Perché insegnare la robotica educativa?

Negli ultimi anni, l'interesse per la robotica educativa è cresciuto man mano che gli insegnanti e le scuole abbracciano il potenziale della robotica per fornire modi pratici e coinvolgenti per insegnare design, ingegneria e tecnologiaⁱ. Visto anche come un modo per introdurre e incentivare gli studenti a intraprendere una carriera nei campi della scienza, della tecnologia, dell'ingegneria e della matematica (STEM)ⁱⁱ, l'uso della robotica educativa è ora più conveniente e robusto, grazie a tutta la maggiore attenzione e agli investimenti dato al mezzo. I conseguenti progressi tecnologici contribuiscono notevolmente all'accessibilità di questo strumentoⁱⁱⁱ. In effetti, alcuni ritengono che la robotica svolga in classe un ruolo simile a quello svolto in passato dai computer, a partire dai primi anni '90 e con l'introduzione dell'uso di CD-ROM e Microsoft PowerPoint nelle classi^iv.

Con la crescente presenza della robotica educativa si pongono domande importanti. Quali sono gli usi migliori di questo nuovo ed entusiasmante strumento? Come possiamo stabilire le migliori pratiche? Come concettualizziamo lo scopo della Robotica Educativa in classe? Queste domande potrebbero essere più complicate di quanto sembri a prima vista. E rispondere ad esse potrebbe dapprima produrre più domande rispetto a quando abbiamo iniziato. Ad esempio, gli studenti utilizzano la robotica educativa come mezzo per mostrare le proprie idee e pensieri, oppure gli studenti creano idee e pensieri interagendo con il mezzo? La robotica educativa è un modo per gli studenti di mostrare le proprie competenze o è un'infrastruttura su cui gli studenti costruiscono nuove competenze^contro? Forse considerare un aspetto dell'uso del computer in classe può aiutare a fare più luce sull'argomento.

Un mezzo può avere un ambito diverso in base alla sua applicazione. La pittura può essere vista come un mezzo, che può essere utilizzato per dipingere una recinzione o la Cappella Sistina. La versatilità dei computer come mezzo ha, probabilmente, un'enormità ancora maggiore; un computer può essere utilizzato in classe con scopi molto limitati, sia come calcolatrice che come elaboratore di testi, ma può anche essere visto e abbracciato come un potente mezzo di comunicazione a sé stante. Come ha sottolineato Mark Guzdial, i computer possono essere intesi come una forma moderna della macchina da stampa di Gutenberg^vie come un modo per pensare ad altri domini. Pertanto, tecnologie come la modellazione computerizzata e gli algoritmi hanno avuto un impatto significativo sulla nostra comprensione dei campi della matematica e delle scienze^vii.

Qual è allora lo scopo della Robotica Educativa? La robotica educativa può essere utilizzata come oggetti precostruiti che eseguono compiti molto specifici, mentre alcuni sistemi di robotica educativa consentono agli studenti di diventare partecipanti attivi nella progettazione del loro apprendimento, nonché creatori di artefatti computazionali, invece di utenti passivi di dispositivi realizzati da altri. per loro^viii. Ciò presenta una serie unica di opportunità per gli insegnanti. La robotica educativa diventa quindi un mezzo che offre agli studenti l’opportunità di esercitare la propria voce e scelta nell’apprendimento e di coinvolgerli non solo nella risoluzione dei problemi, ma anche nella ricerca dei problemi, nella costruzione dei problemi, nell’analisi dei problemi e nella pianificazione e nel monitoraggio degli sforzi di risoluzione dei problemi. La robotica educativa diventa quindi qualcosa di molto più grande: un mezzo per preparare gli studenti alla complessità delle sfide che li attendono mentre si preparano per lavori che attualmente non esistono^ix, e anche un modo per incorporare altre preziose abilità (ad esempio comunicazione e collaborazione ) appartenenti allo spettro più ampio delle competenze del 21° secolo.

Gli sforzi delle scuole per implementare il mezzo della Robotica Educativa sembrano aver prodotto tante manifestazioni quante sono le diverse motivazioni che guidano le iniziative. Alcune scuole utilizzano questo strumento come parte integrata di un corso autonomo di informatica o STEM, mentre altre scuole utilizzano questa soluzione moderna per integrare le materie tradizionali. Altre scuole ancora li utilizzano come attività doposcuola che poi sfruttano gli effetti motivazionali del “gamifying” e delle competizioni per aumentare la partecipazione e il coinvolgimento degli studenti. Nello stesso modo in cui le scuole hanno imparato a non limitare l'uso dei computer a calcolatrici costose, l'uso della robotica educativa non dovrebbe essere limitato da vincoli percepiti.

Vale la pena esplorare in dettaglio i seguenti usi della robotica educativa:

• Comprendere il nostro mondo
• Insegnare l'educazione STEM integrata in modi nuovi
• Insegnare il pensiero computazionale
• Acquisire familiarità con l'iterazione e imparare dai fallimenti
• Essere esposto e conoscere i lavori del futuro

Per comprendere il nostro mondo

La scienza è la spiegazione del mondo naturale. Gli studenti scientificamente alfabetizzati sono in grado di comprendere sia i concetti che le pratiche della scienza. Pertanto, insegnare agli studenti le scienze offre loro l’opportunità di comprendere il mondo in cui vivono. Questo è il motivo per cui i programmi delle scuole superiori in tutto il paese includono materie come Astronomia, Biologia e Chimica. Ma che dire della robotica? Chiaramente, i robot sono prevalenti nella nostra vita quotidiana e tale prevalenza è in aumento^x. I miglioramenti nella tecnologia associata ai robot hanno portato a una crescita esponenziale della potenza di calcolo e di archiviazione dei dati^xi. Ciò ha portato alla creazione di robot in grado di apprendere e prendere decisioni informate dalle esperienze di altri robot. I robot non sono più macchine che eseguono funzioni semplici. Inoltre, la crescente domanda di robot e di tecnologia robotica interessa tutti i settori. È vero, le fabbriche ospitano molti robot, ma ora i robot sono più comuni anche in contesti educativi e di intrattenimento. È del tutto possibile che nel prossimo futuro i robot aiutino molti membri della popolazione anziana a vivere in modo indipendente nelle loro case, creando così un nuovo campo di “co-robot”.

Le scuole, giustamente, insegnano i pianeti e le stelle che esistono ad anni luce di distanza…, ma non la tecnologia con cui molti interagiscono quotidianamente. Questa è una sfida, ma anche un’opportunità. L’istruzione guida la scienza e l’innovazione. Lo studio della biologia continua a portare a cure migliori e all'eradicazione di malattie e malattie^xiii. Se la robotica diventasse una materia accademica fondamentale nelle nostre scuole, potrebbe potenzialmente avere un impatto simile.

Insegnare l’educazione STEM integrata in modi nuovi

I ricercatori in campo educativo suggeriscono che gli insegnanti spesso hanno difficoltà a creare collegamenti tra le discipline STEM^xiv. Ciò rappresenta una sfida per le scuole poiché gli standard scientifici di prossima generazione presentano concetti trasversali che abbracciano diversi domini scientifici. Pertanto, gli studenti avranno difficoltà a trasferire concetti spesso insegnati in modo isolato nel contesto integrato che vedranno negli esami di valutazione. Un’altra conseguenza involontaria dell’insegnamento dei concetti scientifici in isolamento è la tendenza a creare un ambiente di apprendimento in cui gli studenti si disimpegnano. Gli esempi autentici che vedono della scienza nella loro vita quotidiana presentano una profonda integrazione tra le discipline STEM rispetto alla singolarità. L'obiettivo dell'educazione STEM è aiutare gli studenti a organizzare le informazioni all'interno e tra le discipline, per essere in grado di identificare e ragionare con somiglianze e modelli profondi e strutturali all'interno di queste informazioni; il culmine si traduce idealmente nella capacità di applicare questa organizzazione della conoscenza a situazioni e problemi complessi della vita quotidiana^xv.

La robotica educativa può aiutare ad affrontare queste sfide fungendo da facilitatore per insegnanti e scuole mentre cercano di organizzare l’istruzione STEM. Poiché lo scopo della robotica educativa va ben oltre un giocattolo a cui possono essere impartite semplici istruzioni, le classi che utilizzano la robotica educativa possono offrire agli studenti robuste sfide di ingegneria e programmazione.

Insegnare il pensiero computazionale

Negli ultimi 10 anni, il pensiero computazionale è cresciuto in popolarità e inclusione nelle classi K-12^xvii. Il pensiero computazionale è incluso come parte degli standard scientifici di prossima generazione e come parte essenziale della matematica e della scienza del mondo reale. Il pensiero computazionale è ampiamente considerato parte integrante di qualsiasi classe STEM^xviii.

L’aumento della popolarità del pensiero computazionale come concetto, sia dentro che fuori dalle scuole, ha portato le scuole a cercare strumenti efficaci per integrare e insegnare il pensiero computazionale ai propri studenti. Un obiettivo corrispondente è stato quello di ampliare la partecipazione ai corsi – in particolare di informatica – che approfondiscono in modo approfondito il pensiero computazionale; Anche affrontare il divario di genere in questo ambito è stato un obiettivo costante. Attualmente, le ragazze rappresentano circa la metà di tutti i partecipanti ai test AP, ma rappresentano solo il 25% di coloro che frequentano i corsi di informatica AP^xix

La robotica educativa può essere uno strumento efficace per insegnare il pensiero computazionale e allo stesso tempo contribuire ad ampliare gli obiettivi di partecipazione.^{xx xxi} I recenti progressi nella robotica educativa hanno ridotto i costi e aumentato la facilità d'uso, rendendoli più accessibili agli studenti e progressivamente diventati un modo affidabile per apprendere concetti STEM astratti. Pertanto, la connessione tra informatica e robotica è chiara; gli studenti hanno la capacità di programmare i propri robot per eseguire compiti complessi, sia in classe che sui campi di gara. Anche se l’esecuzione di compiti complessi può rappresentare il fine, il mezzo consiste nel scomporre questi compiti in parti più piccole e poi costruirli insieme in modo iterativo per creare una soluzione. Nelle classi, l’impalcatura di questo processo è di vitale importanza e, ancora una volta, la robotica educativa può essere efficace nel facilitare sia la scomposizione che l’impalcatura di compiti complessi. Di conseguenza, i robot possono essere uno strumento efficace per insegnare il pensiero computazionale, come strumento iniziale le prove mostrano.^{xxii xxiii} L'insegnamento efficace del pensiero computazionale si traduce anche nella capacità di applicare il pensiero computazionale in diversi ambiti. La capacità di insegnare in modo efficace abilità di pensiero computazionale generalizzabili, offrendo allo stesso tempo modi per aiutare a diversificare gli studenti che entrano in questi campi, rende la Robotica Educativa un contributo significativo all’integrazione del pensiero computazionale nelle scuole e nel movimento Informatica per Tutti.

Per sentirsi a proprio agio con l'iterazione e imparare dal fallimento

La progettazione ingegneristica e il metodo scientifico sono fenomeni correlati, ma contengono importanti distinzioni. Nella scienza, l'accento è posto sulla ricerca di regole generali che descrivono le azioni del nostro mondo e dell'universo, mentre l'ingegneria implica la ricerca di soluzioni a un problema particolare che soddisfi tutti i vincoli contenuti in quel problema^xxiv. Alcuni hanno riassunto questa distinzione con il detto “gli scienziati indagano ma gli ingegneri creano”^xxv Quando si considera il processo creativo, dobbiamo riconoscere la sua dipendenza, spesso significativa, dall'iterazione.

Le iterazioni multiple sono fondamentali per progettare idee e attività progettate per raggiungere determinati obiettivi, sia che si tratti di soddisfare/superare le aspettative dei clienti o di partecipare a una sfida competitiva. Le molteplici iterazioni richieste inerenti alle attività di robotica educativa sono state riconosciute come capaci di mantenere l’interesse degli studenti e un coinvolgimento duraturo.^xxvi Inoltre, la composizione degli stessi kit robotici, con molti pezzi diversi che possono essere rapidamente assemblati e poi smontati, favorisce un atteggiamento di iterazione. Poiché le iterazioni multiple spesso affrontano l’importante lezione di vita del “provare, riprovare”, gli studenti traggono immenso beneficio dall’apprendere che i “fallimenti” possono essere accettati come parte integrante del processo. Un’altra lezione ampiamente applicabile derivante da uno sguardo più astratto ai vantaggi accessori dello strumento è la tendenza della robotica educativa a presentare molteplici soluzioni anche alle sfide più semplici. Cosa potrebbe ampliare gli orizzonti di uno studente più del rendersi conto che esistono effettivamente più soluzioni allo stesso problema? Abbiamo visto che questo produce vantaggi interessanti: una maggiore probabilità che gli studenti richiedano feedback agli insegnanti e una maggiore probabilità che gli studenti comprendano come importante ciò che stanno imparando.^xxvii I benefici aumentano solo da lì: gli insegnanti che coinvolgono gli studenti in questo modo possono portare a una maggiore autoefficacia degli studenti, l'elemento chiave che porta a quella maggiore volontà di imparare dal fallimento.

Per conoscere e conoscere i lavori del futuro

Il cambiamento, la nostra unica costante, non è estraneo alla natura del lavoro. Nel 1900, circa il 40% della forza lavoro americana lavorava nelle aziende agricole. Oggi quel numero è solo del 2%.xxix Se ciò sembra troppo lontano, troppo lontano, si consideri che fino a 50 anni fa, il lavoratore medio non aveva bisogno di leggere o scrivere durante la giornata lavorativa.^xxx Le maree odierne possono essere sintetizzate in uno studio ampiamente letto e discusso del 2013 del Dipartimento di Ingegneria dell’Università di Oxford, che stima che il 47% dei posti di lavoro attuali rischia di essere perso a causa dell’automazione.

Un’importante distinzione tra le preoccupazioni attuali, in contrapposizione al normale andamento della distruzione e della creazione di posti di lavoro di ieri, è la “polarizzazione del lavoro”. Il termine si applica allo svuotamento delle opportunità di lavoro, nel senso che c’è una forte domanda di lavori ad alta e bassa qualificazione, ma le opportunità per posti di lavoro mediamente qualificati e con salari medi sono diminuite.^xxxii Questo problema significativo può essere ricondotto all'automazione del lavoro di routine e le risposte implicano il riconoscimento dell'inevitabilità dell'automazione lavorando in modo creativo verso l'aumento. Le aziende che cavalcano con successo quest’onda sono quelle che rispondono con flessibilità e fluidità, imparando a lavorare con la tecnologia anziché scappare o ribellarsi alla sua scoraggiante presenza e al suo impatto.^xxxiii Come educatori, è fondamentale che anche noi rispondiamo in modo creativo, cercando soluzioni innovative all'incertezza del futuro. Spetta ai sistemi di istruzione primaria e secondaria riconoscere le realtà all’orizzonte e insegnare competenze rilevanti e preziose, che nel caso attuale potrebbero significare cose in cui i computer semplicemente non sono bravi. Questi includono creatività, abilità interpersonali e risoluzione dei problemi, tutte abilità che possono essere coltivate con un uso raffinato della robotica educativa.