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随着人工智能技术和机器人技术的发展,机器人将拥有广泛的知识覆盖面与高度智能化水平,它为实现个性化教学和因材施教提供了一种可能,必定会为教育领域带来颠覆性的改变。在教育机器人的重多研究方向中,机器人辅助教学的研究还处于起步阶段,国内外的部分研究机构已开展了相关研究。机器人技术是辅助教学的手段,而“辅助教学机器人”作为实施机器人辅助教学的主要工具之一,目前仅仅是概念性的产品。机器人应用于教学过程,必将改变传统的课堂教与学的方式,也会促进教师工作的转型。本论文以机器人辅助教学作为研究对象,分别从理论和实践的角度展开研究,探究机器人应用于课堂教学实践的思路和方案,以期为机器人辅助教学领域带来突破和发展。本论文的主要研究工作如下:1.针对目前机器人辅助教学缺乏教学理念指导的问题,在建构主义教学设计的基础上,结合机器人的功能特点,提出一种基于建构主义的机器人辅助教学设计模式。借助系统动力学模型思想构建了教学设计系统变量集,并采用结构方程模型建模方法建立了教学设计模式的量化模型。2.分析了机器人辅助教学系统构成的核心要素及其相互关系,对C-RAI教学设计中的“建立学习定向点”和“探究学习”两部分进行细化,结合机器人技术和多媒体技术,分别提出机器人课堂讲授模式和机器人在线答疑模式。3.在综合分析RAI教学中机器人的功能需求的基础上,设计一款适用于RAI的辅助教学机器人,采用“机器人躯干+固定式底座”的人形结构设计,采用分层控制思想来架构机器人控制系统,实现机器人机械运动和语音合成等基本教学功能。并利用ROS MoveIt来搭建机器人的运动规划平台,对机器人运动进行模拟和仿真。4.根据C-RAI教学设计模式的基本框架完成详细的教学案例设计,将辅助教学机器人作为辅助教学的工具,应用于C-RAI教学案例,实施RAI教学实践。通过对比分析和调查分析的手段对教学结果进行分析,实践证明RAI这种新型的教学形式具有可行性,实现以学习者为中心,教师为主导,机器人为辅导的新型教与学的方式。