Abstracto
La robótica educativa tiene el potencial de convertirse en una piedra angular de la educación STEM por su capacidad de proporcionar aprendizaje práctico basado en proyectos a través de un plan de estudios interdisciplinario. Las investigaciones han demostrado que las actitudes de los estudiantes hacia el aprendizaje STEM disminuyen a medida que avanzan en nuestro sistema educativo; Cultivar actitudes positivas hacia los temas 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 y, al mismo tiempo, 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 temas STEM cambiarían después de seis semanas de plan de estudios de robótica. Los estudiantes recibieron una encuesta previa para evaluar sus actitudes en 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 lecciones, a los estudiantes se les dieron 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 perseverancia.
Introducción
La robótica se ha integrado cada vez más en las escuelas primarias y secundarias de Estados Unidos en los últimos años, impulsada por informes y políticas nacionales. En 2015, la Fundación Nacional de Ciencias afirmó que la adquisición de conocimientos y habilidades en 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 tener acceso a educación de alta calidad en temas STEM. La robótica educativa no es simplemente una tendencia popular en la tecnología educativa, sino que las investigaciones han demostrado que es eficaz 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 de 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 materias STEM (Nugent et al., 2010; Robinson, 2005; Rogers & Portsmore, 2004), y investigaciones posteriores encontraron que esto a su vez aumenta el rendimiento escolar y promueve la ciencia. logro de grado (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 ido evolucionando desde un conjunto de disciplinas superpuestas hacia un enfoque más integrado e interdisciplinario para aprendizaje y 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 al incorporar la robótica en el currículo escolar existente, desde el desarrollo y la aplicación de conocimientos STEM hasta el pensamiento computacional y las habilidades de resolución de problemas, pasando por 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 impartían como una materia propia, lo que hacía más difícil para los profesores integrarla en sus aulas. 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 la 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, quienes 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) descubrieron que introducir la robótica a los estudiantes de primaria ayuda a desarrollar habilidades de indagación y resolución de problemas. En un estudio de Ching et al. (2019), los estudiantes de primaria superior conocieron 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 sólo el constructo matemático aumentó significativamente. Ching et al. identificó que estos resultados eran consistentes con otras investigaciones realizadas en entornos de aprendizaje informal y programas piloto cortos (de una semana) (Conrad et al., 2018; Leonard et al., 2016). Ching et al. También notaron otras dificultades que pueden haber impactado los resultados nulos de otras materias: los estudiantes tuvieron dificultades para construir los robots y tardaron hasta cuatro sesiones de 90 minutos para completarlos. La dificultad para comprender las instrucciones de construcción y construir robots también ha sido un desafío para los estudiantes de primaria superior en otros estudios (Kopcha et al., 2017), y los investigadores han observado que es necesaria una sólida comprensión de los diversos componentes robóticos para la construcción robótica (Slangen et al., 2011). Ching et al. (2019) afirmó: “En el futuro, cuando un objetivo de aprendizaje implique la construcción de un robot original y funcional, es muy recomendable que los estudiantes desarrollen una comprensión profunda de los diversos componentes de los robots antes de embarcarse” p. 598. Estos conocimientos dejan 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 alcancen el éxito. .
En este estudio, investigamos cómo un plan de estudios de robótica interdisciplinario, impartido como parte de la jornada escolar, afectó las actitudes de los estudiantes hacia las materias STEM. Las preguntas de investigación son:
- ¿Cómo afectó un plan de estudios de robótica interdisciplinario de seis semanas de duración a las actitudes de los estudiantes hacia las materias STEM?
- ¿Qué tipos de beneficios o aprendizaje percibidos se observan a medida que los estudiantes trabajan en el plan de estudios de robótica?
La investigación continua sobre 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 la participación y los resultados. En este estudio pretendemos contribuir a la investigación investigando:
- alumnos de tercero a quinto grado
- un plan de estudios de robótica integrado en la jornada escolar y impartido durante seis semanas
- Lecciones de robótica interdisciplinarias 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 un total de 104 estudiantes en tres grados. El maestro que desarrolló e impartió el plan de estudios de robótica sirve como Integrador de Tecnología de Primaria para el distrito y atiende a los estudiantes en un horario rotativo. Este estudio incluye datos tanto cuantitativos como cualitativos. Los estudiantes respondieron preguntas de una encuesta para evaluar empíricamente sus actitudes hacia los temas STEM antes y después de un plan de estudios de robótica. Además, la maestra llevó un diario donde registró notas y reflexiones sobre el comportamiento y el aprendizaje de los estudiantes durante los laboratorios STEM y las actividades que completaron.
Pre-encuesta. Para evaluar las percepciones de los estudiantes sobre los temas STEM, los estudiantes completaron la Encuesta de Actitudes de los Estudiantes hacia STEM - Estudiantes de Escuela Primaria Superior (Friday Institute for Educational Innovation, 2012). Para ayudar a que el proceso sea más fácil para 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.
Se enviaron a casa con los estudiantes cartas que describían el proyecto de investigación y formularios de consentimiento para que los padres los revisaran. Para participar en este estudio de investigación, los estudiantes debían devolver un formulario de consentimiento firmado. El instrumento de encuesta fue impreso y distribuido a los estudiantes en una clase presencial. Los estudiantes que devolvieron el formulario de consentimiento realizaron la encuesta, mientras que a los estudiantes que no lo hicieron se les asignó otra actividad durante ese tiempo. Las instrucciones se leyeron en voz alta a los estudiantes y se definieron algunos términos cuando lo solicitaron. Las encuestas fueron realizadas a alumnos de tercero, cuarto y quinto grado de lunes a miércoles de la misma semana.
En el momento en que se realizó la primera encuesta, los estudiantes conocieron el kit robótico mediante el laboratorio de Introducción a la construcción y la lección para construir el personaje 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 durante el año y medio anterior. Esto brindó la oportunidad de evaluar cómo se sentían los estudiantes acerca de los temas STEM sin experiencia reciente con el plan de estudios STEM que moldeara sus respuestas.
El maestro notó 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 de términos. Los estudiantes de tercer grado tuvieron las mayores dificultades con la terminología y fueron los que tardaron más en completar la encuesta.
Plan de estudios de aprendizaje STEM y Robot. El maestro Integrador de Tecnología de Primaria reunió muchas herramientas robóticas y de programación para usar 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. Año escolar 2021. El robot VEX GO es un kit de piezas de plástico que pueden ser manipulados por estudiantes de primaria, que tienen requisitos de motricidad fina diferentes a los de los estudiantes mayores. El kit está codificado por colores para ayudar a los estudiantes a comprender el tamaño de las piezas y está organizado por tipo: vigas, vigas en ángulo, placas, engranajes, poleas, conectores, separadores y pasadores. La maestra utilizó un solo paquete de aula (diez kits) para atender a todas las secciones de tercer, cuarto y quinto grado que ella enseñaba. 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 la misma cantidad de veces, dependiendo de su horario y factores externos. El profesor abordó esto a través de la diferenciación: “Con esto en mente, traté de buscar realmente diferenciar para cada aula. No quería profundizar tantas lecciones en cada nivel de grado, sino profundizar más en las lecciones para comprenderlas”. Los estudiantes de quinto grado fueron los menos vistos. El maestro notó que era difícil enseñar a estudiantes de quinto grado al final de su carrera primaria ya que tenían muchos eventos programados en las semanas previas a su graduación.
Si bien todos los estudiantes completaron una serie de laboratorios y actividades de robótica STEM VEX GO durante esas seis semanas, el plan de estudios se diferenció a discreción del maestro, para adaptarse a las habilidades de los estudiantes de diferentes edades. Por ejemplo, todos los estudiantes comenzaron su plan de estudios de robótica con el laboratorio de Introducción a la construcción 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, Creación de criaturas y tiempo de construcción libre
- Cuarto grado: Introducción a la construcción, Unidad de máquinas simples (4 lecciones), Parecidos, Garra de adaptación, VEX GO Actividades: Lunar Rover, Pin Game y tiempo de construcción libre
- Quinto grado: Introducción a la construcción, Look Alike, Fun Frogs (2 lecciones), Garra de adaptación, VEX GO Actividades: Lunar Rover, Pin Game, Engineer It & Build It, Copycat, Habitat, Creación de criaturas y tiempo de construcción libre
Los laboratorios STEM son actividades estructuradas que guían a los estudiantes a través de una lección interdisciplinaria alineada con los estándares que proporciona contexto para la construcción de un robot, debates en clase, experimentación y mejora iterativa. Los laboratorios están organizados como en las secciones Participar, Jugar y Compartir que guían a los estudiantes a lo largo de la lección. Las actividades son más cortas que las de un laboratorio STEM y varían en temas y estructuras, y a menudo ofrecen desafíos abiertos con menos instrucciones.
Post-Encuesta. Una vez finalizado el plan de estudios, que coincidió con el final del año escolar, a los estudiantes se les aplicó 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 evaluarían utilizando métodos cuantitativos prescritos. Se puntuaron las opciones de respuesta (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 pareadas sobre las medias antes y después de la encuesta para cada constructo, para cada grado. El diario del profesor se evaluó mediante un análisis temático, que reveló información sobre el aprendizaje percibido de los estudiantes, así como sobre el diseño y las necesidades del plan de estudios.
Resultados
Tercer grado. Los resultados de la encuesta previa y posterior a tercer grado (Tabla 1) muestran puntuaciones medias aumentadas para cada una de las áreas de la encuesta. Cada constructo antes y después de la media se comparó mediante una prueba t de dos colas y todos los resultados fueron significativos (p < 0,001). El aumento medio más pequeño se produjo en el constructo actitud-habilidades del siglo XXI, lo que indica que los estudiantes sólo variaron ligeramente de su acuerdo original con esos ítems. Los estudiantes obtuvieron la puntuación media más baja en el constructo de actitud matemática anterior 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 el constructo de ciencia como el 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 sus opciones. La media previa a la encuesta del constructo científico de 2,8 a 3,44 muestra que los estudiantes originalmente eran una mezcla de desacuerdo y de acuerdo (2 y 3), pero cambiaron a una combinación de acuerdo a totalmente de acuerdo (3 y 4).
Tabla 1. Resultados de la prueba t pareada antes y después de la encuesta de tercer grado (n = 39).
| Par | Variable | Significar | t | Sig (2 colas) |
| Par 1 | Pre matemáticas | 2.2664 | -8.775 | 0.000 |
| Publicar matemáticas | 2.5197 | |||
| Par 2 | Preciencia | 2.7982 | -21.255 | 0.000 |
| Postciencia | 3.4415 | |||
| Par 3 | Pre Ingeniería | 3.1228 | -26.504 | 0.000 |
| Post ingeniería | 3.7281 | |||
| Par 4 | Habilidades anteriores 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 inferiores a 0,3), lo que indica que menos estudiantes cambiaron sus respuestas que sus homólogos más jóvenes. Al igual que los estudiantes de tercer grado, el constructo matemático tuvo la media más baja tanto antes como después de la encuesta, y las habilidades del siglo XXI tuvieron el menor aumento en las puntuaciones medias. En particular, la categoría de ingeniería tuvo el mayor aumento para estos estudiantes.
Tabla 2. Resultados de la prueba t pareada antes y después de la encuesta de cuarto grado (n = 34).
| Par | Variable | Significar | t | Sig (2 colas) |
| Par 1 | Pre matemáticas | 2.0871 | -7.136 | 0.000 |
| Publicar matemáticas | 2.2652 | |||
| Par 2 | Preciencia | 2.9125 | -7.124 | 0.000 |
| Postciencia | 3.1987 | |||
| Par 3 | Pre Ingeniería | 3.0673 | -8.151 | 0.000 |
| Post ingeniería | 3.3030 | |||
| Par 4 | Habilidades anteriores al siglo XXI | 3.6498 | -4.629 | 0.000 |
| Habilidades posteriores al siglo XXI | 3.7003 |
Quinto Grado. Las puntuaciones de los constructos de los estudiantes de quinto grado muestran tendencias diferentes a las de los estudiantes 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 fue motivo de preocupación. Las puntuaciones medias de los constructos para matemáticas, ciencias y habilidades del siglo XXI aumentaron en un grado menor desde la encuesta previa a la posterior, y fueron significativas en un grado menor (p < 0,01 para matemáticas y ciencias y p < 0,05 para el siglo XXI). habilidades del siglo).
Tabla 3. Resultados de la prueba t pareada antes y después de la encuesta de quinto grado (n = 31).
| Par | Variable | Significar | t | Sig (2 colas) |
| Par 1 | Pre matemáticas | 2.8167 | -3.427 | 0.002 |
| Publicar matemáticas | 2.9042 | |||
| Par 2 | Preciencia | 3.2333 | -3.751 | 0.001 |
| Postciencia | 3.3111 | |||
| Par 3 | Pre Ingeniería | 3.4259 | 0.810 | 0.425 |
| Post ingeniería | 3.3370 | |||
| Par 4 | Habilidades anteriores al siglo XXI | 3.8296 | -2.350 | 0.026 |
| Habilidades posteriores al siglo XXI | 3.8741 |
Discusión
Actitudes de los estudiantes. Los resultados de estos cuatro constructos mostraron algunos resultados sorprendentes. Las puntuaciones medias en la encuesta previa fueron más altas para los estudiantes de quinto grado en todos los constructos que para los estudiantes 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 fueran vistos menos veces mientras asistían a varios eventos previos a su graduación, y menos lecciones pueden haber reducido el impacto en sus actitudes en este momento del año. El maestro también notó que cada grupo de edad respondió a los ítems de la encuesta de manera diferente. Los alumnos de tercer grado hicieron muchas preguntas y respondieron con entusiasmo general, mientras que los alumnos de quinto grado completaron la encuesta rápidamente y con pocas preguntas. La edad de los niños puede estar influyendo en cuántos matices tienen a la hora de interpretar las preguntas y dar su respuesta. Los estudiantes más jóvenes pueden valorar “de acuerdo” y “muy de acuerdo” de manera diferente que los estudiantes mayores, por ejemplo. La maestra agregó un comentario en sus notas específicamente sobre los estudiantes de quinto grado y se preguntó si respondieron las preguntas de la encuesta con un sentido de expectativa o en un intento de complacerla. A medida que los estudiantes mayores de primaria se vuelven más sintonizados con las expectativas, sus respuestas naturales podrían verse moldeadas por eso.
Lo que queda claro de los resultados es la diferencia que tuvo el plan de estudios de robótica VEX GO en cada grupo de edad. Los estudiantes de tercer grado tuvieron grandes aumentos en sus puntuaciones medias en todos los ámbitos (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, aun así aumentaron consistentemente las puntuaciones medias en varias décimas en los constructos de dominio. Sin embargo, los estudiantes de quinto grado fueron los únicos con cambios no significativos en cualquier constructo y valores de significancia menores que p < 0,001. Estas diferencias generales entre estudiantes de diferentes grados indican que el plan de estudios de robótica tuvo un efecto más impactante en las actitudes de los estudiantes más jóvenes que en los de mayor edad, lo que destaca 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, la creatividad se destacó explícitamente por la forma en que los estudiantes participaron en Máquinas simples, Parecidos, Creación de criaturas y Ciclo de vida de ranas. La maestra comentó: “El tercer grado estaba muy emocionado de construir una rana. Este grado quiere ser lo más creativo posible y construir un hábitat realmente permite a los niños desarrollar esas habilidades nuevamente”. Si bien existen muchos objetivos para los materiales de aprendizaje, despertar 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. Al comenzar con el laboratorio de Introducción a la construcción, la maestra notó que los estudiantes no querían dejar de trabajar. De manera similar, con el laboratorio Look Alike, descubrió que “la clase era 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 cosas a su creación”. Aunque los estudiantes de tercer grado fueron los más entusiastas, ella describió cómo incluso los alumnos de quinto grado estaban muy involucrados en 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, y a los estudiantes se les asignan roles y tareas específicas. Los alumnos de tercer grado comenzaron con Adaptation Claw y la maestra observó: “Los estudiantes también estaban emocionados de dividirse en grupos para poder trabajar juntos, cada uno con su propio trabajo”. Para los alumnos de cuarto grado, también notó cómo tener roles ayudó a los estudiantes a integrarse en sus grupos y comenzar rápidamente. También señaló que los estudiantes comenzaron a elegir trabajar juntos en actividades abiertas, como construir hábitats o construir el Lunar Rover.
El maestro también notó varios casos en los que los estudiantes trabajaron juntos espontáneamente como clase. Algunos estudiantes exploraron cosas nuevas con su robot, y cuando “descubrían” algo nuevo, otros estudiantes corrían para verlo y luego probarlo 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 que trabajaran en grupos o solos, los estudiantes estaban ansiosos por compartir y ayudarse unos a otros.
Persistencia. No todas las actividades fueron fáciles para los estudiantes. Los estudiantes de tercer grado hicieron el laboratorio de Adaptación de Garra primero después del laboratorio de Introducción a la Construcción. El maestro identificó que el laboratorio estaba un poco avanzado para empezar y lo trasladaría 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 temas.
Algunas actividades utilizadas también fueron diseñadas para ser abiertas y brindar a los estudiantes un desafío que superar. A los estudiantes se les asignó la tarea de crear casas que pudieran resistir un terremoto, pero no recibieron instrucciones de construcción. Si bien hubo un elemento de frustración involucrado, los estudiantes lo utilizaron 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 basándose en lo que funcionó y lo que no. Me sorprendió mucho lo felices y entusiasmados que estaban los grupos al tener un desafío que resultaba frustrante y tan satisfactorio una vez que lo resolvían.
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 de Introducción a la construcción de STEM, que presentó el kit VEX GO y todas las piezas que contiene. Todos los estudiantes también completaron el laboratorio STEM Look Alike, que les enseña a los estudiantes sobre los rasgos al pedirles que construyan conejitos padres y bebés con diferentes rasgos. Si bien algunas prácticas de laboratorio fueron realizadas por cada grado, hubo diferenciación por grupo de edad. Los alumnos mayores de cuarto y quinto grado completaron la unidad de laboratorio de Máquinas simples, mientras que los alumnos de tercer grado completaron el laboratorio de Fun Frogs. Los estudiantes de tercer grado también completaron más actividades independientes que los de grados mayores, ya que el maestro señaló que eran beneficiosas para las habilidades de los estudiantes más jóvenes. El maestro también usó las actividades para los estudiantes mayores cuando los grupos terminaron temprano los laboratorios, una necesidad en el aula para mantener a los estudiantes ocupados cuando los grupos trabajan a diferentes velocidades. Tener muchas opciones para la diferenciación tanto del laboratorio como de las actividades fue un activo curricular valioso para la implementación exitosa de un programa de robótica en el aula.
Los laboratorios interdisciplinarios también fueron un beneficio, según el diario del profesor. Los estudiantes de tercer grado estaban entusiasmados con los laboratorios con temas científicos 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 conejitos y transmitir rasgos. La maestra notó cuánto les encantaba a los estudiantes hacer animales y que 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 de Fun Frogs, notó lo emocionados y creativos que estaban, con el beneficio adicional de una barrera de entrada baja para desarrollar habilidades.
A los niños les encantó hacer y aprender sobre el ciclo de las ranas. Vi a niños adquirir experiencia práctica con temas científicos 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 ella esté enseñando sobre hábitats.
Los estudiantes de cuarto grado completaron la unidad de laboratorio de Máquinas Simples. El profesor notó lo entusiasmados que estaban los estudiantes porque conocían las 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 era ideal para este nivel de grado. Descubrí que las caras de los niños se iluminaron cuando dije que haríamos palancas. La mayoría de estos estudiantes habían realizado 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 este laboratorio STEM mientras ella enseña máquinas simples.
Los alumnos de quinto grado también completaron la unidad de laboratorio de Máquinas simples, pero su edad y experiencia demostraron cómo se involucraron con ella de manera diferente a los alumnos de cuarto grado. El maestro notó que este grupo de estudiantes terminó temprano y utilizó las actividades del “tablero de opciones” para explorar por su cuenta.
El quinto grado necesita actividades emocionantes y atractivas, y este laboratorio STEM cumple con los requisitos. Descubrí que los estudiantes querían tirarse al suelo y experimentar cómo levantar diferentes pesos usando la palanca. También descubrí que, a diferencia del cuarto grado, estos estudiantes tenían conocimientos previos y llevaron el Laboratorio STEM al siguiente nivel al agregar pesos y brindarle 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. Poder conectar la robótica con las ciencias, las matemáticas o la ingeniería no solo ayudó a involucrar a los estudiantes, sino que también les proporcionó una base para explorar conceptos con una comprensión más profunda. Las notas para los profesores indican varias áreas donde el plan de estudios de robótica se puede incorporar o sincronizar con lecciones impartidas en otras materias, lo que podría ser un siguiente paso valioso 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 profesor percibió categorías de aprendizaje adicionales para los estudiantes en áreas como creatividad, compromiso, trabajo en equipo y perseverancia.
Para seguir explorando cómo la robótica educativa puede ser más beneficiosa para los estudiantes en aulas reales, debemos seguir aprendiendo directamente de los profesores que implementan el plan de estudios. Al reflexionar sobre toda la experiencia, la maestra brindó sus conclusiones generales:
Descubrí que si los niños querían aprender más, nosotros aprendíamos más. Quería que esto fuera divertido y, sinceramente, cada aula era 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 el tercer grado estaba muy comprometido; era difícil terminar las lecciones. El cuarto grado estaba muy emocionado de aprender sobre lecciones STEM como máquinas simples que se conectaban con su propio plan de estudios de ciencias. Al quinto grado le encantó el desafío de codificar, construir y aprender sobre Marte. Creo que lo más importante fue que cada salón de clase 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 ese entusiasmo y profundizar más en lugar de seguir adelante.
Este estudio también proporcionó información significativa sobre la implementación de un plan de estudios de robótica interdisciplinario. Como programa de seis semanas, los estudiantes pudieron completar muchos laboratorios y actividades diferentes. Esto indica que la duración del plan de estudios podría tener un impacto razonable en su éxito a la hora de cambiar las actitudes STEM de los estudiantes. La estructuración 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 fácilmente los planes curriculares para cada grado. El propio kit de robot VEX GO también se adaptaba bien a las necesidades de los estudiantes. Los estudiantes pudieron seguir fácilmente instrucciones, construir las piezas 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 que un plan de estudios de robótica funcione dentro de las limitaciones de un día escolar normal. Un kit de robótica diseñado para un grupo de edad de primaria y un plan de estudios interdisciplinario completo son fundamentales para enseñar y aprender con robótica en un aula real.