Miért tanítsunk oktatási robotikát?

Az elmúlt néhány évben az oktatási robotika iránti érdeklődés felvirágzott, ahogy a tanárok és az iskolák felkarolják a robotikában rejlő lehetőségeket, hogy gyakorlatias és lebilincselő módszereket biztosítsanak a tervezés, a mérnöki munka és a technológia oktatásáhozⁱ. Az oktatási robotika használata a megnövekedett figyelemnek és befektetéseknek köszönhetően megfizethetőbb és robusztusabb, mivel a hallgatók tudományos, technológiai, mérnöki és matematikai (STEM)ⁱⁱpályafutásra való bevezetésének és ösztönzésének egyik módja. adott a médiumnak. Az ebből eredő technológiai fejlődés nagymértékben hozzájárul ennek az eszköznek a hozzáférhetőségéhezⁱⁱⁱ. Valójában egyesek úgy vélik, hogy a robotika hasonló szerepet játszik az osztálytermekben, mint egykor a számítógépek, kezdve a 90-es évek elejétől, és a CD-ROM-ok és a Microsoft PowerPoint használatának bevezetésével az osztálytermekben^iv.

Az Educational Robotics növekvő jelenlétével fontos kérdések merülnek fel. Mi a legjobb felhasználási módja ennek az új és izgalmas eszköznek? Hogyan alakíthatjuk ki a legjobb gyakorlatokat? Hogyan képzeljük el az oktatási robotika célját az osztályteremben? Ezek a kérdések bonyolultabbak lehetnek, mint első pillantásra tűnnek. És ha válaszolunk rájuk, először több kérdést vethet fel, mint amikor elkezdtük. Például a tanulók az oktatási robotikát médiumként használják ötleteik és gondolkodásaik megjelenítésére, vagy a diákok a médiummal való interakció révén hoznak létre ötleteket és gondolkodást? Az oktatási robotika egy módja annak, hogy a tanulók megmutassák kompetenciájukat, vagy olyan infrastruktúra, amelyre a tanulók új kompetenciákat építenek^v? Talán az osztálytermi számítógéphasználat egy szempontjának figyelembe vétele segíthet jobban megvilágítani a témát.

Egy médium az alkalmazásától függően eltérő hatókörrel rendelkezhet. A festészet tekinthetõ médiumnak, olyannak, amellyel kerítést vagy a Sixtus-kápolnát lehet festeni. A számítógépek mint médiumok sokoldalúsága vitathatatlanul még hatalmasabb; a számítógép nagyon korlátozott mértékben használható az osztályteremben, akár számológépként, akár szövegszerkesztőként, de egyben hatékony kommunikációs eszközként is tekinthet rá. Ahogy Mark Guzdial rámutatott, a számítógépek felfoghatók Gutenberg nyomdájának^vimodern formájaként, és más területekről való gondolkodásmódként. Mint ilyenek, az olyan technológiák, mint a számítógépes modellezés és az algoritmusok, jelentős hatással voltak a matematika és a tudomány területeinek megértésére^vii.

Mi akkor az oktatási robotika hatóköre? Az Educational Robotics előre megépített objektumként használható, amelyek nagyon specifikus feladatokat látnak el, míg egyes Educational Robotics rendszerek lehetővé teszik a diákok számára, hogy aktív résztvevőivé váljanak tanulásuk tervezésében – valamint számítási műtermékek készítőivé váljanak, ahelyett, hogy passzívan használnák a mások által készített eszközöket. számukra^viii. Ez egyedülálló lehetőségeket kínál a tanárok számára. Az Oktatási Robotika így olyan médiummá válik, amely lehetővé teszi a hallgatóknak, hogy gyakorolják hangjukat és választásukat a tanulás során, és bevonják őket nem csak a problémamegoldásba, hanem a problémakeresésbe, a probléma felépítésébe, a problémaelemzésbe, valamint a problémamegoldó erőfeszítések tervezésébe és nyomon követésébe is. Ekkor az oktatási robotika valami sokkal nagyobb dologgá válik – egy médium, amely felkészíti a tanulókat a rájuk váró kihívások összetettségére, miközben olyan munkákra készülnek, amelyek jelenleg nem léteznek^ix, és egy mód más értékes kézügyesség (pl. kommunikáció és együttműködés) beépítésére is. ) a szélesebb spektrumú 21. századi készségek közé tartoznak.

Úgy tűnik, hogy az iskolák erőfeszítései az oktatási robotika médiumának megvalósítására annyi megnyilvánulást eredményeztek, ahány különböző motiváció vezérelte a kezdeményezéseket. Egyes iskolákban ezt az eszközt egy önálló számítástechnika vagy STEM-tanfolyam integrált részeként használják, míg más iskolák a hagyományos tantárgyak kiegészítésére használják ezt a modern megoldást. Megint más iskolák iskola utáni tevékenységként használják őket, hogy aztán kihasználják a „játékosítás” és a versenyek motivációs hatásait, hogy növeljék a tanulók részvételét és elkötelezettségét. Ugyanúgy, ahogy az iskolák megtanulták, hogy ne korlátozzák a számítógépek használatát a drága számológépekre, az oktatási robotika használatát sem szabad korlátozni az észlelt korlátokkal.

Érdemes részletesen megvizsgálni az oktatási robotika következő felhasználásait:

• Világunk megértése
• Integrált STEM-oktatás újszerű módszerekkel történő oktatása
• Számítógépes gondolkodás tanítása
• Kényelmessé válni az iterációval és tanulni a kudarcokból
• Kiszolgáltatni és megismerni a jövő munkáit

Hogy megértsük a világunkat

A tudomány a természeti világ magyarázata. A tudományosan művelt hallgatók képesek megérteni a tudomány fogalmait és gyakorlatait egyaránt. Ezért a természettudományok oktatása lehetőséget kínál számukra, hogy megértsék az általuk lakott világot. Ezért van az, hogy a középiskolai tantervek országszerte olyan tantárgyakat tartalmaznak, mint a csillagászat, a biológia és a kémia. De mi a helyzet a robotikával? Nyilvánvaló, hogy a robotok elterjedtek a mindennapi életünkben, és ez az elterjedtség^xszeresére nő. A robotokhoz kapcsolódó technológia fejlődése a számítási teljesítmény és az adattárolás exponenciális növekedéséhez vezetett^xi. Ez olyan robotokat eredményezett, amelyek képesek tanulni és más robotok tapasztalatai alapján döntéseket hozni. A robotok már nem olyan gépek, amelyek egyszerű funkciókat hajtanak végre. Ezenkívül a robotok és a robottechnológia iránti növekvő kereslet átfogja az iparágakat. Igen, a gyárak sok robot otthonai, de a robotok ma már elterjedtebbek az oktatási és szórakoztató környezetben is. Elképzelhető, hogy a közeljövőben a robotok segítik az idős lakosság sok tagját, hogy önállóan élhessenek otthonukban, létrehozva ezzel a „társrobotok” új területét.^xii

Az iskolák jogosan tanítanak a fényévnyire létező bolygókról és csillagokról…de nem arról a technológiáról, amellyel sokan napi szinten kommunikálnak. Ez kihívás, de egyben lehetőség is. Az oktatás ösztönzi a tudományt és az innovációt. A biológia tanulmányozása továbbra is jobb kezelésekhez, valamint a betegségek és betegségek felszámolásához vezet^xiii. Ha a robotika az iskoláink központi tantárgyává válna, annak hasonló hatása lehet.

Az integrált STEM-oktatás újszerű módon történő tanítása

Az oktatáskutatók azt sugallják, hogy a tanárok gyakran küzdenek azért, hogy kapcsolatot teremtsenek a STEM-tudományok között^xiv. Ez kihívás elé állítja az iskolákat, mivel a következő generációs tudományos szabványok átfogó koncepciókat tartalmaznak, amelyek különböző tudományterületeket ölelnek fel. Ezért a tanulóknak nehézséget okoz a gyakran elszigetelten tanított fogalmak átvitele az értékelő vizsgákon látható integrált kontextusba. A tudományos fogalmak elszigetelt tanításának egy másik nem szándékolt következménye az, hogy olyan tanulási környezetet hoz létre, amelyben a tanulók elszakadnak egymástól. A tudomány hiteles példái, amelyeket mindennapi életükben látnak, mélyen integrálódnak a STEM tudományágakba, szemben az egyediséggel. A STEM-oktatás célja, hogy segítse a tanulókat az információk tudományágon belüli és között rendszerezésében, hogy képesek legyenek azonosítani és érvelni ezeken az információkon belüli mély, strukturális hasonlóságokat és mintákat; a csúcspont, amely ideális esetben azt a képességet eredményezi, hogy ezt a tudásszervezést a mindennapi élet összetett helyzeteire és problémáira alkalmazzuk^xv.

Az oktatási robotika segíthet ezeknek a kihívásoknak a megoldásában azáltal, hogy segíti a tanárokat és az iskolákat a STEM oktatás megszervezésében. Mivel az oktatási robotika hatóköre messze túlmutat az egyszerű utasításokat adható játékon, az oktatási robotikát alkalmazó tantermek komoly mérnöki és programozási kihívásokat kínálhatnak a tanulóknak.

Számítógépes gondolkodás tanítására

Az elmúlt 10 évben a Computational Thinking népszerűsége és befogadása a K-12 osztálytermekben nőtt^xvii. A számítógépes gondolkodás a következő generációs tudományos szabványok részeként, valamint a valós matematika és tudomány lényeges részeként szerepel. A számítógépes gondolkodást széles körben minden STEM-tanterem szerves részének tekintik^xviii.

A számítógépes gondolkodás mint fogalom népszerűségének növekedése az iskolákban és azon kívül is oda vezetett, hogy az iskolák megpróbálnak hatékony eszközöket találni a számítógépes gondolkodás integrálására és tanítványai számára. Ennek megfelelő cél az volt, hogy szélesítsék a részvételt azokon az órákon – különösen az informatika –, amelyek nagymértékben foglalkoznak a számítástechnikai gondolkodással; a nemek közötti szakadék kezelése ezen a területen szintén következetes cél volt. Jelenleg a lányok az összes AP-tesztet felvevők körülbelül felét teszik ki, de az AP számítástechnika órákat tanulóknak csak 25%-a^xix

Az oktatási robotika hatékony eszköz lehet a számítógépes gondolkodás megtanítására, miközben elősegíti a részvételi célok kiszélesítését.^{xx xxi} Az oktatási robotika legújabb fejlesztései csökkentették a költségeket és megnövelték a könnyű használatot, így elérhetőbbé tették őket a diákok számára, és fokozatosan az elvont STEM-fogalmak elsajátításának megbízható módja lett. Mint ilyen, egyértelmű a kapcsolat a számítástechnika és a robotika között; a tanulók képesek programozni robotjaikat összetett feladatok elvégzésére, mind az osztályteremben, mind a versenypályákon. Míg az összetett feladatok elvégzése lehet a vég, az eszközök magukban foglalják ezeket a feladatokat kisebb részekre bontva, majd iteratív módon összeépítve megoldást hozva létre. Az osztálytermekben ennek a folyamatnak az állványozása létfontosságú, és ismét az oktatási robotika hatékony lehet az összetett feladatok lebontásának és felépítésének elősegítésében. Ennek eredményeként a robotok hatékony eszközei lehetnek a számítási gondolkodás tanításának, mivel a kezdeti bizonyítékok mutatják.^{xxii xxiii} A számítógépes gondolkodás hatékony tanítása a számítógépes gondolkodás alkalmazásának képességét is eredményezi különböző területeken. Az a képesség, hogy hatékonyan tanítható az általánosítható számítógépes gondolkodási készség, ugyanakkor lehetőséget kínál az e területekre belépő tanulók diverzifikálására, az oktatási robotikát jelentős mértékben hozzájárul a számítógépes gondolkodás integrálásához az iskolákba és a Computer Science for All mozgalomba.

Hogy kényelmesebbé váljon az iteráció és tanuljon a kudarcokból

A mérnöki tervezés és a tudományos módszer összefüggő jelenség, de fontos különbségeket tartalmaznak. A tudományban a hangsúly az általános szabályok megtalálásán van, amelyek leírják világunk és univerzumunk cselekedeteit, míg a mérnöki tudomány magában foglalja a megoldások keresését egy adott problémára, amely kielégíti az adott probléma összes korlátját^xxiv. Egyesek ezt a megkülönböztetést a „tudósok vizsgálják, de a mérnökök mondással foglalták össze.

A többszörös iteráció kulcsfontosságú az olyan ötletek és tevékenységek tervezésében, amelyek bizonyos célok elérésére irányulnak, legyen szó akár a vevői elvárásoknak való megfelelésről/túllépésről, akár egy versenykihívásban való részvételről. Az oktatási robotikai tevékenységekhez szükséges többszörös iterációról felismerték, hogy képes fenntartani a tanulók érdeklődését és a tartós elkötelezettséget.^xxvi Maguk a robotikai készletek összetétele is, amelyek sok különböző, gyorsan összeszerelhető, majd szétszedhető alkatrészt tartalmaznak, elősegíti az iterációs hozzáállást. Mivel a többszörös iteráció gyakran a „próbáld meg, próbáld újra” fontos leckét szól az életben, a tanulók óriási hasznot húznak abból, hogy megtanulják, hogy a „kudarcok” a folyamat minden részeként felfoghatók. Egy másik széles körben alkalmazható tanulság, amely az eszköz járulékos előnyeinek elvontabb pillantásából fakad, az Educational Robotics azon tendenciája, hogy a legegyszerűbb kihívásokra is többféle megoldást kínál. Mi bővíthetné jobban a hallgató látókörét, mint annak felismerése, hogy ugyanarra a problémára valóban többféle megoldás létezik? Láttuk, hogy ez érdekes előnyökkel jár: megnövekedett annak valószínűsége, hogy a diákok visszajelzést kérnek a tanároktól, és nagyobb annak valószínűsége, hogy a tanulók fontosnak fogják fel, amit tanulnak.^xxvii Az előnyök csakis innen származnak – ha a tanárok ilyen módon vonják be a diákokat, az magasabb tanulói önhatékonysághoz vezethet, ami a kulcsfontosságú elem, amely a kudarcokból való tanulásra való nagyobb hajlandósághoz vezet.^xxviii

A jövő munkáinak megismerése és megismerése

A változás, az egyetlen állandónk, nem idegen a munka természetétől. 1900-ban az amerikai munkaerő körülbelül 40%-a farmokon dolgozott. Ma ez a szám csak 2%.xxix Ha ez túl régen, túl távolinak tűnik, gondoljon arra, hogy még 50 évvel ezelőtt az átlagos dolgozónak nem volt szüksége olvasni vagy írni a munkanapja során.^xxx Az Oxfordi Egyetem Műszaki Tudományok Tanszékének 2013-as, széles körben olvasott és megvitatott tanulmánya tükrözi a mai dagályokat, amelyek becslései szerint a jelenlegi munkahelyek 47%-át fenyegeti az automatizálás miatti elvesztés veszélye.^xxxi

A jelenlegi aggodalmak egyik fontos különbsége, szemben a tegnapi munkahelyek rombolásával és munkahelyteremtésével, a „munkahely-polarizáció”. A fogalom a munkalehetőségek kiürítésére vonatkozik, ami azt jelenti, hogy nagy a kereslet a magas és alacsony szakképzettséget igénylő állások iránt, de a közepes és közepes fizetésű állások lehetősége csökkent.^xxxii Ez a jelentős probléma a rutinmunka automatizálására vezethető vissza, és a válaszok magukban foglalják az automatizálás elkerülhetetlenségének elismerését, kreatív munkával a kiegészítés felé. Azok a vállalkozások, amelyek sikeresen meglovagolják ezt a hullámot, azok rugalmasan és gördülékenyen reagálnak, megtanulnak dolgozni a technológiával, ahelyett, hogy menekülnének vagy lázadnának ellene annak ijesztő jelenléte és hatása.^xxxiii Pedagógusként nekünk is létfontosságú, hogy kreatívan reagáljunk, innovatív megoldásokat keresve a jövő bizonytalanságára. Az alap- és középfokú oktatási rendszereken múlik, hogy felismerjék a küszöbön álló realitásokat, és megtanítsák a releváns és értékes készségeket, ami jelen esetben azt jelentheti, hogy a számítógépek egyszerűen nem jók. Ide tartozik a kreativitás, az interperszonális készségek és a problémamegoldás, minden olyan készség, amelyet az oktatási robotika kifinomult felhasználásaként lehet fejleszteni.^xxxiv

---