Miksi opettaa opetusrobotiikkaa?

Kiinnostus koulutusrobotiikkaa kohtaan on kasvanut useiden viime vuosien aikana, kun opettajat ja koulut omaksuvat robotiikan mahdollisuudet tarjota käytännönläheisiä ja mukaansatempaavia tapoja opettaa suunnittelua, suunnittelua ja teknologiaaⁱ. Opetusrobotiikan käyttö on myös tapa esitellä ja kannustaa opiskelijoita jatkamaan uraa luonnontieteiden, teknologian, tekniikan ja matematiikan (STEM) aloillaⁱⁱ, ja se on nyt edullisempaa ja kestävämpää kaiken lisääntyneen huomion ja investointien ansiosta. annetaan medialle. Tuloksena oleva teknologinen kehitys edistää suuresti tämän työkalun käytettävyyttäⁱⁱⁱ. Itse asiassa jotkut katsovat nykyään robotiikalla olevan samanlainen rooli luokkahuoneessa kuin tietokoneilla ennen 90-luvun alusta alkaen ja CD-ROM-levyjen ja Microsoft PowerPointin käyttöönotosta luokkahuoneissa^iv.

Educational Roboticsin kasvava läsnäolo tuo tärkeitä kysymyksiä. Mitkä ovat tämän uuden ja jännittävän työkalun parhaat käyttötavat? Kuinka voimme luoda parhaat käytännöt? Miten käsitteellistämme opetusrobotiikan tarkoituksen luokkahuoneessa? Nämä kysymykset voivat olla monimutkaisempia kuin miltä ensi silmäyksellä näyttävät. Ja niihin vastaaminen voi ensin herättää enemmän kysymyksiä kuin aloitimme. Esimerkiksi, käyttävätkö opiskelijat opetusrobotiikkaa välineenä ideoidensa ja ajattelunsa esittämiseen, vai luovatko opiskelijat ideoita ja ajattelua vuorovaikutuksessa median kanssa? Onko Educational Robotics tapa opiskelijoille osoittaa osaamisensa vai onko se infrastruktuuri, jolle opiskelijat rakentavat uusia kompetensseja^v? Ehkä jonkin näkökohdan pohtiminen tietokoneen käyttöön luokkahuoneessa voi auttaa valaisemaan aihetta enemmän.

Medialla voi olla eri laajuus sen sovelluksen mukaan. Maalaus voidaan nähdä välineenä, jolla voidaan maalata aita tai Sikstuksen kappeli. Tietokoneiden monipuolisuus välineenä on todennäköisesti vieläkin valtavampi; tietokonetta voidaan käyttää luokkahuoneessa hyvin rajoitetusti, joko laskimena tai tekstinkäsittelyohjelmana, mutta samalla se nähdään ja otetaan huomioon omana tehokkaana viestintävälineenä. Kuten Mark Guzdial on huomauttanut, tietokoneet voidaan ymmärtää Gutenbergin painokoneen nykyaikaisena muotona^vija tapana ajatella muita alueita. Sellaisenaan tietokonemallinnuksen ja algoritmien kaltaisilla teknologioilla on ollut merkittävä vaikutus ymmärryksemme matematiikan ja luonnontieteiden aloista^vii.

Mikä sitten on opetusrobotiikan laajuus? Educational Roboticsia voidaan käyttää valmiina esineinä, jotka suorittavat hyvin erityisiä tehtäviä, kun taas jotkin Educational Robotics -järjestelmät antavat opiskelijoille mahdollisuuden tulla aktiiviseksi osallistujaksi oppimisen suunnitteluun – sekä laskennallisten artefaktien luojiksi muiden valmistamien laitteiden passiivisten käyttäjien sijaan. heille^viii. Tämä tarjoaa opettajille ainutlaatuiset mahdollisuudet. Opetusrobotiikasta tulee siten väline, joka tarjoaa opiskelijoille mahdollisuuden käyttää ääntään ja valintojaan oppimisessa ja saada heidät paitsi ongelmanratkaisuun, myös ongelmien etsimiseen, ongelmien rakentamiseen, ongelma-analyysiin sekä ongelmanratkaisutoimien suunnitteluun ja seurantaan. Opetusrobotiikasta tulee sitten jotain paljon suurempaa – väline valmistaa opiskelijoita monimutkaisiin haasteisiin, jotka odottavat heitä valmistautuessaan töihin, joita ei tällä hetkellä ole olemassa^ix, ja myös tapa sisällyttää muita arvokkaita kätevyyttä (esim. kommunikaatio ja yhteistyö ) kuuluvat laajempaan 2000-luvun taitoihin.

Koulujen ponnistelut Educational Robotics -välineen toteuttamiseksi näyttävät tuottaneen yhtä monta ilmentymää kuin erilaisia ​​aloitteita ohjaavia motiiveja. Jotkut koulut käyttävät tätä työkalua integroituna osana itsenäistä tietojenkäsittelytieteen tai STEM-kurssia, kun taas toiset koulut käyttävät tätä modernia ratkaisua täydentämään perinteisiä oppiaineita. Vielä muut koulut käyttävät niitä koulun jälkeisinä aktiviteetteina, jotka sitten hyödyntävät "pelaamisen" ja kilpailujen motivaatiovaikutuksia oppilaiden osallistumisen ja sitoutumisen lisäämiseksi. Samalla tavalla kuin koulut oppivat olemaan rajoittamatta tietokoneiden käyttöä kalliisiin laskimiin, opetusrobotiikan käyttöä ei pitäisi rajoittaa havaittujen rajoitusten vuoksi.

Seuraavat opetusrobotiikan käyttötarkoitukset kannattaa tutkia yksityiskohtaisesti:

• Ymmärtää maailmaamme
• opettaa integroitua STEM-kasvatusta uusilla tavoilla
• opettaa laskennallista ajattelua
• tottua iteraatioon ja oppia epäonnistumisista
• altistua tulevaisuuden töille ja oppia niistä

Ymmärtääksemme maailmaamme

Tiede on luonnonmaailman selitys. Tieteellisesti lukutaitoinen opiskelija pystyy ymmärtämään sekä tieteen käsitteitä että käytäntöjä. Siksi opiskelijoille luonnontieteiden opettaminen tarjoaa heille mahdollisuuden ymmärtää maailmaa, jossa he asuvat. Tästä syystä lukion opetussuunnitelmissa kaikkialla maassa on aineita, kuten tähtitiede, biologia ja kemia. Mutta entä robotti? On selvää, että robotit ovat yleisiä jokapäiväisessä elämässämme, ja yleisyys kasvaa^x. Roboteihin liittyvän teknologian parannukset ovat johtaneet laskentatehon ja tietojen tallennuksen eksponentiaaliseen kasvuun^xi. Tämä on johtanut roboteihin, jotka pystyvät oppimaan ja tekemään päätöksiä muiden robottien kokemusten pohjalta. Robotit eivät ole enää koneita, jotka suorittavat yksinkertaisia ​​toimintoja. Lisäksi robottien ja robottiteknologian kasvava kysyntä kattaa eri toimialat. Kyllä, tehtaat ovat koteja monille roboteille, mutta robotit ovat nyt yleisempiä myös koulutus- ja viihdeympäristöissä. On täysin mahdollista, että lähitulevaisuudessa robotit auttavat monia iäkkään väestön jäseniä asumaan itsenäisesti kodeissaan ja luovat näin uuden "apurobottien" kentän.^xii

Kouluissa opetetaan oikeutetusti planeetoista ja tähdistä, jotka ovat valovuoden päässä…mutta eivät teknologiasta, jonka kanssa monet ovat vuorovaikutuksessa päivittäin. Tämä on haaste, mutta myös mahdollisuus. Koulutus edistää tiedettä ja innovaatioita. Biologian opiskelu johtaa edelleen parempiin hoitoihin sekä sairauksien ja tautien hävittämiseen^xiii. Jos robotiikasta tulisi keskeinen akateeminen oppiaine kouluissamme, sillä voisi mahdollisesti olla samanlainen vaikutus.

Opettaa integroitua STEM-koulutusta uusilla tavoilla

Kasvatustutkijat ehdottavat, että opettajilla on usein vaikeuksia luoda yhteyksiä STEM-tieteenalojen välillä^xiv. Tämä on haaste kouluille, sillä Next Generation Science Standards sisältää monialaisia ​​käsitteitä, jotka kattavat eri tieteenaloja. Siksi opiskelijoiden on vaikea siirtää usein erillään opetettuja käsitteitä integroituun kontekstiin, jonka he näkevät arviointikokeissa. Toinen tahaton seuraus tieteellisten käsitteiden opettamisesta eristyksissä on sen taipumus luoda oppimisympäristö, jossa opiskelijat irtautuvat. Heidän jokapäiväisessä elämässään näkemillä autenttisilla esimerkeillä tieteestä on syvä integraatio STEM-tieteenalojen välillä singulaarisuuden sijaan. STEM-koulutuksen tavoitteena on auttaa opiskelijoita järjestämään tietoa tieteenalojen sisällä ja niiden välillä, jotta he pystyvät tunnistamaan ja perustelemaan tämän tiedon sisältämiä syviä rakenteellisia yhtäläisyyksiä ja malleja. huipentuma, joka ihannetapauksessa johtaa kykyyn soveltaa tätä tiedon organisointia arkielämän monimutkaisiin tilanteisiin ja ongelmiin^xv.

Educational Robotics voi auttaa vastaamaan näihin haasteisiin toimimalla ohjaajana opettajille ja kouluille heidän järjestäessään STEM-opetusta. Koska Educational Robotics ulottuu paljon pidemmälle kuin lelu, jolle voidaan antaa yksinkertaisia ​​ohjeita, opetusrobotiikkaa käyttävät luokkahuoneet voivat tarjota opiskelijoille kestäviä suunnittelu- ja ohjelmointihaasteita.

Opettaa laskennallista ajattelua

Viimeisten 10 vuoden aikana laskennallinen ajattelu on kasvattanut suosiotaan ja osallisuutta perus-oppilasluokissa^xvii. Laskennallinen ajattelu on osa seuraavan sukupolven tiedestandardeja ja olennainen osa todellista matematiikkaa ja tiedettä. Laskennallista ajattelua pidetään laajalti minkä tahansa STEM-luokkahuoneen kiinteänä osana^xviii.

Laskennallisen ajattelun suosion kasvu käsitteenä sekä kouluissa että niiden ulkopuolella on johtanut siihen, että koulut ovat yrittäneet löytää tehokkaita työkaluja laskennallisen ajattelun integroimiseksi ja opettamiseksi oppilailleen. Vastaavana tavoitteena on ollut laajentaa osallistumista vahvasti laskennalliseen ajatteluun syventyville tunneille - erityisesti tietojenkäsittelytieteen -; sukupuolten välisen kuilun poistaminen tällä aihealueella on myös ollut johdonmukainen tavoite. Tällä hetkellä tyttöjen osuus on noin puolet kaikista AP:n kokeen suorittajista, mutta vain 25 % AP:n tietojenkäsittelytieteen tunneista^xix

Opetusrobotiikka voi olla tehokas työkalu laskennallisen ajattelun opettamiseen ja samalla laajentaa osallistumistavoitteita.^{xx xxi} Koulutusrobotiikan viimeaikaiset edistysaskeleet ovat alentaneet kustannuksia ja lisänneet käytön helppoutta, tehden niistä entistä helpommin opiskelijoiden ulottuville ja asteittain muuttuneet luotettavaksi tapaksi oppia abstrakteja STEM-käsitteitä. Tietojenkäsittelytieteen ja robotiikan välinen yhteys on sellaisenaan selvä; opiskelijat voivat ohjelmoida robottinsa suorittamaan monimutkaisia ​​tehtäviä sekä luokkahuoneessa että kilpailukentillä. Vaikka monimutkaisten tehtävien suorittaminen voi olla loppu, keinoina nämä tehtävät hajotetaan pienempiin osiin ja yhdistetään sitten iteratiivisesti yhteen ratkaisun luomiseksi. Luokkahuoneissa tämän prosessin rakennusteline on elintärkeä, ja jälleen kerran, Educational Robotics voi olla tehokas monimutkaisten tehtävien hajoamisen ja rakentamisen helpottamisessa. Tämän seurauksena robotit voivat olla tehokas väline laskennallisen ajattelun opettamiseen. todisteet osoittavat.^{xxii xxiii} Laskennallisen ajattelun tehokas opetus johtaa myös kykyyn soveltaa laskennallista ajattelua eri aloilla. Kyky opettaa tehokkaasti yleistettäviä laskennallisia ajattelutaitoja ja samalla tarjota tapoja auttaa monipuolistamaan näille aloille tulevia opiskelijoita, tekee Educational Roboticsista merkittävän panoksen laskennallisen ajattelun integroinnissa kouluihin ja Computer Science for All -liikkeeseen.

Iteraatiosta tulee mukava ja epäonnistumisesta oppia

Tekninen suunnittelu ja tieteellinen menetelmä ovat toisiinsa liittyviä ilmiöitä, mutta sisältävät tärkeitä eroja. Tieteessä painotetaan yleisten sääntöjen löytämistä, jotka kuvaavat maailmamme ja maailmankaikkeutemme toimintaa, kun taas tekniikassa etsitään ratkaisuja tiettyyn ongelmaan, joka täyttää kaikki ongelman sisältämät rajoitukset^xxiv. Jotkut ovat tiivistäneet tämän eron sanomalla "tutkijat tutkivat, mutta insinöörit luovat"^xxv Kun tarkastellaan luovaa prosessia, meidän on tunnustettava sen usein merkittävä riippuvuus iteraatiosta.

Useat iteraatiot ovat ratkaisevan tärkeitä sellaisten ideoiden ja toimintojen suunnittelussa, jotka on suunniteltu saavuttamaan tiettyjä tavoitteita, olipa kyse sitten asiakkaiden odotusten täyttämisestä/ylittämisestä tai kilpailuhaasteeseen osallistumisesta. Educational Robotics -toimintoihin sisältyvien vaadittujen useiden iteraatioiden on havaittu pystyvän ylläpitämään opiskelijoiden kiinnostusta ja jatkuvaa sitoutumista.^xxvi Myös itse robotiikkasarjojen koostumus, jossa on monia erilaisia ​​nopeasti koottavia ja sitten purettavia osia, edistää iteraatioasennetta. Koska useat iteraatiot käsittelevät usein tärkeää elämän oppituntia "yritä, yritä uudelleen", opiskelijat hyötyvät valtavasti oppiessaan, että "epäonnistuminen" voidaan hyväksyä osana prosessia. Toinen laajasti sovellettavissa oleva oppitunti, joka perustuu työkalun lisäetujen abstraktimpaan tarkasteluun, on Educational Roboticsin taipumus tarjota useita ratkaisuja yksinkertaisimpiinkin haasteisiin. Mikä voisi laajentaa opiskelijan näköaloja enemmän kuin sen ymmärtäminen, että samaan ongelmaan on todellakin useita ratkaisuja? Olemme nähneet tämän tuottavan mielenkiintoisia etuja: lisääntynyt todennäköisyys, että opiskelijat pyytävät palautetta opettajilta, ja suurempi todennäköisyys, että opiskelijat ymmärtävät oppimansa tärkeänä.^xxvii Hyödyt vain yhdistetään - opettajat, jotka sitovat opiskelijoita tällä tavalla, voivat johtaa oppilaiden korkeampaan itsetehokkuuteen, mikä on avaintekijä, joka johtaa siihen suurempaan halukkuuteen oppia epäonnistumisesta.^xxviii

Tule tutustumaan tulevaisuuden työpaikkoihin ja oppimaan niistä

Muutos, ainoa pysyvämme, ei ole vieras työn luonteelle. Vuonna 1900 noin 40 % amerikkalaisesta työvoimasta työskenteli maatiloilla. Nykyään tämä luku on vain 2%.xxix Jos se näyttää liian kauan sitten, liian kaukaiselta, ota huomioon, että vielä 50 vuotta sitten keskivertotyöntekijän ei tarvinnut lukea tai kirjoittaa työpäivänsä aikana.^xxx Tämän päivän vuorovesi voidaan kuvata laajasti luetussa ja käsitellyssä Oxfordin yliopiston tekniikan laitoksen vuonna 2013 tekemässä tutkimuksessa, jossa arvioidaan, että 47 prosenttia nykyisistä työpaikoista on vaarassa menettää automaation vuoksi.^xxxi

Tärkeä ero nykyisissä huolenaiheissa eilisen työpaikkojen tuhoutumisen ja työpaikkojen luomisen tavanomaiseen vaihtumiseen verrattuna on "työpaikkojen polarisoituminen". Termi koskee työllistymismahdollisuuksien tyhjentämistä, mikä tarkoittaa, että korkeasti koulutetuille ja vähän ammattitaitoisille töille on paljon kysyntää, mutta mahdollisuudet keskitason ja keskipalkkaisiin töihin ovat vähentyneet.^xxxii Tämä merkittävä ongelma voidaan jäljittää rutiinityön automatisoinnissa, ja vastaukset sisältävät automaation väistämättömyyden tunnustamisen tekemällä luovasti lisäystä. Yritykset, jotka ratsastavat tällä aallolla menestyksekkäästi, ovat ne, jotka reagoivat joustavasti ja sujuvasti, oppien työskentelemään teknologian kanssa sen sijaan, että pakenevat sen pelottavaa läsnäoloa ja vaikutusta tai kapinoisivat sitä vastaan.^xxxiii Kouluttajina meidänkin on tärkeää reagoida luovasti ja etsiä innovatiivisia ratkaisuja tulevaisuuden epävarmuuteen. Perusasteen ja toisen asteen koulutusjärjestelmien tehtävänä on tunnustaa horisontissa olevat realiteetit ja opettaa asiaankuuluvia ja arvokkaita taitoja, mikä tässä tapauksessa voi tarkoittaa asioita, joissa tietokoneet eivät yksinkertaisesti ole hyviä. Näitä ovat luovuus, vuorovaikutustaidot ja ongelmanratkaisu, kaikki taidot, joita voidaan kehittää, ovat opetusrobotiikan jalostettua käyttöä.^xxxiv

---