登顶《Science》子刊！芝加哥大学最新研究揭示，机器人伴侣能有效缓解儿童朗读焦虑

几名孩子坐在教室里，面对一个白色的机器人，深吸一口气，开始朗读手中的故事书。他们的声音起初有些颤抖，但逐渐变得平稳、流畅。

这并非某段短视频Vlog的拍摄现场，也不是什么AI教育广告的摆拍，而是一场严肃科学实验的真实记录。

但朗读只是开始。

接下来的几分钟，研究人员通过摄像头、麦克风、心率监测仪乃至热成像设备，默默采集孩子们声音、心跳甚至面部温度的细微变化。直到所有数据传回分析系统，这场略带“赛博朋克”氛围的实验，才暂告一段落。

而当研究者们煞费苦心设计实验，在数据中捕捉孩子们情绪变化的痕迹时，他们想测量的不只是一次朗读的表现，而是另一个更深层问题的答案：

机器人，能否成为一种有效工具，帮助孩子减轻在社交场景中的焦虑感？

▍被忽略的“朗读焦虑”

如果翻开一本教育学教材，你会发现“朗读焦虑”是经常被忽略但却极其影响学习效果的情绪障碍。尤其对8-11岁的孩子来说，正是从“学习阅读”转向“通过阅读学习”的关键阶段。一旦在这个时期因焦虑厌恶阅读，可能今后再也追不上了。

更严峻的是，全球正面临读写能力危机。即使在美国，也有超过一半的成年人读写能力不达标。近些年来情况更加糟糕，近三分之一的小学生阅读水平低于基准线。

而练习朗读的最主流方式——“在同学和老师面前大声朗读”，恰恰是很多孩子焦虑的来源。一紧张，声音发抖，头脑空白，越怕错越出错。最终，他们可能选择逃避朗读，也由此失去了进步的可能。

那些传统的缓解方法，比如对着玩偶读、对着狗读、甚至对着录音机读，但这些都缺了关键一环：反馈。读错了没人纠正，读对了没人鼓励。我们能否既保住孩子的安全感，又不失去教育的有效性？

就在这时，一个白色机器人，悄悄走进了实验室。

▍如何“看见”焦虑？研究团队设计了一场极其细腻的实验

其实早在之前，就有些研究发现，孩子似乎更愿意对机器人说话、更不害怕在它面前犯错。但这些结论大多来自“问卷调查”。

孩子可能嘴上说“不紧张”，是真不紧张吗？还是不好意思说紧张？

该实验成果以“Robotic reading companions can mitigate oral reading anxiety in children”为题发表在国际机器人顶级期刊《Science Robotics》上。

首先，

第一次：自己读（建立生理基线）；

第二次：对一个人读；

第三次：对一个机器人读（顺序随机打乱）。

那么，如何“看见”无形的焦虑呢？研究者们没有仅仅依赖孩子们的口头报告（因为孩子可能不善于准确描述或隐瞒自己的情绪），而是采用了三种客观的、可量化的生理指标来窥探他们身体的真实反应：

声音抖动（Jitter）：当我们紧张时，控制声带的肌肉会发生微小的、不自主的颤抖，导致声音频率出现异常波动。通过分析录音，可以计算出这种“抖动”的程度。焦虑越高，声音就越不稳定，抖动值也越高。

面部温度（特别是眶周区域）：焦虑会引发自主神经系统的反应，改变面部的血液流动，从而导致眼睛周围区域的温度发生微小的变化。

心率变异性（HRV）：这不是指心跳的快慢，而是心跳间隔时间的微妙变化。一个健康、放松的身体拥有较高的心率变异性，心跳会有一些自然的节奏波动。而当我们焦虑时，交感神经系统占据主导，心跳会变得像节拍器一样规律，心率变异性随之降低。研究团队通过分析低频与高频心率的功率比（LF/HF）来衡量这一点，比值升高通常意味着压力增大。

同一个孩子面对人vs 机器人朗读时的声音波形对比，面对人时声音抖动明显更剧烈

此外，为了消除顺序带来的影响，孩子们被随机分配为先对人读还是先对机器人读。所有朗读材料都经过科学筛选，难度适中，篇幅适合约5分钟的朗读。更重要的是，无论在哪种条件下，当孩子读完一页后，阅读伙伴（人类或机器人）都会要求他们重复三个单词。这些单词可能是预先选好的较难词汇，也可能是朗读过程中被识别出的发音错误。

这些，都是用来模拟真实课堂中的纠正反馈。

▍“即使我读错了，也知道它不会生气”

那实验结果是什么样呢？

分析显示，与向人类朗读相比，孩子们在向机器人朗读时，声音抖动显著更小。他们的声音更加平稳、流畅。音频波形图直观地展示了同一个孩子在两种条件下的差异：对人朗读时声波起伏剧烈，对机器人时则平缓许多。这表明，面对机器人，他们的发声肌肉更为放松，焦虑水平更低。

更“放松”的心跳：心率变异性分析得出了同样的结论。虽然两种社交情境都会让心跳比独自一人时更规律（LF/HF比值升高），但向人类朗读所带来的心跳“僵化”程度，显著高于向机器人朗读。面对真人时，心脏的低频功率更高，显示出更强的压力反应；而面对机器人时，心脏更像处于一种“警觉但放松”的状态。只有面部温度这项数据没显著差异。

心率变异性分析也显示，面对人时低频心率功率更高，提示压力反应更强

也就是说，孩子的身体用最诚实的方式告诉我们：相比真人，他们在机器人面前朗读时更放松、更自在。

研究结束后，孩子们接受了简短的访谈。

孩子们表示，与机器人阅读不会感到被评判：“机器人压力小一些……因为它没有感情，你不会觉得被指指点点”，“即使我读错了，也知道它不会生气”。

他们认为机器人是来帮助自己的：“它只是想让我读得更好”，而且“感觉她在和我一起学习”。他们更喜欢机器人，因为他们不喜欢给别人读书。“我和别人大声朗读时通常会犯更多错误”，“和真人在一起我肯定会更紧张”。

其实，孩子心里什么都明白。

有人可能会问：那阅读理解能力提高了吗？这次实验中没有显著差异。

但这反而是个好消息：机器人没拖后腿。没因为“太可爱”让孩子分心，也没因为“太机械”让孩子排斥。它只是默默地把“焦虑”这个障碍搬走了，而理解力的建筑，可以慢慢搭。

更何况，这还只是一次短实验。如果长期配有机器人陪读呢？如果反馈更智能呢？如果……？

研究的终点，其实是起点。

▍结语

这个实验的真正价值，远不止“帮孩子练朗读”。

它用最硬核的生理数据证明了一件事：社交机器人，可以在不取代人的前提下，提供一种难以替代的情绪价值。

在教育中，它可以做演讲练习对象、外语对话伙伴、音乐练习听众；

在医疗中，它可以成为患者更愿意坦诚倾诉的“树洞”；

在康复中，它可以是那个不会让你感到尴尬的“教练”……

我们不需要机器人变成人，我们需要的是：它在恰到好处的地方，做了人做不到的事。

最后，也要泼一杯冷水，不是所有孩子都喜欢机器人。实验中也有孩子说“它让我感到 害怕”、“机械感我不喜欢”。这说明机器人不是万能解药，设计要谨慎，使用要适度。

但无论如何，这项研究为我们推开了一扇门，扇通往“科技与情感”真正结合的大门。

▍关于X-robot

X-robot是中关村机器人产业创新中心与机器人大讲堂联手打造的权威性信息发布品牌专栏，集前沿探索、产业研究、知识普及于一体，致力于积极推动新质生产力的生成与发展，助力我国乃至全球机器人行业的蓬勃繁荣。X-robot立足国际化视野，通过全方位、多角度的挖掘与追踪，生动展现机器人前沿技术与尖端成果，为学术界、产业界及公众提供一个洞见未来、共享科技的重要窗口。

论文链接：https://www.science.org/doi/10.1126/scirobotics.adu5771