[논문 리뷰] Empathic Robot for Group Learning: A Field Study

Patrícia Alves‐Oliveira, Pedro Sequeira외 3명|arXiv (Cornell University)|2019. 02. 05.

Problem and Project Based Learning인용 수 5

한 줄 요약

이 연구는 실생활 교실 환경에서 자율적 공감 로봇의 영향을 평가하기 위해 지속 가능한 발전에 관한 집단 학습에 대해 수행되었다. 공감 행동을 통해 협동적 토론을 촉진하도록 설계된 로봇은 학생들 간의 의미 있는 대화를 크게 증가시켰지만, 두 달 동안의 시간이 지남에 따라 지속 가능성 친화적 게임 행동이 변화함에도 불구하고 장기적인 학습 성과 향상은 관찰되지 않았다.

ABSTRACT

This work explores a group learning scenario with an autonomous empathic robot. We address two research questions: (1) Can an autonomous robot designed with empathic competencies foster collaborative learning in a group context? (2) Can an empathic robot sustain positive educational outcomes in long-term collaborative learning interactions with groups of students? To answer these questions, we developed an autonomous robot with empathic competencies that is able to interact with a group of students in a learning activity about sustainable development. Two studies were conducted. The first study compares learning outcomes in children across 3 conditions: learning with an empathic robot; learning with a robot without empathic capabilities; and learning without a robot. The results show that the autonomous robot with empathy fosters meaningful discussions about sustainability, which is a learning outcome in sustainability education. The second study features groups of students who interact with the robot in a school classroom for two months. The long-term educational interaction did not seem to provide significant learning gains, although there was a change in game-actions to achieve more sustainability during game-play. This result reflects the need to perform more long-term research in the field of educational robots for group learning.

연구 동기 및 목표

• 자율적 공감 로봇이 집단 환경에서 협동 학습을 촉진할 수 있는지 조사하기 위해.
• 교실 환경에서 공감 로봇 상호작용이 교육적 성과에 미치는 장기적 영향을 평가하기 위해.
• 로봇의 공감이 학생들 간의 집단 역학과 지속 가능성 관련 토론에 어떻게 영향을 미치는지 탐구하기 위해.
• 협동적이고 게임화된 학습 상황에서 로봇이 교육적 도구로서 수행하는 역할을 평가하기 위해.
• 인간-로봇 집단 학습 상호작용에서 학습 성과에 영향을 미치는 요인을 규명하기 위해.

제안 방법

• 실제 교실 상호작용에서 자율적 공감 로봇을 시뮬레이션하기 위해 워즈드 오브 오즈(WoZ) 방법을 사용하였다.
• 어린이의 정서적 신호를 감지하고 반응할 수 있도록 설계된 맞춤형 공감 로봇을 개발하였다.
• 두 가지 연구가 수행되었으며, 단기 연구에서는 세 가지 조건(공감 로봇, 비공감 로봇, 로봇 없음)을 비교하고, 장기 연구에서는 두 달 동안 지속적인 로봇 배치를 실시하였다.
• 로봇은 지속 가능한 발전을 중심으로 한 협동적 시리어스 게임에 참여시켜 말하기 및 비언어적 공감 반응을 사용하였다.
• 영상 기록, 행동 코딩, 학습 성과 평가를 통해 대화 품질과 게임 행동을 분석하기 위해 데이터를 수집하였다.
• 정성적 및 정량적 분석은 토론 품질, 게임 행동, 인식된 학습 성과의 변화에 중점을 두었다.

실험 결과

연구 질문

• RQ1 자율적 공감 로봇은 집단적 맥락에서 협동 학습을 촉진할 수 있는가?
• RQ2 공감 로봇은 학생들과의 장기적인 협동 학습 상호작용에서 긍정적인 교육적 성과를 유지할 수 있는가?
• RQ3 로봇의 공감이 집단 학습 환경에서 학생 토론의 품질에 어떤 영향을 미치는가?
• RQ4 지속 가능성 중심 게임에서 공감 로봇과 상호작용할 경우, 시간이 지남에 따라 게임 플레이나 행동에 어떤 변화가 발생하는가?
• RQ5 장기적인 인간-로봇 집단 학습 상호작용에서 학습 성과에 영향을 미치는 요인은 무엇인가?

주요 결과

• 공감 로봇은 학생들 간의 지속 가능성에 관한 의미 있는 대화 빈도와 품질을 크게 증가시켜 협동 대화에 긍정적인 영향을 미쳤다.
• 단기 연구에서 공감 로봇은 비공감 로봇 또는 로봇이 없는 조건보다 더 깊이 있고 반성적인 대화를 이끌어냈다.
• 두 달 간의 장기적 구현 기간 동안 표준화된 학습 성과에서 유의미한 학습 성과 향상은 관찰되지 않았다.
• 그러나 학생들은 세션 진행에 따라 지속 가능성 목표에 부합하는 행동을 더 많이 수행하는 측면에서 명백한 행동 변화를 보였다.
• 유의미한 학습 성과 향상이 관찰되지 않은 것은 상호작용 품질의 한계, 로봇 역할 인식, 또는 장기적 환경에서의 집단 역학의 문제 때문일 수 있다.
• 이러한 결과는 교육적 집단 상황에서 장기적인 인간-로봇 상호작용에 대한 향후 연구와 공감이 참여도 및 학습 유지에 어떻게 기여하는지에 대한 이해가 필요하다는 점을 시사한다.