Absztrakt
Az oktatási robotika bevonja a tanulókat egy integrált STEM-megközelítésbe, amely segít a tanulóknak megérteni a STEM-fogalmakat, és már kiskoruktól kezdve növeli a STEM tantárgyak pozitív megítélését. Amikor kitört a COVID-19 világjárvány, lehetetlenné vált a fizikai robotok használata a szemtől szembeni osztályteremben. Gyorsan kifejlesztettek egy virtuális robotprogramot, amely egy ismerős kódolási platformmal működött, hogy a diákok és a tanárok számára alternatív, bárhonnan használható robotizált megoldást biztosítson. Ebben a cikkben világszerte több mint egymillió diák használati adatait értelmezzük két tanári esettanulmány mellett. Az adatok ezen kombinációja betekintést nyújtott a virtuális robotba, mint tanulási eszközbe, valamint oktatási forrásként. A tanári esettanulmányok egy sor olyan kritikus szükségletet is feltártak, amelyek megkönnyítették a tanítást ilyen előre nem látható körülmények között. Végül ezek az adatok azt jelzik, hogy a virtuális robotok tanulási környezete egy fizikai robot szimbiotikus kiegészítéseként használható, hogy a tanulók önbizalmat szerezzenek az iteratív programozással, növeljék az oktatási robotika iránti izgalmat, és rendkívül rugalmas tanítási lehetőséget biztosítsanak a tanárok számára.
Kulcsszavak
Virtuális robot, oktatási robotika, oktatási robotika, COVID-19 megoldások, STEM oktatás, számítástechnika, programozás
Bevezetés
Az elmúlt években a robotika és a számítástechnika egyre inkább beépült az általános és középiskolába (óvodától a 12. osztályig) az Egyesült Államokban, a nemzeti jelentések és irányelvek hatására. 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 mindenkinek kulcsfontosságú, hogy magas színvonalú oktatáshoz való hozzáférés a STEM témákban. Az Országos Tudományos és Technológiai Tanács STEM-oktatási bizottsága 2018-ban jelentést készített a STEM-oktatás szövetségi stratégiájának felvázolásáról. Ez a jelentés megjegyzi, hogy „Maga a STEM-oktatás jellege az egymást átfedő tudományágak halmazából a tanulás és a készségfejlesztés integráltabb és interdiszciplinárisabb megközelítésévé fejlődött. Ez az új megközelítés magában foglalja az akadémiai fogalmak tanítását valós alkalmazásokon keresztül, és ötvözi a formális és informális tanulást az iskolákban, a közösségben és a munkahelyen. Olyan készségeket igyekszik átadni, mint a kritikus gondolkodás és problémamegoldás, valamint olyan puha készségeket, mint az együttműködés és az alkalmazkodóképesség.” A STEM-tanulásra irányuló nemzeti összpontosítást az oktatási környezetekben megnövekedett kutatás és innováció kísérte annak érdekében, hogy miként lehet a technológiát jobban beépíteni az osztályterembe a STEM-témákban.
A robotika gyakorlati lehetőséget biztosít a hallgatóknak a STEM-koncepciók felfedezésére. Az alapvető STEM-témák fontos témakörök az alap- és középfokú oktatásban, mivel elengedhetetlen előfeltételei a felsőfokú főiskolai és posztgraduális tanulmányoknak, valamint a munkaerő műszaki ismereteinek bővítésének1. Egy metaanalízis2 feltárta, hogy általában az oktatási robotika növelte a tanulást bizonyos STEM-koncepciók esetében. Számos korcsoportra kiterjedő tanulmányok kimutatták, hogy a robotika növeli a tanulók érdeklődését és a STEM tantárgyak iránti pozitív megítélést3, 4, 5, ami viszont növeli az iskolai teljesítményt és elősegíti a természettudományos diploma megszerzését6, 7, 8. A középiskolások számára a robotikát a főiskolai felkészültség és a műszaki karrierkészségek támogatására használták9, 10, 11, míg a robotikát az általános iskolások körében ismertették meg a kérdező- és problémamegoldó készség fejlesztése, valamint a pozitív pozitív irányú fejlesztés érdekében. a STEM témákról alkotott felfogás12, 13. Az oktatási robotika bevezetése különösen előnyös volt a fiatal diákok számára, akik már 4. osztályban elkezdhetnek negatív attitűdöt kialakítani a STEM tantárgyak iránt14. Fiatal diákok részesülnek az integrált tanulási kontextusból, és pozitívabb attitűdöket alakítanak ki a STEM tantárgyak iránt, és korai sikerélményeik vannak15.
A kutatások azt is kimutatták, hogy a robotika bevezetése a tanári felkészítő oktatás során növelte a tanári önhatékonyságot, a tartalomismeretet és a számítógépes gondolkodási készségeket16. Bár logikus, hogy a robotika előnyei a tanárokban és a diákokban egyaránt megtalálhatók, a robotika bevezetése a formális tanárképzésben még mindig korlátozott. Sok országban a hagyományos tanárképzés a természettudományok és a matematika tudományágon alapuló témáira összpontosít, így a legtöbb tanár alulkészült a mérnöki és technológiai területeken17és kevésbé magabiztosan tanítja a STEM témákat a formális tanárképzésben, vagy kapcsolatokat teremt a STEM tudományágak között18, 19. Bybee20 megjegyezte, hogy a tanárképzésben a STEM-témáknak ez a korlátozása a mérnöki és technológiai területek alulreprezentáltságához vezet, különösen a K-8 oktatásban. Míg a robotika tanárképzésbe való beépítésének előnyei egyértelműek16, alternatívát lehetne elérni a folyamatos szakmai fejlődéssel és a gyakorlati közösségeken keresztül történő informális tanulással. Bandura21 a szociális tanulási kontextusok kritikus aspektusát fejezte ki, és ebből a koncepcióból Lave és Wenger22 vázolta fel a gyakorlati közösségek (CoP) fogalmát. A CoP-n a tagok egy terület iránti közös érdeklődés köré gyűlnek össze, közösséget alakítanak ki, és megosztják egymással kutatásaikat és betekintéseiket a további készségekre és ismeretekre – gyakorlatot fejlesztenek ki22. A formális tanárképzésben alkalmazott robotika helyett az informális tanulás és a CoP-k hasonló előnyökkel járhatnak a tanárok, sőt a diákok számára.
Sajnálatos módon a COVID-19 világjárvány széles körű, globális zavarokat okozott a személyes tanulásban, amely világszerte szinte minden diákot érintett23. A gyakorlati tanulási tapasztalatok felfüggesztésre kerültek, ami a legtöbb robotizált STEM tanterv alapvető részét képezte, beleértve a VEX oktatási robotikai vonalán használt robotikus tantervet is. Távoli tanulási megoldásokra volt szükség ahhoz, hogy gyorsan olyan virtuális tanulási környezetet biztosítsanak, amely továbbra is segítheti a tanulókat a STEM témákkal való hiteles és értelmes módon. A VEX Robotics gyorsan megalkotta a VEXcode VR-t (a továbbiakban egyszerűen csak „VR”), egy virtuális robotot tartalmazó platformot, amely hasonló módon használható, mint egy fizikai robot.
Ez a cikk áttekinti a VR platform által gyűjtött használati adatokat, hogy betekintést nyerjen abba, hogyan működött ez a virtuális helyettesítő a globális zavar során. Két esettanulmány is bemutatásra kerül, amelyek kontextust biztosítanak ahhoz, hogy a tanárok hogyan valósították meg a VR-t távoli tanulási környezetükben. A tanulmány két elsődleges kutatási kérdése a következő:
- Milyen betekintést nyerhetnek a használati adatok és a tanári esettanulmányok a diákok virtuális valósággal való tanulásáról a COVID-19 járvány után?
- Milyen betekintést nyújthatnak a tanárok a VR osztálytermi bevezetéséről?
A COVID-19 okozta káoszt különösen érezték a pedagógusok. A személyes tanulásra tervezett több évtizedes tapasztalat és leckék azonnal felborultak, de ez a zavar az oktatókat is arra ösztönözte, hogy új eszközökkel és tanítási módszerekkel kísérletezzenek. A meghozott döntések és az elért eredmények megértése az innovatív megoldásokat vezető oktatók szemszögéből, betekintést nyújthat abba, hogyan lehet új technológiát beépíteni a tanulók tanulásának megerősítése érdekében a robotika és a STEM tantárgyak terén.
Mód
VEXcode VR. Amikor az Egyesült Államokban 2020 márciusában bezártak az iskolák, olyan megoldásra volt szükség, amely lehetővé teszi, hogy a tanulók távmunka közben is elköteleződjenek a robotikával és a STEM-témákkal. A VR-t 2020. április 2-án fejlesztették ki és vezették be, mindössze hetekkel azután, hogy a legtöbb iskola virtuális formátumba lépett. A VR-tevékenységeket úgy hozták létre, hogy összhangban legyenek a többi robotikus tantervvel, az interdiszciplináris leckékkel a tartalmi szabványokhoz igazodva. A VEXcode VR kódolási platform megegyezik azzal a kódoló környezettel, amelyet a hallgatók általában fizikai robotokkal használnának a virtuális interfész hozzáadásával, amint az 1. ábrán látható. A tanulók fizikai robot helyett projekteket készítenek egy virtuális robot irányítására egy tematikus „játszótéren”, amely a tevékenység alapján változik. A kezdő kódoló tanulók blokk alapú programozást, a haladó tanulók Python alapú szöveget használnak.
1.ábra. A VEXcode VR platform interfésze a Korallzátony-tisztítási tevékenységhez.
A VR-tevékenységeket úgy hozták létre, hogy interdiszciplinárisak legyenek, és vegyítsék a virtuális robot irányításához szükséges számítástechnikai ismereteket természettudományos vagy matematikai témákkal. E VR-tevékenységek során a diákok nemcsak a programozásról tanulnak, hanem a tudományos kutatásról, a matematikai gondolkodásról és a technikai műveltségről is – ezek az integrált STEM-keretrendszer összetevői19. A COVID-19 által előidézett egyedi körülmények megkívánták, hogy a tanulók önállóan, vegyes, szinkron vagy aszinkron környezetben dolgozhassák le az órákat. Ennek elérése érdekében a tanulók megismerkednek a tanulási célokkal és a tevékenység céljával. A közvetlen instrukciót ezután lépésről lépésre történő instrukció biztosítására használják, és szándékos állványzatot biztosítanak a szekvenciális tanuláshoz24, 25megértéséhez. A tanulók ezután célzott állványzatot kapnak, ami a végső kódolási kihívás megoldásához vezet26. A tanulók megtanulják, hogy a robotikát és a kódolást gyakorlati, interdiszciplináris problémák megoldására használják. Például a Korallzátony-tisztítási tevékenység során a diákokat arra kérik, hogy robotjukkal egy korallzátony körül navigáljanak, hogy a lehető legtöbb szemetet gyűjtsék össze, mielőtt a napenergiával töltött akkumulátoruk lemerül. A környezetszennyezés globális probléma, amelyet a holnap diákjai fognak megoldani, és ezekben az autentikus, forgatókönyv-alapú projektekben való részvétel segít a diákoknak a számítástechnikai ismeretek több tudományágban való alkalmazásában.
2. ábra. A Korallzátony-tisztítási tevékenység küldetésének kontextusa.
Tekintettel arra, hogy a hallgatók el vannak választva oktatóiktól, a virtuális környezetnek a lehető legzökkenőmentesebbnek kell lennie, hogy csökkentse a megosztott figyelmet és a kognitív terhelést27, 28. A tanulók parancsokat húzhatnak be projektjükbe, és ugyanabban az ablakban nézhetik, ahogy robotjuk a VR-játszótéren navigál. A tanulók tetszőleges számú blokkot adhatnak hozzá egyszerre, minden hozzáadás után futtatva a projektet, hogy lássák, hogyan mozog robotjuk a játszótéren. Ez azonnali visszajelzést és korai sikerélményt biztosít a tanulóknak.
Ezenkívül a távoktatás gyakorlati akadályokat is felállított, amelyeket a VR-nek le kellett győznie. Az iskolai számítógépeken gyakran vannak korlátozások az alkalmazások letöltésére vonatkozóan, ami miatt a programok hozzáadása a legszokványosabb körülmények között is akadályt jelent, nem is beszélve arról, ha a tanulók távol vannak az iskolai számítógépekkel. De előfordulhat, hogy a diákok még az iskolai számítógépekhez sem férhetnek hozzá munkájuk elvégzéséhez. A VR-hez való hozzáférés maximalizálása érdekében a programot úgy hozták létre, hogy teljes mértékben webalapú legyen (nincs szükség letöltésre vagy bővítményekre), és számos különböző típusú eszközön futhat, hogy növelje annak valószínűségét, hogy a tanulók használni fogják.
Eredmények
Használati adatok. A bemutatott adatokat a Google Analytics szolgáltatja. Mivel a VEXcode VR teljes mértékben böngésző alapú, számos különböző mérőszám létezik, amelyek betekintést nyújtanak e virtuális robotkörnyezet globális használatába. A 2020 áprilisi bevezetése óta havonta nőtt a VR-felhasználók száma, összesen több mint 1,45 millió felhasználóval több mint 150 országban.
3. ábra. Azok az országok, ahol világszerte VR-felhasználók vannak.
Tekintettel a COVID-19 idővonalára és a VR-kiadásra, felülvizsgáltuk a felhasználást is. A 4. ábrán látható, hogy a felhasználók száma röviddel a megjelenés után gyorsan emelkedett, majd a nyári hónapokban, amikor a tanulók nem jártak iskolába, csökkent. Az iskolai hónapokba való tipikus visszatérés (augusztus/szeptember) jelentős növekedést mutatott, ami a tanév hátralévő részében is megmaradt. A felhasználók számának időszakos csökkenése a hétvégi és az ünnepi időszakok kisebb használatára utal.
4. ábra. A felhasználók száma a VR megjelenése óta eltelt időben.
A projekt egy olyan program, amelyet a tanulók készítenek egy leckére vagy kihívásra. A projekteket nem kell menteni a futtatáshoz, de a mentett projekt letöltődik, hogy a felhasználó később visszatérhessen. Több mint 2,52 millió mentett program volt. A projektet azonban nem kell elmenteni a futtatáshoz. Mivel a VR teljes mértékben böngésző alapú, a projekt szerkesztése és tesztelése azonnal megtörténik a „START” kiválasztásával. A szoftverben több mint 84 millió projekt futott le, ami azt jelzi, hogy a diákok gyakori időközönként tesztelték projekteiket. Ennek az azonnali visszacsatolási körnek köszönhetően a diákoknak lehetőségük volt kísérletezni és sokkal gyorsabb ütemben iterálni, mint egy fizikai robottal. Ez az iteratív folyamat jól jelzi a tanulók tanulását, mivel a többszörös iteráció fenntartja a tanulók elkötelezettségét és érdeklődését29.
| VEXcode VR adatok | |
|---|---|
| Felhasználók | 1,457,248 |
| Mentett projektek | 2,529,049 |
| Projektek futtatása | 84,096,608 |
| Országok | 151 |
Asztal 1. Az összes VEXcode VR használati adat 2020 áprilisa és 2021 áprilisa között.
Tanúsítási adatok. Magán a VR programon és az azt kísérő tananyagon kívül a VR tartalmaz egy ingyenes tanárképzést is, a CS with VEXcode VR Educator Certification Course nevet. A 2020. júniusi indulás óta több mint 550 oktató teljesítette a VEX minősített oktatói minősítést, amely több mint 17 óra tananyagot és támogatást tartalmaz. A tanúsítási kurzus 10 egységnyi anyagot tartalmaz, amelyek célja olyan tanárok felkészítése, akik esetleg nem rendelkeznek számítástechnikával vagy robotikával. A tartalom olyan témákat ölel fel, mint a programozás alapjai, a VR-robot kódolása, a VR-tevékenységekkel való tanítás, valamint a VR tantermi megvalósítása. Az 5. ábra a minősített oktatók havi és összesített számát mutatja 2020 júniusától 2021 márciusáig. Az adatok trendjei azt mutatják, hogy megnőtt a minősített oktatók száma az iskolai időig visszamenőleg, amely magában foglalja az augusztust és szeptembert, valamint 2020 októberét.
1. esettanulmány
Aimee DeFoe a Kentucky Avenue School igazgatója, egy kis magániskola Pittsburgh-ben (USA), amely ötvözi a hagyományos és innovatív tanítási és tanulási módszereket. A legtöbb iskolához hasonlóan a Kentucky Avenue Iskolát is megzavarta a COVID-19, és alternatív terveket kellett találnia a 2020-as őszi tanév kezdetére, nem tudva, hogyan változnak a körülmények. Az év első hat hetében teljesen virtuális oktatás zajlott, a hátralévő évet pedig hibrid formátumban töltötték, ahol a tanulócsoportok váltakoztak a személyes és távoli oktatással. Még akkor is, amikor a tanulók otthon tanultak, kulcsfontosságú volt, hogy a tanulók továbbra is ugyanazokat a problémamegoldó és kritikus gondolkodási tevékenységeket végezzék, mint az osztálytermi környezetben.
Aimee több okból is a VR-t választotta hatodik és hetedik osztályos diákjaival. Mivel a VR teljesen virtuális tanulási környezet volt, a tanulók anélkül válthatnának otthonról és iskoláról, hogy a tanulási tevékenységeiket befolyásolnák a szabályokat. A blokk alapú kódolási környezet nem lenne megfélemlítő a kódolásban kezdő diákok számára, és voltak olyan tevékenységek, amelyeket különböző tapasztalati szintekhez terveztek. Azt is hitte, hogy a diákok izgalmasnak és motiválónak találják a VR-robotokat – amit ő igaznak talált. Amikor elgondolkodott azon, hogy mit remél a diákoknak a VR-től, Aimee kijelentette:
Reméltem, hogy a VR használata ugyanolyan szigorú, kihívásokkal teli és izgalmas lesz, mint a fizikai robotok használata, és hogy a diákjaim nem úgy érzik, hogy kimaradnak egy élményből, hanem egy újfajta kódolási tapasztalatot szereznek, mint izgalmas. Azt akartam, hogy ugyanazt a teljesítményt érezzék, mint amit az osztályteremben éreztek volna, amikor ismételgetniük kell és ki kell tartaniuk a kihívásokat, majd végül sikereket kell elérniük.
Az egyetlen robotika tanárként Aimee hetente egyszer 23 diákot tanított az iskolakezdés és a téli szünet között, összesen 15 órán keresztül. A hallgatók a „Számítástechnika első szintje – blokkok” kurzussal kezdték. Aimee az első egységet csoportként dolgozta végig a diákokkal, de a hátralévő órákon hagyta, hogy a tanulók saját tempójukban dolgozzanak, és segítőként működött. A legtöbb diák hét és kilenc óra között végzett a további óceántisztítási tevékenységgel.
Aimee úgy találta, hogy a tanulókat nagyon motiválták a leckéken belüli kihívások; olyannyira, hogy néha nehéz volt rávenni őket, hogy szisztematikusan végigdolgozzák a leckét. Egyes tanulóknak, akiknek a figyelem vagy az olvasás nehézségei voltak, további támogatásra volt szükségük, és a nagyobb, mint/kevesebb, mint és a logikai fogalmak kihívást jelentenek. A legtöbb diák azonban megvolt a kellő mennyiségű kihívás, küzdelem és siker. A diákokat izgalomba hozta az ötlet, hogy fizikai robotokkal dolgozzanak, amikor visszatérnek az órára. A VR-el való munka után Aimee megjegyezte: „Kétség nélkül mindenki magabiztosabb kódolóként hagyta el az osztályt.”
2. esettanulmány
Mark Johnston hetedik és nyolcadik osztályos tanulókat tanít az Egyesült Államokbeli El Paso-i Bel Air Middle Schoolban. A STEM 1 kurzuson Mark a Project Lead the Way Gateway automatizálásról és robotikáról, valamint tervezésről és modellezésről tanít körülbelül 100 diáknak. A STEM 1 kurzus a VEX IQ robotot tartalmazta, hogy megtanítsa az alapvető mechanikát és a VEXcode IQ-val (műanyag robotkészlet fiatalabb diákoknak) történő kódolást. Ezt a kurzust az őszi szemeszterben oktatják, így a kezdeti COVID-19 zavar nem volt hatással tavasszal a robotikára. Azonban 2020 áprilisában Mark meglátta a VEX VR robotot, és dolgozni kezdett vele. „Amikor láttam, hogy a VR ugyanazt a beállítást (azaz a VEXcode-ot) használja, rendkívül izgatott voltam, mert láttam a potenciált – mint egy puzzle-darab, amiről TUDTAM, hogy tökéletesen illeszkedik ahhoz, amit már csinálok. Amikor a VR-t a Pythonnal frissítették, még jobban izgatott voltam.” Mark oktatóvideókat készített más tanárok számára, és sok követőt gyűjtött a közösségi média platformjain. Mark saját nonprofit oktatási vállalatán keresztül ingyenes nyári tábort kínált a VR-t tanuló diákoknak a 2020/21-es tanévre való felkészülés során a tanárképzés mellett.
A bizonytalan tanítási körülmények megnehezítik a tervezést. „Amikor rájöttem, hogy a távoktatás a 2020/21-es tanévben is folytatódik, úgy döntöttem, hogy először a tervezést, majd a robotika… tanítom, de nagyon sok dolog volt a levegőben, nehéz volt bármit is megtervezni. Nem tudtam, hogy visszatérünk-e személyesen, vagy folytatjuk az interneten – akkoriban nagyon kevés információ volt világos. Végül csak kevertem a robotikát és a tervezést, és csak egy-két nappal előre megterveztem.” Mark a tanév elején kezdte használni a VR-t (amely 2021-ig 100%-ban távol marad), és különböző tevékenységeket választott ki az oldalról, ami jól működött, mert különböző tapasztalati szintek és szerkeszthető utasítások voltak. Amikor megjelent a Számítástechnika 1. szint – Blokkok kurzus, végigvezette a hallgatókat a teljes terjedelmében, bár megjegyezte, hogy legközelebb rövidebb előadásokká alakítja a leckéket. A VR használata eleve más volt, mint a személyes robotikai órák, de Marknak továbbra is volt egy sor kulcsfontosságú célja ezeken az órákon:
- Ismertesse meg a tanulókkal a VEXcode-ot
- Önbizalom építése a programozásban (önhatékonyság)
- Mutassa be a programozási ötleteket/szókincset nem fenyegető módon
- „Becsapni” őket a matematika használatába anélkül, hogy észrevennék;
- Kérje meg a tanulókat, hogy oldjanak meg jól definiált problémákat adott megkötések alapján
- Vezessen be rosszul meghatározott problémákat
- Ösztönözze a „nem sikerül, és próbálja újra” hozzáállást
- Maradjon szórakoztató problémamegoldás
Míg a virtuális élmény más volt, Mark határozott előnyöket talált a VR használatában. A hallgatók sokkal kevésbé féltek a VR-vel való kísérletezéstől, mint a RobotC-vel (egy másik, más robotokkal használt kódnyelv). Mark azt is méri, hogy mennyi időbe telik a tanulók „győzelem” megszerzése, hogy megállapítsa, mennyire jó egy STEM-tevékenység, és megjegyzi, hogy „ha túl sokáig tart, amíg a tanuló pozitív eredményt ér el, sokkal nehezebb megtartani őket. elkötelezett."
A VR olyan közvetlen volt, amely bátorította a felfedezést és az aktív részvételt. Mark ezt a fajta „nyerést” egy példával írja le a VR tanulóknak való bemutatására:
Én: „Mindenki nyisson meg egy új lapot, és lépjen a vr.vex.com oldalra. Mindenki látja az oldalt? Jó. Most hajtsa előre a robotot."
Diák: "Hogyan?"
Én: „Nézd meg, hogy kitalálod-e…”
Diák: „Rájöttem!”
És akkor kiakadnak! Addigra már sokan azt kérdezik tőlem, hogyan csináljak mindenféle dolgot. Szó szerint arra kérnek, hogy tanítsam őket!
Eredmények és megbeszélés
VR mint tanulási eszköz. A használati adatok és az esettanulmányok egyaránt betekintést nyújtanak abba az első kutatási kérdésbe, hogy hogyan működött a VR tanulási eszközként a COVID-19 világjárvány idején. A legegyszerűbb megoldás a használat puszta mennyiségéből származik; a VR-platformot több mint egymillió diák használta szerte a világon, ami azt jelzi, hogy a virtuális robotkörnyezet jól működött a személyes tanulás helyettesítőjeként egy krízishelyzetben. A futtatott projektek száma (84+ millió) szintén meglepő eredmény volt, ha figyelembe vesszük az egyéni felhasználók számát. A felhasználók átlagosan 57 projektfutást hajtottak végre, ami magas szintű tesztelést és iterációt mutatott. Ez nagyon ígéretes eredmény, tekintve a „próbáld újra és próbáld újra” attitűd kialakításának fontosságát a tanulókban. Számos lehetséges módja van a VR-tevékenységek megoldásának, ami kritikus lecke a tanulók számára. Amikor a tanulók megértik, hogy egy problémára többféle megoldás létezik, megnő annak a valószínűsége, hogy a diákok visszajelzést kérnek a tanároktól, és jobban megértik a tanultakat30.
Az esettanulmányok azt is megerősítik, hogy a VR alacsony téttel rendelkező tanulási környezetként működik. Aimee megjegyezte, hogy tanítványai magabiztosabb kódolók voltak, és alig várták, hogy fizikai robotokkal dolgozhassanak. Mark észrevette, hogy a tanulók kevésbé félnek a kísérletezéstől, miközben VEXcode VR-ben kódolnak, és azonnal érezte a „győzelem” érzését ebben a környezetben. Ha ezeket a tanári megfigyeléseket a nyers használati adatokkal összefüggésben vesszük figyelembe, ez megerősíteni látszik, hogy a virtuális robotkörnyezet szabadabbá teszi a tanulókat a kísérletezéshez és az iterációhoz a tanulási folyamat során, és általában véve növeli a robotikával kapcsolatos pozitív megítélést.
Leckék a tanároktól. Ha megvizsgáljuk a második kutatási kérdést, hogy a tanárok milyen betekintést tudnak nyújtani a VR osztálytermi bevezetéséhez, az esettanulmányokból több közös vonást is azonosíthatunk. Mindkét esettanulmány feltárt információkat arról, hogy a tanárok hogyan hoztak döntéseket és hogyan vezettek be megoldásokat a COVID-19 során, de arról is, hogy mire volt szükség ahhoz, hogy hatékony tanulási megoldást biztosítsanak a diákok számára virtuális és hibrid környezetben. Ezek a témák közé tartoznak a rugalmas megoldások, a folytonosság, valamint a tananyag és a támogatás. Ezeket az eredményeket minden technológiai megoldás követelményének kell tekinteni, mivel a tanárok támogatása támogatja a tanulókat.
Tekintettel a tanítási feltételek körüli bizonytalanságra, Mark és Aimee is megjegyezte, hogy rugalmas megoldásokra van szükségük. A távoktatás átalakulhat személyes tanulássá, vagy valamilyen formában a kettő között. A VR továbbra is használható bármilyen környezetben, ugyanakkor rugalmasságot kínál a megközelítésében. A tanulók részt vehetnek strukturált, tanár által vezetett órákon, ahogy Mark használta a tevékenységekkel és a kurzussal, vagy a tanulók által vezetett tanulást saját tempójukban, ahogy Aimee leírta. A tanároknak rugalmasságra volt szükségük a tapasztalati szinten is, mind a tevékenységek, mind a programozási nyelvek típusa tekintetében, hogy minden diák igényeit kielégítsék.
A tanulás folytonosságát mindkét esettanulmány fontosnak jelölte. Aimee megjegyezte, hogy a VR-ben végzett munka után a diákok izgatottan várták a VEX V5 robotokkal való munkát, amelyek várták a személyes tanulás folytatását. A VR lépcsőfokként szolgált a fizikai robotokkal való munkavégzés felé, és növelte a diákok izgalmát és pozitív megítélését. Mark azt is megjegyezte, hogy a VEXcode folytonossága a VR-től az IQ-ig nagyon fontos volt számára: „El sem tudom mondani, milyen fantasztikus, hogy a VEX-nek nagyon egyszerűen követhető a fejlődése a 3. osztálytól az egyetemig, mindezt VEXcode használatával! A VR segítségével pedig elkezdhetik otthonról tanulni!”
A tanterv és a támogatás egyértelműen kritikus fontosságú volt a VR sikere szempontjából ebben a fejlődő tanulási helyzetben. A VR-egységek minden tartalmat biztosítottak a tanulók számára, valamint az órák megtartásához szükséges anyagokat. Nem minden tanár rendelkezik számítástechnikai és kódolási háttérrel. Aimee megjegyezte, hogy a blokkalapú program nem volt félelmetes a diákjain kívül számára sem. Mark azt is elmondta, hogy nem szokott annyira informatikát tanítani, és a tanítás előtt magának kellett megtanulnia a leckéket. Mark azonban elismerte: „Ha a dolgok holnap visszatérnének a „normális” kerékvágásba, most már magabiztosabban taníthatom az osztályom programozási részeit. A VR tantervének és programozásának tanári támogatása létfontosságú a VR osztálytermi megvalósításához.
A digitális tanulás nem csak a diákoknak szól; A tanárok a technológia és a közösségi médián keresztül is megkeresik a tanítási gyakorlatokat és forrásokat. A tanárok közel 50 országban szerezték meg a VR-tanúsítványt. Globális gyakorlati közösség formálódik a VR körül. Mark elkezdett videókat közzétenni a VR-ről a közösségi médiában, és gyorsan több mint ezer követője volt; a VR-vel végzett munkája révén szlovén és tajvani tanárokkal barátkozott. Ahogy a tanárok megosztják tapasztalataikat és gyakorlataikat, a diákok végső soron profitálnak ezekből az informális tanártámogató csoportokból. A gyakorlati közösségek hidat jelenthetnek az oktatási robotika jelenlegi elérhetősége és ennek a technológiának a formális tanárképzésbe való beépítése között. Ahogy egyre több tanár ismeri meg az oktatási robotikát a szakmai fejlődés révén, például az 550+ tanár, aki elvégezte a minősítési tanfolyamot, vagy az informális tanulási közösségek révén, egyre több diák ismerkedhet meg az integrált STEM tanulással.
Következtetés
A VEXcode VR nagy bizonytalanság idején jött létre, és nagy szükség volt azonnali megoldásokra. Sürgős helyzetekből innovatív megoldások születhetnek. A VR több mint 1,45 millió felhasználót érintett meg, akik több mint 2,52 millió projektet mentettek meg, és több mint 84 millió projektet futtattak – több mint 150 országban. Annak ellenére, hogy a világjárvány hatással volt a diákokra és a tanárokra szerte a világon, a VR lehetővé tette a diákoknak és a tanároknak, hogy a fizikai akadályoktól függetlenül foglalkozzanak a robotika és a számítástechnika fogalmaival. A tanári esettanulmányok alapján a rugalmasság, a folytonosság, a tanterv és a támogatás témái fontosnak bizonyultak a technológiai tanításhoz ilyen bizonytalan és kihívásokkal teli körülmények között.
Ebből a példátlan időszakból előrehaladva a VR létrehozásának és megvalósításának tanulságai azt mutatják, hogy milyen utakat lehet használni a jövőben. A használati adatok a tanári esettanulmányokkal kombinálva azt mutatják, hogy a tanulók kevésbé érezték magukat gátlástalanul a virtuális környezetben való kódolás során. Ez arra utal, hogy a VR értékes állványzati eszköz lehet, amelyet fizikai robotokkal együtt lehetne használni. Ezt támasztja alá a rugalmasság igénye is; A VR tanulási eszközként való használata egy fizikai robottal kombinálva optimális, rugalmas robottanulási környezetet biztosíthat, ahol egy egyszerű, otthoni lehetőség egészíti ki a személyes fizikai robotika tananyagát. Várakozással tekintünk a jövőbeli kutatás elé, hogy megvizsgáljuk, hogyan tudnák a tanárok kombinálni a virtuális és a fizikai robotikát a világjárvány utáni világban.
Köszönetnyilvánítás
Hálásan köszönjük Aimee DeFoe-nak és Mark Johnstonnak, hogy megosztották tanítási tapasztalataikat és értékes meglátásaikat.