[논문 리뷰] The effect of a physical robot on vocabulary learning

Andreas Wedenborn, Preben Wik외 2명|arXiv (Cornell University)|2019. 01. 30.

Speech and dialogue systems참고 문헌 6인용 수 8

한 줄 요약

이 연구는 로봇 튜터를 활용하여 신체적 몰입이 제2외국어 어휘 학습에 미치는 영향을 조사한다. 15명의 참가자가 참여한 통제 실험에서 신체적 로봇(Furhat)은 몸체가 없는 음성과 스크린 기반 아바타보다 어휘 재현 정확도가 높았으며, 각각 52% 대비 46.7%와 42.7%로 나타나, 신체적 몰입이 언어 교육에서 동기부여와 학습 성과를 향상시킨다는 것을 시사한다.

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.

연구 동기 및 목표

• 언어 튜터의 신체적 몰입이 제2외국어 학습자의 어휘 유지에 영향을 미치는지 조사하기 위해.
• 신체가 없는 음성, 화면에 표시된 애니메이션 아바타, 물리적 로봇의 세 가지 상호작용 조건 간 학습 성과를 비교하기 위해.
• 로봇의 신체적 존재가 언어 학습 연습 중 학습자의 동기부여와 참여도에 영향을 주는지 조사하기 위해.
• 동일한 대화 시스템과 얼굴 애니메이션을 물리적 로봇에 구현했을 때와 스크린 기반 아바타에 구현했을 때 성과에 차이가 있는지 확인하기 위해.
• 워즈더오즈 설정을 통해 사회적 존재감과 정서적 유대감이 언어 학습 성과에 미치는 영향을 평가하기 위해.

제안 방법

• 다중 모odal 대화 시스템을 위한 IrisTK 프레임워크를 사용하여 음성 기반 상호작용 어휘 훈련 애플리케이션을 개발하였다.
• 세 가지 상호작용 조건을 구현: 몸체가 없는 음성, 화면에 표시된 애니메이션 아바타, 그리고 투영된 얼굴 애니메이션을 갖춘 물리적 Furhat 로봇 헤드.
• 사용자에게 숨겨진 채로 인간 운영자가 실시간으로 발음을 평가하는 워즈더오즈 설정을 사용하여 정확한 피드백을 보장하였다.
• 15명의 모국어가 영어이며 러시아어에 익숙하지 않은 참가자들을 대상으로 내재된 실험 설계를 실시하였으며, 각 참가자는 무작위 순서로 세 조건 모두를 경험하였다.
• 각 조건은 9개의 러시아어 단어를 발음, 텍스트, 이미지와 함께 소개하는 5분간의 학습 단계와 9개의 질문으로 구성된 재현 테스트로 구성되었다.
• 어휘 재현 정확도와 각 조건에서 소비한 시간을 측정하였으며, 통계 분석으로는 프리드먼 검정과 윌코크슨 부호 순위 검정을 사용하였고, 보너페리 조정을 적용하였다.

실험 결과

연구 질문

• RQ1 언어 튜터의 신체적 몰입이 몸체가 없는 음성 또는 스크린 기반 아바타보다 어휘 재현 정확도를 높이는가?
• RQ2 물리적 로봇의 존재가 언어 학습 과제 중 학습자의 동기부여와 참여도에 어떤 영향을 미치는가?
• RQ3 동일한 대화 시스템과 얼굴 애니메이션을 물리적으로 구현했을 때와 스크린에 렌더링했을 때 성과에 유의미한 차이가 있는가?
• RQ4 정서적 유대감이나 인식된 사회적 존재감이 로봇 튜터링에서 학습 성과에 얼마나 기여하는가?
• RQ5 물리적 로봇 조건이 아바타 조건과 몸체가 없는 음성 조건보다 유의미하게 더 높은 재현 정확도를 보이는가?

주요 결과

• 물리적 로봇 조건에서 평균 어휘 재현 점수는 52%였으며, 이는 스크린 조건(46.7%)과 몸체가 없는 음성 조건(42.7%)보다 유의미하게 높았다.
• 프리드먼 검정을 통해 상호작용 조건이 재현 성과에 유의미한 총 영향을 미친 것으로 확인되었다($x^{2}(2)=13.43$, $p=0.0012$).
• 사후 검정으로 수행된 윌코크슨 부호 순위 검정 결과, 로봇 조건과 몸체가 없는 음성 조건 사이에 유의미한 차이가 있었으며($p=0.00222$), 로봇 조건과 스크린 조건 사이에도 유의미한 차이가 있었으며($p=0.01140$), 모두 보정된 유의수준 0.017 이하였다.
• 몸체가 없는 음성 조건과 스크린 조건 사이에는 유의미한 차이가 없었으며($p=0.09102$), 아바타가 음성보다 명백한 이점이 없음을 시사한다.
• 참가자들은 로봇 조건이 더 재미있고 몰입감 있게 느껴졌으며, 로봇과의 개인적 유대감을 더 강하게 느꼈다.
• 학습자들은 로봇과의 대화를 더 많이 나누기를 원했으며, 이는 물리적 존재에 기반한 정서적 투자와 외부 동기부여가 증가했음을 시사한다.