Proč učit vzdělávací robotiku?

Během posledních několika let vzkvétal zájem o vzdělávací robotiku, protože učitelé a školy využívaly potenciál robotiky poskytovat praktické a poutavé způsoby výuky designu, inženýrství a technologieⁱ. Také je považován za způsob, jak představit a motivovat studenty, aby se věnovali kariéře v oborech vědy, technologie, inženýrství a matematiky (STEM)ⁱⁱ, a díky zvýšené pozornosti a investicím je nyní použití vzdělávací robotiky dostupnější a robustnější. dáno médiu. Výsledný technologický pokrok výrazně přispívá k dostupnosti tohoto nástrojeⁱⁱⁱ. Někteří lidé ve skutečnosti považují robotiku za roli, která hraje ve třídě podobnou roli jako kdysi počítače, počínaje začátkem 90. let a zavedením používání CD-ROMů a Microsoft PowerPoint ve třídách^iv.

S rostoucí přítomností společnosti Educational Robotics přicházejí důležité otázky. Jaké jsou nejlepší využití tohoto nového a vzrušujícího nástroje? Jak můžeme zavést osvědčené postupy? Jak konceptualizujeme účel vzdělávací robotiky ve třídě? Tyto otázky mohou být složitější, než se na první pohled zdá. A jejich zodpovězení může nejprve přinést více otázek, než když jsme začali. Používají studenti například vzdělávací robotiku jako médium k zobrazení svých nápadů a myšlení, nebo studenti vytvářejí nápady a myšlení interakcí s médiem? Je vzdělávací robotika způsobem, jak mohou studenti ukázat své schopnosti, nebo je to infrastruktura, na které studenti budují nové kompetence^v? Možná, že zvážení aspektu používání počítače ve třídě může pomoci vnést více světla do tématu.

Médium může mít různý rozsah na základě jeho použití. Malbu lze vnímat jako médium, které lze použít k natírání plotu nebo Sixtinské kaple. Všestrannost počítačů jako média má, pravděpodobně, ještě větší obludnost; počítač lze ve třídě používat ve velmi omezeném rozsahu, ať už jako kalkulačku nebo jako textový procesor, ale je také vnímán a přijímán jako silný vlastní komunikační prostředek. Jak upozornil Mark Guzdial, počítače lze chápat jako moderní formu Gutenbergova tiskařského stroje^via jako způsob, jak přemýšlet o jiných oblastech. Technologie jako počítačové modelování a algoritmy jako takové měly významný dopad na naše chápání oblastí matematiky a přírodních věd^vii.

Jaký je tedy rozsah vzdělávací robotiky? Vzdělávací robotiku lze použít jako předem připravené objekty, které plní velmi specifické úkoly, zatímco některé systémy vzdělávací robotiky umožňují studentům stát se aktivními účastníky při navrhování jejich učení – stejně jako tvůrci výpočetních artefaktů, namísto pasivních uživatelů zařízení, která vyrobili jiní. pro ně^viii. To představuje jedinečnou sadu příležitostí pro učitele. Vzdělávací robotika se tak stává médiem, které studentům poskytuje možnost uplatnit svůj hlas a volbu při učení a zapojit je nejen do řešení problémů, ale také do hledání problémů, jejich konstrukce, analýzy problémů a plánování a monitorování úsilí o řešení problémů. Vzdělávací robotika se pak stává něčím mnohem větším – prostředkem, který studenty připraví na složitost výzev, které na ně čekají, když se připravují na zaměstnání, která v současnosti neexistují^ix, a také způsob, jak začlenit další cenné dovednosti (např. komunikaci a spolupráci ) patřící do širšího spektra dovedností 21. století.

Zdá se, že úsilí škol zavést médium vzdělávací robotiky vyvolalo tolik projevů, kolik různých motivací pohánějících iniciativy. Některé školy používají tento nástroj jako integrovanou součást samostatného kurzu informatiky nebo STEM, jiné školy využívají toto moderní řešení k doplnění tradičních předmětů. Ještě další školy je používají jako mimoškolní aktivity, které pak využívají motivačních účinků „gamifikace“ a soutěží ke zvýšení účasti a zapojení studentů. Stejným způsobem, jakým se školy naučily neomezovat používání počítačů na drahé kalkulačky, by použití vzdělávací robotiky nemělo být omezeno vnímanými omezeními.

Za podrobné prozkoumání stojí následující použití pro vzdělávací robotiku:

• Porozumět našemu světu
• Vyučovat integrované STEM vzdělávání neotřelými způsoby
• Vyučovat počítačové myšlení
• Spokojit se s opakováním a poučit se z neúspěchu
• Být vystaven a učit se o pracovních místech budoucnosti

Abychom porozuměli našemu světu

Věda je vysvětlením přirozeného světa. Studenti, kteří jsou přírodovědně gramotní, jsou schopni porozumět pojmům i praktikám vědy. Výuka přírodních věd jim proto nabízí příležitost porozumět světu, který obývají. To je důvod, proč středoškolské osnovy po celé zemi zahrnují předměty jako astronomii, biologii a chemii. Ale co Robotika? Je zřejmé, že roboti převládají v našem každodenním životě a tato prevalence roste^x. Zlepšení technologie spojené s roboty vedla k exponenciálnímu nárůstu výpočetního výkonu a ukládání dat^x. Výsledkem jsou roboty schopné učit se a rozhodovat na základě zkušeností jiných robotů. Roboti již nejsou stroje, které vykonávají jednoduché funkce. Rostoucí poptávka po robotech a robotické technologii navíc zasahuje napříč průmyslovými odvětvími. Ano, továrny jsou domovem mnoha robotů, ale roboti jsou nyní také běžnější ve vzdělávacích a zábavních prostředích. Je docela možné, že v blízké budoucnosti budou roboti pomáhat mnoha členům starší populace žít nezávisle ve svých domovech, čímž vytvoří nové pole „spolurobotů“.^xii

Školy oprávněně vyučují o planetách a hvězdách, které existují světelné roky daleko…, ale ne o technologii, se kterou se mnozí denně setkávají. Je to výzva, ale také příležitost. Vzdělání pohání vědu a inovace. Studium biologie nadále vede k lepší léčbě a vymýcení nemocí a nemocí^xiii. Pokud by se robotika stala základním akademickým předmětem na našich školách, mohlo by to mít podobný dopad.

Výuka integrovaného STEM vzdělávání novými způsoby

Pedagogičtí výzkumníci naznačují, že učitelé mají často problémy s navazováním spojení napříč obory STEM^xiv. To představuje výzvu pro školy, protože standardy vědy nové generace obsahují průřezové koncepty zahrnující různé vědecké oblasti. Studenti proto budou mít potíže s přenosem pojmů, které se často vyučují izolovaně, do integrovaného kontextu, který uvidí u hodnotících zkoušek. Dalším nezamýšleným důsledkem izolovaného vyučování vědeckých pojmů je jeho tendence vytvářet učební prostředí, kde se studenti odpoutávají. Autentické příklady vědy, které vidí ve svém každodenním životě, mají hlubokou integraci napříč obory STEM na rozdíl od singularity. Cílem STEM vzdělávání je pomoci studentům organizovat informace v rámci a napříč obory, aby byli schopni identifikovat a uvažovat s hlubokými, strukturálními podobnostmi a vzory v rámci těchto informací; vyvrcholení v ideálním případě vede ke schopnosti aplikovat tuto organizaci znalostí na složité situace a problémy v každodenním životě^xv.

Vzdělávací robotika může pomoci řešit tyto výzvy tím, že bude fungovat jako zprostředkovatel pro učitele a školy, když chtějí organizovat výuku STEM. Vzhledem k tomu, že rozsah vzdělávací robotiky daleko přesahuje hračku, které lze dávat jednoduché instrukce, učebny využívající vzdělávací robotiku mohou studentům nabídnout náročné inženýrské a programovací výzvy.

K výuce výpočetního myšlení

Během posledních 10 let vzrostla popularita počítačového myšlení a jeho začlenění do tříd K-12^xvii. Počítačové myšlení je zahrnuto jako součást vědeckých standardů nové generace a jako základní součást reálné matematiky a vědy. Počítačové myšlení je široce považováno za nedílnou součást každé učebny STEM^xviii.

Nárůst popularity počítačového myšlení jako konceptu ve školách i mimo ně vedl k tomu, že se školy pokoušely najít účinné nástroje k integraci a výuce počítačového myšlení pro své studenty. Odpovídajícím cílem bylo rozšířit účast ve třídách – zejména informatiky –, které se intenzivně ponoří do počítačového myšlení; Důsledným cílem bylo také řešení genderových rozdílů v této oblasti. V současné době tvoří dívky přibližně polovinu všech účastníků AP testů, ale tvoří pouze 25 % těch, kteří absolvují kurzy AP informatiky^xix

Vzdělávací robotika může být účinným nástrojem pro výuku počítačového myšlení a zároveň může pomoci rozšířit cíle účasti.^{xx xxi} Nedávné pokroky ve vzdělávací robotice snížily náklady a zvýšily snadnost použití, čímž se staly dostupnějšími pro studenty a postupně se staly spolehlivým způsobem, jak se naučit abstraktní koncepty STEM. Spojení mezi informatikou a robotikou je jako takové jasné; studenti mají schopnost naprogramovat své roboty k provádění složitých úkolů, a to jak ve třídě, tak na soutěžních hřištích. I když provádění složitých úkolů může být koncem, prostředky zahrnují rozkládání těchto úkolů na menší části a jejich opakované sestavování dohromady za účelem vytvoření řešení. Ve třídách je lešení tohoto procesu životně důležité a ještě jednou může být vzdělávací robotika účinná při usnadňování rozkladu i lešení složitých úkolů. Výsledkem je, že roboti mohou být účinným nástrojem pro výuku počítačového myšlení. důkazy ukazují.^{xxii xxiii} Efektivní výuka počítačového myšlení také vede ke schopnosti aplikovat výpočetní myšlení v různých oblastech. Schopnost efektivně vyučovat zobecňující dovednosti počítačového myšlení a zároveň nabízet způsoby, jak pomoci diverzifikovat studenty, kteří vstupují do těchto oborů, činí z Educational Robotics významný přispěvatel k integraci počítačového myšlení do škol a hnutí Computer Science for All.

S iterací a poučením se z neúspěchu

Inženýrský design a vědecká metoda jsou příbuzné jevy, ale obsahují důležité rozdíly. Ve vědě je kladen důraz na nalezení obecných pravidel, která popisují akce našeho světa a vesmíru, zatímco inženýrství zahrnuje hledání řešení konkrétního problému, které splňuje všechna omezení obsažená v tomto problému^xxiv. Někteří tento rozdíl shrnuli do rčení „vědci zkoumají, ale inženýři tvoří“^xxv Při zvažování tvůrčího procesu musíme uznat jeho často významnou závislost na iteraci.

Vícenásobné opakování je zásadní pro inženýrské nápady a činnosti, které jsou navrženy tak, aby dosáhly určitých cílů, ať už splňují/překračují očekávání zákazníků nebo se účastní konkurenční výzvy. Bylo uznáno, že požadované vícenásobné opakování, které je součástí vzdělávacích robotických aktivit, dokáže udržet zájem studentů a trvalé zapojení.^xxvi Také složení samotných robotických sad s mnoha různými díly, které lze rychle sestavit a poté rozebrat, podporuje postoj iterace. Vzhledem k tomu, že mnohonásobné opakování se často zabývá důležitou životní lekcí „zkus, zkus to znovu“, studenti mají obrovský prospěch z toho, že se naučí, že „selhání“ lze přijmout jako celou součást procesu. Další široce použitelnou lekcí, která vychází z abstraktnějšího pohledu na doplňkové výhody tohoto nástroje, je tendence vzdělávací robotiky předkládat různá řešení i těch nejjednodušších problémů. Co by mohlo studentovi rozšířit obzory víc, než když si uvědomil, že na stejný problém existuje skutečně více řešení? Viděli jsme, že to přináší zajímavé výhody: větší pravděpodobnost, že studenti požádají učitele o zpětnou vazbu, a vyšší pravděpodobnost, že studenti pochopí, co se učí, jako důležité.^xxvii Výhody se jen skládají – učitelé zapojující studenty tímto způsobem mohou vést k vyšší sebeúčinnosti studentů, což je klíčový prvek vedoucí k větší ochotě učit se z neúspěchů.^xxviii

Být vystaven a dozvědět se o pracovních místech budoucnosti

Změna, naše jediná konstanta, není cizí povaze práce. V roce 1900 pracovalo na farmách přibližně 40 % americké pracovní síly. Dnes je toto číslo pouze 2 %. xxix Pokud se vám to zdá příliš dávno, příliš vzdáleně, vezměte v úvahu, že ještě před 50 lety průměrný pracovník během svého pracovního dne nepotřeboval číst ani psát.^xxx Současné přílivy lze ztělesnit v široce čtené a diskutované studii z roku 2013, kterou provedlo oddělení inženýrských věd Oxfordské univerzity, která odhaduje, že 47 % současných pracovních míst hrozí ztrátou kvůli automatizaci.^xxxi

Důležitým rozdílem mezi současnými obavami, na rozdíl od běžného včerejšího ničení pracovních míst a vytváření pracovních míst, je „polarizace pracovních míst“. Tento termín se vztahuje na vyprázdnění pracovních příležitostí, což znamená, že existuje vysoká poptávka po vysoce kvalifikovaných a nízkokvalifikovaných pracovních místech, ale příležitosti pro středně kvalifikované a střední mzdy poklesly.^xxxii Tento významný problém lze vysledovat k automatizaci rutinní práce a odpovědi zahrnují uznání nevyhnutelnosti automatizace prostřednictvím kreativní práce na rozšiřování. Podniky, které na této vlně úspěšně jedou, jsou ty, které reagují flexibilně a plynule a učí se s technologií pracovat, spíše než před utíkat nebo se bouřit proti její skličující přítomnosti a dopadu.^xxxiii Jako pedagogové je životně důležité i my reagovat kreativně a hledat inovativní řešení nejistoty budoucnosti. Je na primárních a sekundárních vzdělávacích systémech, aby uznaly realitu na obzoru a vyučovaly relevantní a cenné dovednosti, což v současném případě může znamenat, že počítače prostě nejsou dobré. Patří mezi ně kreativita, mezilidské dovednosti a řešení problémů, všechny dovednosti, které lze kultivovat, jsou rafinovaným využitím vzdělávací robotiky.^xxxiv

---