حل آلي افتراضي: رؤى من التنفيذ والآثار المترتبة على المستقبل

خلاصة

تعمل الروبوتات التعليمية على إشراك الطلاب في منهج متكامل للعلوم والتكنولوجيا والهندسة والرياضيات (STEM) يساعد الطلاب على فهم مفاهيم العلوم والتكنولوجيا والهندسة والرياضيات (STEM) بالإضافة إلى زيادة التصورات الإيجابية لمواضيع العلوم والتكنولوجيا والهندسة والرياضيات (STEM) منذ سن مبكرة. عندما اندلعت جائحة كوفيد-19، أصبح وجود الروبوتات المادية في الفصول الدراسية وجهًا لوجه أمرًا مستحيلًا. تم تطوير برنامج روبوت افتراضي بسرعة ليعمل مع منصة برمجة مألوفة لتزويد الطلاب والمعلمين بحل آلي بديل يمكن استخدامه من أي مكان. في هذه الورقة، سيتم تفسير بيانات الاستخدام من أكثر من مليون طالب على مستوى العالم جنبًا إلى جنب مع دراستي حالة للمعلمين. وقد وفر هذا المزيج من البيانات رؤى حول الروبوت الافتراضي كأداة تعليمية، بالإضافة إلى كونه مصدرًا تعليميًا. وكشفت دراسات حالة المعلمين أيضًا عن مجموعة من الاحتياجات الحرجة التي سهلت التدريس في مثل هذه الظروف التي لا يمكن التنبؤ بها. أخيرًا، تشير هذه البيانات إلى أنه يمكن استخدام بيئة التعلم الافتراضية للروبوت كمكمل تكافلي للروبوت المادي لمساعدة الطلاب على اكتساب الثقة من خلال البرمجة التكرارية، وزيادة الإثارة للروبوتات التعليمية، وتزويد المعلمين بخيار تدريس مرن للغاية للمضي قدمًا.

الكلمات الرئيسية

الروبوت الافتراضي، الروبوتات التعليمية، تعليم الروبوتات، حلول كوفيد-19، تعليم العلوم والتكنولوجيا والهندسة والرياضيات، علوم الكمبيوتر، البرمجة

مقدمة

لقد أصبحت الروبوتات وعلوم الكمبيوتر مدمجة بشكل متزايد في المدارس الابتدائية والثانوية (من رياض الأطفال حتى الصف الثاني عشر) في الولايات المتحدة في السنوات الأخيرة، مدفوعة بالتقارير والسياسات الوطنية. في عام 2015، ذكرت مؤسسة العلوم الوطنية أن اكتساب المعرفة والمهارات في مجال العلوم والتكنولوجيا والهندسة والرياضيات (STEM) يعد أمرًا حيويًا بشكل متزايد للأمريكيين للمشاركة بشكل كامل في اقتصاد عالمي كثيف التكنولوجيا، وأنه من الأهمية بمكان أن يكون لدى الجميع الوصول إلى تعليم عالي الجودة في موضوعات العلوم والتكنولوجيا والهندسة والرياضيات (STEM). قدمت لجنة تعليم العلوم والتكنولوجيا والهندسة والرياضيات (STEM) التابعة للمجلس الوطني للعلوم والتكنولوجيا تقريرًا في عام 2018 لتحديد الخطوط العريضة لاستراتيجية فيدرالية لتعليم العلوم والتكنولوجيا والهندسة والرياضيات (STEM). يشير هذا التقرير إلى أن "طبيعة تعليم العلوم والتكنولوجيا والهندسة والرياضيات (STEM) نفسها تطورت من مجموعة من التخصصات المتداخلة إلى نهج أكثر تكاملاً ومتعدد التخصصات للتعلم وتنمية المهارات. يتضمن هذا النهج الجديد تدريس المفاهيم الأكاديمية من خلال تطبيقات العالم الحقيقي ويجمع بين التعلم الرسمي وغير الرسمي في المدارس والمجتمع ومكان العمل. ويسعى إلى نقل مهارات مثل التفكير النقدي وحل المشكلات إلى جانب المهارات الناعمة مثل التعاون والقدرة على التكيف. وقد صاحب هذا التركيز الوطني على تعلم العلوم والتكنولوجيا والهندسة والرياضيات (STEM) زيادة في البحث والابتكار في البيئات التعليمية حول كيفية دمج التكنولوجيا بشكل أفضل في الفصل الدراسي لموضوعات العلوم والتكنولوجيا والهندسة والرياضيات (STEM).

توفر الروبوتات طريقة عملية للطلاب لاستكشاف مفاهيم العلوم والتكنولوجيا والهندسة والرياضيات (STEM). تعد موضوعات العلوم والتكنولوجيا والهندسة والرياضيات الأساسية مواضيع مهمة في التعليم الابتدائي والثانوي، لأنها متطلبات أساسية للدراسة الجامعية المتقدمة والدراسات العليا بالإضافة إلى زيادة المهارات التقنية في القوى العاملة¹. كشفت أن الروبوتاتعام زادت من التعلم لمفاهيم STEM المحددة. كشفت الدراسات التي أجريت على العديد من الفئات العمرية أن الروبوتات تزيد من اهتمام الطلاب وإدراكهم الإيجابي لمواد العلوم والتكنولوجيا والهندسة والرياضيات^{3, 4, 5}، مما يؤدي بدوره إلى زيادة التحصيل الدراسي وتعزيز تحصيل درجة العلوم^{6, 7, 8}. بالنسبة لطلاب المدارس الثانوية، تم استخدام الروبوتات لدعم الاستعداد للكلية ومهارات المهنة الفنية^{9, 10, 11}، بينما تم تقديم الروبوتات لطلاب المدارس الابتدائية لتطوير مهارات الاستقصاء وحل المشكلات، وتعزيز التصورات الإيجابية لموضوعات العلوم والتكنولوجيا والهندسة والرياضيات^{12, 13}. لقد كان تقديم الروبوتات التعليمية مفيدًا بشكل خاص للطلاب الصغار، الذين يمكن أن يبدأوا في تكوين مواقف سلبية تجاه مواضيع العلوم والتكنولوجيا والهندسةوقت مبكر من^{. يستفيد الطلاب الصغار من سياق التعلم المتكامل ويطورون مواقف أكثر إيجابية تجاه مواضيع العلوم والتكنولوجيا والهندسة والرياضيات من خلال تجارب مبكرة من النجاح15.}

وقد أظهرت الأبحاث أيضًا أن إدخال الروبوتات أثناء تدريب المعلمين قبل الخدمة أدى إلى زيادة كفاءة المعلمين الذاتية ومعرفتهم بالمحتوى ومهارات التفكير الحسابي¹⁶. على الرغم من أنه من المنطقي أن فوائد الروبوتات يمكن العثور عليها في المعلمين وكذلك في الطلاب، إلا أن إدخال الروبوتات في التعليم الرسمي للمعلمين لا يزال محدودًا. في العديد من البلدان، يركز تعليم المعلمين التقليدي على المواضيع القائمة على الانضباط في العلوم والرياضيات، مما يترك معظم المعلمين غير مستعدين في الهندسة والتكنولوجيا¹⁷وأقل ثقة في تدريس مواضيع العلوم والتكنولوجيا والهندسة والرياضيات التي لم يتم تناولها في التدريب الرسمي للمعلمين أو إقامة اتصالات بين تخصصات العلوم والتكنولوجيا والهندسة والرياضيات^{18، 19}. إلى أن هذا القيدعلى موضوعات العلوم والتكنولوجيا والهندسة والرياضيات في إعداد المعلمين يؤدي إلى ضعف تمثيل الهندسة والتكنولوجيا، وخاصة في التعليم^{رياض الأطفال إلى الصف الثامن. وفي حين أن فوائد إدراج الروبوتات في تدريب المعلمين واضحة16، فإنه من الممكن تحقيق بديل من خلال التطوير المهني المستمر والتعلم غير الرسمي من خلال مجتمعات الممارسة. عبرالجانب الحاسم في سياقات التعلم الاجتماعي، ومن} المفهوممفهوم مجتمعات الممارسة CoP). بالنسبة لمجتمع الممارسة، يجتمع الأعضاء حول اهتمام مشترك في مجال ما، ويطورون مجتمعًا، ويشاركون الأبحاث والرؤى لتعزيز المهارات والمعرفة - تطوير ممارسة²². وبدلاً من استخدام الروبوتات في التعليم الرسمي للمعلمين، يمكن أن يوفر التعلم غير الرسمي ومراكز الممارسة فوائد مماثلة للمعلمين، وكذلك للطلاب.

لسوء الحظ، تسبب وباء كوفيد-19 في حدوث اضطراب عالمي واسع النطاق في التعلم الشخصي، مما أثر على جميع الطلاب تقريبًا في جميع أنحاء العالم²³. تم تعليق تجارب التعلم العملي، والتي كانت جزءًا أساسيًا من معظم مناهج العلوم والتكنولوجيا والهندسة والرياضيات الروبوتية، بما في ذلك المنهج الآلي الذي يستخدمه خط الروبوتات التعليمية VEX. كانت هناك حاجة إلى حلول التعلم عن بعد لتوفير بيئة تعليمية افتراضية بسرعة يمكنها مساعدة الطلاب على التعامل مع موضوعات العلوم والتكنولوجيا والهندسة والرياضيات بطريقة حقيقية وذات معنى. قامت VEX Robotics بسرعة بإنشاء VEXcode VR (المشار إليها فيما يلي ببساطة باسم "VR")، وهي منصة تحتوي على روبوت افتراضي يمكن استخدامه بطرق مشابهة للروبوت المادي.

ستراجع هذه الورقة بيانات الاستخدام التي جمعتها منصة الواقع الافتراضي للحصول على نظرة ثاقبة حول كيفية عمل هذا البديل الافتراضي خلال هذا الاضطراب العالمي. سيتم أيضًا عرض دراستي حالة توفران سياقًا لكيفية قيام المعلمين بتطبيق الواقع الافتراضي في بيئات التعلم عن بعد الخاصة بهم. السؤالان الرئيسيان للبحث في هذه الورقة هما كما يلي:

1. ما هي الرؤى التي يمكن أن تكشفها بيانات الاستخدام ودراسات حالة المعلمين حول تعلم الطلاب باستخدام الواقع الافتراضي في أعقاب تفشي فيروس كورونا (COVID-19)؟
2. ما هي الأفكار التي يمكن للمدرسين تقديمها حول تطبيق الواقع الافتراضي في الفصل الدراسي؟

لقد شعر المعلمون بشكل خاص بالفوضى التي أحدثها فيروس كورونا. لقد انقلبت عقود من الخبرة والدروس المصممة للتعلم الشخصي رأساً على عقب على الفور، ومع ذلك، شجع هذا التعطيل المعلمين أيضًا على تجربة أدوات وأساليب تدريس جديدة. إن فهم القرارات المتخذة والنتائج التي تم تحقيقها من وجهة نظر المعلمين الذين قادوا الحلول المبتكرة يمكن أن يوفر رؤى حول كيفية دمج التكنولوجيا الجديدة لتعزيز تعلم الطلاب في مجال الروبوتات وموضوعات العلوم والتكنولوجيا والهندسة والرياضيات (STEM) للمضي قدمًا.

طُرق

فيكس كود فر. عندما أغلقت المدارس في الولايات المتحدة أبوابها في مارس 2020، كانت هناك حاجة إلى حل يمكن أن يبقي الطلاب منخرطين في موضوعات الروبوتات والعلوم والتكنولوجيا والهندسة والرياضيات أثناء العمل عن بعد. تم تطوير الواقع الافتراضي وإطلاقه في 2 أبريل 2020، بعد أسابيع فقط من تحول معظم المدارس إلى التنسيق الافتراضي. تم إنشاء أنشطة الواقع الافتراضي لتكون متسقة مع المناهج الروبوتية الأخرى مع دروس متعددة التخصصات تتماشى مع معايير المحتوى. منصة تشفير VEXcode VR هي نفس بيئة البرمجة التي يستخدمها الطلاب عادةً مع الروبوتات المادية مع إضافة الواجهة الافتراضية، كما هو موضح في الشكل 1. بدلاً من الروبوت المادي، يقوم الطلاب بإنشاء مشاريع للتحكم في روبوت افتراضي في "ساحة" موضوعية تتغير بناءً على النشاط. يستخدم الطلاب المبتدئون في البرمجة البرمجة القائمة على الكتل، ويستخدم الطلاب المتقدمون النص المستند إلى لغة بايثون.

شكل 1. واجهة منصة VEXcode VR لنشاط تنظيف الشعاب المرجانية.

تم إنشاء أنشطة الواقع الافتراضي لتكون متعددة التخصصات، وتجمع بين مهارات علوم الكمبيوتر الأساسية للتحكم في الروبوت الافتراضي وموضوعات من العلوم أو الرياضيات. على مدار أنشطة الواقع الافتراضي هذه، لا يتعلم الطلاب البرمجة فحسب، بل يتعلمون أيضًا الاستقصاء العلمي، والتفكير الرياضي، والمحوالتقنية -^{مكونات إطار عمل STEM. تطلبت الظروف الفريدة التي أحدثها فيروس كورونا (COVID-19) أن يكون الطلاب قادرين على العمل من خلال الدروس بشكل مستقل في إعدادات مختلطة أو متزامنة أو غير متزامنة. ولتحقيق ذلك، يتم تعريف الطلاب بأهداف التعلم وهدف النشاط. يتم بعد ذلك استخدام التعليم المباشر لتوفير تعليم خطوة بخطوة ودعم مقصود لتسلسل التعلم من أجل الفهم24، 25. يتلقى الطلاب بعد ذلك الدعم المستهدف الذي يؤدي إلى حل تحدي الترميز النهائي26. يتعلم الطلاب أن الروبوتات والبرمجة تُستخدم لحل المشكلات العملية ومتعددة التخصصات. على سبيل المثال، في نشاط تنظيف الشعاب المرجانية، يواجه الطلاب تحديًا للتنقل بالروبوت الخاص بهم حول الشعاب المرجانية لجمع أكبر قدر ممكن من النفايات قبل نفاد بطاريتهم المشحونة بالطاقة الشمسية. يعد التلوث مشكلة عالمية سيتم حلها بواسطة طلاب الغد، كما أن المشاركة في هذه المشروعات الأصلية القائمة على السيناريوهات تساعد الطلاب على تطبيق مهارات علوم الكمبيوتر عبر التخصصات.} 

الشكل 2. سياق المهمة لنشاط تنظيف الشعاب المرجانية.

ونظرًا لأن الطلاب منفصلون عن معلميهم، فإن البيئة الافتراضية تحتاج إلى أن تكون سلسة قدر الإمكان لتقليل تشتت الانتباه والحمل المعرفي^{27، 28}. يمكن للطلاب سحب الأوامر وإفلاتها في مشروعهم، ومشاهدة الروبوت الخاص بهم وهو يتنقل في ملعب الواقع الافتراضي في نفس النافذة. يمكن للطلاب إضافة أي عدد من الكتل في وقت واحد، وتشغيل المشروع بعد كل إضافة، لمعرفة كيف يتحرك الروبوت الخاص بهم في الملعب. وهذا يوفر للطلاب ردود فعل فورية ومشاعر مبكرة للنجاح.

بالإضافة إلى ذلك، خلق التعلم عن بعد عقبات عملية كان على الواقع الافتراضي التغلب عليها. غالبًا ما يكون لدى أجهزة الكمبيوتر المدرسية قيود على تنزيل التطبيقات، مما يجعل إضافة برنامج يمثل عقبة في معظم الظروف العادية، ناهيك عن عندما يكون الطلاب بعيدًا عن أجهزة الكمبيوتر المدرسية. ولكن قد لا يتمكن الطلاب حتى من الوصول إلى أجهزة الكمبيوتر المدرسية للقيام بعملهم. لتحقيق أقصى قدر من الوصول إلى الواقع الافتراضي، تم تصميم البرنامج ليكون مستندًا بالكامل إلى الويب (لا يلزم التنزيل أو المكونات الإضافية) وليعمل على العديد من أنواع الأجهزة المختلفة لزيادة احتمالية قدرة الطلاب على استخدامه.

نتائج

بيانات الاستخدام. يتم توفير البيانات المقدمة من خلال Google Analytics. نظرًا لأن VEXcode VR يعتمد بالكامل على المتصفح، فهناك عدد من المقاييس المختلفة التي توفر نظرة ثاقبة حول كيفية استخدام بيئة الروبوت الافتراضية هذه عالميًا. منذ إطلاقه في أبريل 2020، حدثت زيادة في عدد مستخدمي الواقع الافتراضي شهريًا، حيث وصل عددهم إلى أكثر من 1.45 مليون مستخدم في أكثر من 150 دولة.

الشكل 3. الدول التي لديها مستخدمي الواقع الافتراضي على مستوى العالم.

نظرًا للجدول الزمني لفيروس كورونا (كوفيد-19) وإصدار الواقع الافتراضي، فقد قمنا أيضًا بمراجعة الاستخدام بمرور الوقت. وكما هو موضح في الشكل 4، ارتفعت أعداد المستخدمين بسرعة بعد وقت قصير من الإصدار، ثم انخفضت خلال أشهر الصيف عندما كان الطلاب خارج المدرسة. وشهدت أشهر العودة النموذجية إلى المدارس (أغسطس/سبتمبر) زيادة كبيرة استمرت بقية العام الدراسي. تشير الانخفاضات الدورية في عدد المستخدمين إلى استخدام أقل في عطلات نهاية الأسبوع وخلال فترات العطلات.

الشكل 4. عدد المستخدمين بمرور الوقت منذ إطلاق الواقع الافتراضي.

المشروع هو برنامج يقوم الطلاب بإنشائه لدرس أو تحدي. ليس من الضروري حفظ المشاريع حتى يتم تشغيلها، ولكن يتم تنزيل المشروع المحفوظ ليتمكن المستخدم من العودة إليه في وقت لاحق. كان هناك أكثر من 2.52 مليون برنامج محفوظ. ومع ذلك، ليس من الضروري حفظ المشروع حتى يتم تشغيله. نظرًا لأن الواقع الافتراضي يعتمد بالكامل على المتصفح، فإن تحرير المشروع واختباره يتم على الفور عن طريق تحديد "بدء". لقد تم تشغيل أكثر من 84 مليون مشروع في البرنامج، مما يشير إلى أن الطلاب اختبروا مشاريعهم على فترات متكررة. وبفضل حلقة ردود الفعل الفورية هذه، أتيحت للطلاب الفرصة للتجربة والتكرار بوتيرة أسرع بكثير مقارنة بالعمل مع الروبوت المادي. تُعد هذه العملية التكرارية مؤشرًا جيدًا لتعلم الطلاب، حيث ثبتتحافظ على مشاركة الطلاب.

بيانات الواقع الافتراضي VEXcode
المستخدمين	1,457,248
المشاريع المحفوظة	2,529,049
تشغيل المشاريع	84,096,608
بلدان	151

الجدول 1. جميع بيانات استخدام VEXcode VR من أبريل 2020 إلى أبريل 2021.

بيانات الشهادة. بالإضافة إلى برنامج الواقع الافتراضي نفسه والمنهج الدراسي المصاحب له، يتضمن الواقع الافتراضي تدريبًا مجانيًا للمعلمين يسمى CS مع دورة VEXcode VR Educator Certification Course. منذ إطلاقها في يونيو 2020، أكمل أكثر من 550 معلمًا الشهادة، التي تحتوي على أكثر من 17 ساعة من المناهج الدراسية والدعم، ليصبحوا معلمين معتمدين من VEX. تحتوي دورة الشهادة على 10 وحدات من المواد تهدف إلى إعداد المعلمين الذين قد لا تكون لديهم خبرة في علوم الكمبيوتر أو الروبوتات. يمتد المحتوى إلى موضوعات مثل أساسيات البرمجة، وكيفية برمجة روبوت الواقع الافتراضي، وكيفية التدريس باستخدام أنشطة الواقع الافتراضي، وكيفية تنفيذ الواقع الافتراضي في الفصل الدراسي. يوضح الشكل 5 عدد المعلمين المعتمدين شهريًا وتراكميًا من يونيو 2020 حتى مارس 2021. تُظهر الاتجاهات في البيانات زيادة في عدد المعلمين المعتمدين في وقت العودة إلى المدرسة، والذي يشمل شهري أغسطس وسبتمبر وحتى أكتوبر من عام 2020.

دراسة الحالة 1

إيمي ديفو هي مديرة مدرسة كنتاكي أفينيو، وهي مدرسة خاصة صغيرة في بيتسبرغ، الولايات المتحدة الأمريكية، تجمع بين أساليب التدريس والتعلم التقليدية والمبتكرة. مثل معظم المدارس، تعطلت مدرسة كنتاكي أفينيو بسبب فيروس كورونا (COVID-19) وكان عليها تحديد خطط بديلة لبدء العام الدراسي لخريف 2020، دون معرفة كيف ستتغير الظروف. تم تدريس الأسابيع الستة الأولى من العام بشكل افتراضي بالكامل، وتم قضاء العام المتبقي بتنسيق مختلط مع مجموعات الطلاب بالتناوب بين أيام التدريس الشخصي والتعليم عن بعد. حتى عندما كان الطلاب يتعلمون في المنزل، كان من الضروري أن يستمر الطلاب في المشاركة في نفس أنشطة حل المشكلات والتفكير النقدي كما هو الحال في الفصول الدراسية.

اختارت إيمي استخدام الواقع الافتراضي مع طلاب الصفين السادس والسابع لعدة أسباب. نظرًا لأن الواقع الافتراضي كان بيئة تعليمية افتراضية تمامًا، فسيتمكن الطلاب من التبديل بين المنزل والمدرسة دون تغييرات في السياسة التي تؤثر على أنشطة التعلم الخاصة بهم. لن تكون بيئة البرمجة القائمة على الكتل مخيفة للطلاب الجدد في عالم البرمجة، وكانت هناك أنشطة مصممة لمستويات مختلفة من الخبرة. وأعربت أيضًا عن اعتقادها بأن الطلاب سيجدون روبوتات الواقع الافتراضي مثيرة ومحفزة، وهو ما وجدته صحيحًا. عند التفكير في ما كانت تأمل أن يحصل عليه الطلاب من الواقع الافتراضي، قالت إيمي:

كنت آمل أن يكون استخدام الواقع الافتراضي أمرًا صارمًا وصعبًا ومثيرًا تمامًا مثل استخدام الروبوتات المادية، وأن طلابي لن يشعروا أنهم يفوتون تجربة ما، بل سيكتسبون نوعًا جديدًا من تجربة البرمجة التي كانت مجرد مثيرة. أردت منهم أن يشعروا بنفس نوع الإنجاز الذي كانوا سيشعرون به في الفصل الدراسي عندما يتعين عليهم التكرار والمثابرة خلال التحديات ثم تحقيق النجاح في النهاية.

باعتبارها معلمة الروبوتات الوحيدة، قامت إيمي بتدريس 23 طالبًا مرة واحدة في الأسبوع بين بداية المدرسة وعطلة الشتاء، بإجمالي 15 درسًا. بدأ الطلاب بدورة "علوم الكمبيوتر المستوى الأول - الكتل". عملت إيمي خلال الوحدة الأولى مع الطلاب كمجموعة، ولكن بالنسبة للدروس المتبقية، دع الطلاب يعملون بالسرعة التي تناسبهم وقاموا بدور الميسر. أنهى معظم الطلاب ما بين سبع إلى تسع وحدات، بالإضافة إلى نشاط تنظيف المحيط الإضافي.

وجدت إيمي أن الطلاب كانوا متحمسين جدًا للتحديات الموجودة في الدروس؛ لدرجة أنه كان من الصعب في بعض الأحيان جعلهم يعملون خلال الدرس بشكل منهجي. يحتاج بعض الطلاب الذين يعانون من صعوبة الانتباه أو القراءة إلى دعم إضافي، كما أن المفاهيم الأكبر من/الأصغر من والمفاهيم المنطقية تمثل تحديًا. ومع ذلك، كان لدى معظم الطلاب القدر المناسب من التحدي والنضال والنجاح. كان الطلاب متحمسين لفكرة العمل مع الروبوتات المادية عند العودة إلى الفصل. بعد العمل مع الواقع الافتراضي، أشار إيمي إلى أن "الجميع ترك الفصل الدراسي باعتباره مبرمجًا أكثر ثقة، دون أدنى شك".

دراسة الحالة 2

يقوم مارك جونستون بتدريس طلاب الصف السابع والثامن في مدرسة بيل إير المتوسطة في إل باسو، الولايات المتحدة الأمريكية. في دورة STEM 1 الخاصة به، يقوم مارك بتدريس دورات Project Lead the Way Gateway حول الأتمتة والروبوتات والتصميم والنمذجة لحوالي 100 طالب. تضمنت دورة STEM 1 روبوت VEX IQ لتدريس الميكانيكا الأساسية والبرمجة الأساسية باستخدام VEXcode IQ (مجموعة روبوت بلاستيكية للطلاب الأصغر سنًا). يتم تدريس هذه الدورة في فصل الخريف، وبالتالي فإن الاضطراب الأولي الناجم عن فيروس كورونا لم يؤثر على الروبوتات الخاصة به في الربيع. ومع ذلك، في أبريل 2020، رأى مارك روبوت VEX VR وبدأ العمل معه. "عندما رأيت أن الواقع الافتراضي كان يستخدم نفس الإعداد (على سبيل المثال VEXcode)، كنت متحمسًا للغاية لأنني رأيت الإمكانات - مثل قطعة أحجية كنت أعلم أنها ستتناسب تمامًا مع ما كنت أفعله بالفعل. عندما تم تحديث الواقع الافتراضي ليشمل بايثون، كنت أكثر حماسًا. أنشأ مارك مقاطع فيديو تعليمية لمعلمين آخرين، مما أدى إلى جمع عدد كبير من المتابعين على منصات التواصل الاجتماعي. ومن خلال شركته التعليمية غير الربحية، قدم مارك معسكرًا صيفيًا مجانيًا للطلاب على الواقع الافتراضي، بالإضافة إلى تدريب المعلمين استعدادًا للعام الدراسي 2020/21.

ظروف التدريس غير المؤكدة تجعل من الصعب التخطيط. "عندما أدركت أن التعلم عن بعد سيستمر في العام الدراسي 2020/21، قررت تدريس التصميم أولاً ثم الروبوتات… ولكن كانت هناك أشياء كثيرة في الهواء، وكان من الصعب التخطيط لأي شيء. لم أكن أعرف ما إذا كنا سنعود شخصيًا أو سنستمر عبر الإنترنت، ولم يكن هناك سوى القليل جدًا من المعلومات الواضحة في ذلك الوقت. انتهى بي الأمر بمزج الروبوتات والتصميم معًا وخططت للتو قبل يوم أو يومين. بدأ مارك باستخدام الواقع الافتراضي في بداية العام الدراسي (والذي سيظل بعيدًا بنسبة 100% حتى عام 2021) من خلال اختيار أنشطة مختلفة من الموقع، الأمر الذي نجح بشكل جيد نظرًا لوجود مستويات مختلفة من الخبرة والتعليمات القابلة للتعديل. عندما تم إصدار الدورة التدريبية لعلوم الكمبيوتر من المستوى 1 - الكتل، قام بإرشاد الطلاب خلالها بالكامل، على الرغم من أنه لاحظ أنه في المرة القادمة سيختصر الدروس إلى محاضرات أقصر. كان استخدام الواقع الافتراضي مختلفًا بطبيعته عن دروس الروبوتات الشخصية، ولكن لا تزال هناك مجموعة من الأهداف الرئيسية التي وضعها مارك لهذه الدروس:

• اجعل الطلاب على دراية بـ VEXcode
• بناء الثقة في البرمجة (الكفاءة الذاتية)
• تقديم أفكار/مفردات البرمجة بطريقة غير مهددة
• "خداعهم" لاستخدام الرياضيات دون أن يدركوا ذلك ;)
• اطلب من الطلاب حل مشكلات محددة جيدًا في ظل القيود
• تقديم مشاكل غير محددة
• تشجيع موقف "الفشل والمحاولة مرة أخرى".
• حافظ على متعة حل المشكلات

على الرغم من أن التجربة الافتراضية كانت مختلفة، إلا أن مارك وجد مزايا واضحة لاستخدام الواقع الافتراضي. كان الطلاب أقل خوفًا من تجربة استخدام الواقع الافتراضي مقابل RobotC (لغة ترميز أخرى تُستخدم مع الروبوتات الأخرى). يستخدم مارك أيضًا قياسًا للمدة التي يستغرقها الطلاب للحصول على "الفوز" لتحديد مدى جودة نشاط العلوم والتكنولوجيا والهندسة والرياضيات، مشيرًا إلى أنه "إذا استغرق الطالب وقتًا طويلاً للحصول على نتيجة إيجابية، فسيكون من الصعب جدًا الحفاظ عليه". مرتبط."

كان هناك فورية للواقع الافتراضي شجعت على الاستكشاف والمشاركة النشطة. يصف مارك هذا النوع من "الفوز" بمثال على تقديم الواقع الافتراضي للطلاب:

أنا: "يفتح الجميع علامة تبويب جديدة وينتقلون إلى vr.vex.com. الجميع يرى الموقع؟ جيد. والآن اجعل الروبوت يتقدم للأمام."
الطالب: كيف؟
أنا: "انظر إذا كان بإمكانك معرفة الرقم…"
الطالب: "لقد اكتشفت ذلك!"
وبعد ذلك هم مدمن مخدرات! وبحلول ذلك الوقت، كان الكثير منهم يسألونني عن كيفية القيام بكل أنواع الأشياء المختلفة. إنهم يطلبون مني حرفيًا أن أعلمهم!

النتائج والمناقشة

الواقع الافتراضي كأداة تعليمية. توفر كل من بيانات الاستخدام ودراسات الحالة نظرة ثاقبة حول سؤال البحث الأول حول كيفية عمل الواقع الافتراضي كأداة تعليمية أثناء جائحة كوفيد-19. أبسط الوجبات الجاهزة هي من الحجم الهائل للاستخدام؛ وقد تم استخدام منصة الواقع الافتراضي من قبل أكثر من مليون طالب حول العالم، مما يشير إلى أن البيئة الروبوتية الافتراضية تعمل بشكل جيد كبديل للتعلم الشخصي أثناء ظروف الأزمات. وكان عدد المشاريع التي تم تشغيلها (أكثر من 84 مليونًا) بمثابة نتيجة مفاجئة أيضًا عند النظر في عدد المستخدمين الفرديين. في المتوسط، كان المستخدمون يكملون 57 مشروعًا، مما يظهر درجة عالية من الاختبار والتكرار. وهذه نتيجة واعدة جدًا نظرًا لأهمية تطوير موقف "المحاولة والمحاولة مرة أخرى" لدى الطلاب. هناك العديد من الطرق الممكنة لحل أنشطة الواقع الافتراضي، وهو درس مهم يجب على الطلاب تعلمه. عندما يفهم الطلاب أن هناك حلولاً متعددة لمشكلة ما، فقد يكون هناك احتمال متزايد لطلب الطلاب ردود الفعل من المعلمين، كما أن لديهم فهمًا أعلى لما يتعلمونه.³⁰.

من دراسات الحالة، هناك أيضًا تأكيد على أن الواقع الافتراضي يعمل كبيئة تعليمية منخفضة المخاطر. أشارت إيمي إلى أن طلابها كانوا أكثر ثقة في البرمجة وكانوا يتطلعون إلى العمل مع الروبوتات المادية. لاحظ مارك أن الطلاب كانوا أقل خوفًا من التجربة أثناء قيامهم بالبرمجة باستخدام VEXcode VR وكان هناك شعور فوري بـ "الفوز" في هذه البيئة. عندما نأخذ ملاحظات المعلمين هذه جنبًا إلى جنب مع بيانات الاستخدام الأولية، يبدو أنها تؤكد أن بيئة الروبوت الافتراضية تجعل الطلاب يشعرون بحرية أكبر في التجربة والتكرار أثناء عملية التعلم، وتزيد من التصورات الإيجابية للروبوتات بشكل عام.

دروس من المعلمين. عندما نفكر في سؤال البحث الثاني حول ما هي الرؤى التي يمكن للمدرسين تقديمها حول تطبيق الواقع الافتراضي في الفصل الدراسي، يمكننا تحديد العديد من القواسم المشتركة من دراسات الحالة. كشفت كلتا دراستي الحالة عن معلومات حول كيفية اتخاذ المعلمين للقرارات وتنفيذ الحلول خلال أزمة كوفيد-19، وكذلك حول ما هو مطلوب لتوفير حل تعليمي فعال للطلاب في بيئة افتراضية ومختلطة. تتضمن هذه المواضيع الحلول المرنة والاستمرارية والمناهج والدعم. وينبغي اعتبار هذه النتائج بمثابة متطلبات لجميع الحلول التكنولوجية، حيث أن دعم المعلمين يدعم الطلاب.

ونظرًا للشكوك المحيطة بظروف التدريس، أشار كل من مارك وإيمي إلى أنهما بحاجة إلى حلول مرنة. يمكن أن يتغير التعلم عن بعد إلى التعلم وجهاً لوجه، أو شكل ما بينهما. يمكن الاستمرار في استخدام الواقع الافتراضي في أي مكان، ولكنه يوفر أيضًا المرونة في نهجه. يمكن أن يشارك الطلاب في دروس منظمة يقودها المعلم كما استخدم مارك في الأنشطة والدورة التدريبية، أو التعلم الذي يقوده الطلاب وفقًا لسرعتهم الخاصة كما وصف إيمي. كما يحتاج المعلمون إلى المرونة في مستوى الخبرة، سواء من حيث الأنشطة ونوع لغات البرمجة المقدمة لتلبية احتياجات جميع الطلاب.

تمت الإشارة إلى استمرارية التعلم على أنها مهمة في كلتا دراستي الحالة. أشارت إيمي إلى أنه بعد العمل في الواقع الافتراضي، كان الطلاب متحمسين لبدء العمل مع روبوتات VEX V5 التي كانت تنتظر استئناف التعلم الشخصي. وكان الواقع الافتراضي بمثابة نقطة انطلاق للعمل مع الروبوتات المادية، وزيادة حماسة الطلاب والتصورات الإيجابية. أشار مارك أيضًا إلى أن استمرارية VEXcode من الواقع الافتراضي إلى IQ كانت مهمة جدًا بالنسبة له: "لا أستطيع أن أخبرك كم هو رائع أن VEX لديه طريقة بسيطة جدًا لمتابعة التقدم من الصف الثالث إلى الكلية، كل ذلك باستخدام VEXcode! ومع الواقع الافتراضي، يمكنهم البدء في تعلم ذلك من المنزل!

من الواضح أن المناهج والدعم كانا حاسمين لنجاح الواقع الافتراضي في هذا التدريس المتطور في حالة التعلم. قدمت وحدات الواقع الافتراضي كل المحتوى ليتعلمه الطلاب بالإضافة إلى المواد اللازمة لتدريس الدروس. ليس كل المعلمين لديهم خلفية في علوم الكمبيوتر والبرمجة. أشارت إيمي إلى أن البرنامج القائم على الكتل لم يكن أيضًا مخيفًا لها ولطلابها. وقال مارك أيضًا إنه لم يكن معتادًا على تدريس الكثير من علوم الكمبيوتر، وكان عليه أن يتعلم الدروس بنفسه قبل التدريس. ومع ذلك، أقر مارك قائلاً: "إذا عادت الأمور إلى "طبيعتها" غدًا، فسأكون الآن قادرًا على تدريس أجزاء البرمجة في صفي بثقة أكبر." يعد دعم المعلم للمناهج الدراسية وبرمجة الواقع الافتراضي أمرًا حيويًا لتنفيذ الواقع الافتراضي في الفصل الدراسي.

التعلم الرقمي ليس للطلاب فقط؛ ويتواصل المعلمون أيضًا للتعرف على ممارسات التدريس والموارد من خلال التكنولوجيا ووسائل التواصل الاجتماعي. أكمل المعلمون في ما يقرب من 50 دولة شهادة الواقع الافتراضي. يتشكل مجتمع عالمي من الممارسة حول الواقع الافتراضي. بدأ مارك بنشر مقاطع الفيديو على الواقع الافتراضي على وسائل التواصل الاجتماعي وسرعان ما أصبح لديه أكثر من ألف متابع؛ ومن خلال عمله مع الواقع الافتراضي، تمكن من تكوين صداقات مع معلمين في سلوفينيا وتايوان. وبينما يشارك المعلمون خبراتهم وممارساتهم، يستفيد الطلاب في النهاية من مجموعات دعم المعلمين غير الرسمية هذه. يمكن لمجتمعات الممارسة أن توفر جسرًا بين التوافر الحالي للروبوتات التعليمية وإدراج هذه التكنولوجيا في التعليم الرسمي للمعلمين. مع ازدياد عدد المعلمين الذين أصبحوا على دراية بالروبوتات التعليمية من خلال التطوير المهني، مثل أكثر من 550 معلمًا أكملوا دورة الشهادة، أو من خلال مجتمعات التعلم غير الرسمية، سيتم تعريف المزيد من الطلاب بالتعلم المتكامل للعلوم والتكنولوجيا والهندسة والرياضيات.

خاتمة

تم إنشاء VEXcode VR في وقت يشوبه قدر كبير من عدم اليقين والحاجة الكبيرة إلى حلول فورية. يمكن أن تأتي الحلول المبتكرة من المواقف العاجلة. لقد لامس الواقع الافتراضي أكثر من 1.45 مليون مستخدم قاموا بحفظ أكثر من 2.52 مليون مشروع وأداروا أكثر من 84 مليون مشروع — في أكثر من 150 دولة. على الرغم من أن الوباء قد أثر على الطلاب والمعلمين في جميع أنحاء العالم، فقد مكّن الواقع الافتراضي الطلاب والمعلمين من التفاعل مع مفاهيم الروبوتات وعلوم الكمبيوتر بغض النظر عن العوائق المادية. ومن خلال دراسات الحالة الخاصة بالمعلمين، تم تحديد موضوعات المرونة والاستمرارية والمناهج والدعم باعتبارها ذات أهمية للتدريس باستخدام التكنولوجيا في مثل هذه الظروف غير المؤكدة والصعبة.

للمضي قدمًا بعد هذا الوقت غير المسبوق، تشير الدروس المستفادة من إنشاء وتنفيذ الواقع الافتراضي إلى سبل استخدامه في المستقبل. تُظهر بيانات الاستخدام جنبًا إلى جنب مع دراسات الحالة التي أجراها المعلم أن الطلاب شعروا بقدر أقل من عدم الرغبة في التكرار أثناء البرمجة في البيئة الافتراضية. يشير هذا إلى أن الواقع الافتراضي قد يكون أداة سقالات قيمة يمكن استخدامها مع الروبوتات المادية. ويدعم ذلك أيضًا الحاجة إلى المرونة؛ إن استخدام الواقع الافتراضي كأداة تعليمية مع روبوت مادي يمكن أن يوفر بيئة تعليمية روبوتية مثالية ومرنة حيث يكمل خيار سهل في المنزل منهج الروبوتات المادية الشخصي. ونحن نتطلع إلى الأبحاث المستقبلية لاستكشاف كيف يمكن للمدرسين الجمع بين الروبوتات الافتراضية والمادية في عالم ما بعد الوباء.

الشكر والتقدير

نحن نعرب عن امتناننا لـ Aimee DeFoe وMark Johnston لمشاركتهما خبراتهما التعليمية وأفكارهما القيمة.

---