Absztrakt
Az oktatási robotikában megvan a lehetőség, hogy a STEM oktatás sarokkövévé váljon, mivel interdiszciplináris tananyagon keresztül gyakorlati, projektalapú tanulást tud biztosítani. A kutatások kimutatták, hogy a tanulók STEM-tanuláshoz való hozzáállása az oktatási rendszerünkön keresztül haladva csökken; A STEM témákkal kapcsolatos pozitív attitűd ápolása kulcsfontosságú az elemi korú tanulókban. Bebizonyosodott, hogy a robotika tananyagának STEM tantárgyakkal való integrálása számos pozitív tanulási előnnyel jár a tanulók számára, miközben javítja a tanulók e témákról alkotott képét. Ebben a tanulmányban 104 tanuló, harmadik és ötödik évfolyamtól vett részt egy kutatási projektben, amelynek célja annak megállapítása volt, hogy megváltozik-e a tanulók felfogása a STEM témákról hat hét robotika tananyag után. A diákok előzetes felmérést kaptak, hogy értékeljék a matematikával, természettudományokkal, mérnöki munkával és a 21. századi készségekkel kapcsolatos attitűdjüket. Ezután minden évfolyam elvégzett egy robotika tantervet a VEX GO robottantermi csomag és a VEX GO tananyag STEM laborok és tevékenységek segítségével. A hat hét leckét követően a tanulók ugyanazokat a kérdéseket kapták a felmérés után, hogy értékeljék, megváltozott-e a hozzáállásuk. Az eredmények azt mutatják, hogy a tanulók attitűdje jelentősen javult az összes STEM tantárgy tekintetében, valamint javult a kreativitás, az elkötelezettség, a csapatmunka és a kitartás terén.
Bevezetés
Az elmúlt években a robotika egyre inkább beépült az Egyesült Államok általános és középiskoláiba, a nemzeti jelentések és politikák ösztönzésére. 2015-ben a National Science Foundation kijelentette, hogy a természettudományos, technológiai, mérnöki és matematikai (STEM) ismeretek és készségek elsajátítása egyre létfontosságúbb az amerikaiak számára, hogy teljes mértékben bekapcsolódhassanak a technológia-intenzív globális gazdaságba, és mindenki számára kritikus fontosságú, hogy magas színvonalú oktatáshoz férhetnek hozzá a STEM témákban. Az oktatási robotika nem egyszerűen az oktatástechnológia népszerű irányzata, hanem kutatások kimutatták, hogy hatékonyan javítja a tanulók STEM tantárgyakról alkotott képét, valamint a tanulási eredményeket. Egy metaanalízis (Beniti, 2012) megállapította, hogy az oktatási robotika általában növelte a tanulást bizonyos STEM-koncepciók esetében. A különböző korcsoportokra összpontosító kutatások feltárták, hogy a robotika növeli a diákok érdeklődését és pozitív megítélését a STEM tantárgyak iránt (Nugent et al., 2010; Robinson, 2005; Rogers & Portsmore, 2004), és további kutatások szerint ez növeli az iskolai teljesítményt és előmozdítja a tudományt. fokozatú teljesítmény (Renninger & Hidi, 2011; Wigfield & Cambria, 2010; Tai et al., 2006). Középiskolások esetében a robotikát a főiskolai felkészültség és a műszaki karrierkészségek támogatására használták (Boakes, 2019; Ziaeefard et al., 2017; Vela et al., 2020).
Az Országos Tudományos és Technológiai Tanács STEM Oktatási Bizottsága 2018-ban jelentést adott ki az interdiszciplináris STEM oktatás szövetségi stratégiájának felvázolására: „Maga a STEM-oktatás jellege az egymást átfedő tudományágak halmazából egy integráltabb és interdiszciplinárisabb megközelítéssé fejlődött. tanulás és készségfejlesztés. Ez az új megközelítés magában foglalja az akadémiai fogalmak valós alkalmazásokon keresztül történő tanítását, és ötvözi a formális és informális tanulást az iskolákban, a közösségben és a munkahelyen.” Az oktatási robotikát nem szabad önálló témaként oktatni, hanem az interdiszciplináris tantervi megközelítést teljes mértékben ki kell használni. A kutatók számos előnyt fedeztek fel a robotika meglévő iskolai tantervbe való beépítésében, a STEM ismeretek fejlesztésétől és alkalmazásától kezdve a számítógépes gondolkodáson és problémamegoldó készségeken át a szociális és csapatmunka készségekig (Altin & Pedaste, 2013; Bers et al., 2014; Kandlhofer & Steinbauer, 2015; Taylor, 2016). Benitti (2012) úgy találta, hogy a legtöbb robotikai programot saját tantárgyként tanítják, és ez megnehezítette a tanárok számára, hogy beépítsék az osztálytermükbe. Ennek a kutatásnak az egyik célja, hogy értékelje a hallgatók STEM-témáival kapcsolatos attitűdjét egy olyan robotika tananyag segítségével, amely ötvözi a robotika konstrukcióját és programozását szabványokhoz igazodó matematikai, természettudományos és mérnöki tartalommal.
Az oktatási robotika bevezetése különösen nagy segítséget jelentett a fiatal diákok számára, akik már 4. osztályban elkezdhetnek negatív attitűdöt kialakítani a STEM tantárgyak iránt (Unfried et al., 2014). A fiatal diákok számára előnyös az integrált tanulási kontextus, és pozitívabb attitűdök alakulnak ki a STEM tantárgyak iránt, ha korai sikerélményeik vannak (McClure et al., 2017). Cherniak et al. (2019) azt találta, hogy a robotika általános iskolásokkal való megismertetése segíti a kérdező- és problémamegoldó képességek fejlesztését. Ching et al. (2019) a felső tagozatos diákok egy integrált STEM robotika tananyaggal ismerkedtek meg egy iskola utáni programban. Egy felmérési eszköz (Friday Institute for Educational Innovation, 2012) segítségével a program előtt és után mérték a diákok matematikához, természettudományokhoz és mérnöki viszonyokhoz való viszonyát. Az eredmények azt mutatták, hogy csak a matematikai konstrukció nőtt jelentősen. Ching és mtsai. megállapította, hogy ezek az eredmények összhangban vannak más informális tanulási környezetből és rövid (egyhetes) kísérleti programokból származó kutatásokkal (Conrad és mtsai, 2018; Leonard és mtsai, 2016). Ching és mtsai. egyéb nehézségekre is felhívta a figyelmet, amelyek befolyásolhatták más tantárgyak nulla eredményeit: a diákok nehezen építették meg a robotokat, és négy 90 perces munkamenetbe telhetett. Az építési utasítások megértésének és a robotok építésének nehézségei más tanulmányok során is kihívást jelentenek a felső tagozatos diákok számára (Kopcha et al., 2017), és a kutatók megjegyezték, hogy a robotok építéséhez szükség van a különböző robotkomponensek alapos megértésére (Slangen). et al., 2011). Ching és mtsai. (2019) kijelentette: „A jövőben, amikor a tanulási cél egy eredeti és működőképes robot megépítését foglalja magában, erősen ajánlott, hogy a tanulók mélyen megértsék a robotok különböző összetevőit, mielőtt elindulnának.” 598. Ezek a meglátások világossá teszik, hogy a kisgyermekek számára különösen fontos, hogy a STEM-tanulás korai sikerélménye legyen, és a könnyen megtanulható és összeállítható robotkészlet értékes eleme a robotikus tanterv megvalósításának, hogy minden diák sikeres legyen. .
Ebben a tanulmányban azt vizsgáljuk, hogy egy interdiszciplináris robotikai tanterv – amelyet az iskolai nap részeként adtak át – hogyan befolyásolta a diákok STEM tantárgyak iránti attitűdjét. A kutatási kérdések a következők:
- Hogyan hatott egy hathetes, interdiszciplináris robotika tanterv a diákok STEM tantárgyakhoz való hozzáállására?
- Milyen észlelt előnyök vagy tanulás figyelhető meg, amikor a diákok a robotika tananyagon dolgoznak?
Egyre nagyobb jelentőséggel bír annak folyamatos vizsgálata, hogy a robotika milyen előnyökkel járhat a felső tagozatos tanulók számára, hogy javítsák a tanulók STEM-felfogását, és remélhetőleg javítsák az elkötelezettséget és az eredményeket. Ebben a tanulmányban a következőkkel kívánunk hozzájárulni a kutatáshoz:
- tanulók harmadiktól ötödik osztályig
- az iskolai napba integrált robotika tanterv, amelyet hat héten keresztül adnak le
- interdiszciplináris robotika leckék, amelyek megfelelnek a STEM szabványoknak
- egy robotikai készlet, amelyet általános korú tanulók számára terveztek
Mód
Ezt a vizsgálatot Nyugat-Pennsylvania egyik állami iskolai körzetében végezték, összesen 104 diák részvételével három évfolyamon. A robotika tananyagot kidolgozó és átadó tanár a kerület elemi technológiai integrátoraként szolgál, és változó órarendben fogadja a tanulókat. Ez a tanulmány mennyiségi és minőségi adatokat egyaránt tartalmaz. A hallgatók felmérési kérdésekre válaszoltak, hogy empirikusan értékeljék a STEM témákkal kapcsolatos attitűdjüket a robotika tanterv előtt és után. Ezenkívül a tanár naplót vezetett, amelyben feljegyzéseket és gondolatokat jegyzett a tanulók viselkedéséről és tanulásáról a STEM laboratóriumok és tevékenységek során.
Előfelmérés. A tanulók STEM-témáival kapcsolatos megítélésének értékelése érdekében a tanulók kitöltötték a STEM-mel kapcsolatos attitűdök – felső tagozatos általános iskolai tanulókkal kapcsolatos felmérést (Friday Institute for Educational Innovation, 2012). A tanulók számára a folyamat megkönnyítése érdekében a tanár újra létrehozta a kérdőív elemeit táblázatos formában, és eltávolította a semleges lehetőséget, amely szerinte zavart okozna a tanulókban a válaszadás során.
A kutatási projektet leíró leveleket és a hozzájárulási űrlapokat hazaküldtük a tanulókkal szülői véleményezésre. A kutatásban való részvételhez a hallgatóknak aláírt beleegyező nyilatkozatot kellett visszaküldeniük. A felmérési eszközt kinyomtatták, és egy személyes osztályon osztották ki a tanulóknak. Azok a hallgatók, akik visszaküldték a beleegyező nyilatkozatot, kitöltötték a kérdőívet, míg azok a diákok, akik nem küldték vissza, más tevékenységet kaptak ezalatt az idő alatt. Az utasításokat felolvasták a tanulóknak, és kérésre meghatároztak néhány kifejezést. A felméréseket harmadik, negyedik és ötödik osztályosok végezték ugyanazon a héten hétfőtől szerdáig.
Az első felmérés elkészítésekor a tanulók megismerkedtek a robotkészlettel az Intro to Building labor segítségével, valamint az űrhajós karakter megalkotásának leckével. Más STEM labor nem készült el, és a COVID-19 világjárvány miatt a hallgatók nem kaptak robotika tananyagot az előző másfél évben. Ez lehetőséget adott annak értékelésére, hogyan vélekednek a diákok a STEM témákról anélkül, hogy a STEM tantervvel kapcsolatos közelmúltbeli tapasztalataik alakították volna válaszaikat.
A tanár megjegyezte, hogy a különböző évfolyamokon tanuló diákok eltérően válaszoltak a felmérésekre. Az ötödik osztályos tanulók gyorsan és kevés kérdéssel töltötték ki a felmérést. A negyedik osztályos tanulók sok definíciót kértek a kifejezésekre. A harmadik osztályos tanulóknak volt a legtöbb kihívása a terminológiával, és a leghosszabb ideig tartott a felmérés kitöltése.
STEM tanulási tanterv és robot. Az Alapfokú Technológiai Integrátor tanár úr számos robot- és programozási eszközt gyűjtött össze a kerületben való használatra, de úgy döntöttek, hogy a VEX GO robottal egy hathetes tananyagot valósítanak meg a Számítógépes Gondolkodás és Számítástechnika óráihoz, amelyeket a képzés végén megtarthattak. 2021-es tanév. A VEX GO robot egy műanyag alkatrészekből álló készlet, amelyet általános iskolások is kezelhetnek, akiknek más finommotorikája van, mint az idősebb tanulóknak. A készlet színkóddal van ellátva, hogy segítse a tanulókat a darabok méretének megértésében, és típus szerint rendezve: gerendák, szöggerendák, lemezek, fogaskerekek, szíjtárcsák, csatlakozók, támasztékok és csapok. A tanár egyetlen osztálytermi csomagot (tíz készletet) használt a harmadik, negyedik és ötödik évfolyam összes osztályának kiszolgálására, amelyet tanított. A robotkészletek osztálytermi megvalósításának szemszögéből való megosztása azt jelentette, hogy a tanulóknak egyetlen órán belül el kellett tudniuk fejezni a leckét és el kellett tenniük a robotjukat, hogy egy másik osztály később felhasználhassa őket. A tanárnak a nap folyamán különböző osztálytermekbe kellett költöznie.
Minden évfolyam hat hét robotikai STEM labort végzett. A COVID-19 okozta atipikus tanulási helyzet miatt a tanulók tíznapos rotációban háromszor váltottak személyes órákat. Nem minden diákot láttak pontosan ugyanannyiszor, az időbeosztásuktól és a külső tényezőktől függően. A tanár ezt a differenciáláson keresztül kezelte: „Ezt szem előtt tartva igyekeztem valóban megkülönböztetni minden osztálytermet. Nem akartam annyi leckét lejjebb zúdítani minden évfolyamon, ehelyett valóban mélyebbre ástam a leckéket a megértés érdekében.” Az ötödik osztályos tanulókat látták a legkevésbé. A tanár megjegyezte, hogy nehéz volt tanítani az ötödikeseket általános pályafutásuk legvégén, mivel az érettségi előtti hetekben sok rendezvényt terveztek.
Míg ez alatt a hat hét alatt minden diák elvégezte a VEX GO robotika STEM laborjait és tevékenységeit, a tananyagot a tanár belátása szerint differenciáltuk, hogy alkalmazkodjanak a különböző korú tanulók képességeihez. Például minden diák a robotika tananyagát az Intro to Building STEM Lab-tal kezdte, mivel ez a labor bemutatja a robotikai készletet. Valamennyi diák elvégezte a Look Alike STEM Labot is, amely megtanítja, hogyan adódnak át genetikailag a tulajdonságok a szülőnyuszikról a kölyöknyuszikra. Ezután minden évfolyam különböző laboratóriumokat és tevékenységeket végzett:
- Harmadik osztály: Intro to Building, Look Alike, Fun Frogs (2 lecke), Adaptation Claw, VEX GO tevékenységek: Lunar Rover, Pin Game, Engineer It & Build It, Copycat, Habitat, Creature Creation és ingyenes építési idő
- Negyedik évfolyam: Bevezetés az építésbe, Egyszerű gépek egység (4 lecke), Hasonlítanak, Alkalmazkodási köröm, VEX GO Tevékenységek: Lunar Rover, Pin-játék és ingyenes építési idő
- Ötödik osztály: Intro to Building, Look Alike, Fun Frogs (2 lecke), Adaptation Claw, VEX GO Tevékenységek: Lunar Rover, Pin Game, Engineer It & Build It, Copycat, Habitat, Creature Creation és ingyenes építési idő
A STEM laborok olyan strukturált tevékenységek, amelyek egy interdiszciplináris, szabványokhoz igazodó leckén vezetik végig a tanulókat, amelyek kontextust biztosítanak a robotépítéshez, az osztálybeszélgetésekhez, a kísérletezéshez és az iteratív fejlesztésekhez. A laborok úgy vannak megszervezve, mint az Engage, Play és Share részeknél, amelyek végigvezetik a tanulókat az órán. A tevékenységek rövidebbek, mint egy STEM-labor, és sokféle témát és szerkezetet tartalmaznak, gyakran nyitott végű kihívásokat kínálnak kevesebb utasítással.
felmérés után. A tanterv befejezése után, amely egybeesett a tanév végével, a tanulók az előfelméréssel megegyező módon megkapták az utófelmérést. Az utólagos felmérések összegyűjtése után a tanár anonimizálta és rögzítette az adatokat az elemzés előkészítéseként.
Adatelemzés. A felmérés tételeit az előírt kvantitatív módszerekkel értékelnék. A válaszlehetőségeket pontozták (1 = egyáltalán nem értek egyet, 2 = nem értek egyet, 3 = egyetértek, 4 = teljes mértékben egyetértek), és az egyes tételeket megfordítottuk, ahol szükséges. Páros t-teszteket futtattunk a felmérés előtti és utáni átlagokon minden konstrukciónál, minden fokozatnál. A tanári naplót tematikus elemzéssel értékelték, amely betekintést adott a tanulók észlelt tanulásába, valamint a tanterv kialakításába/szükségleteibe.
Eredmények
Harmadik osztályos. A harmadik osztályos felmérés előtti és utáni felmérés eredményei (1. táblázat) minden egyes felmérési területen megnövekedett átlagpontszámokat mutatnak. Minden konstrukció előtti és utáni átlagot kétirányú t-próbával hasonlítottunk össze, és minden eredmény szignifikáns volt (p < 0,001). A legkisebb átlagos növekedés a 21. századi készségek attitűdkonstrukciója esetében tapasztalható, ami azt jelzi, hogy a tanulók csak kis mértékben tértek el az eredeti egyetértésüktől. A tanulók a legalacsonyabb átlagpontszámot a felmérés előtti matematikai attitűdkonstrukcióban érték el, 2,27-es átlagpontszámmal, de a felmérés utáni konstrukciós pontszámot 0,25-tel növelnék. Mind a természettudományi, mind a mérnöki konstrukciók átlagos növekedése 0,6 felett volt, ami azt jelzi, hogy a tanulók sokkal magabiztosabban érezték magukat a tanterv után, hogy növeljék választási lehetőségeiket. A 2,8 és 3,44 közötti tudományos konstrukció felmérés előtti átlaga azt mutatja, hogy a tanulók eredetileg a nem értek egyet és az egyetértést (2 és 3) vegyesen alkották, de átalakultak az egyetértés, hogy teljesen egyetértek (3 és 4) keverékére.
Asztal 1. Harmadik osztályos felmérés előtti és utáni páros t-teszt eredményei (n = 39).
| Pár | Változó | Átlagos | t | Sig (kétfarkú) |
| 1. pár | Elő Math | 2.2664 | -8.775 | 0.000 |
| Post Math | 2.5197 | |||
| 2. pár | Pre Science | 2.7982 | -21.255 | 0.000 |
| Post Science | 3.4415 | |||
| 3. pár | Mérnöki előkészületek | 3.1228 | -26.504 | 0.000 |
| Post Engineering | 3.7281 | |||
| 4. pár | 21. század előtti készségek | 3.0000 | -3.894 | 0.000 |
| 21. századi készségek | 3.0906 |
Negyedik osztály. A 2. táblázat azt mutatja, hogy a negyedik osztályos tanulók átlagpontszáma minden konstrukció esetében hasonlóan növekedett, és mindegyik szignifikáns volt (p < 0,001). A növekedés azonban kisebb volt, mint a harmadik osztályos tanulóknál (az átlagváltozások jellemzően 0,3-nál kisebbek), ami azt jelzi, hogy kevesebb diák változtatta meg válaszait, mint fiatalabb társaik. A harmadik osztályos tanulókhoz hasonlóan a matematikai konstrukció volt a legalacsonyabb átlag mind a felmérés előtti, mind az utáni felmérés során, és a 21. századi készségek átlagértéke nőtt a legkisebb mértékben. Nevezetesen, a mérnöki konstrukció volt a legnagyobb növekedés ezeknél a hallgatóknál.
2. táblázat. A negyedik osztályos felmérés előtti és utáni páros t-teszt eredményei (n = 34).
| Pár | Változó | Átlagos | t | Sig (kétfarkú) |
| 1. pár | Elő Math | 2.0871 | -7.136 | 0.000 |
| Post Math | 2.2652 | |||
| 2. pár | Pre Science | 2.9125 | -7.124 | 0.000 |
| Post Science | 3.1987 | |||
| 3. pár | Mérnöki előkészületek | 3.0673 | -8.151 | 0.000 |
| Post Engineering | 3.3030 | |||
| 4. pár | 21. század előtti készségek | 3.6498 | -4.629 | 0.000 |
| 21. századi készségek | 3.7003 |
Ötödik osztály. Az ötödik osztályos tanulók konstrukciós pontszámai eltérő tendenciát mutatnak, mint a harmadik és negyedik osztályos tanulóké (3. táblázat). Ebben a csoportban volt az egyetlen csökkenés a mérnöki konstrukció átlagpontszámában, bár ez nem volt statisztikailag szignifikáns, és magának a magasabb átlagpontszámnak köszönhetően nem volt aggályos. A matematikai, természettudományos és 21. századi készségek átlagos konstrukciós pontszámai mind kisebb mértékben nőttek a felmérés előttitől a felmérés utániig, és kisebb mértékben voltak szignifikánsak (p < 0,01 a matematika és a természettudományok esetében, és p < :0,05 a 21. sz. századi készségek).
3. táblázat. Ötödik osztályos felmérés előtti és utáni páros t-teszt eredményei (n = 31).
| Pár | Változó | Átlagos | t | Sig (kétfarkú) |
| 1. pár | Elő Math | 2.8167 | -3.427 | 0.002 |
| Post Math | 2.9042 | |||
| 2. pár | Pre Science | 3.2333 | -3.751 | 0.001 |
| Post Science | 3.3111 | |||
| 3. pár | Mérnöki előkészületek | 3.4259 | 0.810 | 0.425 |
| Post Engineering | 3.3370 | |||
| 4. pár | 21. század előtti készségek | 3.8296 | -2.350 | 0.026 |
| 21. századi készségek | 3.8741 |
Vita
Tanulói attitűdök. E négy konstrukció eredményei meglepő eredményeket mutattak. Az előfelmérés átlagpontszámai az ötödik osztályos tanulóknál magasabbak voltak minden konstrukcióban, mint a harmadik osztályosoké. Az irodalomból származó eredmények azt mutatják, hogy a STEM attitűdök idővel csökkennek. Ezek a megállapítások cáfolják ezt? Nem feltétlenül. A tanév végének jellege azt jelentette, hogy az ötödik osztályos tanulókat kevesebbszer látták, miközben különböző, az érettségijükhöz vezető rendezvényeken vettek részt, és a kevesebb óra csökkenthette a hozzáállásukra gyakorolt hatást az év ezen szakaszában. A tanár azt is megjegyezte, hogy minden korcsoport eltérően válaszolt a felmérési tételekre. A harmadik osztályosok sok kérdést tettek fel és általános lelkesedéssel válaszoltak, míg az ötödikesek gyorsan és kevés kérdéssel töltötték ki a kérdőívet. A gyerekek életkora befolyásolhatja, hogy mennyire árnyalják a kérdések értelmezését és a válaszadást. Előfordulhat, hogy a fiatalabb tanulók másként értékelik az „egyetértek” és a „teljesen egyetértek”, mint például az idősebbek. A tanár megjegyzést fűzött a jegyzeteihez kifejezetten az ötödik osztályos diákokkal kapcsolatban, és azon töprengett, vajon elvárással válaszoltak-e a kérdőívekre, vagy a kedvében járni akartak. Ahogy az idősebb általános iskolások egyre jobban ráhangolódnak az elvárásokra, természetes reakcióik is formálódhatnak ettől.
Az eredményekből egyértelműen látszik az a különbség, amely a VEX GO robotika tantervében minden korcsoportban megvolt. A harmadik osztályos tanulók átlagpontszámai nagymértékben emelkedtek az összes területi konstrukcióban (matematika, természettudomány, mérnöki munka). Míg a negyedik osztályos tanulók átlagpontszámai nem növekedtek olyan nagy mértékben, mint a harmadik osztályosoké, mégis következetesen több tizeddel növelték az átlagpontszámokat a tartománykonstrukciókon. Az ötödik osztályos tanulók közül azonban egyedüliként nem szignifikáns változás mutatkozott a p < 0,001-nél kisebb konstrukcióban és szignifikancia értékben. Ezek az általános különbségek a különböző évfolyamokon tanuló diákok között arra utalnak, hogy a robotika tanterv nagyobb hatással volt a fiatalabb tanulók attitűdjére, mint az idősebb tanulókra, rávilágítva a robotika tananyag korai elkezdésének fontosságára.
Érzékelt tanulás. A tanári napló feljegyezte az egyes tanulócsoportok laborjait és tevékenységeit, valamint számos megfigyelést a tanulókról, miközben dolgoztak az órákon. Míg a felmérési eszköz képes volt azonosítani a hallgatói attitűdöket, a naplóbejegyzések tematikus elemzése több, a kutatási irodalommal összhangban észlelt tanulási témát azonosított.
Kreativitás. A folyóirat fő témája a tanulói kreativitás volt. Erősen emlegették a harmadik osztályosok körében, de mindhárom évfolyamon kifejezetten a kreativitásra hívták fel a figyelmet az egyszerű gépek, az egyformán kinézet, a teremtésteremtés és a béka életciklusa terén. A tanár megjegyezte: „A 3. osztály nagyon izgatott volt, hogy békát építsen. Ez az osztály a lehető legkreatívabb akar lenni, és az élőhely építése valóban lehetővé teszi a gyerekek számára, hogy újra feltárják ezeket a készségeket.” Noha a tananyagoknak számos célja van, a kreativitás felkeltése a tanulókban értékes eredmény, amely sok más előnnyel is jár.
Eljegyzés. A strukturált laborok szórakoztató és hiteles témákkal való ellátása serkentette a diákok kreativitását, ami hozzájárult az elkötelezettség növeléséhez. Az Intro to Building labortól kezdve a tanár megjegyezte, hogy a diákok nem akarják abbahagyni a munkát. Hasonlóan a Look Alike labornál is azt tapasztalta, hogy „Az osztályt nagyon nehéz volt befejezni. Azt tapasztaltam, hogy a tanulók folytatni akarják azáltal, hogy több iterációt adnak az állataikhoz…Azt tapasztaltam, hogy a gyerekek nem takarítani akarnak, hanem továbbra is hozzá akarnak járulni az alkotásukhoz.” Noha a harmadik osztályos tanulók voltak a leglelkesebbek, elmondta, hogy még az ötödik osztályosok is nagyon lekötelezték magukat a Simple Machines laborban: „Azt tapasztaltam, hogy minden diák nehezen akarta eltenni a darabokat. Egyszerűen túl jól szórakoztunk!”
Csapatmunka. A VEX GO STEM Labs-t úgy tervezték, hogy csapatban végezzék el, a tanulóknak meghatározott szerepeket és feladatokat osztanak ki. A harmadik osztályosok Alkalmazkodókörmössel kezdték, és a tanár megjegyezte: „A diákok is izgatottak voltak, hogy csoportokra oszlanak, hogy együtt dolgozhassanak, és mindegyiknek megvan a maga munkája.” A negyedik osztályosok esetében hasonlóképpen megjegyezte, hogy a szerepek segítették a tanulókat a csoportjukba való bejutáshoz és a gyors kezdéshez. Azt is megjegyezte, hogy a diákok kezdtek úgy dönteni, hogy nyitott végű tevékenységekben dolgoznak együtt, mint például élőhelyek építése vagy a Lunar Rover építése.
A tanár több olyan esetet is feljegyzett, amikor a tanulók spontán módon dolgoztak együtt osztályként. Néhány diák új dolgokat fedezett fel a robotjával, és amikor valami újat „felfedeztek”, mások odarohantak megnézni, majd maguk is kipróbálták. Azok a diákok, akik a „választótábláról” választottak egy szórakoztató tevékenységet, gyakran megosztották másokkal, akik átváltottak erre a tevékenységre. Akár csoportban, akár egyedül dolgoztak, a tanulók szívesen megosztották és segítik egymást.
Kitartás. Nem minden tevékenység volt könnyű a diákok számára. A harmadik osztályosok az Intro to Building labor után először végezték el az Adaption Claw labort. A tanár megállapította, hogy a labor kezdetben kissé fejlett, és ezt későbbre helyezi át a tanterv sorrendjében. Akár befejezték a tevékenységet, akár nem, a csoportok a végéig kitartottak.
Rájöttem, hogy ez egy NAGY lecke volt a frusztráció és annak megértése, hogy a kudarc csak a tanulás része. Minden csoportnak le kellett írnia, hogy mi működik és mi nem. Azt tapasztaltam, hogy sok csoport valóban megértette egymást, miután hallották ugyanazokat a kérdéseket.
Egyes tevékenységeket úgy is terveztek, hogy nyílt végűek legyenek, és kihívást jelentsenek a diákok számára. A tanulók feladata olyan házak létrehozása volt, amelyek ellenállnak a földrengésnek, de nem kaptak építési utasítást. Noha volt benne némi frusztráció is, a diákok ezt használták, és kitartottak az iteratív fejlesztési ciklusok mellett:
A diákoknak nagyon tetszett a kihívás! Azt tapasztaltam, hogy a diákcsoportok rájöttek a hibáikra, miután kísérleteztek egy „földrengéssel”, és képesek voltak újjáépíteni a házukat az alapján, hogy mi működött és mi nem. Annyira meglepett, hogy a csoportok mennyire boldogok és izgatottak voltak egy olyan kihívással szemben, amely frusztráló és olyan kielégítő volt, ha a csoportok megoldották.
Tanterv. A tanári folyóirat számos meglátást is feltárt a differenciálás fontosságáról a robotika tananyagában. A tanulók mindegyik csoportja elvégezte az Intro to Building STEM labort, amely bemutatta a VEX GO készletet és a benne található összes darabot. Minden diák elvégezte a Look Alike STEM labort is, amely megtanítja a tanulókat a tulajdonságokra úgy, hogy különböző tulajdonságokkal rendelkező szülő- és babanyuszikat építenek. Míg néhány labort minden évfolyamon elvégeztek, korcsoportonként különbségek voltak. Az idősebb negyedik és ötödik osztályosok a Simple Machines laboregységet, míg a harmadik osztályosok a Fun Frogs labort végezték el. A harmadik osztályosok több önálló tevékenységet is végeztek, mint az idősebbek, mivel a tanár szerint ezek jótékony hatással voltak a fiatalabb tanulók képességeire. A tanár az idősebb diákok számára is felhasználta a tevékenységeket, amikor a csoportok korán befejezték a labort – ez az osztályteremben szükséges, hogy lefoglalják a tanulókat, amikor a csoportok eltérő sebességgel dolgoznak. A számos lehetőség a laboratóriumi és a tevékenységek differenciálására egyaránt értékes tananyagot jelentett egy robotikai program sikeres tantermi bevezetéséhez.
A tanári napló szerint az interdiszciplináris laborok is előnyösek voltak. A harmadik osztályos tanulókat izgatottak voltak a természettudományos témájú laborok, ahol állatokat és élőhelyeiket építhették és fejleszthették. Az első állatlaboratórium, amelyet a harmadik osztályosok befejeztek, a Look Alike labor volt, ahol nyuszikat alkothattak és tulajdonságaikat továbbadhatták. A tanár megjegyezte, hogy a diákok mennyire szeretnek állatokat készíteni, és szeretnének különféle változatokat felfedezni. Ez arra késztette a tanárt, hogy a következő leckében a Teremtésteremtés nevű tevékenységet választotta, hogy bővítse a tanulók kreativitását. Amikor a diákok a Fun Frogs laboron dolgoztak, észrevette, milyen izgatottak és kreatívak a hallgatók, aminek további előnye, hogy alacsony a belépési korlát a készségek fejlesztésében.
A gyerekek szerették a békaciklust készíteni és megismerni. Láttam, hogy a gyerekek gyakorlati tapasztalatokat szereztek olyan természettudományos témákkal kapcsolatban, amelyeket egy tankönyvben tanultak meg. Beszéltem a 3. osztályos tanárnővel, hogy jövőre még jobban együttműködve próbálja meg ezt tanítani, amikor az élőhelyekről tanít.
A negyedik osztályos tanulók elvégezték a Simple Machines laboregységet. A tanár megjegyezte, milyen lelkesek a tanulók, mert a másik osztályukból ismerték az egyszerű gépeket. Megkérdezték, hogyan használják a mérnökök az egyszerű gépeket, és kaptak időt a kutatásra. A tanár megjegyezte:
A 4. osztály középpontjában az egyszerű gépek állnak a természettudományokban, így ez a STEM Lab megfelelő volt erre az osztályszintre. Azt tapasztaltam, hogy a kölyök arca felragyogott, amikor azt mondtam, karokat fogunk készíteni. Ezeknek a diákoknak a többsége feladatlapot készített, de gyakorlati vizsgálatot nem. Mondtam a természettudományos tanárnak, hogy jövőre többet fogunk együttműködni, hogy én tanítsam ezt a STEM labort, amikor ő egyszerű gépeket tanít.
Az ötödik osztályosok is elvégezték a Simple Machines laboregységet, de életkoruk és tapasztalataik megmutatták, hogy másképp foglalkoztak vele, mint a negyedikesek. A tanár megjegyezte, hogy ez a tanulócsoport korán végzett, és a „választótábla” tevékenységeket használta az önálló felfedezésre.
Az 5. osztálynak izgalmas és lebilincselő tevékenységekre van szüksége – és ez a STEM Lab megfelel a számlának. Azt tapasztaltam, hogy a diákok a padlóra akartak szállni, és kipróbálni, hogyan emelhetnek különböző súlyokat a kar segítségével. Azt is megállapítottam, hogy a 4. osztálytól eltérően ezek a tanulók háttértudással rendelkeztek, és a következő szintre emelték a STEM Labot azáltal, hogy súlyokat adtak hozzá, és csoportról csoportra hiteles tanulási élményt nyújtottak a STEM Labnak.
Minden évfolyam diákjai számára előnyös volt az interdiszciplináris megközelítés a robotika tantervében. Az, hogy a robotikát a természettudományokkal, a matematikával vagy a mérnöki tudományokkal összekapcsolhattuk, nemcsak bevonta a tanulókat, hanem alapot is biztosított számukra, hogy mélyebb megértéssel fedezzék fel a fogalmakat. A tanári megjegyzések számos olyan területet jeleznek, ahol a robotika tananyag beépíthető vagy szinkronizálható más tantárgyak tanóráival, ami értékes következő lépés lehet a robotika tudományágak közötti hiteles integrációjában.
Következtetés
Mivel az oktatási robotika használata az osztálytermekben országszerte növekszik, létfontosságú annak kutatása, hogy a robotika milyen előnyökkel jár a diákok számára, valamint a robotikai tanterv tanításának gyakorlatából levont tanulságokat. Ez a tanulmány feltárta, hogy a robotika tanterv szinte az összes STEM tantárgyban javította a tanulók hozzáállását minden évfolyamon. Ezenkívül a tanár további tanulási kategóriákat észlelt a diákok számára olyan területeken, mint a kreativitás, az elkötelezettség, a csapatmunka és a kitartás.
Annak érdekében, hogy továbbra is feltárjuk, hogyan lehet a legelőnyösebb az oktatási robotika a valós osztálytermekben tanuló diákok számára, továbbra is közvetlenül a tantervet végrehajtó tanároktól kell tanulnunk. A teljes tapasztalatra reflektálva a tanár a következőket mondta el:
Azt tapasztaltam, hogy ha a gyerekek többet akarnak tanulni, mi többet tanultunk. Azt akartam, hogy ez élvezetes legyen, és minden tanterem őszintén szólva teljesen más (ami teljesen normális). Néhány diák többet akart megtudni az építésről, ahol mások el akartak szakadni, és létrehozni saját szörnyeteget vagy teremtményt. Azt tapasztaltam, hogy a 3. osztály annyira leköteleződött – nehéz volt befejezni az órákat. A 4. osztály nagyon izgatott volt, hogy megismerje a STEM leckéket, mint az egyszerű gépeket, amelyek a saját természettudományos tantervükhöz kapcsolódnak. Az 5. osztály imádta a kódolás, az építés és a Mars megismerésének kihívását. Azt hiszem, a nagy rész az volt, hogy minden osztályteremnek néha több időre volt szüksége a STEM Labra, vagy több időre a felfedezésre, és ezt megadtam nekik. Azt tapasztaltam, hogy amikor a gyerekek izgatottak, a legjobb, ha ezzel az izgalommal futnak, és mélyebbre ásnak, ahelyett, hogy továbbmennének.
Ez a tanulmány egy interdiszciplináris robotikai tanterv megvalósításába is érdemi betekintést nyújtott. Hat hetes programként a diákok számos különböző labort és tevékenységet végezhettek el. Ez azt jelzi, hogy a tanterv hossza ésszerűen befolyásolhatja, hogy mennyire sikeres a hallgatók STEM attitűdjének megváltoztatásában. Az órai állványzat és a differenciálás szintén kulcsfontosságú volt a tanterv sikerében. A tanár úgy találta, hogy a különböző életkorú tanulók eltérő képességekkel és szükségletekkel rendelkeznek, és minden évfolyamon könnyen módosíthatja a tantervüket. Maga a VEX GO robotkészlet is jól megfelelt a diákok igényeinek. A tanulók könnyen követhették az utasításokat, megszerkeszthették az alkatrészeket, és megtanulhatták, hogyan működnek és hogyan kapcsolódnak össze. A tanulók egyetlen óra alatt végezhették el az építkezéseket és a laborokat, elegendő idővel a takarításig, ami elengedhetetlen ahhoz, hogy a robotika tanterv működjön a normál iskolai nap korlátai között. Az általános korosztály számára készült robotikai készlet és a teljes interdiszciplináris tanterv egyaránt kritikus fontosságú a robotika valós osztálytermi tanításában és tanulásában.