Opetusrobotiikan yhdistäminen tieteeseen

Robotiikka ei ole vain tulevaisuus, vaan se on myös nykyhetki. Opiskelijat perehtyvät ohjelmointiin, sensoreihin ja automaatioon, ja he hiovat kriittistä laskennallista ajattelua, jota tarvitaan menestyäkseen sekä 2000-luvun työelämässä että jokapäiväisessä elämässä. Akateemisesti koulutusrobotiikka tarjoaa laajan valikoiman oppimismahdollisuuksia, koska tieteenalan edellytyksenä on STEM (Science, Technology, Engineering ja Math) ja jopa STEAM (Science, Technology, Engineering, Art ja Math). Opetusrobotiikka on aina poikkitieteellistä tavalla, joka on konkreettista ja opiskelijoille soveltuvaa. Lisäksi koulutusrobotiikkaan liittyvät toiminnot edellyttävät, että opiskelijat tekevät yhteistyötä, ajattelevat laskennallisesti, tekevät vianmäärityksen (tunnistavat ja ratkaisevat ongelmia) ja innovoivat, mikä on 2000-luvun ammattilaisten perustaitoja. 

Tieteen luokkahuoneissa opetusrobotiikkaa voidaan käyttää kontekstina tieteellisten perusmenetelmien ja -käytäntöjen, kuten tieteellisen menetelmän, havainnoinnin, kokeilun, tiedonkeruun ja analyysin, opettamisessa. Se mahdollistaa myös sovelletun fysiikan ja mekaanisten käsitteiden, systeemiajattelun ja tietysti tekoälyn tutkimisen. Robotin ja sen toiminnan tutkiminen voisi olla myös tiedustelun aihe luonnontieteiden luokkahuoneessa, mutta opetusrobotiikka ei ole robotiikan opiskelua robotiikan vuoksi. Se on robotin käyttöä pedagogisena työkaluna tieteen käytäntöjen ja käsitteiden oppimiseen.  

Vinkkejä, ehdotuksia, & potentiaalista tavoitetta

• Järjestä luokkahuoneesi helpottaaksesi projektipohjaista oppimista (PBL) ja pyydä oppilaita tekemään yhteistyötä ryhmissä projektien loppuunsaattamiseksi. Anna rubriikkeja sekä yhteistoiminnalle että suoritukselle projektin alussa, jotta opiskelijat tunnistavat odotuksesi. 
• Pyydä opiskelijoita käyttämään päiväkirjoja, aikataulukaavioita ja muita suunnittelutyökaluja projektin kehittämisen suunnitteluun ja toteuttamiseen.
• Paranna viestintä- ja yhteistyötaitoja antamalla opiskelijoiden esitellä toisilleen ja pyytää palautetta.
• Muistuta opiskelijoille avoimen projektin alussa, että "oikeita" ratkaisuja on enemmän kuin yksi ja että rakentava kritiikki on tarkoitettu parantamaan projekteja, ei kritisoimaan niitä. 
• Esitä opiskelijoille kysymyksiä, jotka auttavat heitä pohtimaan tällä ja muilla luokilla opittua aiempaa tietoa.
• Kerro oppilaidesi matematiikan, tekniikan tai muille opettajille, mitä oppilaat työskentelevät luokassasi, jotta he voivat auttaa ja/tai antaa ohjeita ja ehdotuksia.

• Käytä robotin ja sen ympäristön välistä vuorovaikutusta tutkiaksesi liikettä ja vakautta, voimia ja vuorovaikutuksia sekä energiamuutoksia järjestelmien sisällä (NGS-standardit: HS-PS2-1 & HS-PS3-1).
• Käytä robotin langattomia ominaisuuksia tutkiaksesi aaltoja ja niiden sovelluksia tiedonsiirtotekniikoissa (NGS-standardit: HS-PS4-2 & HS-PS4-5).
• Käytä robotin testauksia mahdollisuuksina kokeilla ja kerätä tietoja. Esimerkiksi ohjelman suorittaminen, jossa robotti poimia esineen ja siirtää sitä huoneen poikki eri nopeuksilla kynsivarrellaan eri korkeuksilla pitäen samalla kaikki muut muuttujat vakiona, voi luoda vähintään 3-tason (nopea, tasainen ja hitaat nopeudet) 3-tasolla (korotettu korkealle, keskitasolle ja matalalle) kokeilevat sekä päävaikutusten että vuorovaikutuksen potentiaalia robotin vakautta mitattaessa. Vakaus voidaan määritellä toiminnallisesti luokan mukaan sen mittaamiseksi, tai jopa yksinkertaistaa sen mukaan, kallistuuko robotti vai ei.
• Järjestä yksinkertaisia ​​yhden muuttujan kokeita, jotta vähemmän kokeneet opiskelijat tutkivat robotin rakenteen eri ominaisuuksien vaikutuksia sen nopeuteen, vakauteen ja/tai vahvuuteen. 
• Helpottaa tutkimuksia, joissa opiskelijat muokkaavat robotin rakennetta tai luovat uuden robotin, joka minimoi makroskooppiseen kohteeseen törmäyksen aikana kohdistuvan voiman (NGS-standardi: HS-PS2-3).  

• Pyydä opiskelijaryhmiä suunnittelemaan ja luomaan robotti, joka voisi vähentää ihmisen toiminnan vaikutuksia ympäristöön ja biologiseen monimuotoisuuteen. Pyydä ryhmiä keskustelemaan muiden ryhmien suunnitelmista ja suunnittelun vaikutuksista prototyyppiensä edelleen jalostamiseksi (NGS-standardit: HS-LS2-7 & HS-ESS3-4).

Linkkejä esimerkkitoimintoihin