教育机器人提升自闭症学生社会交往能力的个案研究_王碧涵.pdf

2023年第2期第41卷（总第223期）NO.2，2023Vol.41General No.223贵州工程应用技术学院学报JOURNAL OF GUIZHOU UNIVERSITY OF ENGINEERING SCIENCE教育机器人提升自闭症学生社会交往能力的个案研究教育机器人提升自闭症学生社会交往能力的个案研究王碧涵，周桂龙，晏春霞（九江市特殊教育学校，江西九江332000）收稿日期：2022-11-24基金项目：江西省信息技术研究“十四五”规划课题“教育类机器人应用于自闭症儿童康复训练的探索与实践以九江市特殊教育学校为例”，项目编号:2021-X-1-5625。作者简介：王碧涵（1990-），女，江西鄱阳人，江西省九江市特殊教育学校一级教师。研究方向：智障儿童与自闭症儿童的心理与教育。周桂龙（1981-），男，江西湖口人，江西省九江市特殊教育学校一级教师。研究方向：机器人教育教学。晏春霞（1989-），女，江西九江人，江西省九江市特殊教育学校二级教师。研究方向：特殊儿童教育康复。摘要：采用A-B-A倒返实验设计，通过教育机器人乐高WEDO2.0对自闭症学生进行社会交往能力的个案干预，对自闭症学生主动发起互动次数、回应互动次数、互动时长的干预效果进行数据分析，研究表明，该自闭症学生的三个目标行为经过8周的干预训练都有显著进步，这说明采用教育机器人对自闭症学生的社会交往能力的干预是有效的。关键词：教育机器人；自闭症学生；社会交往能力；个案研究中图分类号：G76文献标识码：A文章编号：2096-0239（2023）02-0127-08随着高新技术与人工智能的不断发展，尤其是机器人技术的发展，各类机器人产品不断出现，逐渐应用于自闭症儿童的治疗与干预中，以促进自闭症儿童的教育与发展1。社会交往障碍是自闭症儿童的核心症状之一，它不受时间、地点和事件的影响，也就是不论是哪种情境，自闭症儿童的行为都会呈现这种障碍2，具体表现在与他人合作困难、缺乏眼神交流、缺乏分享能力、自我控制能力较差等方面。由于存在社会交往障碍以及重复、刻板的兴趣和行为，自闭症儿童在建立和维系亲密关系方面也存在困难，并且会对与老师的关系、学习上的成就甚至生活质量等方面产生负面的作用3。而机器人应用于自闭症儿童的研究也主要集中于社会交往能力方面。例如，范晓壮在其研究中指出，机器人技术在改善自闭症儿童模仿、眼神交流与共同注意、情绪识别与表达、主动沟通等社交技能方面的开发与应用取得了较好的效果4。教育机器人指的是学校用于机器人教育、创客教育以及人工智能教育的智能机器人，学生通过组装、搭建、运行机器人提升发现问题、解决问题、加工处理信息、团结协作等能力。教育机器人乐高WE-DO2.0具有造型可爱、搭建简单、图形化编程、对学生编程能力要求低等特点，这些特点对自闭症患者具有高度的吸引力，能够增强内在的社会交往动机5。以“机器人+自闭症/孤独症/ASD+教育/康复/训练”进行组合，在中国知网数据库中检索2001年至2021年的文献，得到123篇相关文献，其中绝大部分研究侧重于社交类机器人、NAO机器人、医疗机器人和行为分析类机器人，而对于教育类机器人应用于自闭症康复的文献仅有1篇且为综述类文献，文献主要梳理了机器人在自闭症谱系障碍儿童社交技能干预中的应用情况。由此可见，国内关于教育类机器人应用于自闭症的康复研究仍停留在理论研究，缺乏实证类研究。127综上，本文通过运用教育机器人乐高WEDO2.0对一名自闭症学生实施干预，探究教育机器人乐高WEDO2.0对其社会交往能力的干预效果，以期能为教师、家长及临床人员在改善自闭症学生社会交往能力方面提供参考。一、研究方法（一）研究对象小轩，男，10岁,某特殊教育学校三年级学生。儿童自闭症评定量表（CARS）得分为35分，中度自闭症，注意力持续时间较短，共同注意力差，视觉优势明显，情绪较稳定。当遇到困难时偶尔会出现扔东西、尖叫等激烈反应，初步理解生活中常见的语言和动作指令，并能执行一些简单的指令；语言表达以简单的词句为主，日常与他人社会交往互动较少，主动性较差，对他人的互动回应缓慢，互动持续时间很短；兴趣异常狭隘，动手操作的倾向突出，日常喜欢搭建积木，在搭建积木时注意力持续时间较长，建构技能水平较高；模仿能力较强，能够参照简单的步骤图进行搭建。（二）研究工具1.社会交往行为观察记录表该记录表是由研究者自编，主要是对小轩在基线期、干预期和追踪期三个阶段发起互动次数、回应互动次数以及互动时长进行观察记录，进而评测出教育机器人对小轩进行社会交往能力干预的前后变化情况。2.儿童自闭症评定量表（CARS）该量表由斯考普勒（Schopler）等人编制6-7包括15个评定项目，每个项目包括个等级并分别对应1-分，即与年龄相当、轻度异常、中度异常、重度异常，总分低于30分为非自闭症、30-36分轻至中度自闭症、36分以上且5项以上达3分或大于3分为重度自闭症。3.强化物调查采用 强化物调查表 对小轩的父母和科任教师进行调查，内容包括小轩喜欢与不喜欢的玩具、活动、奖励方式等，将宝塔、机器人、工程车等作为干预的强化物。强化物的调查不仅可以为搭建积木造型的选择提供依据，也能提高小轩参与教育机器人游戏活动的积极性，进而促进干预的成功。（三）研究设计研究采用A-B-A倒返实验设计,实验过程包括基线期、干预期、追踪期三个阶段。基线期，不进行干预，研究者观察并记录小轩社会交往行为，收集小轩在自然情境下与老师、同学的互动行为资料，主要包括主动发起互动的次数、回应互动的次数与互动持续的时长；干预期，对小轩进行具体的干预，并记录小轩在干预期间的社会互动行为；追踪期，将干预撤出，测试小轩互动行为的维持效果，即观察记录小轩每天固定时间段的社会交往行为。二、研究过程（一）确定搭建主题基于小轩的兴趣特点与现有能力，结合研究者对小轩前期的观察，以及对家长和科任教师的深入访谈，将搭建和编程的主题定为：发光的蜗牛、城堡、三角形宝塔、小汽车、工程车、吊机、轮船、火箭、移动的卫星、移动的卫星、飞机、麦乐科学漫游器、侦查机器人、侦查机器人、麦乐运动传感器、麦乐倾斜传感器。在干预过程中，由于小轩自己的兴趣与需求，接受卫星和侦查机器人的主题被重复选择搭建和编程，但第二次的难度比第一次大。（二）目标行为的操作性定义本次研究探究的是教育机器人对小轩社会交往能力的干预效果，主要评测主动发起互动次数、回 128应互动次数、互动时长，现对小轩的社会交往行为进行操作化定义及简要描述，见表1。表1目标行为的操作性定义目标行为发起互动回应互动互动时长操作性定义1.语言发起（1）提问，如“黄色的积木在哪里”“这个拼得上去吗”；（2）主动说明要求，如“我想拼这个”“给我”；（3）邀请，如“机器人，看”“我们一起搭”“一起玩”。2.行为发起：拉研究者的衣服、身体靠近研究者、手指向搭建图、把积木拿到研究者面前、与研究者击掌、向研究者伸手或挥手等。3.眼神关注：看向积木、交替看向研究者或者积木、主动看向研究者的眼睛。1.语言回应（1）同意，如“给”“嗯”“好的”；（2）拒绝：“不行”“不要、“不给”。2.行为回应（1）同意，如点头，拿起积木，把积木递给研究者、击掌、触碰研究者的身体、握手；（2）拒绝，如按住积木不松手、推开研究者的手、将积木推倒、摇头、转身、走开。3.眼神关注：看向积木、看向研究者的眼睛、交替看向积木或研究者。4.表情回应：微笑、抿嘴、皱眉。1.小轩与他人开始互动时，马上记录时间。2.互动结束的标准为：（1）在互动过程中，互动的间断时间超过10秒（该10秒不计入互动时长）；（2）明显的结束语出现，如“下课了，不玩了”；（3）明显的结束行为出现，如与研究者没有交流互动或者起身离开。一旦小轩的行为表现达到其中一个标准则可以记录为互动结束。（三）干预流程干预地点为学校建构教室，面积约为10m2，建构教室周围的听觉与视觉刺激较少，干预持续8周，每周干预2次，每次30分钟，干预流程分为以下环节：1.介绍问好研究者首先向小轩示范自我介绍与问好，再引导小轩向研究者进行自我介绍、问好，并根据小轩的表现适时示范如何回应他人，再根据每次干预的搭建主题进行导入。2.确定主题研究者根据小轩当前掌握的搭建技能以及编程技能情况，再结合小轩的兴趣爱好，共同讨论机器人搭建主题。当研究者所期望搭建的机器人与小轩所希望搭建的机器人存在冲突时，需要进行沟通讨论最终的主题。为了提高小轩的积极性，研究者一般会让小轩按照自己的意愿先搭建一个主题的机器人，再搭建一个研究者所期望的机器人，而编程环节则根据研究者确定的主题进行编程。3.进行仿搭和编程第阶段：第1-3次干预，研究者与小轩根据选定主题的搭建手册，依次进行搭建。研究者适时进行辅助，当小轩遇到困难时及时给予一定的帮助。搭建结束后，研究者向小轩示范如何通过WEDO2.0编程软件编程控制机器人，再由小轩进行模拟编程。第阶段：第4-13次干预，小轩独立完成机器人搭建，研究者不再进行搭建辅助。但是在编程环节，研究者仍作为辅助者辅助其编程，为了加深理解，此环节不仅完成基本功能的编程，还进行适当的拓展。例如发光的蜗牛，此环节不仅要求会编程让蜗牛发出单种颜色的光，还能够让蜗牛循环发出不同颜色的光。第阶段：第14-16次干预，研究者不再进行辅助，搭建和编程由小轩独立完成。4.开展游戏根据搭建的主题进行相关游戏。例如在搭建风扇时，研究者和小轩将搭建和编程好的转动的风扇对着自己吹风，感受不同马达的转速对风的影响。为了促进社交能力，研究者和小轩用搭建好的风扇互相吹风，引导思考如何做一个变速的风扇。这有助于増加干预的趣味性，提高小轩对搭建积木的积 129极性，避免对干预活动因为枯燥而出现厌倦、抵触情绪。5.清理积木和电脑运用30分钟制沙漏或者计时器帮助小轩掌握搭建和编程的进度，提高自我控制能力，促进情绪稳定，在活动结束前5分钟，研究者语言提醒小轩收拾整理积木，手提电脑关机，并将鼠标、电脑装入电脑包中。6.结束游戏游戏结束后，及时奖励小轩喜欢的强化物。三、数据收集工具本研究的数据收集工具是自编的社会交往行为观察表，观察记录小轩在基线期、干预期和追踪期的发起互动次数、回应互动次数和互动时长的数据资料，并结合录像设备ihone12进行录像比对分析，从而评估教育机器人对小轩进行社会交往能力干预效果的前后变化情况。四、研究结果本研究在学校自然教学情境下，通过收集小轩每天固定时间段内社会交往行为资料，对其进行系统的评估，再运用教育机器人对小轩进行8周的社会交往行为的干预，观察记录小轩发起互动次数、回应互动次数和互动时长的变化情况，详见图1、图2。（一）基线期基线期为期5天，研究者主要观察并记录小轩每天固定时间段内的社会交往行为，收集小轩在学校自然情境下与老师、同学的互动行为资料，主要包括主动发起互动的次数、回应互动的次数与互动持续的时长。为保证观察的效度，研究者选择在小轩视线之外并能观察到小轩目标行为的位置，通过图1和图2可知，在不做干预的情况下，目标行为不会随观察次数的增加而提升，同时可知基线期的主动发起互动的次数与回应互动的次数基本为0，互动持续的时长都在1分钟以下。（二）干预期干预期持续8周，共进行16次干预，在干预阶段，小轩每次搭建1个积木造型，研究者引导小轩进行合作搭建，一人搭建积木造型，另一人则提供积木，造型搭建完成或者搭建到某一步骤后两人互换角色。研究者观察记录小轩三个目标行为被干预的变化情况。（三）追踪期追踪期为期5天，为测试小轩社会互动行为的稳定性，研究者停止对小轩进行干预，观察记录小轩在自然情境下每天固定时间段内对同学与老师主动发起互动的次数、回应互动的次数、互动持续的时长。图1 小轩发起互动和回应互动次数各阶段变化折线图 130图2 小轩互动时长各阶段变化折线图五、结果分析（一）信度分析为了检验研究者对三个目标行为观察记录的可靠性，由熟练掌握教育机器人与自闭症相关知识但与本研究无关的教师A和B，随机抽取小轩三个目标行为的干预视频30%，即基线期2次、干预期5次、追踪期2次，观看干预视频并进行计算，