एक आभासी रोबोटिक समाधान: कार्यान्वयन से अंतर्दृष्टि और भविष्य के लिए निहितार्थ

अमूर्त

शैक्षिक रोबोटिक्स छात्रों को एक एकीकृत STEM दृष्टिकोण में संलग्न करता है जो छात्रों को STEM अवधारणाओं को समझने में मदद करता है और साथ ही कम उम्र से ही STEM विषयों के प्रति सकारात्मक धारणा को बढ़ाता है। जब कोविड-19 महामारी फैली, तो आमने-सामने की कक्षाओं में भौतिक रोबोट का होना असंभव हो गया। एक आभासी रोबोट कार्यक्रम को शीघ्रता से विकसित किया गया, जो एक परिचित कोडिंग प्लेटफॉर्म के साथ कार्य कर सके, ताकि विद्यार्थियों और शिक्षकों को एक वैकल्पिक रोबोटिक समाधान प्रदान किया जा सके, जिसका उपयोग कहीं से भी किया जा सके। इस शोधपत्र में, विश्व भर के दस लाख से अधिक छात्रों के उपयोग संबंधी आंकड़ों की व्याख्या दो शिक्षक केस अध्ययनों के साथ की जाएगी। डेटा के इस संयोजन ने आभासी रोबोट को एक शिक्षण उपकरण के साथ-साथ एक शिक्षण संसाधन के रूप में भी अंतर्दृष्टि प्रदान की। शिक्षक केस अध्ययनों से कुछ महत्वपूर्ण आवश्यकताओं का भी पता चला, जो ऐसी अप्रत्याशित परिस्थितियों में शिक्षण को सुविधाजनक बनाती हैं। अंत में, यह डेटा इंगित करता है कि आभासी रोबोट सीखने के माहौल को भौतिक रोबोट के लिए एक सहजीवी पूरक के रूप में इस्तेमाल किया जा सकता है, जिससे छात्रों को पुनरावृत्त प्रोग्रामिंग के साथ आत्मविश्वास हासिल करने, शैक्षिक रोबोटिक्स के लिए उत्साह बढ़ाने और शिक्षकों को आगे बढ़ने के लिए अत्यधिक लचीला शिक्षण विकल्प प्रदान करने में मदद मिलेगी।

कीवर्ड

वर्चुअल रोबोट, शैक्षिक रोबोटिक्स, शिक्षण रोबोटिक्स, COVID-19 समाधान, STEM शिक्षा, कंप्यूटर विज्ञान, प्रोग्रामिंग

परिचय

हाल के वर्षों में, राष्ट्रीय रिपोर्टों और नीतियों के कारण, रोबोटिक्स और कंप्यूटर विज्ञान को संयुक्त राज्य अमेरिका में प्राथमिक और माध्यमिक विद्यालयों (किंडरगार्टन से 12वीं कक्षा तक) में तेजी से एकीकृत किया गया है। 2015 में, राष्ट्रीय विज्ञान फाउंडेशन ने कहा था कि विज्ञान, प्रौद्योगिकी, इंजीनियरिंग और गणित (STEM) ज्ञान और कौशल का अधिग्रहण अमेरिकियों के लिए प्रौद्योगिकी-गहन वैश्विक अर्थव्यवस्था में पूरी तरह से शामिल होने के लिए तेजी से महत्वपूर्ण है, और STEM विषयों में उच्च गुणवत्ता वाली शिक्षा तक सभी की पहुंच होना महत्वपूर्ण है। राष्ट्रीय विज्ञान एवं प्रौद्योगिकी परिषद की STEM शिक्षा समिति ने STEM शिक्षा के लिए संघीय रणनीति की रूपरेखा प्रस्तुत करने के लिए 2018 में एक रिपोर्ट प्रस्तुत की। इस रिपोर्ट में कहा गया है कि, "एसटीईएम शिक्षा का चरित्र स्वयं अतिव्यापी विषयों के समूह से विकसित होकर सीखने और कौशल विकास के लिए एक अधिक एकीकृत और अंतःविषय दृष्टिकोण में बदल रहा है। इस नए दृष्टिकोण में वास्तविक दुनिया के अनुप्रयोगों के माध्यम से शैक्षणिक अवधारणाओं का शिक्षण शामिल है और यह स्कूलों, समुदाय और कार्यस्थल में औपचारिक और अनौपचारिक शिक्षा को जोड़ता है। इसका उद्देश्य आलोचनात्मक सोच और समस्या समाधान जैसे कौशल के साथ-साथ सहयोग और अनुकूलनशीलता जैसे कौशल प्रदान करना है।” STEM शिक्षा पर इस राष्ट्रीय फोकस के साथ-साथ शैक्षिक सेटिंग्स में अनुसंधान और नवाचार में वृद्धि हुई है कि STEM विषयों के लिए कक्षा में प्रौद्योगिकी को बेहतर ढंग से कैसे शामिल किया जाए।

रोबोटिक्स छात्रों को STEM अवधारणाओं का अन्वेषण करने का एक व्यावहारिक तरीका प्रदान करता है। बुनियादी STEM विषय प्राथमिक और माध्यमिक शिक्षा में महत्वपूर्ण विषय हैं,वे उन्नत कॉलेज और स्नातक अध्ययन^{साथ-साथ कार्यबल में तकनीकी कौशल बढ़ानेलिए आवश्यक पूर्वापेक्षाएँ हैं एक मेटा-विश्लेषण2 से पता चला कि आम तौर पर, शैक्षिक रोबोटिक्स ने विशिष्ट STEM अवधारणाओं के लिए सीखने में वृद्धि की। कई आयु समूहों में किए गए अध्ययनों से पता चला है कि रोबोटिक्स STEM विषयों के प्रति छात्रों की रुचि और सकारात्मक धारणा को बढ़ाता है3, 4, 5, जिसके परिणामस्वरूप स्कूल की उपलब्धि बढ़ती है और विज्ञान की डिग्री की उपलब्धि में भी वृद्धि होती है6, 7, 8। हाई स्कूल के छात्रों के लिए, रोबोटिक्स का उपयोग कॉलेज की तैयारी और तकनीकी कैरियर कौशल का समर्थन करने के लिए किया गया है9, 10, 11, जबकि रोबोटिक्स को प्राथमिक स्कूल के छात्रों के लिए पूछताछ और समस्या-सुलझाने के कौशल को विकसित करने और STEM विषयों की सकारात्मक धारणा को बढ़ावा देने के लिए पेश किया गया है12, 13। शैक्षिक रोबोटिक्स}परिचय विशेषसे युवा छात्रों के लिए फायदेमंद रहा है, जो^{कक्षा से ही STEM विषयों के प्रति नकारात्मक दृष्टिकोण बनाना शुरू कर सकते हैं युवा छात्रोंएकीकृत शिक्षण संदर्भ से लाभ मिलता है और सफलता के प्रारंभिकके साथ STEM विषयों के प्रति अधिक सकारात्मक दृष्टिकोण विकसित होता}

शोधयह भी पता चलाकि शिक्षक पूर्व-सेवा शिक्षा के दौरान रोबोटिक्स को शामिल करने से शिक्षक की आत्म-प्रभावकारिता, विषय-^{ज्ञान और कम्प्यूटेशनल सोच कौशल में वृद्धि हुई है यद्यपि यह तर्कसंगत है कि रोबोटिक्स के लाभ शिक्षकों के साथ-साथ छात्रों को भी मिलेंगे, फिर भी औपचारिक शिक्षक शिक्षा में रोबोटिक्स का प्रयोग अभी भी सीमित है। कई देशों में, पारंपरिक शिक्षक शिक्षा विज्ञान और गणित में अनुशासन-आधारित विषयों पर केंद्रित होती है, जिससे अधिकांश शिक्षकऔर प्रौद्योगिकी मेंतैयारऔर औपचारिक शिक्षक प्रशिक्षण में शामिल नहीं किए गए STEM विषयों को पढ़ाने या STEM विषयों में संबंध बनाने में कम आत्मविश्वास रखते हैं18, 19। बायबीकहा कि शिक्षक शिक्षा में STEM विषयों की यह सीमा इंजीनियरिंग और प्रौद्योगिकी केप्रतिनिधित्व की ओर ले जाती है, विशेष K-8 शिक्षा में। जबकि शिक्षक शिक्षा में रोबोटिक्सशामिल करने के लाभ स्पष्ट,समुदायों के माध्यम से सतत व्यावसायिक विकास और अनौपचारिक शिक्षा के माध्यम से एक विकल्प प्राप्तजा सकता है। बांडुरासामाजिक शिक्षण संदर्भों केपहलू व्यक्त , और उस अवधारणाऔर वेंगरअभ्यास समुदायों (सीओपी) की अवधारणा को रेखांकित किया} सीओपी के लिए, सदस्य एक डोमेन में साझा रुचि के आसपास इकट्ठा होते हैं, एक समुदाय विकसित करते हैं, और आगे के कौशल और ज्ञान के लिए अनुसंधान और अंतर्दृष्टि साझा करते हैं - एक अभ्यास विकसित करना²²। औपचारिक शिक्षक शिक्षा में रोबोटिक्स के स्थान पर, अनौपचारिक शिक्षण और CoPs शिक्षकों और इसके अलावा, छात्रों को समान लाभ प्रदान कर सकते हैं।

दुर्भाग्य से, COVID-19 महामारी ने व्यक्तिगत रूप से सीखने में व्यापक वैश्विक व्यवधान पैदा किया, जिससे दुनिया भर में लगभग सभी छात्र प्रभावित हुए²³। व्यावहारिक शिक्षण अनुभव को स्थगित कर दिया गया, जो कि अधिकांश रोबोटिक STEM पाठ्यक्रम का आधारभूत भाग था, जिसमें VEX शैक्षिक रोबोटिक्स लाइन द्वारा प्रयुक्त रोबोटिक पाठ्यक्रम भी शामिल था। दूरस्थ शिक्षा समाधानों की आवश्यकता थी, ताकि शीघ्रता से एक आभासी शिक्षण वातावरण उपलब्ध कराया जा सके, जो छात्रों को STEM विषयों के साथ प्रामाणिक, सार्थक तरीके से जुड़ने में मदद कर सके। VEX रोबोटिक्स ने शीघ्रता से VEXcode VR (जिसे आगे केवल "VR" कहा जाएगा) का निर्माण किया, जो एक आभासी रोबोट वाला प्लेटफॉर्म है, जिसका उपयोग भौतिक रोबोट के समान तरीकों से किया जा सकता है।

यह शोधपत्र वीआर प्लेटफॉर्म द्वारा एकत्रित उपयोग डेटा की समीक्षा करेगा, ताकि इस वैश्विक व्यवधान के दौरान इस आभासी विकल्प की भूमिका के बारे में जानकारी प्राप्त की जा सके। दो केस अध्ययन भी प्रस्तुत किए जाएंगे जो इस बात का संदर्भ प्रदान करेंगे कि शिक्षकों ने अपने दूरस्थ शिक्षण वातावरण में VR को किस प्रकार कार्यान्वित किया। इस शोध पत्र के लिए दो प्राथमिक शोध प्रश्न इस प्रकार हैं:

1. COVID-19 प्रकोप के बाद VR के साथ छात्रों की शिक्षा के बारे में उपयोग डेटा और शिक्षक केस अध्ययन क्या अंतर्दृष्टि प्रकट कर सकते हैं?
2. कक्षा में वर्चुअल रियलिटी के कार्यान्वयन पर शिक्षक क्या अंतर्दृष्टि प्रदान कर सकते हैं?

कोविड-19 के कारण उत्पन्न अराजकता का प्रभाव विशेष रूप से शिक्षकों पर पड़ा। दशकों के अनुभव और व्यक्तिगत शिक्षण के लिए तैयार किए गए पाठों को तत्काल उलट दिया गया, फिर भी इस व्यवधान ने शिक्षकों को नए उपकरणों और शिक्षण विधियों के साथ प्रयोग करने के लिए प्रोत्साहित किया। नवीन समाधानों के माध्यम से नेतृत्व करने वाले शिक्षकों के दृष्टिकोण से लिए गए निर्णयों और प्राप्त परिणामों को समझने से यह जानकारी मिल सकती है कि रोबोटिक्स और STEM विषयों में विद्यार्थियों की शिक्षा को मजबूत करने के लिए नई प्रौद्योगिकी को किस प्रकार शामिल किया जाए।

तरीकों

VEXcode वी.आर.. जब मार्च 2020 में संयुक्त राज्य अमेरिका में स्कूल बंद हो गए, तो एक ऐसे समाधान की आवश्यकता थी जो छात्रों को दूर से काम करते हुए रोबोटिक्स और STEM विषयों से जोड़े रख सके। वी.आर. को 2 अप्रैल 2020 को विकसित और लॉन्च किया गया था, अधिकांश स्कूलों के वर्चुअल प्रारूप में जाने के कुछ ही हफ्ते बाद। वी.आर. गतिविधियों को अन्य रोबोटिक पाठ्यक्रमों के अनुरूप बनाया गया है, जिसमें अंतर्विषयक पाठों को विषय-वस्तु मानकों के अनुरूप बनाया गया है। VEXcode VR कोडिंग प्लेटफॉर्म वैसा ही कोडिंग वातावरण है जैसा कि विद्यार्थी सामान्यतः भौतिक रोबोट के साथ वर्चुअल इंटरफेस के साथ उपयोग करते हैं, जैसा कि चित्र 1 में दिखाया गया है। भौतिक रोबोट के स्थान पर, छात्र एक विषयगत "खेल के मैदान" में एक आभासी रोबोट को नियंत्रित करने के लिए परियोजनाएं बनाते हैं जो गतिविधि के आधार पर बदलती रहती हैं। शुरुआती कोडिंग छात्र ब्लॉक-आधारित प्रोग्रामिंग का उपयोग करते हैं, और उन्नत छात्र पायथन पर आधारित पाठ का उपयोग करते हैं।

चित्र 1. कोरल रीफ सफाई गतिविधि के लिए VEXcode VR प्लेटफ़ॉर्म इंटरफ़ेस।

वी.आर. गतिविधियों को अंतःविषयक बनाया गया है, जिसमें कंप्यूटर विज्ञान कौशल को विज्ञान या गणित के विषयों के साथ जोड़ा गया है, जो एक आभासी रोबोट को नियंत्रित करने के लिए आधारभूत हैं। इन वीआर गतिविधियों के दौरान, छात्रकेवल प्रोग्रामिंग के बारे में सीखते हैं, बल्कि वैज्ञानिक जांच, गणितीय सोच और तकनीकी साक्षरता के बारे में भी सीखते-^{एक एकीकृत एसटीईएम ढांचे के सभी घटक हैं कोविड-19 के कारण उत्पन्न हुई अनोखी परिस्थितियों के कारण यह आवश्यक हो गया कि विद्यार्थी मिश्रित, समकालिक या अतुल्यकालिक सेटिंग्स में स्वतंत्र रूप से पाठों पर काम कर सकें। इसे पूरा करने के लिए, छात्रों को सीखने के उद्देश्यों और गतिविधि के लक्ष्य से परिचित कराया जाता है। प्रत्यक्ष अनुदेश का उपयोग तब चरण-दर-चरण अनुदेश और समझने के लिए अनुक्रम सीखने के लिए जानबूझकर मचान प्रदान करने के लिए किया जाता है24, 25। इसके बाद छात्रों को अंतिम कोडिंग चुनौती26को हल करने के लिए लक्षित मचान प्राप्त होता है। छात्र सीखते हैं कि रोबोटिक्स और कोडिंग का उपयोग व्यावहारिक, अंतःविषयक समस्याओं को हल करने के लिए किया जाता है। उदाहरण के लिए, कोरल रीफ क्लीनअप गतिविधि में, छात्रों को चुनौती दी जाती है कि वे अपने रोबोट को कोरल रीफ के चारों ओर घुमाएं और सौर ऊर्जा से चार्ज होने वाली बैटरी के खत्म होने से पहले अधिक से अधिक कचरा इकट्ठा करें। प्रदूषण एक वैश्विक समस्या है जिसका समाधान कल के छात्रों द्वारा किया जाएगा, और इन प्रामाणिक, परिदृश्य-आधारित परियोजनाओं में संलग्न होने से छात्रों को विभिन्न विषयों में कंप्यूटर विज्ञान कौशल लागू करने में मदद मिलेगी।} 

चित्र 2. कोरल रीफ सफाई गतिविधि के लिए मिशन संदर्भ।

यह देखते हुए कि छात्र अपने प्रशिक्षकों से अलग होते हैं, विभाजित ध्यान और संज्ञानात्मक भार को कम करने के लिए आभासी वातावरण को यथासंभव निर्बाध बनाने की आवश्यकता है^{27, 28}। छात्र अपने प्रोजेक्ट में कमांड को ड्रैग और ड्रॉप कर सकते हैं, तथा उसी विंडो में अपने रोबोट को VR प्लेग्राउंड में नेविगेट करते हुए देख सकते हैं। छात्र एक समय में कितनी भी संख्या में ब्लॉक जोड़ सकते हैं, तथा प्रत्येक ब्लॉक जोड़ने के बाद प्रोजेक्ट चलाकर देख सकते हैं कि उनका रोबोट खेल के मैदान में किस प्रकार चलता है। इससे छात्रों को तत्काल प्रतिक्रिया और सफलता की प्रारंभिक अनुभूति मिलती है।

इसके अतिरिक्त, दूरस्थ शिक्षा ने व्यावहारिक बाधाएं उत्पन्न कीं, जिन्हें वी.आर. को दूर करना आवश्यक था। स्कूल के कम्प्यूटरों पर अक्सर एप्लीकेशन डाउनलोड करने पर प्रतिबन्ध लगा होता है, जिसके कारण सामान्य परिस्थितियों में भी प्रोग्राम जोड़ना एक बाधा बन जाता है, और तब तो और भी अधिक जब विद्यार्थी स्कूल के कम्प्यूटरों से दूर होते हैं। लेकिन छात्रों को अपना काम करने के लिए स्कूल के कंप्यूटर तक पहुंच भी नहीं मिल पाती। वी.आर. तक पहुंच को अधिकतम करने के लिए, कार्यक्रम को पूरी तरह से वेब आधारित बनाया गया (किसी डाउनलोडिंग या प्लगइन की आवश्यकता नहीं) और इसे कई अलग-अलग प्रकार के उपकरणों पर चलाने के लिए बनाया गया ताकि छात्रों द्वारा इसका उपयोग करने की संभावना बढ़ सके।

परिणाम

उपयोग डेटा. प्रस्तुत डेटा गूगल एनालिटिक्स द्वारा उपलब्ध कराया गया है। चूंकि VEXcode VR पूरी तरह से ब्राउज़र-आधारित है, इसलिए इसमें कई अलग-अलग मेट्रिक्स हैं जो इस बात की जानकारी देते हैं कि इस वर्चुअल रोबोट वातावरण का वैश्विक स्तर पर किस प्रकार उपयोग किया गया है। अप्रैल 2020 में इसके लॉन्च के बाद से, मासिक आधार पर वीआर उपयोगकर्ताओं की संख्या में वृद्धि हुई है, जो 150 से अधिक देशों में 1.45 मिलियन से अधिक उपयोगकर्ताओं तक पहुंच गई है।

चित्र तीन। विश्व स्तर पर वी.आर. उपयोगकर्ताओं वाले देश।

COVID-19 और VR रिलीज़ की समय-सीमा को देखते हुए, हमने समय के साथ उपयोग की भी समीक्षा की। जैसा कि चित्र 4 में दिखाया गया है, रिलीज के तुरंत बाद उपयोगकर्ताओं की संख्या में तेजी से वृद्धि हुई, फिर गर्मियों के महीनों के दौरान गिरावट आई जब छात्र स्कूल से बाहर थे। स्कूल में वापसी के महीनों (अगस्त/सितंबर) में उल्लेखनीय वृद्धि देखी गई, जो शेष स्कूल वर्ष में भी जारी रही। उपयोगकर्ताओं की संख्या में समय-समय पर होने वाली गिरावट सप्ताहांत और छुट्टियों के दौरान कम उपयोग का संकेत देती है।

चित्र 4. वी.आर. के लॉन्च के बाद से समय के साथ उपयोगकर्ताओं की संख्या।

प्रोजेक्ट एक ऐसा कार्यक्रम है जिसे छात्र किसी पाठ या चुनौती के लिए बनाते हैं। परियोजनाओं को चलाने के लिए उन्हें सहेजना आवश्यक नहीं है, बल्कि सहेजी गई परियोजना को उपयोगकर्ता द्वारा बाद में उपयोग के लिए डाउनलोड कर लिया जाता है। इसमें 2.52 मिलियन से अधिक सहेजे गए कार्यक्रम थे। हालाँकि, किसी परियोजना को चलाने के लिए उसे सहेजना आवश्यक नहीं है। चूंकि VR पूरी तरह से ब्राउज़र आधारित है, इसलिए किसी प्रोजेक्ट को संपादित करना और उसका परीक्षण करना "START" का चयन करके तुरंत हो जाता है। सॉफ्टवेयर में 84 मिलियन से अधिक प्रोजेक्ट चलाए गए हैं, जो दर्शाता है कि छात्रों ने नियमित अंतराल पर अपने प्रोजेक्ट का परीक्षण किया। इस तत्काल फीडबैक लूप के कारण, छात्रों को भौतिक रोबोट के साथ काम करने की तुलना में बहुत तेज गति से प्रयोग करने और पुनरावृत्ति करने का अवसर मिला। यह पुनरावृत्तीय प्रक्रिया विद्यार्थी सीखने के लिए एक अच्छा संकेत है क्योंकि कई पुनरावृत्तियों^{विद्यार्थीसंलग्नता और रुचि बनी}है

VEXcode VR डेटा
उपयोगकर्ताओं	1,457,248
सहेजे गए प्रोजेक्ट	2,529,049
परियोजनाएँ चलाएँ	84,096,608
देशों	151

तालिका नंबर एक। अप्रैल 2020 से अप्रैल 2021 तक सभी VEXcode VR उपयोग डेटा।

प्रमाणन डेटा. वीआर कार्यक्रम और इसके साथ आने वाले पाठ्यक्रम के अलावा, वीआर में वीईएक्सकोड वीआर एजुकेटर सर्टिफिकेशन कोर्स के साथ सीएस नामक एक निःशुल्क शिक्षक प्रशिक्षण भी शामिल है। जून 2020 में इसके शुभारंभ के बाद से, 550 से अधिक शिक्षकों ने प्रमाणन पूरा कर लिया है, जिसमें VEX प्रमाणित शिक्षक बनने के लिए 17 घंटे से अधिक का पाठ्यक्रम और सहायता शामिल है। प्रमाणन पाठ्यक्रम में 10 इकाइयों की सामग्री शामिल है, जिसका उद्देश्य ऐसे शिक्षकों को तैयार करना है, जिन्हें कंप्यूटर विज्ञान या रोबोटिक्स का कोई अनुभव नहीं है। सामग्री में प्रोग्रामिंग की मूल बातें, वीआर रोबोट को कोड करने का तरीका, वीआर गतिविधियों के साथ कैसे पढ़ाया जाए, और कक्षा में वीआर को कैसे लागू किया जाए, जैसे विषय शामिल हैं। चित्र 5 जून 2020 से मार्च 2021 तक प्रमाणित शिक्षकों की मासिक और संचयी संख्या दर्शाता है। आंकड़ों के रुझान से पता चलता है कि स्कूल जाने के समय के आसपास प्रमाणित शिक्षकों की संख्या में वृद्धि हुई है, जिसमें अगस्त और सितंबर और 2020 का अक्टूबर भी शामिल है।

केस स्टडी 1

एमी डेफो, केंटकी एवेन्यू स्कूल की प्रिंसिपल हैं, जो पिट्सबर्ग, अमेरिका में एक छोटा सा निजी स्कूल है, जो पारंपरिक और नवीन शिक्षण और सीखने के तरीकों का संयोजन करता है। अधिकांश स्कूलों की तरह, केंटकी एवेन्यू स्कूल भी COVID-19 के कारण बाधित हुआ और उसे 2020 के स्कूल वर्ष की शुरुआत के लिए वैकल्पिक योजनाओं की पहचान करनी पड़ी, यह नहीं जानते हुए कि परिस्थितियां कैसे बदल जाएंगी। वर्ष के पहले छह सप्ताह पूरी तरह से वर्चुअल तरीके से पढ़ाए गए, तथा शेष वर्ष हाइब्रिड प्रारूप में बिताया गया, जिसमें छात्र समूहों को व्यक्तिगत और दूरस्थ शिक्षा के दिनों को बारी-बारी से पढ़ाया गया। यहां तक ​​कि जब छात्र घर पर भी सीख रहे थे, तब भी यह महत्वपूर्ण था कि छात्र कक्षा की तरह ही समस्या-समाधान और आलोचनात्मक चिंतन गतिविधियों में संलग्न रहें।

ऐमी ने कई कारणों से अपने छठी और सातवीं कक्षा के छात्रों के साथ वी.आर. का उपयोग करना चुना। चूंकि वी.आर. एक पूर्णतः आभासी शिक्षण वातावरण था, इसलिए विद्यार्थी अपनी शिक्षण गतिविधियों पर नीतिगत परिवर्तन के बिना ही घर और स्कूल के बीच स्विच कर सकेंगे। ब्लॉक-आधारित कोडिंग वातावरण कोडिंग में नए छात्रों के लिए डराने वाला नहीं होगा और इसमें अलग-अलग अनुभव स्तरों के लिए डिज़ाइन की गई गतिविधियाँ भी होंगी। उनका यह भी मानना ​​था कि छात्रों को वी.आर. रोबोट रोमांचक और प्रेरक लगेंगे - और यह बात उन्हें सच भी लगी। जब एमी ने इस बात पर विचार किया कि उन्हें उम्मीद है कि छात्र वी.आर. से क्या प्राप्त करेंगे, तो उन्होंने कहा:

मैं आशा कर रहा था कि VR का उपयोग करना भौतिक रोबोट के उपयोग जितना ही कठोर, चुनौतीपूर्ण और रोमांचक होगा, और मेरे छात्रों को ऐसा महसूस नहीं होगा कि वे किसी अनुभव से वंचित रह गए हैं, बल्कि उन्हें एक नए प्रकार का कोडिंग अनुभव प्राप्त होगा जो उतना ही रोमांचक होगा। मैं चाहता था कि वे उसी प्रकार की उपलब्धि का अनुभव करें जैसा उन्होंने कक्षा में महसूस किया होगा जब उन्हें चुनौतियों के बीच बार-बार प्रयास करना होगा और दृढ़ता से काम करना होगा और फिर अंततः सफलता प्राप्त करनी होगी।

एकमात्र रोबोटिक्स शिक्षक के रूप में, ऐमी ने स्कूल शुरू होने और शीतकालीन अवकाश के बीच सप्ताह में एक बार 23 छात्रों को पढ़ाया, कुल 15 पाठ। छात्रों ने “कम्प्यूटर विज्ञान स्तर एक - ब्लॉक” पाठ्यक्रम से शुरुआत की। ऐमी ने पहली इकाई में छात्रों के साथ एक समूह के रूप में काम किया, लेकिन शेष पाठों के लिए उन्होंने छात्रों को अपनी गति से काम करने दिया और एक सुविधाकर्ता के रूप में कार्य किया। अधिकांश छात्रों ने अतिरिक्त महासागर सफाई गतिविधि के साथ सात से नौ इकाइयों के बीच की पढ़ाई पूरी की।

ऐमी ने पाया कि विद्यार्थी पाठों में दी गई चुनौतियों से बहुत प्रेरित थे; इतना अधिक कि कभी-कभी उन्हें पाठ को व्यवस्थित रूप से पूरा करने में कठिनाई होती थी। कुछ छात्र जो ध्यान देने या पढ़ने में कठिनाई महसूस करते थे, उन्हें अतिरिक्त सहायता की आवश्यकता थी, तथा अधिक/कम तथा बूलियन अवधारणाएं चुनौतीपूर्ण थीं। हालाँकि, अधिकांश छात्रों को चुनौती, संघर्ष और सफलता का सही अनुपात मिला। कक्षा में वापस लौटने पर छात्र भौतिक रोबोट के साथ काम करने के विचार से उत्साहित थे। वीआर के साथ काम करने के बाद, ऐमी ने कहा, "बिना किसी संदेह के, हर कोई अधिक आत्मविश्वासी कोडर के रूप में कक्षा से बाहर निकला।"

केस स्टडी 2

मार्क जॉनस्टन अमेरिका के एल पासो स्थित बेल एयर मिडिल स्कूल में सातवीं और आठवीं कक्षा के छात्रों को पढ़ाते हैं। अपने STEM 1 पाठ्यक्रम के लिए, मार्क लगभग 100 छात्रों को स्वचालन और रोबोटिक्स, तथा डिजाइन और मॉडलिंग पर प्रोजेक्ट लीड द वे गेटवे पाठ्यक्रम पढ़ाते हैं। STEM 1 पाठ्यक्रम में VEX IQ रोबोट को शामिल किया गया, ताकि VEXcode IQ (छोटे छात्रों के लिए एक प्लास्टिक रोबोट किट) के साथ बुनियादी यांत्रिकी और आधारभूत कोडिंग सिखाई जा सके। यह पाठ्यक्रम शरद सेमेस्टर में पढ़ाया जाता है, इसलिए प्रारंभिक COVID-19 व्यवधान ने वसंत में उनके रोबोटिक्स को प्रभावित नहीं किया। हालाँकि, 2020 के अप्रैल में मार्क ने VEX VR रोबोट देखा और उसके साथ काम करना शुरू कर दिया। "जब मैंने देखा कि VR उसी सेटअप (अर्थात VEXcode) का उपयोग कर रहा है, तो मैं बहुत उत्साहित हो गया क्योंकि मैंने इसकी क्षमता देखी - एक पहेली के टुकड़े की तरह जिसे मैं जानता था कि जो मैं पहले से कर रहा था, उसके साथ पूरी तरह से फिट होगा। जब वीआर को पायथन को शामिल करने के लिए अपडेट किया गया, तो मैं और भी अधिक उत्साहित हो गया।” मार्क ने अन्य शिक्षकों के लिए ट्यूटोरियल वीडियो बनाए, जिससे सोशल मीडिया प्लेटफॉर्म पर बड़ी संख्या में अनुयायी एकत्रित हो गए। अपनी स्वयं की गैर-लाभकारी शैक्षिक कंपनी के माध्यम से, मार्क ने 2020/21 स्कूल वर्ष की तैयारी के लिए शिक्षक प्रशिक्षण के अलावा, वीआर पर छात्रों के लिए एक निःशुल्क ग्रीष्मकालीन शिविर की पेशकश की।

अनिश्चित शिक्षण परिस्थितियों के कारण योजना बनाना कठिन हो जाता है। “जब मुझे एहसास हुआ कि दूरस्थ शिक्षा 2020/21 स्कूल वर्ष में जारी रहेगी, तो मैंने पहले डिजाइन और फिर रोबोटिक्स पढ़ाने का फैसला किया… लेकिन बहुत सी चीजें अनिश्चित थीं, कुछ भी योजना बनाना मुश्किल था। मुझे नहीं पता था कि हम व्यक्तिगत रूप से वापस आएंगे या ऑनलाइन ही रहेंगे - उस समय बहुत कम जानकारी स्पष्ट थी। मैंने रोबोटिक्स और डिजाइन को एक साथ मिला दिया और एक या दो दिन पहले ही योजना बना ली।” मार्क ने स्कूल वर्ष की शुरुआत में (जो 2021 तक 100% रिमोट रहेगा) साइट से विभिन्न गतिविधियों को चुनकर VR का उपयोग करना शुरू कर दिया, जो अच्छी तरह से काम करता था क्योंकि इसमें विभिन्न अनुभव स्तर और संपादन योग्य निर्देश थे। जब कंप्यूटर विज्ञान स्तर 1 - ब्लॉक्स पाठ्यक्रम जारी किया गया, तो उन्होंने छात्रों को इसके बारे में पूरी जानकारी दी, हालांकि उन्होंने कहा कि अगली बार वे पाठ को छोटे व्याख्यानों में प्रस्तुत करेंगे। वीआर का उपयोग करना व्यक्तिगत रोबोटिक्स पाठों से स्वाभाविक रूप से भिन्न था, लेकिन फिर भी इन पाठों के लिए मार्क के कुछ प्रमुख लक्ष्य थे:

• छात्रों को VEXcode से परिचित कराएं
• प्रोग्रामिंग में आत्मविश्वास का निर्माण (आत्म-प्रभावकारिता)
• प्रोग्रामिंग विचारों/शब्दावली को गैर-धमकी भरे तरीके से प्रस्तुत करें
• उन्हें बिना बताए गणित का उपयोग करने के लिए “धोखा” दें ;)
• छात्रों से बाधाओं के आधार पर सुपरिभाषित समस्याओं को हल करने के लिए कहें
• अस्पष्ट समस्याओं का परिचय दें
• “असफल हो जाओ और फिर से प्रयास करो” की प्रवृत्ति को प्रोत्साहित करें
• समस्या समाधान को मज़ेदार बनाए रखें

यद्यपि आभासी अनुभव अलग था, मार्क को वी.आर. के उपयोग के विशिष्ट लाभ मिले। छात्र वीआर बनाम रोबोटसी (अन्य रोबोटों के साथ प्रयोग की जाने वाली एक अन्य कोडिंग भाषा) का प्रयोग करने से बहुत कम डरते थे। मार्क यह भी मापते हैं कि छात्रों को “जीत” पाने में कितना समय लगता है, यह निर्धारित करने के लिए कि STEM गतिविधि कितनी अच्छी है, उन्होंने कहा कि, “यदि छात्र को सकारात्मक परिणाम प्राप्त करने में बहुत अधिक समय लगता है, तो उन्हें व्यस्त रखना बहुत कठिन होता है।”

वी.आर. में एक तात्कालिकता थी जो अन्वेषण और सक्रिय सहभागिता को प्रोत्साहित करती थी। मार्क इस प्रकार की "जीत" का वर्णन छात्रों को वी.आर. से परिचित कराने के एक उदाहरण के साथ करते हैं:

मैं: “सभी लोग एक नया टैब खोलें और vr.vex.com पर जाएं। क्या सभी लोग साइट देखते हैं? अच्छा। अब रोबोट को आगे बढ़ाओ।”
छात्र: “कैसे?”
मैं: “देखो कि क्या तुम समझ सकते हो…”
छात्र: “मैंने समझ लिया!”
और फिर वे इसके आदी हो गए! उस समय तक, उनमें से कई मुझसे पूछ रहे होते हैं कि विभिन्न प्रकार की चीजें कैसे की जाती हैं। वे सचमुच मुझसे उन्हें पढ़ाने के लिए कह रहे हैं!

परिणाम और चर्चा

वी.आर. एक शिक्षण उपकरण के रूप में। उपयोग डेटा और केस स्टडी दोनों ही पहले शोध प्रश्न में अंतर्दृष्टि प्रदान करते हैं कि कैसे वी.आर. ने COVID-19 महामारी के दौरान एक शिक्षण उपकरण के रूप में काम किया। सबसे सरल निष्कर्ष इसके उपयोग की व्यापक मात्रा से है; वीआर प्लेटफॉर्म का उपयोग विश्व भर में दस लाख से अधिक छात्रों द्वारा किया गया, जो यह दर्शाता है कि संकट की स्थिति में आभासी रोबोटिक वातावरण ने व्यक्तिगत शिक्षण के विकल्प के रूप में अच्छी तरह से कार्य किया। व्यक्तिगत उपयोगकर्ताओं की संख्या पर विचार करने पर संचालित परियोजनाओं की संख्या (84+ मिलियन) भी आश्चर्यजनक थी। औसतन, उपयोगकर्ता 57 प्रोजेक्ट रन पूरे कर रहे थे, जो उच्च स्तर के परीक्षण और पुनरावृत्ति को दर्शाता है। छात्रों में “प्रयास करते रहो और पुनः प्रयास करो” की प्रवृत्ति विकसित करने के महत्व को देखते हुए यह एक बहुत ही आशाजनक परिणाम है। वी.आर. गतिविधियों को हल करने के कई संभावित तरीके हैं, जो छात्रों के लिए सीखने योग्य एक महत्वपूर्ण सबक है। जब छात्र यह समझ जाते हैंकिसी समस्या के कई समाधान हैं,इस बात^{संभावना बढ़ जाती है कि छात्र शिक्षकों से फीडबैक मांगेंगे और साथ ही वे जो सीख रहे हैं, उसकी उनकी समझ भी बेहतर होगी}

केस अध्ययनों से यह भी पुष्टि होती है कि वी.आर. एक कम जोखिम वाले शिक्षण वातावरण के रूप में काम करता है। ऐमी ने बताया कि उनके छात्र अधिक आत्मविश्वास से कोडर थे और भौतिक रोबोट के साथ काम करने के लिए उत्सुक थे। मार्क ने देखा कि छात्र VEXcode VR में कोडिंग करते समय प्रयोग करने से कम डरते थे और इस वातावरण में उन्हें "जीत" का अहसास तुरंत होता था। जब हम शिक्षकों के इन अवलोकनों को कच्चे उपयोग के आंकड़ों के साथ जोड़ते हैं, तो यह पुष्टि होती है कि एक आभासी रोबोट वातावरण छात्रों को उनके सीखने की प्रक्रिया के दौरान प्रयोग करने और पुनरावृत्ति करने के लिए अधिक स्वतंत्र महसूस कराता है, और सामान्य रूप से रोबोटिक्स के प्रति सकारात्मक धारणा को बढ़ाता है।

शिक्षकों से सीखें. जब हम दूसरे शोध प्रश्न पर विचार करते हैं कि शिक्षक कक्षा में आभासी वास्तविकता के कार्यान्वयन पर क्या अंतर्दृष्टि प्रदान कर सकते हैं, तो हम केस अध्ययनों से कई समानताओं की पहचान कर सकते हैं। दोनों केस अध्ययनों से यह जानकारी सामने आई कि शिक्षकों ने कोविड-19 के दौरान किस प्रकार निर्णय लिए और समाधान लागू किए, साथ ही यह भी पता चला कि वर्चुअल और हाइब्रिड वातावरण में छात्रों के लिए प्रभावी शिक्षण समाधान प्रदान करने के लिए क्या आवश्यक था। इन विषयों में लचीले समाधान, निरंतरता, पाठ्यक्रम और समर्थन शामिल हैं। इन निष्कर्षों को सभी प्रौद्योगिकी समाधानों के लिए आवश्यकता के रूप में माना जाना चाहिए, क्योंकि शिक्षकों का समर्थन छात्रों का समर्थन करता है।

शिक्षण स्थितियों के बारे में अनिश्चितताओं को देखते हुए, मार्क और ऐमी दोनों ने कहा कि उन्हें लचीले समाधानों की आवश्यकता है। दूरस्थ शिक्षा आमने-सामने की शिक्षा में परिवर्तित हो सकती है, या इन दोनों के बीच कोई अन्य रूप हो सकता है। वी.आर. का उपयोग किसी भी परिवेश में जारी रखा जा सकता है, लेकिन इसके दृष्टिकोण में लचीलापन भी उपलब्ध है। छात्रों को शिक्षक द्वारा संचालित संरचित पाठों में शामिल किया जा सकता है, जैसा कि मार्क ने गतिविधियों और पाठ्यक्रम के साथ किया था, या छात्र-नेतृत्व वाली शिक्षा को अपनी गति से सीखाया जा सकता है, जैसा कि ऐमी ने बताया। शिक्षकों को अनुभव के स्तर में भी लचीलेपन की आवश्यकता थी, गतिविधियों के संदर्भ में तथा सभी छात्रों की आवश्यकताओं को पूरा करने के लिए प्रस्तुत की जाने वाली प्रोग्रामिंग भाषाओं के प्रकार के संदर्भ में।

दोनों केस अध्ययनों में सीखने की निरंतरता को महत्वपूर्ण बताया गया। ऐमी ने बताया कि वीआर में काम करने के बाद, छात्र वीईएक्स वी5 रोबोट के साथ काम करने को लेकर उत्साहित थे, जो व्यक्तिगत रूप से पढ़ाई शुरू होने पर उनका इंतजार कर रहे थे। वी.आर. भौतिक रोबोटों के साथ काम करने के लिए एक कदम के रूप में काम कर रहा था, तथा छात्रों के उत्साह और सकारात्मक धारणाओं को बढ़ा रहा था। मार्क ने यह भी कहा कि VR से IQ तक VEXcode की निरंतरता उनके लिए बहुत महत्वपूर्ण थी: "मैं आपको यह नहीं बता सकता कि यह कितना अद्भुत है कि VEX में VEXcode का उपयोग करके तीसरी कक्षा से कॉलेज तक की प्रगति का अनुसरण करना बहुत सरल है! और वीआर के साथ, वे इसे घर से सीखना शुरू कर सकते हैं!

इस विकासशील शिक्षण-अधिगम स्थिति में आभासी वास्तविकता की सफलता के लिए पाठ्यक्रम और समर्थन स्पष्ट रूप से महत्वपूर्ण थे। वी.आर. इकाइयों ने विद्यार्थियों को सीखने के लिए सभी सामग्री के साथ-साथ पाठ पढ़ाने के लिए आवश्यक सामग्री भी उपलब्ध कराई। सभी शिक्षकों की पृष्ठभूमि कंप्यूटर विज्ञान और कोडिंग में नहीं होती। ऐमी ने बताया कि ब्लॉक-आधारित कार्यक्रम उनके छात्रों के साथ-साथ उनके लिए भी डराने वाला नहीं था। मार्क ने यह भी कहा कि वे कंप्यूटर विज्ञान पढ़ाने के आदी नहीं थे, और पढ़ाने से पहले उन्हें स्वयं ही पाठ सीखना पड़ता था। हालांकि, मार्क ने स्वीकार किया, "अगर कल चीजें "सामान्य" हो गईं, तो मैं अब अपनी कक्षा के प्रोग्रामिंग भागों को अधिक आत्मविश्वास के साथ पढ़ा पाऊंगा।" कक्षा में वी.आर. के कार्यान्वयन के लिए पाठ्यक्रम और वी.आर. प्रोग्रामिंग के लिए शिक्षक का समर्थन महत्वपूर्ण है।

डिजिटल शिक्षा केवल छात्रों के लिए ही नहीं है; शिक्षक भी प्रौद्योगिकी और सोशल मीडिया के माध्यम से शिक्षण पद्धतियों और संसाधनों के बारे में जानने के लिए आगे आ रहे हैं। लगभग 50 देशों के शिक्षकों ने वी.आर. प्रमाणन पूरा किया। वी.आर. के इर्द-गिर्द एक वैश्विक अभ्यास समुदाय का निर्माण हो रहा है। मार्क ने सोशल मीडिया पर वी.आर. पर वीडियो पोस्ट करना शुरू किया और जल्द ही उनके एक हजार से अधिक अनुयायी हो गए; वी.आर. के साथ अपने काम के माध्यम से, उन्होंने स्लोवेनिया और ताइवान में शिक्षकों के साथ मित्रता बना ली। जब शिक्षक अपने अनुभव और अभ्यास को साझा करते हैं, तो अंततः छात्रों को इन अनौपचारिक शिक्षक सहायता समूहों से लाभ मिलता है। अभ्यास समुदाय शैक्षिक रोबोटिक्स की वर्तमान उपलब्धता और औपचारिक शिक्षक शिक्षा में इस प्रौद्योगिकी के समावेश के बीच एक सेतु का काम कर सकते हैं। जैसे-जैसे अधिक शिक्षक व्यावसायिक विकास के माध्यम से शैक्षिक रोबोटिक्स से परिचित होंगे, जैसे कि 550 से अधिक शिक्षक जिन्होंने प्रमाणन पाठ्यक्रम पूरा किया है, या अनौपचारिक शिक्षण समुदायों के माध्यम से, अधिक छात्रों को एकीकृत STEM शिक्षा से परिचित कराया जाएगा।

निष्कर्ष

VEXcode VR का निर्माण ऐसे समय में किया गया था जब अनिश्चितता की स्थिति थी और तत्काल समाधान की आवश्यकता थी। तात्कालिक परिस्थितियों में नवीन समाधान सामने आ सकते हैं। वी.आर. ने 1.45 मिलियन से अधिक उपयोगकर्ताओं को प्रभावित किया है, जिन्होंने 2.52 मिलियन से अधिक परियोजनाओं को सहेजा है और 150 से अधिक देशों में 84 मिलियन से अधिक परियोजनाएं चलाई हैं। यद्यपि महामारी ने दुनिया भर के छात्रों और शिक्षकों को प्रभावित किया है, फिर भी वर्चुअल रियलिटी ने छात्रों और शिक्षकों को भौतिक बाधाओं की परवाह किए बिना रोबोटिक्स और कंप्यूटर विज्ञान अवधारणाओं से जुड़ने में सक्षम बनाया है। शिक्षक केस अध्ययनों से पता चला कि लचीलेपन, निरंतरता, पाठ्यक्रम और सहायता जैसे विषयों को ऐसी अनिश्चित और चुनौतीपूर्ण परिस्थितियों में प्रौद्योगिकी के साथ शिक्षण के लिए महत्वपूर्ण माना गया।

इस अभूतपूर्व समय से आगे बढ़ते हुए, वी.आर. के निर्माण और कार्यान्वयन से प्राप्त सबक भविष्य में इसके उपयोग के अवसरों का संकेत देते हैं। शिक्षक केस अध्ययनों के साथ संयुक्त उपयोग डेटा से पता चलता है कि छात्रों को आभासी वातावरण में कोडिंग करते समय पुनरावृत्ति करने में कम बाधा महसूस हुई। इससे पता चलता है कि वी.आर. एक मूल्यवान मचान उपकरण हो सकता है जिसका उपयोग भौतिक रोबोट के साथ संयोजन में किया जा सकता है। लचीलेपन की आवश्यकता से भी यह बात समर्थित होती है; भौतिक रोबोट के साथ संयोजन में एक शिक्षण उपकरण के रूप में VR का उपयोग करने से एक इष्टतम, लचीला रोबोटिक शिक्षण वातावरण उपलब्ध हो सकता है, जहां एक आसान, घर पर उपलब्ध विकल्प, व्यक्तिगत भौतिक रोबोटिक्स पाठ्यक्रम का पूरक बन सकता है। हम भविष्य में होने वाले शोध की प्रतीक्षा कर रहे हैं, जिसमें यह पता लगाया जाएगा कि महामारी के बाद की दुनिया में शिक्षक किस प्रकार आभासी और भौतिक रोबोटिक्स को संयोजित कर सकते हैं।

स्वीकृतियाँ

हम एमी डेफो ​​और मार्क जॉनस्टन को उनके शिक्षण अनुभव और बहुमूल्य अंतर्दृष्टि साझा करने के लिए आभार व्यक्त करते हैं।

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