[論文レビュー] The effect of a physical robot on vocabulary learning

Andreas Wedenborn, Preben Wik+2 more|arXiv (Cornell University)|Jan 30, 2019

Speech and dialogue systems参考文献 6被引用数 8

ひとこと要約

本研究では、ロボットチューターを用いた実験により、身体的実体化が第二言語語彙学習に与える影響を調査した。15名の被験者を対象にした制御実験において、物理的ロボット（Furhat）は、離人化された音声とスクリーン上に表示されるアバターの両方を大きく上回り、語彙の想起正確度が52%であったのに対し、アバターは46.7%、音声は42.7%であった。この結果から、身体的実体化は言語教育における動機付けと学習効果を高めると示唆された。

ABSTRACT

This study investigates the effect of a physical robot taking the role of a teacher or exercise partner in a language learning exercise. In order to investigate this, an application was developed enabling a 2:nd language learning vocabulary exercise in three different conditions. In the first condition the learner would receive tutoring from a disembodied voice, in the second condition the tutor would be embodied by an animated avatar on a computer screen, and in the final condition the tutor was a physical robotic head with a 3D animated face mask. A Russian language vocabulary exercise with 15 subjects was conducted. None of the subjects reported any Russian language skills prior to the exercises. Each subject were taught a set of 9 words in each of the three conditions during a practice phase, and were then asked to recall the words in a test phase. Results show that the recall of the words practiced with the physical robot were significantly higher than that of the words practiced with the avatar on the screen or with the disembodied voice.

研究の動機と目的

• 言語チューターの身体的実体化が第二言語学習者の語彙記憶に良い影響を与えるかどうかを検討すること。
• 離人化された音声、スクリーン上に表示されるアニメーションアバター、物理的ロボットの3つの相互作用条件における学習成果を比較すること。
• ロボットの物理的存在が、言語学習課題中における学習者の動機付けと関与度に与える影響を調査すること。
• 同じ会話システムと顔のアニメーションが、スクリーン上に表示されるアバターと比較して、物理的ロボットに実装された場合に、より良い結果をもたらすかどうかを検証すること。
• ウィザード・オブ・オズの設定を用いて、社会的プレゼンスや感情的つながりが言語学習パフォーマンスに与える役割を評価すること。

提案手法

• マルチモーダル会話システム用のIrisTKフレームワークを用いて、音声対応でインタラクティブな語彙学習アプリケーションを開発した。
• 3つの相互作用条件（離人化された音声、スクリーン上に表示されるアニメーションアバター、投影された顔のアニメーションを備えた物理的Furhatロボットヘッド）を実装した。
• 被験者から見えない形で、人間のオペレータがリアルタイムで発音を判断するウィザード・オブ・オズの設定を採用し、正確なフィードバックを保証した。
• 15名の英語話者でロシア語に馴染みのない被験者を対象に、被験者内設計の実験を実施。全被験者がランダムに順序を入れ替えた3条件をすべて経験した。
• 各条件には、9つのロシア語の語彙（発音、テキスト、画像を併記）を紹介する5分間の学習フェーズと、9問の想起テストが含まれていた。
• 語彙の想起正確度と各条件での所要時間を測定し、Friedman検定およびWilcoxon符号順位検定を用いた統計的分析を、ボンフェローニ補正を適用して実施した。

実験結果

リサーチクエスチョン

• RQ1 言語チューターの身体的実体化が、離人化された音声やスクリーン上アバターと比較して、語彙想起を向上させるか？
• RQ2 物理的ロボットの存在が、言語学習タスク中における学習者の動機付けと関与度にどのように影響するか？
• RQ3 同じ会話システムと顔のアニメーションが、物理的ロボットに実装された場合とスクリーン上に表示された場合とで、学習パフォーマンスに有意な差が生じるか？
• RQ4 感情的つながりや認識された社会的プレゼンスが、ロボットチュータリングにおける学習成果にどの程度影響を及ぼすか？
• RQ5 物理的ロボット条件が、アバターおよび離人化された音声条件よりも、有意に高い想起正確度を示すか？

主な発見

• 物理的ロボット条件では、平均語彙想起正確度が52%に達し、スクリーン条件（46.7%）および離人化された音声条件（42.7%）を有意に上回った。
• Friedman検定により、相互作用条件が想起パフォーマンスに有意な全体的効果を与えることが確認された（$x^{2}(2)=13.43$, $p=0.0012$）。
• 事後分析のWilcoxon符号順位検定では、ロボット条件と離人化された音声条件（$p=0.00222$）およびロボット条件とスクリーン条件（$p=0.01140$）との間に有意な差が認められ、両方とも補正済みの有意水準（0.017）を下回った。
• 離人化された音声条件とスクリーン条件との間に有意な差は認められなかった（$p=0.09102$）、これは、アバターが音声よりも明確な利点を示さないことを示唆している。
• 被験者はロボット条件をより楽しく、より関与しやすいと報告し、ロボットへの個人的なつながりを強く感じた。
• 学習者はロボットとの対話をさらに多く望んだことから、物理的チューターの存在に起因する感情的投資の増加と、外的な動機付けの向上が示唆された。