Abstraktní
Vzdělávací robotika zapojuje studenty do integrovaného přístupu STEM, který pomáhá studentům porozumět konceptům STEM a také zvýšit pozitivní vnímání předmětů STEM od raného věku. Když vypukla pandemie COVID-19, fyzické roboty ve třídě tváří v tvář se staly nemožnými. Program virtuálního robota byl rychle vyvinut, aby fungoval se známou kódovací platformou a poskytoval studentům a učitelům alternativní robotické řešení, které by bylo možné používat odkudkoli. V tomto dokumentu budou data o používání od více než milionu studentů z celého světa interpretována spolu se dvěma případovými studiemi učitelů. Tato kombinace dat poskytla vhled do virtuálního robota jako nástroje pro výuku a také jako zdroj výuky. Případové studie učitelů také odhalily řadu kritických potřeb, které usnadnily výuku v tak nepředvídatelných podmínkách. A konečně tato data naznačují, že výukové prostředí virtuálního robota by mohlo být použito jako symbiotický kompliment fyzického robota, který by studentům pomohl získat jistotu při iterativním programování, zvýšit vzrušení pro vzdělávací robotiku a poskytnout učitelům vysoce flexibilní možnosti výuky vpřed.
Klíčová slova
Virtuální robot, výuková robotika, výuková robotika, řešení COVID-19, STEM vzdělávání, informatika, programování
Úvod
Robotika a informatika se v posledních letech stále více začleňují do základních a středních škol (od mateřských škol do 12. třídy) ve Spojených státech, což je pobídnuto národními zprávami a politikami. V roce 2015 Národní vědecká nadace uvedla, že získávání vědeckých, technologických, inženýrských a matematických (STEM) znalostí a dovedností je pro Američany stále důležitější, aby se mohli plně zapojit do technologicky náročného globálního hospodářství, že je pro každého důležité mít přístup k vysoce kvalitnímu vzdělání v tématech STEM. Výbor Národní rady pro vědu a technologii pro vzdělávání STEM předložil v roce 2018 zprávu, která nastínila federální strategii pro vzdělávání STEM. Tato zpráva uvádí, že „Charakter samotného STEM vzdělávání se vyvíjel ze souboru překrývajících se disciplín v integrovanější a interdisciplinární přístup k učení a rozvoji dovedností. Tento nový přístup zahrnuje výuku akademických konceptů prostřednictvím aplikací v reálném světě a kombinuje formální a neformální učení ve školách, komunitě a na pracovišti. Snaží se předávat dovednosti, jako je kritické myšlení a řešení problémů, spolu s měkkými dovednostmi, jako je spolupráce a přizpůsobivost. Toto národní zaměření na učení STEM bylo doprovázeno zvýšeným výzkumem a inovacemi ve vzdělávacím prostředí, jak lépe začlenit technologii do třídy pro témata STEM.
Robotika poskytuje studentům praktický způsob, jak prozkoumat koncepty STEM. Základní témata STEM jsou důležitými tématy v primárním a sekundárním vzdělávání, protože jsou nezbytnými předpoklady pro pokročilé vysokoškolské a postgraduální studium a také pro zvyšování technických dovedností v pracovní síle (Committee on STEM Learning, 2018). Metaanalýza (Beniti, 2012) odhalila, že obecně vzdělávací robotika zvýšila učení pro konkrétní koncepty STEM. Studie napříč mnoha věkovými skupinami odhalily, že robotika zvyšuje zájem studentů a pozitivní vnímání předmětů STEM (Nugent et al., 2010; Robinson, 2005; Rogers & Portsmore, 2004), což zase zvyšuje školní výsledky a podporuje dosažení vědeckých titulů (Renninger & Hidi, 2011; Wigfield & Cambria, 2010; Tai a kol., 2006). U studentů středních škol byla robotika využívána k podpoře připravenosti na vysokou školu a technických kariérových dovedností (Boakes, 2019; Ziaeefard et al., 2017; Vela et al., 2020), zatímco robotika byla představena žákům základních škol, aby rozvinuli bádání a dovednost řešit problémy a podporovat pozitivní vnímání témat STEM (Cherniak et al., 2019; Ching et al., 2019). Zavádění vzdělávací robotiky bylo přínosné zejména pro mladé studenty, kteří si mohou začít vytvářet negativní postoje k STEM předmětům již ve 4. třídě (Unfried et al., 2014). Mladí studenti těží z integrovaného vzdělávacího kontextu a rozvíjejí pozitivnější postoje k předmětům STEM s ranými zkušenostmi s úspěchem (McClure et al., 2017).
Výzkum také ukázal, že zavádění robotiky během pregraduálního vzdělávání učitelů zvýšilo sebevědomí učitelů, znalosti obsahu a schopnosti počítačového myšlení (Jaipal-Jamani a Angeli, 2017). I když je logické, že přínosy robotiky lze nalézt jak u učitelů, tak u studentů, zavádění robotiky do formálního vzdělávání učitelů je stále omezené. V mnoha zemích se tradiční vzdělávání učitelů zaměřuje na přírodovědná a matematická témata založená na disciplínách, takže většina učitelů je nedostatečně připravena v inženýrství a technologii (Epstein a Miller, 2011) a méně sebevědomá výuka témat STEM, která nejsou zahrnuta ve formálním školení učitelů nebo navazování spojení napříč STEM. disciplínách (Nadelson et al., 2013; Kelley & Knowles, 2016). Bybee (2010) poznamenal, že toto omezení témat STEM ve vzdělávání učitelů vede k nedostatečnému zastoupení inženýrství a technologií, zejména ve vzdělávání K–8. Zatímco výhody zahrnutí robotiky do vzdělávání učitelů jsou jasné (Jaipal-Jamani a Angeli, 2017), alternativy by bylo možné dosáhnout neustálým profesním rozvojem a neformálním učením prostřednictvím komunit praxe. Bandura (1977) vyjádřil kritický aspekt kontextů sociálního učení a z tohoto konceptu Lave a Wenger (1991) nastínili koncept komunit praxe (CoP). V rámci CoP se členové shromažďují kolem sdíleného zájmu o doménu, rozvíjejí komunitu a sdílejí výzkum a postřehy k dalším dovednostem a znalostem – rozvíjení praxe (Lave & Wenger, 1991). Namísto robotiky ve formálním vzdělávání učitelů by neformální učení a CoPs mohly poskytnout podobné výhody učitelům a navíc studentům.
Pandemie COVID-19 bohužel způsobila rozsáhlé globální narušení osobního učení, které postihlo téměř všechny studenty na celém světě (OSN, 2020). Praktické výukové zkušenosti byly pozastaveny, což byla základní část většiny robotických osnov STEM, včetně robotických osnov používaných ve vzdělávací robotické řadě VEX. Řešení na dálku bylo potřeba k rychlému poskytnutí virtuálního vzdělávacího prostředí, které by stále mohlo pomoci studentům zapojit se do témat STEM autentickým a smysluplným způsobem. Společnost VEX Robotics rychle vytvořila VEXcode VR (dále jen „VR“), platformu s virtuálním robotem, kterou lze používat podobným způsobem jako fyzického robota.
Tento dokument přezkoumá data o využití shromážděná platformou VR, abychom získali přehled o tom, jak tato virtuální náhražka byla během tohoto globálního narušení. Budou také prezentovány dvě případové studie, které poskytují kontext pro to, jak učitelé implementovali VR ve svém prostředí vzdáleného vzdělávání. Dvě základní výzkumné otázky pro tento článek jsou následující:
- Jaké poznatky mohou odhalit data o používání a případové studie učitelů o učení studentů s VR po vypuknutí COVID-19?
- Jaké poznatky mohou učitelé poskytnout k implementaci VR do třídy?
Chaos šitý COVID-19 pocítili zejména pedagogové. Desítky let zkušeností a lekcí navržených pro osobní učení byly okamžitě zrušeny, ale toto narušení také povzbudilo pedagogy k experimentování s novými nástroji a metodami výuky. Pochopení přijatých rozhodnutí a dosažených výsledků z pohledu pedagogů, kteří vedli prostřednictvím inovativních řešení, může poskytnout pohled na to, jak začlenit nové technologie k posílení učení studentů v oblasti robotiky a STEM předmětů vpřed.
Metody
VEXcode VR. Když se školy ve Spojených státech v březnu 2020 zavřely, bylo zapotřebí řešení, které by studenty udrželo v kontaktu s robotikou a tématy STEM při práci na dálku. VR byla vyvinuta a spuštěna 2. dubna 2020, pouhé týdny poté, co většina škol přešla na virtuální formát. Aktivity VR byly vytvořeny tak, aby byly v souladu s ostatními robotickými osnovami s interdisciplinárními lekcemi v souladu s obsahovými standardy. Platforma kódování VEXcode VR je stejná jako kódovací prostředí, které by studenti běžně používali s fyzickými roboty, s přidáním virtuálního rozhraní, jak je vidět na obrázku 1. Místo fyzického robota studenti vytvářejí projekty pro ovládání virtuálního robota na tematickém „hřiště“, které se mění v závislosti na aktivitě. Začínající studenti programování používají programování založené na blocích a pokročilí studenti používají text založený na Pythonu.
Obrázek 1. Rozhraní platformy VEXcode VR pro aktivitu Coral Reef Cleanup.
Aktivity VR byly vytvořeny jako interdisciplinární a spojovaly počítačové dovednosti, které jsou základem ovládání virtuálního robota, s tématy z vědy nebo matematiky. V průběhu těchto aktivit VR se studenti učí nejen programování, ale také vědeckému bádání, matematickému myšlení a technické gramotnosti – což jsou všechny součásti integrovaného rámce STEM (Kelley & Knowles, 2016). Jedinečné okolnosti vyvolané COVID-19 vyžadovaly, aby studenti byli schopni samostatně procházet lekcemi ve smíšených, synchronních nebo asynchronních nastaveních. Aby toho dosáhli, jsou studenti seznámeni s učebními cíli a cílem aktivity. Přímá výuka se pak používá k poskytování postupné výuky a záměrného lešení k sekvenčnímu učení pro porozumění (Stockard et al., 2018; Bowen RS, 2017). Studenti pak obdrží cílené lešení vedoucí k vyřešení konečného problému s kódováním (Puntambekar et al., 2010). Studenti se naučí, že robotika a kódování se používají k řešení praktických interdisciplinárních problémů. Například v aktivitě Coral Reef Cleanup Activity mají studenti za úkol navigovat svého robota kolem korálového útesu, aby nasbírali co nejvíce odpadků, než se jejich solárně nabitá baterie vybije. Znečištění je globální problém, který vyřeší studenti zítřka, a zapojení do těchto autentických projektů založených na scénářích pomáhá studentům aplikovat počítačové dovednosti napříč obory.
Obrázek 2 Kontext mise pro Činnost čištění korálových útesů.
Vzhledem k tomu, že studenti jsou odděleni od svých instruktorů, muselo být virtuální prostředí co nejplynulejší, aby se snížila rozdělená pozornost a kognitivní zátěž (Sweller, 2020; Sentz et al., 2019). Studenti mohou do svého projektu přetahovat příkazy a sledovat svého robota, jak se pohybuje po hřišti VR ve stejném okně. Studenti mohou přidat libovolný počet bloků najednou a po každém přidání spustit projekt, aby viděli, jak se jejich robot pohybuje na hřišti. To poskytuje studentům okamžitou zpětnou vazbu a rané pocity úspěchu.
Vzdálené učení navíc vytvořilo praktické překážky, které VR potřebovala překonat. Školní počítače mají často omezení pro stahování aplikací, což způsobuje, že přidávání programu je překážkou za nejběžnějších okolností, natož když jsou studenti vzdáleni od školních počítačů. Studenti však nemusí mít ani přístup ke školním počítačům, aby mohli vykonávat svou práci. Aby se maximalizoval přístup k VR, byl program vytvořen tak, aby byl zcela webový (nevyžaduje stahování ani pluginy) a běžel na mnoha různých typech zařízení, aby se zvýšila pravděpodobnost, že jej studenti budou moci používat.
Výsledek
Údaje o používání. Prezentovaná data poskytuje Google Analytics. Vzhledem k tomu, že VEXcode VR je zcela založen na prohlížeči, existuje řada různých metrik, které poskytují pohled na to, jak bylo toto prostředí virtuálního robota používáno globálně. Od jeho spuštění v dubnu 2020 došlo k nárůstu uživatelů VR měsíčně, což dohromady dosáhlo více než 1,45 milionu uživatelů ve více než 150 zemích.
Obrázek 3 Země s uživateli VR po celém světě.
Vzhledem k časové ose COVID-19 a vydání VR jsme také zkontrolovali používání v průběhu času. Jak je znázorněno na obrázku 4, počty uživatelů rychle vzrostly krátce po vydání, poté se snížily během letních měsíců, kdy byli studenti mimo školu. Typický návrat do školních měsíců (srpen/září) zaznamenal výrazný nárůst, který přetrvával po zbytek školního roku. Pravidelné poklesy počtu uživatelů ukazují na nižší využití o víkendech a během prázdnin.
Obrázek 4. Počet uživatelů v průběhu času od spuštění VR.
Projekt je program, který studenti vytvářejí pro lekci nebo výzvu. Projekty nemusí být uloženy, aby mohly být spuštěny, ale uložený projekt se stáhne, aby se k němu uživatel mohl vrátit později. Uložených programů bylo přes 2,52 milionu. Projekt však nemusí být uložen, aby mohl být spuštěn. Vzhledem k tomu, že VR je zcela založeno na prohlížeči, úpravy projektu a jeho testování probíhají okamžitě výběrem „START“. V softwaru bylo spuštěno více než 84 milionů projektů, což naznačuje, že studenti své projekty testovali v častých intervalech. Díky této smyčce okamžité zpětné vazby měli studenti možnost experimentovat a iterovat mnohem rychlejším tempem ve srovnání s prací s fyzickým robotem. Tento iterativní proces je dobrou indikací pro studentské učení, protože bylo prokázáno, že více iterací udržuje studentské zapojení a zájem (Silk et al., 2010).
| Data VEXcode VR | |
| Uživatelé | 1,457,248 |
| Uložené projekty | 2,529,049 |
| Spustit projekty | 84,096,608 |
| země | 151 |
Stůl 1. Všechna data o využití VEXcode VR od dubna 2020 do dubna 2021.
Certifikační údaje. Kromě samotného programu VR a osnov, které ho doprovázejí, zahrnuje VR bezplatné školení učitelů nazvané CS s certifikačním kurzem VEXcode VR Educator. Od svého spuštění v červnu 2020 dokončilo více než 550 pedagogů certifikaci, která obsahuje více než 17 hodin učebního plánu a podpory, aby se stali certifikovaným pedagogem VEX. Certifikační kurz obsahuje 10 jednotek materiálů zaměřených na přípravu učitelů, kteří nemusí mít žádné zkušenosti s informatikou nebo robotikou. Obsah zahrnuje témata, jako jsou základy programování, jak kódovat robota VR, jak učit s aktivitami VR a jak implementovat VR ve třídě. Obrázek 5 ukazuje počet certifikovaných pedagogů měsíčně i kumulativně od června 2020 do března 2021. Trendy v datech ukazují zvýšený počet certifikovaných pedagogů kolem školního času, což zahrnuje srpen a září a do října 2020.
Případová studie 1
Aimee DeFoe je ředitelkou Kentucky Avenue School, malé soukromé školy v Pittsburghu v USA, která kombinuje tradiční a inovativní metody výuky a učení. Stejně jako většina škol byla škola Kentucky Avenue narušena COVID-19 a musela určit alternativní plány pro začátek školního roku podzim 2020, aniž by věděla, jak se okolnosti změní. Prvních šest týdnů roku bylo vyučováno zcela virtuálně a zbývající rok probíhal v hybridním formátu s kohortami studentů střídaly dny osobní a vzdálené výuky. I když se studenti učili doma, bylo zásadní, aby se studenti i nadále zapojovali do stejných činností zaměřených na řešení problémů a kritického myšlení jako ve třídě.
Aimee se rozhodla používat VR se svými studenty šesté a sedmé třídy z několika důvodů. Vzhledem k tomu, že virtuální realita byla zcela virtuálním výukovým prostředím, studenti by mohli přecházet mezi domovem a školou, aniž by změny v politice ovlivnily jejich vzdělávací aktivity. Prostředí blokového kódování nebylo pro studenty, kteří s kódováním noví, zastrašující, a byly zde aktivity navržené pro různé úrovně zkušeností. Také věřila, že studenti budou považovat roboty VR za vzrušující a motivující – což považovala za pravdu. Když přemýšlela o tom, co doufala, že studenti získají z VR, Aimee uvedla:
Doufal jsem, že používání VR bude stejně přísné, náročné a vzrušující jako používání fyzických robotů a že moji studenti nebudou mít pocit, že přicházejí o zkušenost, ale spíše získají nový druh kódovací zkušenosti, která byla právě jako vzrušující. Chtěl jsem, aby pocítili stejný druh úspěchu, jaký by cítili ve třídě, když musí opakovat a vytrvat ve výzvách a pak konečně dosáhnout úspěchu.
Jako jediná učitelka robotiky učila Aimee jednou týdně mezi začátkem školy a zimními prázdninami 23 studentů, celkem 15 lekcí. Studenti začali kurzem „Informatika první úrovně – bloky“. Aimee pracovala přes první jednotku se studenty jako skupina, ale ve zbývajících lekcích nechala studenty pracovat svým vlastním tempem a fungovala jako facilitátor. Většina studentů dokončila mezi sedmi a devíti jednotkami s další aktivitou na čištění oceánů.
Aimee zjistila, že studenti byli velmi motivováni výzvami v hodinách; natolik, že bylo někdy obtížné přimět je k systematickému propracování lekce. Někteří studenti, kteří měli problémy s pozorností nebo čtením, potřebovali další podporu a koncepty větší než/méně než a booleovské představy byly náročné. Většina studentů však měla správné množství výzev, boje a úspěchu. Studenti byli po návratu do třídy nadšeni myšlenkou práce s fyzickými roboty. Po práci s VR Aimee poznamenala: „Všichni bez pochyb opouštěli třídu jako sebevědomější kodér.“
případová studie 2
Mark Johnston vyučuje sedmé a osmé ročníky na střední škole Bel Air v El Pasu v USA. Ve svém kurzu STEM 1 Mark vyučuje kurzy Project Lead the Way Gateway o automatizaci a robotice a designu a modelování pro přibližně 100 studentů. Kurz STEM 1 zahrnoval robota VEX IQ pro výuku základní mechaniky a základního kódování pomocí VEXcode IQ (plastová robotická sada pro mladší studenty). Tento kurz se vyučuje v podzimním semestru, takže počáteční přerušení COVID-19 na jeho robotiku na jaře neovlivnilo. V dubnu 2020 však Mark viděl robota VEX VR a začal s ním pracovat. „Když jsem viděl, že VR používá stejné nastavení (tj. VEXcode), byl jsem nadšený, protože jsem viděl potenciál – jako dílek skládačky, o kterém jsem VĚDĚL, že bude dokonale zapadat do toho, co jsem již dělal. Když byla VR aktualizována tak, aby zahrnovala Python, byl jsem ještě nadšenější.“ Mark vytvořil výuková videa pro ostatní učitele a shromáždil velké množství fanoušků na platformách sociálních médií. Mark prostřednictvím své vlastní neziskové vzdělávací společnosti nabídl studentům zdarma letní tábor pro virtuální realitu, kromě školení učitelů v rámci přípravy na školní rok 2020/21.
Nejisté okolnosti výuky ztěžují plánování. „Když jsem si uvědomil, že dálkové studium bude pokračovat i ve školním roce 2020/21, rozhodl jsem se nejprve učit design a poté robotiku… , ale ve vzduchu bylo tolik věcí, že bylo těžké něco plánovat. Nevěděl jsem, jestli se vrátíme osobně nebo budeme pokračovat online – v té době bylo jasných jen velmi málo informací. Nakonec jsem jen míchal robotiku a design dohromady a plánoval jsem jeden nebo dva dny předem.“ Mark začal VR používat na začátku školního roku (který by zůstal 100% vzdálený až do roku 2021) výběrem různých aktivit z webu, což fungovalo dobře, protože existovaly různé úrovně zkušeností a upravitelné pokyny. Když byl vydán kurz Computer Science Level 1 – Blocks, provedl ho studenty celý, i když poznamenal, že příště lekce rozdělí do kratších přednášek. Používání VR bylo ze své podstaty jiné než osobní lekce robotiky, ale přesto existoval soubor klíčových cílů, které měl Mark pro tyto lekce:
- Seznamte studenty s VEXcode
- Budujte důvěru v programování (self-efficacy)
- Představte programátorské nápady/slovní zásobu neohrožujícím způsobem
- "Napálit" je, aby používali matematiku, aniž by si to uvědomovali ;)
- Požádejte studenty, aby vyřešili dobře definované problémy s danými omezeními
- Uvádějte špatně definované problémy
- Povzbuzujte postoj „selhejte a zkuste to znovu“.
- Mějte řešení problémů zábavné
Zatímco virtuální zážitek byl jiný, Mark našel výrazné výhody používání VR. Studenti se mnohem méně báli experimentování s VR oproti RobotC (jiný kódovací jazyk používaný s jinými roboty). Mark také používá měření toho, jak dlouho studentům trvá získat „výhru“, aby určil, jak dobrá je aktivita STEM, a poznamenává, že „pokud studentovi trvá příliš dlouho, než dosáhne pozitivního výsledku, je mnohem těžší je udržet. zasnoubený."
Ve VR byla bezprostřednost, která podporovala průzkum a aktivní zapojení. Mark popisuje tento typ „výhry“ na příkladu představení VR studentům:
Já: „Všichni otevřete novou kartu a přejděte na vr.vex.com. Vidí stránky všichni? Dobrý. Nyní přinuťte robota, aby jel vpřed."
Student: "Jak?"
Já: "Podívej se, jestli dokážeš přijít na…"
Student: "Přišel jsem na to!"
A pak jsou zaháknutí! V té době se mě mnoho z nich ptá, jak dělat různé věci. Doslova mě žádají, abych je to naučil!
Výsledky a diskuse
VR jako výukový nástroj. Údaje o používání a případové studie poskytují pohled na první výzkumnou otázku o tom, jak VR fungovala jako nástroj pro učení během pandemie COVID-19. Nejjednodušší výsledek je z pouhého objemu použití; platformu VR využívalo více než milion studentů po celém světě, což naznačuje, že virtuální robotické prostředí fungovalo dobře jako náhrada za osobní učení během krizových situací. Počet spuštěných projektů (84+ milionů) byl také překvapivým zjištěním při zohlednění počtu jednotlivých uživatelů. Uživatelé v průměru dokončili 57 běhů projektů, což vykazovalo vysoký stupeň testování a opakování. To je velmi slibný výsledek vzhledem k tomu, jak je důležité u studentů rozvíjet postoj „zkuste a zkuste znovu“. Existuje několik možných způsobů, jak vyřešit aktivity VR, což je pro studenty kritická lekce. Když studenti pochopí, že existuje více řešení problému, může se zvýšit pravděpodobnost, že studenti budou vyžadovat zpětnou vazbu od učitelů a také že budou lépe rozumět tomu, co se učí (Marzano et al., 2011).
Z případových studií je také potvrzeno, že VR funguje jako nenáročné vzdělávací prostředí. Aimee poznamenala, že její studenti byli sebevědomějšími kodéry a těšili se na práci s fyzickými roboty. Mark si všiml, že studenti se při kódování ve VEXcode VR méně báli experimentování a že v tomto prostředí měli pocit „vítězství“ bezprostředně. Když vezmeme v úvahu tato pozorování učitelů ve spojení s nezpracovanými daty o používání, zdá se, že potvrzujeme, že prostředí virtuálního robota umožňuje studentům volněji experimentovat a opakovat během procesu učení a zvyšuje pozitivní vnímání robotiky obecně.
Lekce od učitelů. Když se zamyslíme nad druhou výzkumnou otázkou, jaké poznatky mohou učitelé poskytnout o implementaci VR do třídy, můžeme z případových studií identifikovat několik společných rysů. Obě případové studie odhalily informace o tom, jak se učitelé rozhodovali a implementovali řešení během COVID-19, ale také o tom, co bylo potřeba, aby bylo studentům poskytnuto efektivní řešení výuky ve virtuálním a hybridním prostředí. Tato témata zahrnují flexibilní řešení, kontinuitu a učební osnovy a podporu. Tato zjištění by měla být považována za požadavky na všechna technologická řešení, protože podpůrní učitelé podporují studenty.
Vzhledem k nejistotě ohledně podmínek výuky Mark i Aimee poznamenali, že potřebují flexibilní řešení. Vzdělávání na dálku by se mohlo změnit na výuku tváří v tvář nebo nějakou formu mezi tím. VR mohla být nadále používána v jakémkoli prostředí, ale také nabídla flexibilitu ve svém přístupu. Studenti se mohli zapojit do strukturovaných lekcí vedených učitelem, jak to Mark používal s aktivitami a kurzem, nebo do učení vedeného studenty vlastním tempem, jak popsala Aimee. Učitelé také potřebovali flexibilitu na úrovni zkušeností, a to jak z hlediska činností, tak typu nabízených programovacích jazyků, aby vyhovovaly potřebám všech studentů.
V obou případových studiích byla jako důležitá kontinuita učení. Aimee poznamenala, že po práci ve VR byli studenti nadšeni z práce s roboty VEX V5, kteří čekali na obnovení osobního učení. VR sloužila jako odrazový můstek k práci s fyzickými roboty a zvyšovala vzrušení studentů a pozitivní vnímání. Mark také poznamenal, že kontinuita VEXkódu od VR k IQ byla pro něj velmi důležitá: „Nemohu vám říct, jak úžasné je, že VEX má velmi snadno sledovatelný postup od 3. třídy na vysokou školu, vše pomocí VEXcode! A s VR se to mohou začít učit z domova!“
Kurikulum a podpora byly jednoznačně rozhodující pro úspěch VR v této vyvíjející se výuce v učební situaci. Jednotky VR poskytovaly studentům veškerý obsah, který se měli učit, a také materiál potřebný k výuce lekcí. Ne všichni učitelé mají vzdělání v informatice a kódování. Aimee poznamenala, že blokový program pro ni kromě jejích studentů také nebyl zastrašující. Mark také řekl, že nebyl zvyklý tolik učit informatiku a že se před výukou musel naučit sám. Mark však uznal: „Pokud by se věci měly zítra vrátit do „normálu“, budu nyní moci učit programovací části své třídy s větší jistotou. Podpora učitelů pro učební osnovy a programování VR jsou zásadní pro implementaci VR ve třídě.
Digitální učení není jen pro studenty; učitelé také oslovují, aby se dozvěděli o vyučovacích postupech a zdrojích prostřednictvím technologií a sociálních médií. Učitelé v téměř 50 zemích dokončili certifikaci VR. Kolem VR se formuje globální komunita praktiků. Mark začal zveřejňovat videa o VR na sociálních sítích a rychle měl více než tisíc sledujících; díky své práci s VR se spřátelil s učiteli ve Slovinsku a na Tchaj-wanu. Když učitelé sdílejí své zkušenosti a praxi, studenti v konečném důsledku těží z těchto neformálních skupin na podporu učitelů. Komunity praxe by mohly poskytnout most mezi současnou dostupností vzdělávací robotiky a začleněním této technologie do formálního vzdělávání učitelů. Jak se stále více učitelů seznamuje se vzdělávací robotikou prostřednictvím profesního rozvoje, jako je například více než 550 učitelů, kteří absolvovali certifikační kurz, nebo prostřednictvím neformálních vzdělávacích komunit, bude více studentů seznamováno s integrovaným učením STEM.
Závěr
VEXcode VR vznikl v době velké nejistoty a velké potřeby okamžitých řešení. Inovativní řešení mohou přijít z naléhavých situací. VR se dotkla více než 1,45 milionu uživatelů, kteří zachránili více než 2,52 milionu projektů a provozovali více než 84 milionů projektů – ve více než 150 zemích. Přestože pandemie zasáhla studenty a učitele po celém světě, VR umožnila studentům a učitelům zapojit se do konceptů robotiky a informatiky bez ohledu na fyzické překážky. Z případových studií učitelů byla identifikována témata flexibility, kontinuity, kurikula a podpory jako důležitá pro výuku s technologií v tak nejistých a náročných podmínkách.
Posuneme-li se v této bezprecedentní době kupředu, ponaučení získaná z vytváření a implementace VR naznačují možnosti jejího využití v budoucnu. Údaje o používání v kombinaci s případovými studiemi učitelů ukazují, že studenti se cítili méně inhibováni iterací při kódování ve virtuálním prostředí. To naznačuje, že VR může být cenným nástrojem lešení, který by mohl být použit ve spojení s fyzickými roboty. To je podporováno také potřebou flexibility; použití VR jako učebního nástroje v kombinaci s fyzickým robotem by mohlo poskytnout optimální, flexibilní prostředí pro robotické učení, kde jednoduchá domácí možnost doplňuje osobní učební osnovy fyzické robotiky. Těšíme se na budoucí výzkum, abychom zjistili, jak by učitelé mohli kombinovat virtuální a fyzickou robotiku v postpandemickém světě.
Poděkování
Děkujeme Aimee DeFoe a Marku Johnstonovi za to, že se podělili o své pedagogické zkušenosti a cenné poznatky.