لماذا تدريس الروبوتات التعليمية؟

على مدى السنوات العديدة الماضية، ازدهر الاهتمام بالروبوتات التعليمية حيث احتضن المعلمون والمدارس إمكانات الروبوتات لتوفير طرق عملية وجذابة لتدريس التصميم والهندسة والتكنولوجياⁱ. يُنظر إليها أيضًا على أنها وسيلة لتقديم وتحفيز الطلاب على ممارسة مهن في مجالات العلوم والتكنولوجيا والهندسة والرياضيات (STEM)ⁱⁱ، وأصبح استخدام الروبوتات التعليمية الآن أكثر قوة وبأسعار معقولة، وذلك بفضل كل الاهتمام والاستثمارات المتزايدة. تعطى للوسط. ويساهم التقدم التكنولوجي الناتج بشكل كبير في إمكانية الوصول إلى هذه الأداةⁱⁱⁱ. في الواقع، يعتبر البعض الآن أن الروبوتات تلعب دورًا مشابهًا في الفصول الدراسية كما فعلت أجهزة الكمبيوتر من قبل، بدءًا من أوائل التسعينيات وإدخال استخدام الأقراص المضغوطة وMicrosoft PowerPoint في الفصول الدراسية^iv.

مع الحضور المتزايد للروبوتات التعليمية، تأتي أسئلة مهمة. ما هي أفضل استخدامات هذه الأداة الجديدة والمثيرة؟ كيف يمكننا إرساء أفضل الممارسات؟ كيف نتصور الغرض من الروبوتات التعليمية في الفصل الدراسي؟ قد تكون هذه الأسئلة أكثر تعقيدًا مما تبدو للوهلة الأولى. والإجابة عليها قد تنتج في البداية أسئلة أكثر مما كانت عليه عندما بدأنا. على سبيل المثال، هل يستخدم الطلاب الروبوتات التعليمية كوسيلة لعرض أفكارهم وتفكيرهم، أم هل يقوم الطلاب بإنشاء الأفكار والتفكير من خلال التفاعل مع الوسيلة؟ هل الروبوتات التعليمية وسيلة للطلاب لإظهار كفاءاتهم، أم أنها بنية تحتية يبني عليها الطلاب كفاءات جديدة^ضد؟ ولعل النظر في جانب من جوانب استخدام الكمبيوتر في الفصل الدراسي يمكن أن يساعد في إلقاء المزيد من الضوء على الموضوع.

يمكن أن يكون للوسيط نطاق مختلف بناءً على تطبيقه. يمكن النظر إلى الرسم كوسيلة يمكن استخدامها لطلاء سياج أو كنيسة سيستين. يمكن القول إن تعدد استخدامات أجهزة الكمبيوتر كوسيلة لها ضخامة أكبر؛ يمكن استخدام الكمبيوتر في الفصل الدراسي بنطاق محدود للغاية، إما كآلة حاسبة أو كمعالج للنصوص، ومع ذلك يُنظر إليه أيضًا ويتم تبنيه باعتباره وسيلة اتصال قوية في حد ذاته. وكما أشار مارك جوزديال، يمكن فهم أجهزة الكمبيوتر باعتبارها شكلًا حديثًا من مطبعة جوتنبرج^vi، وباعتبارها وسيلة للتفكير في مجالات أخرى. وعلى هذا النحو، كان لتقنيات مثل النمذجة الحاسوبية والخوارزميات تأثير كبير على فهمنا لمجالات الرياضيات والعلوم^vii.

ما هو إذن نطاق الروبوتات التعليمية؟ يمكن استخدام الروبوتات التعليمية ككائنات مبنية مسبقًا تؤدي مهام محددة جدًا، في حين تسمح بعض أنظمة الروبوتات التعليمية للطلاب بأن يصبحوا مشاركين نشطين في تصميم تعلمهم - بالإضافة إلى منشئي المصنوعات الحسابية، بدلاً من المستخدمين السلبيين للأجهزة التي صنعها الآخرون لهم^الثامن. وهذا يقدم مجموعة فريدة من الفرص للمعلمين. وبالتالي تصبح الروبوتات التعليمية وسيلة توفر للطلاب الفرصة لممارسة صوتهم واختيارهم في التعلم وإشراكهم ليس فقط في حل المشكلات، ولكن أيضًا في اكتشاف المشكلات، وبناء المشكلات، وتحليل المشكلات، وتخطيط ومراقبة جهود حل المشكلات. تصبح الروبوتات التعليمية شيئًا أكبر بكثير - وسيلة لإعداد الطلاب لمواجهة تعقيد التحديات التي تنتظرهم أثناء تحضيرهم لوظائف غير موجودة حاليًا^ix، وأيضًا وسيلة لدمج المهارات القيمة الأخرى (مثل التواصل والتعاون ) ينتمون إلى الطيف الأوسع لمهارات القرن الحادي والعشرين.

يبدو أن الجهود التي تبذلها المدارس لتطبيق وسيلة الروبوتات التعليمية قد أنتجت العديد من المظاهر مثل الدوافع المختلفة التي تقود المبادرات. تستخدم بعض المدارس هذه الأداة كجزء متكامل من دورة مستقلة لعلوم الكمبيوتر أو دورة العلوم والتكنولوجيا والهندسة والرياضيات (STEM)، بينما تستخدم مدارس أخرى هذا الحل الحديث لتكملة المواد التقليدية. ولا تزال مدارس أخرى تستخدمها كأنشطة ما بعد المدرسة والتي تستفيد بعد ذلك من التأثيرات التحفيزية لـ "اللعب" والمسابقات لزيادة مشاركة الطلاب ومشاركتهم. وبنفس الطريقة التي تعلمت بها المدارس عدم تقييد استخدام أجهزة الكمبيوتر بالآلات الحاسبة الباهظة الثمن، لا ينبغي أن يكون استخدام الروبوتات التعليمية مقيدًا بالقيود المتصورة.

من الجدير بالاستكشاف بالتفصيل الاستخدامات التالية للروبوتات التعليمية:

• لفهم عالمنا
• تدريس تعليم العلوم والتكنولوجيا والهندسة والرياضيات (STEM) بطرق جديدة
• تدريس التفكير الحسابي
• الشعور بالارتياح مع التكرار والتعلم من الفشل
• التعرف على وظائف المستقبل والتعرف عليها

لفهم عالمنا

العلم هو تفسير العالم الطبيعي. الطلاب المثقفون علميًا قادرون على فهم مفاهيم العلوم وممارساتها. ولذلك فإن تدريس العلوم للطلاب يوفر لهم فرصة لفهم العالم الذي يعيشون فيه. ولهذا السبب تتضمن مناهج المدارس الثانوية في جميع أنحاء البلاد موضوعات مثل علم الفلك والأحياء والكيمياء. ولكن ماذا عن الروبوتات؟ من الواضح أن الروبوتات منتشرة في حياتنا اليومية، وهذا الانتشار يتزايد^×. أدت التحسينات في التكنولوجيا المرتبطة بالروبوتات إلى نمو هائل في القدرة الحسابية وتخزين البيانات^xi. وقد أدى ذلك إلى ظهور روبوتات قادرة على التعلم واتخاذ القرارات المستنيرة بتجارب الروبوتات الأخرى. لم تعد الروبوتات آلات تؤدي وظائف بسيطة. بالإضافة إلى ذلك، فإن الطلب المتزايد على الروبوتات وتكنولوجيا الروبوتات يشمل مختلف الصناعات. نعم، تعد المصانع موطنًا للعديد من الروبوتات، ولكن الروبوتات أصبحت الآن أكثر شيوعًا في البيئات التعليمية والترفيهية. ومن المحتمل أن تساعد الروبوتات في المستقبل القريب العديد من كبار السن على العيش بشكل مستقل في منازلهم، وبالتالي خلق مجال جديد من "الروبوتات المساعدة".^{الثاني عشر}

المدارس، بحق، تعلم عن الكواكب والنجوم التي توجد على بعد سنوات ضوئية…ولكن ليس عن التكنولوجيا التي يتفاعل معها الكثيرون بشكل يومي. وهذا يشكل تحديا، ولكنه أيضا فرصة. التعليم يدفع العلم والابتكار. وتستمر دراسة علم الأحياء في التوصل إلى علاجات أفضل والقضاء على الأمراض والأمراض^xiii. إذا أصبحت الروبوتات مادة أكاديمية أساسية في مدارسنا، فمن المحتمل أن يكون لها تأثير مماثل.

لتدريس تعليم العلوم والتكنولوجيا والهندسة والرياضيات (STEM) المتكامل بطرق جديدة

يشير الباحثون التربويون إلى أن المعلمين غالبًا ما يواجهون صعوبة في إقامة روابط بين تخصصات العلوم والتكنولوجيا والهندسة والرياضيات (STEM)^xiv. يمثل هذا تحديًا للمدارس حيث تتميز معايير العلوم للجيل القادم بمفاهيم شاملة تغطي مجالات علمية مختلفة. ولذلك، سيواجه الطلاب صعوبة في نقل المفاهيم التي يتم تدريسها في كثير من الأحيان بمعزل عن السياق المتكامل الذي سيشاهدونه في اختبارات التقييم. هناك نتيجة أخرى غير مقصودة لتدريس المفاهيم العلمية بمعزل عن بعضها البعض، وهي ميلها إلى خلق بيئة تعليمية حيث يصبح الطلاب غير مندمجين. إن الأمثلة الحقيقية التي يرونها للعلم في حياتهم اليومية تتمتع بتكامل عميق عبر تخصصات العلوم والتكنولوجيا والهندسة والرياضيات (STEM) بدلاً من التفرد. الهدف من تعليم العلوم والتكنولوجيا والهندسة والرياضيات (STEM) هو مساعدة الطلاب على تنظيم المعلومات داخل التخصصات وعبرها، ليكونوا قادرين على التعرف على أوجه التشابه والأنماط العميقة والهيكلية داخل هذه المعلومات والتفكير فيها؛ ويؤدي التتويج بشكل مثالي إلى القدرة على تطبيق هذا التنظيم للمعرفة على المواقف والمشاكل المعقدة في الحياة اليومية^xv.

يمكن أن تساعد الروبوتات التعليمية في مواجهة هذه التحديات من خلال العمل كميسر للمعلمين والمدارس أثناء تطلعهم إلى تنظيم تعليم العلوم والتكنولوجيا والهندسة والرياضيات. نظرًا لأن نطاق الروبوتات التعليمية يتجاوز مجرد لعبة يمكن إعطاؤها تعليمات بسيطة، فإن الفصول الدراسية التي تستخدم الروبوتات التعليمية يمكن أن تقدم للطلاب تحديات هندسية وبرمجية قوية.

لتعليم التفكير الحسابي

خلال السنوات العشر الماضية، ازدادت شعبية التفكير الحسابي وشموله داخل الفصول الدراسية من مرحلة الروضة إلى الصف الثاني عشر^xvii. يتم تضمين التفكير الحسابي كجزء من معايير العلوم للجيل القادم وكجزء أساسي من الرياضيات والعلوم في العالم الحقيقي. يعتبر التفكير الحسابي على نطاق واسع جزءًا لا يتجزأ من أي فصل دراسي للعلوم والتكنولوجيا والهندسة والرياضيات^xviii.

أدت زيادة شعبية التفكير الحسابي كمفهوم، داخل المدارس وخارجها، إلى قيام المدارس بمحاولة العثور على أدوات فعالة لدمج وتعليم التفكير الحسابي لطلابها. وكان الهدف المقابل هو توسيع المشاركة في الفصول الدراسية - وخاصة علوم الكمبيوتر - التي تتعمق بشكل كبير في التفكير الحسابي؛ وكانت معالجة الفجوة بين الجنسين في هذا المجال هدفًا ثابتًا أيضًا. حاليًا، تمثل الفتيات ما يقرب من نصف جميع المتقدمين لاختبار AP، ولكنهن يمثلن 25% فقط من أولئك الذين يتلقون دروس علوم الكمبيوتر AP^xix

يمكن أن تكون الروبوتات التعليمية أداة فعالة لتعليم التفكير الحسابي مع المساعدة أيضًا في توسيع أهداف المشاركة.^{xx xxi} أدت التطورات الحديثة في الروبوتات التعليمية إلى خفض التكاليف وزيادة سهولة الاستخدام، مما جعلها في متناول الطلاب بشكل أكبر وتحولت تدريجيًا إلى وسيلة موثوقة لتعلم مفاهيم العلوم والتكنولوجيا والهندسة والرياضيات المجردة. وعلى هذا النحو، فإن العلاقة بين علوم الكمبيوتر والروبوتات واضحة؛ يتمتع الطلاب بالقدرة على برمجة الروبوتات الخاصة بهم لأداء مهام معقدة، سواء في الفصل الدراسي أو في مجالات المنافسة. في حين أن أداء المهام المعقدة قد يكون هو النهاية، فإن الوسائل تتضمن تحليل هذه المهام إلى أجزاء أصغر ثم تجميعها معًا بشكل متكرر لإيجاد حل. في الفصول الدراسية، يعد دعم هذه العملية أمرًا بالغ الأهمية، ومرة ​​أخرى، يمكن أن تكون الروبوتات التعليمية فعالة في تسهيل كل من تحليل المهام المعقدة ودعمها، ونتيجة لذلك، يمكن للروبوتات أن تكون أداة فعالة لتعليم التفكير الحسابي، كخطوة أولية. تظهر الأدلة.^{xxiii xxiii} يؤدي التدريس الفعال للتفكير الحسابي أيضًا إلى القدرة على تطبيق التفكير الحسابي في مجالات مختلفة. إن القدرة على تدريس مهارات التفكير الحسابي القابلة للتعميم بشكل فعال، مع تقديم طرق للمساعدة في تنويع الطلاب الذين يدخلون هذه المجالات في نفس الوقت، تجعل الروبوتات التعليمية مساهمًا كبيرًا في دمج التفكير الحسابي في المدارس وحركة علوم الكمبيوتر للجميع.

لكي تصبح مرتاحًا مع التكرار وتتعلم من الفشل

يعتبر التصميم الهندسي والمنهج العلمي ظاهرتين مرتبطتين، لكنهما يحتويان على اختلافات مهمة. في العلوم، هناك تركيز على إيجاد القواعد العامة التي تصف تصرفات عالمنا والكون، في حين أن الهندسة تنطوي على إيجاد حلول لمشكلة معينة تلبي جميع القيود الواردة في تلك المشكلة^xxiv. وقد لخص البعض هذا التمييز بالقول "العلماء يبحثون ولكن المهندسين يبدعون"^xxv عند النظر في العملية الإبداعية، يجب علينا أن ندرك اعتمادها الكبير في كثير من الأحيان على التكرار.

تعتبر التكرارات المتعددة ضرورية للأفكار والأنشطة الهندسية المصممة لتحقيق أهداف معينة، سواء كانت تلبية/تجاوز توقعات العملاء أو المشاركة في تحدي تنافسي. تم الاعتراف بالتكرارات المتعددة المطلوبة المتأصلة في أنشطة الروبوتات التعليمية باعتبارها قادرة على الحفاظ على اهتمام الطلاب ومشاركتهم المستدامة.^xxvi أيضًا، فإن تكوين مجموعات الروبوتات نفسها، مع العديد من القطع المختلفة التي يمكن تجميعها بسرعة ثم تفكيكها، يعزز موقف التكرار. نظرًا لأن التكرارات المتعددة غالبًا ما تتناول درسًا مهمًا في الحياة وهو "حاول، حاول مرة أخرى"، يستفيد الطلاب بشكل كبير من تعلم أنه يمكن قبول "الإخفاقات" كجزء من العملية. هناك درس آخر قابل للتطبيق على نطاق واسع مستوحى من نظرة أكثر تجريدية للفوائد الإضافية للأداة، وهو ميل الروبوتات التعليمية إلى تقديم حلول متعددة حتى لأبسط التحديات. ما الذي يمكن أن يوسع آفاق الطالب أكثر من إدراك أن هناك بالفعل حلول متعددة لنفس المشكلة؟ لقد رأينا أن هذا يؤدي إلى فوائد مثيرة للاهتمام: زيادة احتمالية قيام الطلاب بطلب التعليقات من المعلمين وزيادة احتمالية فهم الطلاب لما يتعلمونه على أنه مهم.^xxvii الفوائد تتراكم فقط من هناك - يمكن للمدرسين الذين يقومون بإشراك الطلاب بهذه الطريقة أن يؤدي إلى زيادة الكفاءة الذاتية للطلاب، وهو العنصر الأساسي الذي يؤدي إلى رغبة أكبر في التعلم من الفشل.^{الثامن والعشرون}

للتعرف على وظائف المستقبل والتعرف عليها

التغيير، الثابت الوحيد لدينا، ليس غريباً على طبيعة العمل. في عام 1900، كان ما يقرب من 40% من القوى العاملة الأمريكية تعمل في المزارع. أما اليوم فقد أصبح هذا الرقم 2% فقط. وإذا كان هذا الرقم يبدو منذ فترة طويلة جدًا، وبعيدًا جدًا، ففكر في أنه منذ خمسين عامًا مضت، لم يكن العامل العادي بحاجة إلى القراءة أو الكتابة أثناء يوم عمله.^{تلخيص تيارات} في دراسة تمت قراءتها ومناقشتها على نطاق واسع في عام 2013 من قبل قسم العلوم الهندسية بجامعة أكسفورد، والتي تشير تقديراتها إلى أن 47% من الوظائف الحالية معرضة لخطر فقدانها بسبب التشغيل الآلي.^{الحادي والثلاثون}

ومن بين الاختلافات المهمة بين المخاوف الحالية، في مقابل الحركة الطبيعية المتمثلة في تدمير الوظائف وخلق فرص العمل بالأمس، هو "استقطاب الوظائف". وينطبق هذا المصطلح على تفريغ فرص العمل، مما يعني أن هناك طلبًا كبيرًا على الوظائف ذات المهارات العالية والوظائف المنخفضة المهارات، ولكن فرص الوظائف ذات المهارات المتوسطة والأجور المتوسطة قد انخفضت.^xxxii يمكن إرجاع هذه المشكلة المهمة إلى أتمتة العمل الروتيني، وتتضمن الإجابات الاعتراف بحتمية الأتمتة من خلال العمل بشكل خلاق نحو التوسيع. والشركات التي تركب هذه الموجة بنجاح هي تلك التي تستجيب بمرونة وسلاسة، وتتعلم كيفية العمل مع التكنولوجيا بدلاً من الهروب منها أو التمرد على حضورها وتأثيرها المخيفين.^xxxiii كمعلمين، من المهم أن نستجيب أيضًا بشكل إبداعي، ونبحث عن حلول مبتكرة لعدم اليقين في المستقبل. والأمر متروك لأنظمة التعليم الابتدائي والثانوي للاعتراف بالحقائق التي تلوح في الأفق، وتعليم المهارات ذات الصلة والقيمة، وهو ما قد يعني في الحالة الحالية أشياء لا تجيدها أجهزة الكمبيوتر. وتشمل هذه الإبداع ومهارات التعامل مع الآخرين وحل المشكلات، وجميع المهارات التي يمكن تنميتها من خلال الاستخدام المحسن للروبوتات التعليمية.^{الرابع والثلاثون}

---