能与职业技能相互关联。例如，在参与者学习语音识别和面部追踪的当天，他们还学习了倾听这一 职业技能以及与他人清晰沟通的好处。

教学结束后，学生在指定的配对中运用当天所学技能开发机器人控制序列。在编程技能练习期间，两名 营地辅导员负责监督并协助参加夏令营者。这些辅导员还负责大组教学。第四天的教学和编程侧重于构建并 完成最终机器人项目。学生配对需共同合作，决定一个基于共同兴趣且具有互动性的项目。选定主题后，学 生配对将开发一个控制序列，使机器人能够在夏令营最后一天向观众展示其内容。例如，有一对学生选择编 程让机器人讲笑话。他们为机器人编程，使其能够自我介绍、提问、回应观众的答案，并以符合社交规范的 方式作出反应，同时配合使用适当的手势。

通过共同完成此类互动项目，团队配对不仅锻炼了他们的机器人技术技能，也提升了他们的社交技能。
一个明显的社交技能是团队合作，而另一个同样重要的技能则基于上述问题中提到的基本人机交互考量：在 给定团队所选演示的具体目标的前提下，如何设计机器人的行为以实现最大观众影响。有趣的是，后一种考 量常常迫使两名团队成员反思自身行为（即，如果他们是机器人会如何行动），这对双方通常都非常有益且 具有指导意义，尤其是对患有自闭症谱系障碍的成员而言。例如，夏令营参与者被明确提醒，在有效的人际 互动中，说话者应关注听众的兴趣和理解水平。随后，他还应根据交流对象调整自己的说话语调、音量和词 汇，无论交流对象是大群体、小孩还是成人。因此，为了促进机器人与其交流对象之间最自然且有用的互动， 参加夏令营者需要设计机器人首先识别它正在与“谁”交流，然后选择最合适的沟通方式。这种方法旨在以 具体但无威胁性的方式展示人类为何要练习某些社交/沟通技能背后的功用，同时鼓励参与者意识到机器人需 要做什么才能显得更像人类。对于那些可能从未理解某些社交技能背后相关性或从未感到有必要练习所学内 容的患有自闭症谱系障碍的儿童来说，这种在人机交互背景下的温和提醒可作为学生在日常人际交往中练习 相同社交技能的动机，这一假设仍有待验证。

在夏令营的最后一天，为参加夏令营者、营地辅导员、家人和朋友举办了一场招待会，期间参加夏令营 者向大群体展示了他们的项目。观众也被鼓励向参与者提问，问题可涉及他们的项目或整个夏令营的情况。
这不仅让参加夏令营者有机会展示他们在夏令营期间学到的技术技能，还能运用他们所学的一些新职业技能。
例如，每位参与者不是自我介绍，而是需要向观众介绍自己的同伴。他们被鼓励在演示过程中保持适当的眼 神交流和自然手势，并使用连贯且具有社交吸引性语言解释自己做出某些选择的原因，或描述他们与队友合 作的方式。第二次夏令营结束后，收集了参与者的反馈，以评估他们的整体主观体验，并将其建议纳入项目 未来的改进中。参加夏令营者还完成了一份机器人知识测验，内容涵盖夏令营期间教授的教学内容。这些结 果与夏令营开始前进行的相同测验的结果进行了比较。

HRI教育中的非常规学生：两项举措的综述

朱莉安·曾克，1查尔斯·R·克罗威尔，1迈克尔·维拉诺，1朱希·卡博斯基，1
唐凯伦，1约书亚·约翰·迪尔1,21心理学系，圣母大学2洛根社区资源公司，印 第安纳州南本德

机器人技术与人机交互（HRI）是不断发展的领域，更多跨学科贡献所带来的更广阔视角可能使其受益。
实现这一目标的一种方式是吸引来自社会科学与人文学科的非工程类学生进入这些领域。本文介绍了两项专 注于向非工程类学生教授机器人技术和人机交互（HRI）的教育计划。其中一项计划让包括患有自闭症谱 系障碍（ASD）在内的年轻学生在非高度技术化的环境中获得机器人技术的实践体验；另一项计划则让社 会科学与人文学科的大学生学习基本的人机交互概念，并开发机器人应用。这两项项目的共同主题是面向 机器人教育中非传统的受众——非技术专业学生，并引导他们将学习重点放在基于关键HRI设计考虑因素来 创建机器人的交互序列上，而非关注这些序列在机器人内部实现所涉及的机械和电气细节。这两项项目在 实现预期学习成果和提升参与者愉悦感方面均取得了成功。

关键词 ：机器人技术，人机交互，教育，兴趣驱动探索，自闭症学生，非传统机器人学生

引言

随着机器人在社会中变得越来越普遍，理解人机交互（HRI）变得愈发重要，对机器人相关教育的需求也 日益迫切。本文介绍了在圣母大学开展的两个教育计划，这两个计划均致力于向非工程专业学生教授机器 人及人机交互（HRI）知识。其中一个项目让一些患有自闭症谱系障碍（ASD）的青少年学生在非高度技 术化的环境中亲身体验机器人技术；另一个项目则让社会科学与人文学科的大学生学习基本的人机交互概 念，并开发机器人应用。这两个项目共同的目标是：首先，面向传统机器人教育较少覆盖的非技术专业学 生；其次，将他们的学习重点放在为机器人创建互动性、社交性的行为序列上，而非集中在底层的机械和 电气细节上。

我们认为，吸引非工程类学生进入机器人技术和人机交互领域具有重要意义。最终，我们认为这一策 略将通过预见技术创新（Diehl,Schmitt,Villano,&Crowell,2012年）来促进这两个领域的研究与创新。
然而，若干潜在障碍可能阻碍或削弱非技术专业学生对这些领域的兴趣。这些障碍包括：对机器人领域潜 在职业机会的先入为主观念、学生缺乏对科学技术的既有兴趣、对当今机器人技术更广泛相关性的理解不 足、机器人领域对潜在学生的可及性不足，以及如何更好地利用学生兴趣方面的挑战。

技术与机器人技术可能伴随特殊临床人群，例如自闭症谱系障碍个体。所有这些障碍，包括自闭症谱系障碍个体面临的 特殊社交挑战，都引导了我们对所需教育体验的思考，以吸引非技术专业学生进入机器人技术和人机交互领域。

早期对机器人技术的认知可能有限

尽管近年来越来越多的工程和技术课程在小学阶段开设，但这些课程在初中前阶段的学生中仍然大多无法获 得（里多、谢瓦利尔、马涅纳特和蒙达达，2013年）。因此，年轻学生可能对机器人在现代社会中的各种用 途知之甚少，同时也对机器人应用开发所需具备的背景存在先入为主的看法。一项针对四到六年级学生（ 24名男孩和24名女孩）的调查显示，他们对机器人技术的看法分为三个回应类别：“机器人作为玩具⋯⋯学 习机器人技术作为就业来源⋯⋯[和]学习机器人技术作为进入高科技的途径”（刘，2010年，p.E45；蔡， 2004年）。在这项调查中，87.5%的学生表示他们将机器人视为玩具，而仅有50%的学生认为学习机器人技 术可能成为就业来源（刘，2010年，p.E45）。大多数认为机器人技术可能带来就业机会的学生所想到的是 机器人的机械方面或制造用途，并表达了攻读工程学位的兴趣。

刘（2010）还指出，与女生相比，显著更多的男生表示对机器人领域的就业感兴趣（t= 4.108,p< 0.001； 第E46页）。在我们的研究中，我们观察到机器人感知方面存在与性别相关的差异（Crowell,Shermerhorn, Scheutz,&Villano,2009）。如果这种性别差异趋势持续下去，则应在机器人设计和教育方面采取具体措施加以 解决。例如，刘（2010）建议可以创造对女性更具吸引力的机器人，这与克罗威尔等（2009）所倡导的观点一致。
机器人的性别相关特征（例如，外观、声音）可能会影响人们在性别维度上对它们的认同程度（克罗威尔等， 2009）。此外，刘（2010）指出，许多可能对机器人领域感兴趣的女生可能缺乏信心进入该领域学习，因为该领 域针对女性群体的宣传推广尚不充分。有必要改进机器人教育和宣传推广，以增加从事机器人领域工作的女性人 数。

培养学生对科学技术的既有兴趣

许多与机器人相关的夏令营、俱乐部和竞赛为学生提供了相关的学习机会，以吸引更多学生进入这些领域。
这些机会至少在一定程度上利用了学生对科学技术已有的广泛兴趣（努根特、巴克、格兰德内特和韦尔奇， 2016年；卡博斯基等人，2015年）。努根特等人（2016年）在经过八年开发并研究此类项目成果后指出， 当学生发现能够开发出有趣且相关的动手实践的机器人应用时，那些对科学技术具有个人兴趣的学生更有可 能参与夏令营、俱乐部和竞赛。通过机器人夏令营和俱乐部激发学生的个人兴趣，能使他们更积极地参与相 关的科学技术学习活动。此外，这还为学生提供了与参加夏令营者相互交流的机会，促进社交联系和协作技 能的发展。

坎德霍费尔和施泰因鲍尔（2016）研究了机器人教育对技术与社交技能的影响。他们的项目持续数月，参与 者为没有机器人技术经验的非工程类青少年学生（平均年龄= 14.9岁），这些学生参与了机器人世界杯青少年组 （RCJ）比赛。在坎德霍费尔和施泰因鲍尔（2016）的研究中，一半学生被分配至实验组，参加以备战全国RCJ比 赛为核心的“机器人活动”；对照组则参加计算机科学课程，学习当前的应用软件、创建网站的方法，并通过在 线研究使用新媒体资源（如平板电脑、PowerPoint、电子邮件）来展示报告（坎德霍费尔和施泰因鲍尔，2016）。
RCJ被描述为“一项国际教育机器人倡议，旨在促进STEM（科学、技术、工程和数学）内容和技能的 学习”（Eguchi，2015年，第692页）。为了吸引更多学生，尤其是女性，加入该项目，参赛者被鼓励将个 人兴趣融入其机器人项目中。坎德霍费尔和施泰因鲍尔（2016）报告称，实验组在技术与社交技能方面的提升显著大 于对照组。此外，实验组中的机器人学学生对科学和团队合作表现出更积极的态度（坎德霍费尔和施泰因鲍 尔，2016）。江口（2015）在一项相关研究中也获得了类似结果，观察到学生整体对STEM主题的知识掌握 有所提高，创造力技能得到增强。综合来看，这些发现表明，向非工程类学生教授机器人技术有助于培养他 们对技术与科学的兴趣，同时提升协作和创造力。

值得注意的是，涉及技术相关的动手引导式探究的教育项目已报告取得显著成效（柯思与马斯特乔治， 2010年）。通过引导式探究，学生利用教师提供的建议和指导，扮演科学家的角色，主动寻找与其自身兴趣 相关问题的答案。这种方法已被用于提升儿童的推断推理和社交沟通技能（柯思与马斯特乔治，2010年）。
在机器人教育中效仿这一做法，鼓励个人将自身兴趣融入项目和应用中，可能为该领域带来显著益处。
这种方法可能会拓宽为机器人技术和人机交互做出贡献的学科范围，从而促进这些领域的进一步创新。此外， 鼓励年轻学生将个人兴趣融入机器人技术和人机交互应用的学习中，很可能会促进这些领域内更加多样化和 跨学科的合作。

利用自闭症学生对技术/机器人的兴趣

自闭症学生这一临床群体是公认的对科学和机器人技术具有浓厚兴趣的个体来源（金等人，2013）。在教育和治 疗环境中，针对这些个体开展以机器人相关的兴趣为中心的活动，是一种行之有效的干预方法（巴克和西珀斯坦， 1987；邓斯特、特里维特和哈姆比，2012）。多位研究者发现，与机器人互动能够激发患有自闭症谱系障碍的儿 童的亲社会行为和学习动机（多滕汉，2003；迪尔等人，2012；金等人，2013）。此外，研究还指出，在与治疗 型机器人互动过程中获得的亲社会行为可以迁移到与同龄人和成人的现实生活中的互动中（博伊德、康罗伊、曼 希尔、中尾和奥尔特，2007；迪尔等人，2012）。或许，通过利用自闭症儿童对机器人的兴趣，可以激励他们与 正常发育的同龄人合作参与机器人开发项目（卡博斯基等人，2015年；韦纳、费拉里、多滕汉和罗宾斯，2010）。

其他研究也得出了类似的结论。例如，Wainer等人（2010）指出，在协作式机器人编程项目背景下， 自闭症学生在社会认知行为方面有所改善。鲍明格‐兹维利、伊登、赞卡纳罗、韦斯和加尔（2013）针对患 有自闭症谱系障碍的参与者开展了一项类似研究，采用的是非机器人基础的协作技术干预。这些研究人员报 告称，他们的干预措施使患有自闭症谱系障碍的参与者在任务完成度和满意度方面达到较高水平，并提高了 他们与正常发育同龄人进行社交的动机。卡比比汉、贾韦德、安和阿勒纽德（2013）发现，当患有自闭症谱 系障碍的儿童能够在与机器人互动过程中做出选择时，他们表现出进步和愉悦感。卡博斯基等人（2015年） 在本文后续描述的暑期机器人夏令营计划中也报告了类似的观察结果。

拓展机器人技术的认知范围

如前所述，刘（2010）对青少年的调查表明，许多受访者对机器人技术在现代社会中的相关性和适用性认识 有限。这种观点很可能是由于机器人应用在制造业等领域的普遍性所致，在这些领域中，机器人的目标是自 动化原本需要人类操作者完成的流程。为了拓宽对机器人技术的认知，有必要让学生接触除任务自动化之外 其他可能的机器人用途和应用。社交机器人技术就是这样一个领域，其中存在大量机会可以利用机器人向人 类提供陪伴、协助、娱乐或信息。认识并探索这类应用将拓宽学生对机器人技术相关性和影响范围的视野。

在这方面的一项举措是RoboWaiter：辅助移动机器人竞赛。该项目旨在促进与辅助技术相关的社会、 道德和人道问题的项目发展（阿尔格伦和弗纳，2013）。参加此次竞赛的参与者包括高中生和一年级工程专 业准本科生。康涅狄格州发育障碍委员会的代表为参赛者提供了指导和反馈。竞赛还涉及由残障人士组成的 焦点小组，以帮助评委做出决策。所有这些措施都强调了开发对行业专业人士以及残障最终用户具有实际价 值的应用的重要性。

总体而言，RoboWaiter竞赛实现了两个重要目标。首先，它通过提高参与者对机器人技术在辅助技术 中重要性的认识，拓宽了他们的视野。在赛后调查中，许多参与者表示更加理解工程的人文性，并对辅助技 术中机器人应用产生了新的热情。一位参与者指出：“作为一名工程师，我往往专注于任务本身而忽略了人 ⋯⋯对于辅助机器人项目，我认为学生与残障人士互动并获得他们的反馈将非常有价值”（阿尔格伦和弗纳， 2013，p值134）。其次，RoboWaiter使参与者更深刻地认识到跨领域合作的优势。

在比利时根特大学（Vandevelde&Saldien，2016年）衍生的社交机器人开放平台（OPSORO）的支 持下，类似的目标已付诸实践。OPSORO是一个用于创建社交机器人的开放平台，专注于面对面交流，并 在社会科学家、治疗师和工程领域合作者之间搭建桥梁（Vandevelde&Saldien，2016年）。该倡议旨在 通过纳入对特定疗法所需关键因素的更深入理解，拓展功能性机器人设计中的参与视角，而这些信息最有可 能来自执业治疗师。OPSORO本质上使社会科学家与治疗师小组能够转变为机器人开发者，它通过具身化 创建的模块化方法取代了机器人设计中的复杂环节。机器人创建者利用这些易于理解的设计模块生成能够完 成必要任务的机器人骨架和内部结构，同时具备合适的外观。设计完成后，实际机器人可通过激光切割或 3D打印技术制造。建造完成后，可通过基于浏览器的控制软件界面经由无线网络对机器人进行编程。

通过RoboWaiter和OPSORO等项目，非工程背景受众能够更专注于需要解决的社会与人类问题，而非 机器人设计、建造和控制的技术方面，从而更有效地设计和实现机器人平台。通过这种方式，有可能创造出 更具社会辅助性和高效性的机器人应用。未来的机器人竞赛应利用这些发展成果，赋能并推动非技术性跨学 科团队，助力他们构建未来的社会辅助型机器人技术。

增强机器人技术的可及性

机器人技术领域因多种原因可能令人望而生畏。对某些人而言，尤其是年轻学生，机器人的外观和/或行为可能决 定其吸引力或排斥感。如果机器人看起来具有威胁性，许多人（尤其是大多数儿童）可能不愿接近它（戈罗斯蒂 萨和萨利克斯，2011）。著名的“恐怖谷”假设指出，机器人在外形和行为上越接近人类，人们对其的亲近感就 越强（即观众的积极反应），但这种效应仅在一定程度内成立（森政弘，1970）。根据该假设，如果机器人看起 来几乎像人，但行为却不够人性化，则可能让观众感到诡异甚至产生反感。

相比之下，当机器人看起来友好时，可接近性可能会增强（Gorostiza&Salichs,2011）。这对于年幼的观看者或 特殊临床人群尤其如此。例如，在最近一项关于机器人在自闭症谱系障碍治疗中的临床应用的综述中（Diehletal., 2012），有研究指出，儿童在与具有吸引力的机器人互动时更为放松，心率也更低。此外，该综述还表明，患有自闭症 谱系障碍的儿童更喜欢那些看起来不那么像人类、更具角色特征或机器人特征的机器人（Diehletal.,2012）。

对于那些对机器人技术感兴趣但没有技术经验的学生来说，如何编程机器人并使其具有互动性的技术方面也可能是一个令 人望而生畏的障碍（戈罗斯蒂萨和萨利克斯，2011）。然而，最近的发展已经降低了那些希望为机器人开发交互序列的人所需 的入门级技术背景（戈罗斯蒂萨和萨利克斯，2011；马涅纳特、里多、博纳米和蒙达达，2012；里耶多等人，2013年）。

例如，社交机器人如玛吉和泰米奥二号被设计得外观吸引人且易于控制。玛吉使用一种自然编程系统（ NPS），允许终端用户通过语音命令而非复杂的编程方法创建交互序列（戈罗斯蒂萨和萨利克斯，2011）。
泰米奥二号使用名为阿塞巴的开源软件，该软件专为初学者程序员设计，采用可视化编程语言（VPL）。
NPS采用以人为本的方法来教授编程，对于初学者程序员来说已被发现更不容易出错。通过玛吉，NPS系统 使用程序员的自然语音命令，机器人利用特殊的板载VoiceXML软件对其进行解码和过滤（戈罗斯蒂萨和萨利克 斯，2011）。泰米奥二号所采用的可视化编程语言使用代表事件和动作的卡片，并将其串联在时间线上，从而简 化实时行为的编写（马涅纳特等人，2012年）。泰米奥二号的编程还采用了内置行为和条件，为初学编程者提供 了易于上手的项目起点。泰米奥二号还具备对Blockly、文本编程和Scratch2脚本语言的扩展功能，使初学者 程序员在熟悉可视化编程语言提供的基本功能后，能够进一步发展和练习高级技能（里耶多等人，2013年）。

NPS和VPL编程代表了机器人技术教学中的创新方法，这对于编程社交机器人尤为有用，因为它允许 用户轻松地进行编程、测试和重新测试（戈罗斯蒂萨和萨利克斯，2011；马涅纳特等人，2012年；里耶多等 人，2013年）。通过这类编码技术降低入门门槛，有望促进发现式学习，并使那些缺乏现有科学技术经验的 人能够参与机器人应用开发，而无需经历掌握传统编程技能所需的陡峭学习曲线。

本文所报告的教育计划采用了一种同样用户友好的编程界面，以降低入门门槛。在这两个项目中，机器 人控制均通过Choregraphe（阿尔德巴兰，2016年）实现，这是一种基于视觉流程图的界面，易于学习， 因此无需熟悉传统的编程语法或其他编程语言。该系统中的控制流程图与泰米奥二号的VPL系统类似，由行 为模块（例如：语音、预编程动作）组成，用户通过连线将这些模块连接起来，从而为其整体项目构建时间 线。更深入和复杂的编程可以通过逻辑框（例如：条件语句或开关语句）或在每个行为模块内部完成，但由 于时间限制以及参与者先前的机器人知识较少，这些内容未在暑期机器人营（下述第一个项目）中涉及。然 而，在机器人实践课程（下述第二个项目）中，学生若愿意，则被鼓励考虑使用这些功能。Choregraphe 软件平台随阿尔德巴兰机器人NAO学术版机器人提供。该机器人是一个23英寸高的类人机器人，具备在线 文本转语音通信能力，并拥有25个自由度的运动能力，可实现逼真的人类社交手势。

克服机器人技术与人机交互学习中的障碍

总之，研究已经证实了许多非传统学生在进入机器人技术和人机交互领域时面临入门障碍。这些学生在接触 机器人技术和人机交互领域时，可能具备的知识基础非常有限（刘，2010）。初学者学生可能仅将机器人视 为“玩具”，而不会考虑在机器人技术领域的学术或职业发展机会。此外，女性和非技术专业学生对机器人 技术及其应用普遍缺乏兴趣，这一问题亟待解决（阿尔格伦和弗纳，2013；克罗威尔等，2009；刘，2010）。
另外，许多人认为在这些领域进一步学习所需的要求似乎令人望而生畏。为应对这些障碍，需要创建更多的 项目和倡议，以培养人们对科学技术的既有兴趣，拓展对机器人技术能力的认知，并增强机器人技术和人机 交互领域的入门可及性。

可及性是吸引那些非科学与工程方向且缺乏机器人技术经验的学生的关键方面。通过RCJ等项目，参与者和 attendees可以了解机器人技术使用和人机交互应用的广泛可能性（Eguchi，2015；坎德霍费尔和施泰因鲍尔， 2016）。此外，RoboWaiter竞赛的协作重点突显了跨学科合作对于促进创新与研究的重要性（阿尔格伦和弗纳， 2013）。其他项目还采用引导式探究学习方式，通过让学生扮演科学家的角色并融入独特的实践体验，有助于激 发学生的学习动机
将学生的兴趣融入其机器人技术学习中（柯思与马斯特乔治，2010年）。通过此类项目，可以培养学生的机器人技术和科技方 面的内在兴趣。

正如我们上文所述，进入机器人技术领域的障碍可以通过多种方式降低。首先，可通过NPS编程（戈罗斯蒂 萨和萨利克斯，2011）和可视化编程语言（里耶多等人，2013年）等方法使机器人更易于使用，让初学者无需具 备深厚的技术背景即可开始编程。其次，在降低对编程与控制技术方面要求的同时，可以更加注重创造所需的、 相关的机器人行为，而非机械结构和技术性编程，从而创造更具可及性的学习体验（阿尔格伦和弗纳，2013）。
最后，通过OPSORO等项目（范德维尔德与萨尔丁，2016年），可以使机器人变得更易接近且更具吸引力（迪尔 等人，2012；戈罗斯蒂萨和萨利克斯，2011；森政弘，1970）。通过这些措施，机器人技术领域可能成为更多希 望将机器人技术纳入其学习的学生和学者更具吸引力的选择。这些步骤将有助于将关注重点转向真正属于人机交 互的人类因素和辅助性问题，从而有可能向包括患有自闭症谱系障碍等特定发育障碍的年轻学生在内的群体敞开 大门。

我们的教育计划

许多（如果不是全部）上述非技术专业学生面临的障碍，已在下文介绍的两个机器人教育计划中得到解决。
这两个项目的学生群体来自当地社区或圣母大学的社会科学与人文学科院系。所有参与者都是基于对机器人 主题日益增长的兴趣而加入这些项目的。这两个项目均采用了动手实践、基于行为的编程方法，使这些教育 体验对非技术背景的参与者更加易于接受。这两个项目的总体目标是培养学生的兴趣，使其关注机器人技术 在日常生活中的应用以及相关的人机交互问题，同时鼓励团队合作与协作。次要目标是可能激励至少部分参 与者进一步学习并投身于该领域。

相关的人机交互考量

某些相关的人机交互考量在这两个教育计划中都很常见。多年来，人机交互领域已投入一定关注，致力于识 别重要的设计与交互原则，以指导人机交互的发展（例如，古德里奇与奥尔森，2003年；福里齐、迪萨尔沃 和杰姆佩尔，2004年；卡恩等人，2008年；基斯勒，2005年）。尽管目前尚未形成普遍接受的一套人机交 互指南，但我们已经确定了几个问题类别，这些类别可作为相关的设计考量，用于指导我们自身以及学生的 人机交互工作。我们在本文所述的两个教育项目中均纳入了部分或全部这些问题。在下文针对每个具体项目 的章节中，我们将描述如何使用这些指导性问题。我们鼓励学生在设计涉及人机交互的应用时，至少思考五 个广泛类别的问题。这些类别可能并非唯一相关的考虑因素，且每个问题也未必总是适用。然而，根据我们 的经验，这些问题为思考特定的人机交互情境提供了一个有用的框架。

• 受众/最终用户（AEU）的知识、经验和期望
• AEU对即将发生交互的情境已了解哪些内容？
• AEU对将要与之交互的机器人已了解哪些内容？

• AEU对该情境中将会/应当发生的情况有哪些期望？

• AEU目标

• AEU在此情境中的需求是什么？
• AEU希望实现什么目标？

• AEU希望避免什么？

• 将采用的机器人平台

• 它能做什么？
• 它如何感知环境？

• 它的外观/存在感将如何被AEU接受？

• 情境中的人机交互

• AEU将如何与机器人进行通信？
• 机器人将如何与 AEU进行通信？

• 这些通信将在何种情况下发生，以及发生的频率如何？

• 情感线索

• AEU的情感线索是否相关？如果相关，将如何检测？
• 机器人的情感线索是否相关？如果相关，将如何传达？

倡议1：暑期机器人夏令营

暑期机器人夏令营是由圣母大学威廉·J·肖儿童与家庭中心的工作人员合作开发的。该夏令营面向12至17岁的 初高中学生，其中一半被诊断为患有自闭症谱系障碍。第一届暑期夏令营的想法源于当时正在进行的一项治 疗项目中的观察，该项目涉及患有自闭症谱系障碍的个体儿童、人类治疗师和机器人联合治疗师（迪尔等人， 2013年）。在治疗过程中，我们注意到患有自闭症谱系障碍的年长个体不仅对在治疗期间与机器人互动感兴 趣，同样也热衷于学习机器人如何运作。这一观察直接促成了一个夏令营体验的开发，在这个创新的教育项 目中，可以将治疗性目标（社交与职业能力）与机器人技术学习结合起来。我们设想的夏令营学习机会的一 个重要组成部分是让参与者开发自己的机器人刺激‐反应序列，他们首先在自己身上进行测试，观察机器人 的反应，并在必要时进行调整，然后才将自己的序列提供给他人使用。

为了帮助参与者理解人机交互，夏令营首先开展了一次通识课程，讨论了上述许多指导性问题。课程特 别强调了与机器人外观与吸引力相关的因素，以及机器人在人类社会中可能扮演的角色。

暑期机器人营在连续两个夏天开展，每年采用基本相同的流程。卡博斯基等人（2015年）已发表详细报 告，介绍了第一个夏天的部分发现。关于第二个夏令营的报告目前正在撰写中。本文所呈现的夏令营信息将 仅限于对所采用流程的描述，以及来自第一和第二个夏令营的部分数据。此外，我们还包含了对第一个夏令 营部分数据的新分析。即将发布的后续报告将详细说明第二个夏令营的结果与成效。尽管此前已有关于第一 个夏令营的发表报告（卡博斯基等人，2015年），但我们将该倡议纳入本文，因为这是一个创新的人机交互 教育项目，参与者既包括正常发育青少年，也包括自闭症谱系障碍患者，与本文更广泛的目标高度相关，即 让非传统人群也能获得机器人技术和人机交互教育。此外，关于第一个夏令营，我们至少有一项新的发现需 要在此报告。

夏令营目标

为期一周的夏令营的教育目标是学习机器人知识、编程控制互动机器人以及掌握职业技能。此外，该夏令营 的目标还在于为患有自闭症谱系障碍的儿童群体提供夏令营体验的机会，这些儿童由于社交方面的限制，通 常无法参与此类教育活动。

夏令营组织

参与者从当地社区以及之前参与过或对其他与自闭症谱系障碍相关的研究感兴趣的本地家庭的现有邮件列表 中招募。纳入标准为：（1）自我报告对机器人技术有兴趣；（2）无任何可能影响参与研究的未治疗的精神 疾病、发育障碍或身体诊断；（3）在学年期间注册普通教育科学课程（无论是否配有课堂调整，例如一对 一助教）。最终样本由
由16名男孩组成，其中一半患有自闭症谱系障碍（ASD），另一半为典型发育（TD），年龄范围为12至17岁。尽 管在抽样程序中我们并未有意排除女性，但最终样本仅包含男性参与者。经过筛选与选择后，参与者被配对为成 对组合，尽可能在年龄、先前的机器人技术经验、智商（IQ）和语言能力方面相匹配。每个成对组合包括一名典 型发育青少年和一名自闭症谱系障碍青少年。

为期一周的夏令营包括五天，每天三小时。前四天包含Choregraphe和机器人的教学与实践操作，第 五天则让学生完成并面向观众展示最终机器人项目。前四天每天开始时，学生首先进行小组教学，内容涵盖 机器人编程技术技能以及被称为“职业技能”的课程。职业技能课程包括现实世界中的科学协作策略。每天 的技术技能与职业技能相互关联。例如，在参与者学习语音识别和面部追踪的当天，他们还学习了倾听这一 职业技能以及与他人清晰沟通的好处。

教学结束后，学生在指定的配对中运用当天所学技能开发机器人控制序列。在编程技能练习期间，两名 营地辅导员负责监督并协助参加夏令营者。这些辅导员还负责大组教学。第四天的教学和编程侧重于构建并 完成最终机器人项目。学生配对需共同合作，决定一个基于共同兴趣且具有互动性的项目。选定主题后，学 生配对将开发一个控制序列，使机器人能够在夏令营最后一天向观众展示其内容。例如，有一对学生选择编 程让机器人讲笑话。他们为机器人编程，使其能够自我介绍、提问、回应观众的答案，并以符合社交规范的 方式作出反应，同时配合使用适当的手势。

通过共同完成此类互动项目，团队配对不仅锻炼了他们的机器人技术技能，也提升了他们的社交技能。
一个明显的社交技能是团队合作，而另一个同样重要的技能则基于上述问题中提到的基本人机交互考量：在 给定团队所选演示的具体目标的前提下，如何设计机器人的行为以实现最大观众影响。有趣的是，后一种考 量常常迫使两名团队成员反思自身行为（即，如果他们是机器人会如何行动），这对双方通常都非常有益且 具有指导意义，尤其是对患有自闭症谱系障碍的成员而言。例如，夏令营参与者被明确提醒，在有效的人际 互动中，说话者应关注听众的兴趣和理解水平。随后，他还应根据交流对象调整自己的说话语调、音量和词 汇，无论交流对象是大群体、小孩还是成人。因此，为了促进机器人与其交流对象之间最自然且有用的互动， 参加夏令营者需要设计机器人首先识别它正在与“谁”交流，然后选择最合适的沟通方式。这种方法旨在以 具体但无威胁性的方式展示人类为何要练习某些社交/沟通技能背后的功用，同时鼓励参与者意识到机器人需 要做什么才能显得更像人类。对于那些可能从未理解某些社交技能背后相关性或从未感到有必要练习所学内 容的患有自闭症谱系障碍的儿童来说，这种在人机交互背景下的温和提醒可作为学生在日常人际交往中练习 相同社交技能的动机，这一假设仍有待验证。

在夏令营的最后一天，为参加夏令营者、营地辅导员、家人和朋友举办了一场招待会，期间参加夏令营 者向大群体展示了他们的项目。观众也被鼓励向参与者提问，问题可涉及他们的项目或整个夏令营的情况。
这不仅让参加夏令营者有机会展示他们在夏令营期间学到的技术技能，还能运用他们所学的一些新职业技能。
例如，每位参与者不是自我介绍，而是需要向观众介绍自己的同伴。他们被鼓励在演示过程中保持适当的眼 神交流和自然手势，并使用连贯且具有社交吸引性语言解释自己做出某些选择的原因，或描述他们与队友合 作的方式。第二次夏令营结束后，收集了参与者的反馈，以评估他们的整体主观体验，并将其建议纳入项目 未来的改进中。参加夏令营者还完成了一份机器人知识测验，内容涵盖夏令营期间教授的教学内容。这些结 果与夏令营开始前进行的相同测验的结果进行了比较。

R相关夏令营教育与行为成果 到来

根据卡博斯基等人（2015年）的报告，在为期一周的夏令营前后，对参加夏令营者进行了社交焦虑、社交技 能以及机器人和机器人技术知识的测试。在为期一周的夏令营前后。有关所用测量方法及这些测量的统计结 果的更多信息，请参见卡博斯基等人（2015年）。这些结果的简要摘要见表1。

表1.卡博斯基等人（2015年）的干预前与干预后数据

措施	干预平前均值(标 准差)	干预后平均值(标 准差)	t	p	d
自闭症谱系障碍组(N=8)
SAS‐A/SASC	43.38(9.15)	37.38(6.82)	2.89	.02*	.74
SSIS	74.13(16.49)	79.38(14.46)	-1.79	.12	.17
机器人知识测验	2.17(1.52)	7.98(1.52)	-13.03	<.001**	2.73
TD集团(N=8)
SAS‐A/SASC‐R	32.63(10.43)	32.75(9.35)	-.12	.91	.01
SSIS	109.75(8.71)	109.25(11.23)	.20	.85	.05
机器人知识测验	1.42(1.30)	5.15(1.73)	-7.16	<.001**	2.47

注。SASC‐R=儿童社交焦虑量表修订版；SAS‐A=青少年社交焦虑量表；SSIS=社交技能提升系统。*p<.05，**p<. 01。数据来源：“简要报告：通过暑期机器人营减少自闭症谱系障碍青少年的社交焦虑并提升其社交/职业技能的初步研 究”，《自闭症与发展障碍杂志》，45卷，第3866页，©2014SpringerScience+BusinessMedia。经许可改编。

如上表所示，参加夏令营者在夏令营结束时社交焦虑显著降低。干预前，自闭症谱系障碍组的社交焦虑 水平（通过社交焦虑量表（SAS；拉格里卡和斯通，1993年）测量）平均为43.38（SD= 9.15），典型发育 组为32.63（SD= 10.43）。自闭症谱系障碍组从基线到干预后社交焦虑显著减少（p<.05），且在统计上 与其典型发育同伴无显著差异（p=.28）。

使用社交技能提升系统（SSIS；格雷沙姆和艾略特，2008年）测量的自闭症谱系障碍参与者社交技能的平均 基线水平为74.13（SD= 16.49），比一般人群平均值100低1.5个标准差。典型发育组得分为109.75（SD= 8.71）， 与一般人群平均值一致。正如卡博斯基等人（