Resumen
La robótica educativa tiene el potencial de convertirse en una piedra angular de la educación STEM por su capacidad para proporcionar aprendizaje práctico basado en proyectos a través de un plan de estudios interdisciplinario. La investigación ha demostrado que las actitudes de los estudiantes hacia el aprendizaje de STEM disminuyen a medida que progresan a través de nuestro sistema educativo; cultivar actitudes positivas hacia los temas de STEM es crucial en los estudiantes de primaria. Se ha demostrado que la integración del plan de estudios de robótica con las materias STEM tiene muchos beneficios de aprendizaje positivos para los estudiantes, al tiempo que mejora las percepciones de los estudiantes sobre estos temas. En este estudio, 104 estudiantes de tercer a quinto grado participaron en un proyecto de investigación para identificar si las percepciones de los estudiantes sobre los temas STEM cambiarían después de seis semanas de plan de estudios de robótica. Los estudiantes recibieron una encuesta previa para evaluar las actitudes sobre matemáticas, ciencias, ingeniería y habilidades del siglo XXI. Luego, cada grado completó un plan de estudios de robótica utilizando el paquete de aula de robots VEX GO y los laboratorios y actividades STEM del plan de estudios Vex GO. Después de las seis semanas de clases, los estudiantes recibieron las mismas preguntas posteriores a la encuesta para evaluar si sus actitudes habían cambiado. Los resultados muestran una mejora significativa en las actitudes de los estudiantes en todas las materias STEM, así como mejoras percibidas en la creatividad, el compromiso, el trabajo en equipo y la persistencia.
Introducción
La robótica se ha integrado cada vez más en las escuelas primarias y secundarias de los Estados Unidos en los últimos años, impulsada por informes y políticas nacionales. En 2015, la National Science Foundation declaró que la adquisición de conocimientos y habilidades de ciencia, tecnología, ingeniería y matemáticas (STEM) es cada vez más vital para que los estadounidenses participen plenamente en una economía global intensiva en tecnología, y que es fundamental que todos tengan acceso a una educación de alta calidad en temas STEM. La robótica educativa no es simplemente una tendencia popular en la tecnología educativa, sino que se ha demostrado a través de la investigación que es efectiva para mejorar las percepciones de los estudiantes sobre las materias STEM, así como los resultados del aprendizaje. Un metaanálisis (Beniti, 2012) encontró que, en general, la robótica educativa aumentó el aprendizaje para conceptos STEM específicos. Las investigaciones centradas en diferentes grupos de edad revelaron que la robótica aumenta el interés de los estudiantes y las percepciones positivas de las asignaturas STEM (Nugent et al., 2010; Robinson, 2005; Rogers & Portsmore, 2004), y otras investigaciones encontraron que esto a su vez aumenta el rendimiento escolar y fomenta el rendimiento en ciencias (Renninger & Hidi, 2011; Wigfield & Cambria, 2010; Tai et al., 2006). Para los estudiantes de secundaria, la robótica se ha utilizado para apoyar la preparación universitaria y las habilidades profesionales técnicas (Boakes, 2019; Ziaeefard et al., 2017; Vela et al., 2020).
El Comité de Educación STEM del Consejo Nacional de Ciencia y Tecnología presentó un informe en 2018 para esbozar una estrategia federal para la educación STEM interdisciplinaria: "El carácter de la educación STEM en sí ha evolucionado de un conjunto de disciplinas superpuestas a un enfoque más integrado e interdisciplinario para el aprendizaje y el desarrollo de habilidades. Este nuevo enfoque incluye la enseñanza de conceptos académicos a través de aplicaciones del mundo real y combina el aprendizaje formal e informal en las escuelas, la comunidad y el lugar de trabajo ". La robótica educativa no debe enseñarse como un tema independiente, sino más bien, aprovechar al máximo un enfoque curricular interdisciplinario. Los investigadores han encontrado un espectro de beneficios para incorporar la robótica en el currículo escolar existente, desde el desarrollo y la aplicación del conocimiento STEM, hasta el pensamiento computacional y las habilidades de resolución de problemas, hasta las habilidades sociales y de trabajo en equipo (Altin & Pedaste, 2013; Bers et al., 2014; Kandlhofer & Steinbauer, 2015; Taylor, 2016). Benitti (2012) descubrió que la mayoría de los programas de robótica se enseñaban como una asignatura propia, lo que dificultaba que los docentes la integraran en su aula. Uno de los objetivos de este estudio de investigación es evaluar las actitudes de los estudiantes hacia los temas STEM utilizando un plan de estudios de robótica que combina la construcción y programación de robótica con contenido de matemáticas, ciencias e ingeniería alineado con los estándares.
La introducción de la robótica educativa ha sido especialmente útil para los estudiantes jóvenes, que pueden comenzar a formar actitudes negativas hacia las materias STEM ya en cuarto grado (Unfried et al., 2014). Los estudiantes jóvenes se benefician de un contexto de aprendizaje integrado y desarrollan actitudes más positivas hacia las materias STEM con experiencias tempranas de éxito (McClure et al., 2017). Cherniak et al. (2019) encontraron que la introducción de la robótica a los estudiantes de primaria ayuda a desarrollar habilidades de investigación y resolución de problemas. En un estudio de Ching et al. (2019), los estudiantes de primaria superior fueron introducidos a un plan de estudios integrado de robótica STEM en un programa extraescolar. Utilizando un instrumento de encuesta (Friday Institute for Educational Innovation, 2012), se midieron las actitudes de los estudiantes hacia las matemáticas, las ciencias y la ingeniería antes y después del programa. Los resultados mostraron que solo el constructo matemático aumentó significativamente. Ching et al. identificaron que estos resultados eran consistentes con otras investigaciones de entornos de aprendizaje informal y programas piloto cortos (una semana) (Conrad et al., 2018; Leonard et al., 2016). Ching et al. también notaron otras dificultades que pueden haber impactado los resultados nulos para otras materias: los estudiantes tuvieron dificultades para construir los robots, tomando hasta cuatro sesiones de 90 minutos para completarlos. La dificultad para comprender las instrucciones de construcción y la construcción de robots también ha sido un desafío reportado para los estudiantes de primaria superior en otros estudios (Kopcha et al., 2017), y los investigadores han observado que una sólida comprensión de los diversos componentes robóticos es necesaria para la construcción robótica (Slangen et al., 2011). Ching et al. (2019) afirmaron: “En el futuro, cuando un objetivo de aprendizaje implique la construcción de un robot original y funcional, se recomienda encarecidamente que los estudiantes desarrollen una comprensión profunda de los diversos componentes de los robots antes de embarcarse” p. 598. Estas ideas dejan en claro que es especialmente importante que los niños pequeños tengan experiencias tempranas de éxito con el aprendizaje STEM, y el uso de un kit robótico que sea fácil de aprender y construir es un componente valioso de la implementación de un plan de estudios robótico para que todos los estudiantes logren el éxito.
En este estudio, investigamos cómo un plan de estudios de robótica interdisciplinario, impartido como parte del día escolar, afectó las actitudes de los estudiantes hacia las materias STEM. Las preguntas de investigación son:
- ¿Cómo impactó un plan de estudios interdisciplinario de robótica de seis semanas en las actitudes de los estudiantes hacia las materias STEM?
- ¿Qué tipo de beneficios o aprendizajes percibidos se observan a medida que los estudiantes trabajan en el plan de estudios de robótica?
La investigación continua de cómo la robótica puede beneficiar a los estudiantes de primaria superior es cada vez más importante para mejorar las percepciones de los estudiantes sobre STEM y, con suerte, mejorar el compromiso y los resultados. En este estudio, nuestro objetivo es contribuir a la investigación investigando:
- estudiantes de tercer a quinto grado
- un plan de estudios de robótica integrado en la jornada escolar y entregado durante seis semanas
- lecciones interdisciplinarias de robótica que se alinean con los estándares STEM
- un kit de robótica diseñado para estudiantes de primaria
Métodos
Este estudio se realizó en un distrito escolar público en el oeste de Pensilvania con 104 alumnos en total en tres grados. El maestro que desarrolló e impartió el plan de estudios de robótica sirve como integrador de tecnología primaria para el distrito y ve a los alumnos en un horario rotativo. Este estudio incluye datos tanto cuantitativos como cualitativos. Los estudiantes respondieron preguntas de la encuesta para evaluar empíricamente sus actitudes hacia los temas STEM antes y después de un plan de estudios de robótica. Además, la maestra mantuvo un diario donde registró notas y reflexiones sobre el comportamiento y el aprendizaje de los estudiantes durante los laboratorios de STEM y las actividades que completaron.
Encuesta previa. Para evaluar las percepciones de los estudiantes sobre los temas de STEM, los estudiantes completaron la Encuesta de Actitudes de los Estudiantes hacia STEM - Estudiantes de la Escuela Primaria Superior (Friday Institute for Educational Innovation, 2012). Para ayudar a facilitar el proceso a los estudiantes, la maestra recreó los elementos de la encuesta en forma de tabla y eliminó la opción neutral que creía que causaría confusión a los estudiantes al responder.
Las cartas que describen el proyecto de investigación y los formularios de consentimiento se enviaron a casa con los estudiantes para su revisión por parte de los padres. Para participar en este estudio de investigación, los estudiantes debían devolver un formulario de consentimiento firmado. El instrumento de la encuesta se imprimió y distribuyó a los alumnos en una clase presencial. Los estudiantes que devolvieron el formulario de consentimiento respondieron la encuesta, mientras que a los estudiantes que no lo hicieron se les dio otra actividad durante ese tiempo. Las instrucciones se leyeron en voz alta a los alumnos y se definieron algunos términos cuando se les solicitó. Las encuestas fueron realizadas por estudiantes de tercer, cuarto y quinto grado de lunes a miércoles de la misma semana.
En el momento en que se entregó la primera encuesta, se había presentado a los estudiantes el kit robótico utilizando el laboratorio de Introducción a la Construcción y la lección para construir el carácter del astronauta. No se habían completado otros laboratorios STEM y, debido a la pandemia de COVID-19, los estudiantes no habían recibido un plan de estudios de robótica en el año y medio anterior. Esto brindó la oportunidad de evaluar cómo se sentían los estudiantes sobre los temas de STEM sin experiencia reciente con el plan de estudios de STEM que da forma a sus respuestas.
El maestro señaló que los estudiantes de diferentes grados respondieron a las encuestas de manera diferente. Los estudiantes de quinto grado respondieron la encuesta rápidamente y con pocas preguntas. Los estudiantes de cuarto grado pidieron muchas definiciones para los términos. Los alumnos de tercer grado tuvieron más dificultades con la terminología y tardaron más en completar la encuesta.
Plan de estudios y robot de aprendizaje STEM. El maestro integrador de tecnología primaria tenía muchas herramientas robóticas y de programación recopiladas para su uso en el distrito, pero optó por implementar un plan de estudios de seis semanas con el robot VEX GO para las clases de pensamiento computacional y ciencias de la computación que pudieron tener al final del año escolar 2021. El robot VEX GO es un kit de piezas de plástico que pueden ser manipuladas por estudiantes de primaria, que tienen diferentes requisitos de motricidad fina que los estudiantes mayores. El kit está codificado por colores para ayudar a los estudiantes a comprender el tamaño de las piezas y organizado por tipo: vigas, vigas angulares, placas, engranajes, poleas, conectores, separadores y pines. La maestra usó un solo paquete de aula (diez kits) para atender todas las secciones de tercer, cuarto y quinto grado que enseñó. Compartir kits de robots desde una perspectiva de implementación en el aula significaba que los estudiantes tenían que poder completar la lección y guardar su robot en un solo período de clase, para que otra clase pudiera usarlos más tarde. El maestro también tenía que poder trasladarse a diferentes aulas para diferentes grados a lo largo del día.
Cada nivel de grado completó seis semanas de laboratorios de robótica STEM. Debido a la situación de aprendizaje atípica provocada por COVID-19, los estudiantes rotaron a través de un horario de lecciones en persona tres veces en una rotación de diez días. No todos los estudiantes fueron vistos exactamente el mismo número de veces, dependiendo de su horario y factores externos. La maestra abordó esto a través de la diferenciación: “Con esto en mente, traté de buscar realmente diferenciar para cada aula. No quería acumular tantas lecciones en cada nivel de grado, sino profundizar en las lecciones para comprenderlas ". Los estudiantes de quinto grado fueron los menos vistos. La maestra señaló que era difícil enseñar a los estudiantes de quinto grado al final de su carrera de primaria, ya que tenían tantos eventos programados en las semanas previas a su graduación.
Si bien todos los alumnos completaron un conjunto de laboratorios y actividades STEM de robótica VEX GO durante esas seis semanas, el plan de estudios se diferenció a discreción del maestro, para adaptarse a las habilidades de los alumnos de diferentes edades. Por ejemplo, todos los estudiantes comenzaron su plan de estudios de robótica con el Laboratorio de Introducción a la Construcción de STEM, ya que este laboratorio presenta el kit de robótica. Todos los estudiantes también completaron el Laboratorio STEM Look Alike, que enseña cómo los rasgos se transmiten genéticamente de los conejitos padres a los conejitos bebés. Luego, cada grado completó un conjunto diferente de laboratorios y actividades:
- Tercer grado: Introducción a la construcción, Look Alike, Fun Frogs (2 lecciones), Adaptation Claw, VEX GO Actividades: Lunar Rover, Pin Game, Engineer It & Build It, Copycat, Habitat, Creature Creation y tiempo libre de construcción
- Cuarto grado: Introducción a la construcción, Unidad de máquinas simples (4 lecciones), Aspecto similar, Garra de adaptación, Actividades VEX GO: Lunar Rover, Juego de clavijas y tiempo de construcción libre
- Quinto grado: Introducción a la construcción, Look Alike, Fun Frogs (2 lecciones), Adaptation Claw, VEX GO Actividades: Lunar Rover, Pin Game, Engineer It & Build It, Copycat, Habitat, Creature Creation y tiempo libre de construcción
Los laboratorios STEM son actividades estructuradas que guían a los estudiantes a través de una lección interdisciplinaria y alineada con los estándares que proporciona contexto para una construcción robótica, discusiones en clase, experimentación y mejora iterativa. Los laboratorios se organizan como con las secciones Involucrar, Jugar y Compartir que guían a los estudiantes a través de la lección. Las actividades son más cortas que un laboratorio STEM y varían en tema y estructura, a menudo proporcionando desafíos abiertos con menos instrucciones.
Después de la encuesta. Después de la finalización del plan de estudios, que coincidió con el final del año escolar, los estudiantes recibieron la encuesta posterior de la misma manera que la encuesta previa. Una vez que se recopilaron las encuestas posteriores, el maestro anonimizó y registró los datos en preparación para el análisis.
Análisis de datos. Los elementos de la encuesta se evaluarán utilizando los métodos cuantitativos prescritos. Las opciones de respuesta se calificaron (1 = totalmente en desacuerdo, 2 = en desacuerdo, 3 = de acuerdo, 4 = totalmente de acuerdo) y los elementos específicos se codificaron de forma inversa cuando fue necesario. Se realizaron pruebas t emparejadas en las medias previas y posteriores a la encuesta para cada constructo, para cada grado. El diario del maestro se evaluó mediante un análisis temático, que reveló información sobre el aprendizaje percibido de los alumnos, así como el diseño/las necesidades del plan de estudios.
Resultados
Tercer Grado. Los resultados de la encuesta previa y posterior al tercer grado (Tabla 1) muestran un aumento en las puntuaciones medias para cada una de las áreas de la encuesta. Cada media previa y posterior a la construcción se comparó utilizando una prueba t de dos colas, y todos los resultados fueron significativos (p < 0.001). El aumento medio más pequeño fue para el constructo de actitud de habilidades del siglo XXI, lo que indica que los estudiantes solo variaron ligeramente de su acuerdo original a esos elementos. Los estudiantes tuvieron la puntuación media más baja en el constructo de actitud matemática previo a la encuesta, con una puntuación media de 2.27, pero aumentarían esta puntuación media del constructo en 0.25 en la encuesta posterior. Tanto las construcciones de ciencia como de ingeniería tuvieron aumentos medios de más de 0.6, lo que indica que los estudiantes se sintieron mucho más seguros después del plan de estudios para aumentar su elección. La media previa a la encuesta del constructo de ciencias de 2.8 a 3.44 muestra que los estudiantes originalmente eran una combinación de estar en desacuerdo y estar de acuerdo (2 y 3), pero cambiaron a una combinación de estar de acuerdo y estar totalmente de acuerdo (3 y 4).
Cuadro 1. Resultados de la prueba t pareada previa y posterior a la encuesta de tercer grado (n = 39).
| Par | Variable | Medio | t | Sig (2 colas) |
| Par 1 | Pre Matemáticas | 2.2664 | -8.775 | 0.000 |
| Post Matemáticas | 2.5197 | |||
| Par 2 | Preciencia | 2.7982 | -21.255 | 0.000 |
| Post Ciencias | 3.4415 | |||
| Par 3 | Preingeniería | 3.1228 | -26.504 | 0.000 |
| Postingeniería | 3.7281 | |||
| Par 4 | Habilidades previas al siglo XXI | 3.0000 | -3.894 | 0.000 |
| Habilidades posteriores al siglo XXI | 3.0906 |
Cuarto grado. La Tabla 2 muestra que los estudiantes de cuarto grado también tuvieron aumentos en las puntuaciones medias en todos los constructos, y todos fueron significativos (p < 0.001). Sin embargo, los aumentos fueron menores que los observados con los estudiantes de tercer grado (cambios medios típicamente menores a 0.3), lo que indica que menos estudiantes cambiaron sus respuestas que sus contrapartes más jóvenes. Al igual que los alumnos de tercer grado, el constructo matemático fue la media más baja tanto en la encuesta previa como en la posterior, y las habilidades del siglo XXI tuvieron el menor aumento en las puntuaciones medias. En particular, el constructo de ingeniería tuvo el mayor aumento para estos estudiantes.
Cuadro 2. Resultados de la prueba t pareada previa y posterior a la encuesta de cuarto grado (n = 34).
| Par | Variable | Medio | t | Sig (2 colas) |
| Par 1 | Pre Matemáticas | 2.0871 | -7.136 | 0.000 |
| Post Matemáticas | 2.2652 | |||
| Par 2 | Preciencia | 2.9125 | -7.124 | 0.000 |
| Post Ciencias | 3.1987 | |||
| Par 3 | Preingeniería | 3.0673 | -8.151 | 0.000 |
| Postingeniería | 3.3030 | |||
| Par 4 | Habilidades previas al siglo XXI | 3.6498 | -4.629 | 0.000 |
| Habilidades posteriores al siglo XXI | 3.7003 |
Quinto grado. Las puntuaciones de construcción de los alumnos de quinto grado muestran tendencias diferentes a las de los alumnos de tercer y cuarto grado (Tabla 3). Este grupo tuvo la única disminución en la puntuación media en el constructo de ingeniería, aunque no fue estadísticamente significativa y debido a las puntuaciones medias más altas en sí, no es motivo de preocupación. Las puntuaciones medias del constructo para matemáticas, ciencias y habilidades del siglo XXI aumentaron en un grado menor desde la encuesta previa hasta la encuesta posterior, y fueron significativas en un grado menor (p < 0.01 para matemáticas y ciencias y p < 0.05 para habilidades del siglo XXI).
Cuadro 3. Resultados de la prueba t emparejada previa y posterior a la encuesta de quinto grado (n = 31).
| Par | Variable | Medio | t | Sig (2 colas) |
| Par 1 | Pre Matemáticas | 2.8167 | -3.427 | 0.002 |
| Post Matemáticas | 2.9042 | |||
| Par 2 | Preciencia | 3.2333 | -3.751 | 0.001 |
| Post Ciencias | 3.3111 | |||
| Par 3 | Preingeniería | 3.4259 | 0.810 | 0.425 |
| Postingeniería | 3.3370 | |||
| Par 4 | Habilidades previas al siglo XXI | 3.8296 | -2.350 | 0.026 |
| Habilidades posteriores al siglo XXI | 3.8741 |
Discusión
Actitudes de los estudiantes. Los resultados para estos cuatro constructos mostraron algunos resultados sorprendentes. Las puntuaciones medias en la encuesta previa fueron más altas para los alumnos de quinto grado en todos los constructos que para los alumnos de tercer grado. Los hallazgos de la literatura indican que las actitudes STEM disminuyen con el tiempo. ¿Estos hallazgos niegan eso? No necesariamente. La naturaleza del final del año escolar significó que los estudiantes de quinto grado fueron vistos menos veces mientras asistían a varios eventos que condujeron a su graduación, y menos lecciones pueden haber reducido el impacto en sus actitudes en este momento del año. El maestro también señaló que cada grupo de edad respondió a los elementos de la encuesta de manera diferente. Los alumnos de tercer grado hicieron muchas preguntas y respondieron con entusiasmo general, mientras que los de quinto grado completaron la encuesta rápidamente y con pocas preguntas. La edad de los niños puede estar influyendo en la cantidad de matices que tienen al interpretar las preguntas y proporcionar su respuesta. Los estudiantes más jóvenes pueden estar valorando "de acuerdo" y "totalmente de acuerdo" de manera diferente a los estudiantes mayores, por ejemplo. La maestra agregó un comentario en sus notas específicamente sobre los alumnos de quinto grado y se preguntó si respondieron a los elementos de la encuesta con un sentido de expectativa o en un intento de complacerla. A medida que los estudiantes de primaria mayores se sintonizan más con las expectativas, sus respuestas naturales podrían ser moldeadas por eso.
Lo que queda claro de los resultados es la diferencia que el plan de estudios de robótica de VEX GO tenía en cada grupo de edad. Los alumnos de tercer grado tuvieron grandes aumentos en sus puntuaciones medias en todas las construcciones de dominio (Matemáticas, Ciencias, Ingeniería). Si bien los estudiantes de cuarto grado no tuvieron un aumento tan grande en las puntuaciones medias como los estudiantes de tercer grado, aún así aumentaron constantemente las puntuaciones medias en varias décimas en los constructos de dominio. Los estudiantes de quinto grado, sin embargo, fueron los únicos estudiantes con cambios no significativos en cualquier constructo y valores de significancia inferiores a p < 0.001. Estas diferencias generales entre los estudiantes en diferentes grados indican que el plan de estudios de robótica tuvo un efecto más impactante en las actitudes de los estudiantes más jóvenes que los estudiantes mayores, destacando la importancia de comenzar el plan de estudios de robótica temprano.
Aprendizaje percibido. El diario del maestro registró los laboratorios y las actividades realizadas por cada grupo de estudiantes, así como muchas observaciones de los estudiantes mientras trabajaban en las lecciones. Si bien el instrumento de la encuesta pudo identificar las actitudes de los estudiantes, el análisis temático de las entradas del diario identificó varios temas de aprendizaje percibido consistentes con la literatura de investigación.
Creatividad. Un tema importante de la revista fue la creatividad de los estudiantes. Se mencionó mucho para los estudiantes de tercer grado, pero en los tres grados, se llamó explícitamente a la creatividad por la forma en que los estudiantes se involucraron en Máquinas Simples, Parecer Similares, Creación de Criaturas y Ciclo de Vida de la Rana. La maestra señaló: "El 3er grado estaba muy emocionado de construir una rana. Este nivel de grado quiere ser lo más creativo posible y construir un hábitat realmente permite a los niños abrir esas habilidades nuevamente ". Si bien hay muchos objetivos para los materiales de aprendizaje, estimular la creatividad en los estudiantes es un resultado valioso que aporta muchas otras ventajas.
Compromiso. Proporcionar laboratorios estructurados con temas divertidos y auténticos estimuló la creatividad de los estudiantes, lo que ayudó a aumentar la participación. Comenzando con el laboratorio de Introducción a la Construcción, el maestro señaló que los estudiantes no querían dejar de trabajar. Del mismo modo con el laboratorio Look Alike, descubrió que: "La clase fue muy difícil de terminar. Descubrí que los estudiantes querían seguir y seguir agregando más iteraciones a sus animales.…Descubrí que los niños no querían limpiar, sino continuar agregando a su creación ". Aunque se notó que los estudiantes de tercer grado eran los más entusiastas, describió cómo incluso los estudiantes de quinto grado estaban muy comprometidos con su laboratorio de Máquinas Simples: "Descubrí que a todos los estudiantes les costaba mucho querer guardar las piezas. ¡Nos estábamos divirtiendo demasiado!"
Trabajo en equipo. Los laboratorios VEX GO STEM están diseñados para completarse en equipos, con estudiantes asignados a roles y tareas específicas. Los estudiantes de tercer grado comenzaron con Adaption Claw y el maestro observó: "Los estudiantes también estaban emocionados de dividirse en grupos para que pudieran trabajar juntos, cada uno con su propio trabajo". Para los estudiantes de cuarto grado, señaló de manera similar cómo tener roles ayudó a los estudiantes a ingresar a sus grupos y comenzar rápidamente. También señaló que los estudiantes comenzaron a elegir trabajar juntos en actividades abiertas, como la construcción de hábitats o la construcción del rover lunar.
El maestro también notó varios casos en los que los estudiantes trabajaron espontáneamente juntos como clase. Algunos estudiantes exploraban cosas nuevas con su robot, y cuando "descubrían" algo nuevo, otros estudiantes corrían a verlo y luego lo probaban ellos mismos. Los estudiantes que elegían una actividad divertida del "tablero de opciones" a menudo la compartían con otros estudiantes, quienes cambiaban a esa actividad. Ya sea trabajando en grupos o solos, los estudiantes estaban ansiosos por compartir y ayudarse mutuamente.
Persistencia. No todas las actividades fueron fáciles para los estudiantes. Los estudiantes de tercer grado hicieron el laboratorio de Garra de Adaptación primero después del laboratorio de Introducción a la Construcción. El maestro identificó que el laboratorio estaba un poco avanzado para empezar y lo trasladaría a más adelante en el orden del plan de estudios. Completaron o no la actividad, los grupos persistieron hasta el final.
Descubrí que esta fue una GRAN lección sobre la frustración y la comprensión de que el fracaso es solo una parte del aprendizaje. Hice que cada grupo describiera lo que funcionó y lo que no. Descubrí que muchos grupos realmente se entendían entre sí una vez que escuchaban algunos de los mismos problemas.
Algunas actividades utilizadas también fueron diseñadas para ser abiertas y dar a los estudiantes un desafío a superar. A los estudiantes se les asignó la tarea de crear casas que pudieran soportar un terremoto, pero no se les proporcionaron instrucciones de construcción. Si bien hubo un elemento de frustración involucrado, los estudiantes lo usaron y persistieron en ciclos de mejora iterativos:
¡A los estudiantes les encantó el desafío! Descubrí que los grupos de estudiantes se dieron cuenta de sus errores después de experimentar con un "terremoto" y pudieron rehacer su casa en función de lo que funcionó y lo que no. Me sorprendió lo felices y emocionados que estaban los grupos de tener un desafío que era frustrante y tan satisfactorio una vez que los grupos lo resolvieron.
Plan de estudios. El diario del profesor también reveló muchas ideas sobre la importancia de la diferenciación en el plan de estudios de robótica. Cada grupo de estudiantes completó el laboratorio Intro to Building STEM, que presentó el kit VEX GO y todas las piezas dentro de él. Todos los alumnos también completaron el laboratorio STEM Look Alike, que enseña a los alumnos sobre los rasgos al hacer que construyan conejitos de padres y bebés con diferentes rasgos. Si bien algunos laboratorios se completaron para cada grado, hubo diferenciación por grupo de edad. Los alumnos mayores de cuarto y quinto grado completaron la unidad de laboratorio Simple Machines, mientras que los de tercer grado completaron el laboratorio Fun Frogs. Los estudiantes de tercer grado también completaron más de las actividades independientes que los de grados anteriores, ya que el maestro señaló que estas eran beneficiosas para las habilidades de los estudiantes más jóvenes. El maestro también utilizó las actividades para los alumnos mayores cuando los grupos terminaron los laboratorios temprano, una necesidad en el aula para mantener a los alumnos ocupados cuando los grupos trabajan a diferentes velocidades. Tener muchas opciones tanto para el laboratorio como para la diferenciación de actividades fue un valioso activo curricular para la implementación exitosa de un programa de robótica en el aula.
Los laboratorios interdisciplinarios también fueron un beneficio, según el diario del maestro. Los estudiantes de tercer grado estaban entusiasmados con los laboratorios temáticos de ciencias donde pudieron construir y evolucionar animales y sus hábitats. El primer laboratorio de animales que completaron los estudiantes de tercer grado fue el laboratorio Look Alike, donde pudieron crear conejos y transmitir rasgos. La maestra notó lo mucho que a los estudiantes les encantaba hacer animales y querían explorar diferentes variaciones. Esto llevó al maestro a elegir una actividad llamada Creación de criaturas para su próxima lección para ampliar la creatividad de los estudiantes. Cuando los estudiantes trabajaban en el laboratorio Fun Frogs, notó lo emocionados y creativos que estaban los estudiantes, con el beneficio adicional de una barrera de entrada baja para desarrollar habilidades.
A los niños les encantaba hacer y aprender sobre el ciclo de la rana. Vi a los niños obtener experiencia práctica con temas de ciencias que habían aprendido en un libro de texto. Hablé con la maestra de 3er grado para colaborar más el próximo año para tratar de enseñar esto cuando esté enseñando sobre hábitats.
Los estudiantes de cuarto grado completaron la unidad de laboratorio de Máquinas Simples. La maestra notó lo entusiastas que eran los estudiantes porque tenían conocimiento de máquinas simples de su otra clase. Preguntaron cómo los ingenieros usaban máquinas simples y se les dio tiempo para investigar. La maestra señaló:
El cuarto grado se centra en máquinas simples en ciencias, por lo que este laboratorio STEM fue muy adecuado para este nivel de grado. Encontré que las caras de ese niño se iluminaron cuando dije que haríamos palancas. La mayoría de estos estudiantes habían hecho una hoja de trabajo, pero no una investigación práctica. Le dije a la profesora de ciencias que colaboraremos más el próximo año para que yo enseñe en este laboratorio de STEM cuando ella enseñe máquinas simples.
Los alumnos de quinto grado también completaron la unidad de laboratorio de Máquinas Simples, pero su edad y experiencia mostraron cómo se relacionaron con ella de manera diferente a los alumnos de cuarto grado. La maestra señaló que este grupo de alumnos terminó temprano y usó las actividades del "tablero de opciones" para explorar por su cuenta.
El 5 .º grado necesita actividades emocionantes y atractivas, y este laboratorio STEM cumple con los requisitos. Descubrí que los estudiantes querían subirse al piso y experimentar cómo levantar diferentes pesos usando la palanca. También descubrí que, a diferencia de 4 .º grado, estos estudiantes tenían conocimientos previos y llevaron el Laboratorio STEM al siguiente nivel agregando pesos y brindando al Laboratorio STEM una experiencia de aprendizaje auténtica de grupo a grupo.
Los estudiantes de cada grado se beneficiaron de tener un enfoque interdisciplinario en el plan de estudios de robótica. Ser capaz de conectar la robótica con la ciencia, las matemáticas o la ingeniería no solo ayudó a involucrar a los estudiantes, sino que les proporcionó una base para explorar conceptos con una comprensión más profunda. Las notas del profesor indican varias áreas en las que el plan de estudios de robótica se puede incorporar o sincronizar con las lecciones impartidas en otras asignaturas, lo que podría ser un valioso siguiente paso para integrar la robótica en todas las disciplinas de una manera auténtica.
Conclusión
A medida que aumenta el uso de la robótica educativa en las aulas de todo el país, es vital investigar cómo la robótica beneficia a los estudiantes, así como las lecciones aprendidas de la práctica de enseñar un plan de estudios de robótica. Este estudio reveló que un plan de estudios de robótica mejoró las actitudes de los estudiantes en casi todas las materias STEM para todos los grados. Además, el maestro percibió categorías de aprendizaje adicionales para los estudiantes en áreas como la creatividad, el compromiso, el trabajo en equipo y la persistencia.
Para continuar explorando cómo la robótica educativa puede ser más beneficiosa para los estudiantes en las aulas reales, debemos continuar aprendiendo directamente de los maestros que implementan el plan de estudios. Reflexionando sobre toda la experiencia, la maestra proporcionó sus conclusiones generales:
Descubrí que si los niños querían aprender más, nosotros aprendíamos más. Quería que esto fuera agradable y que cada aula fuera honestamente completamente diferente (lo cual es totalmente normal). Algunos estudiantes querían aprender más sobre cómo construir donde otros querían separarse y crear su propio monstruo o criatura. Descubrí que 3er grado estaba tan comprometido que era difícil terminar las lecciones. A 4 .º grado le entusiasmó mucho aprender sobre las lecciones de STEM, como máquinas simples que se conectan con su propio plan de estudios de ciencias. A 5 .º grado le encantó el desafío de codificar, construir y aprender sobre Mars. Creo que la gran parte fue que cada aula a veces necesitaba más tiempo con un laboratorio STEM o más tiempo para explorar y se lo di. Descubrí que cuando los niños están emocionados, es mejor correr con esa emoción y profundizar en lugar de seguir adelante.
Este estudio también proporcionó información significativa sobre la implementación de un plan de estudios interdisciplinario de robótica. Como un programa de seis semanas, los estudiantes pudieron completar muchos laboratorios y actividades diferentes. Esto indica que la duración del plan de estudios podría afectar razonablemente el éxito que tiene en cambiar las actitudes STEM de los estudiantes. El andamiaje y la diferenciación de las lecciones también fueron clave para el éxito del plan de estudios. La maestra descubrió que los estudiantes de diferentes edades tenían diferentes habilidades y necesidades, y que podía ajustar los planes de estudio fácilmente para cada grado. El kit de robot VEX GO en sí también se adaptaba bien a las necesidades de los estudiantes. Los estudiantes pudieron seguir fácilmente las instrucciones, construir las partes y aprender cómo funcionaban y se conectaban las piezas. Los estudiantes podrían completar construcciones y laboratorios en un solo período de clase con tiempo para limpiar, lo cual es una necesidad para hacer que un plan de estudios de robótica funcione en las limitaciones de un día escolar regular. Un kit de robótica diseñado para un grupo de edad de primaria y un plan de estudios interdisciplinario completo son fundamentales para la enseñanza y el aprendizaje de la robótica en un aula real.