Astratto
La robotica educativa ha il potenziale per diventare una pietra angolare dell’educazione STEM per la sua capacità di fornire apprendimento pratico e basato su progetti attraverso un curriculum interdisciplinare. La ricerca ha dimostrato che l’atteggiamento degli studenti nei confronti dell’apprendimento STEM diminuisce man mano che progrediscono nel nostro sistema educativo; coltivare atteggiamenti positivi nei confronti degli argomenti STEM è fondamentale negli studenti in età elementare. È stato dimostrato che l’integrazione del curriculum di robotica con le materie STEM ha molti vantaggi positivi in termini di apprendimento per gli studenti, migliorando al tempo stesso la percezione degli studenti su questi argomenti. In questo studio, 104 studenti di età compresa tra la terza e la quinta elementare hanno partecipato a un progetto di ricerca per identificare se la percezione degli studenti sugli argomenti STEM sarebbe cambiata dopo sei settimane di curriculum di robotica. Agli studenti è stato somministrato un sondaggio preliminare per valutare gli atteggiamenti nei confronti della matematica, delle scienze, dell'ingegneria e delle competenze del 21° secolo. Ciascuna classe ha poi completato un programma di studi sulla robotica utilizzando il pacchetto classe robot VEX GO e i laboratori e le attività STEM del programma VEX GO. Dopo le sei settimane di lezioni, agli studenti sono state poste le stesse domande post-sondaggio per valutare se i loro atteggiamenti fossero cambiati. I risultati mostrano un miglioramento significativo dell’atteggiamento degli studenti in tutte le materie STEM, nonché miglioramenti percepiti in termini di creatività, coinvolgimento, lavoro di squadra e perseveranza.
introduzione
Negli ultimi anni la robotica è diventata sempre più integrata nelle scuole primarie e secondarie degli Stati Uniti, stimolata da rapporti e politiche nazionali. Nel 2015, la National Science Foundation ha affermato che l’acquisizione di conoscenze e competenze in ambito scientifico, tecnologico, ingegneristico e matematico (STEM) è sempre più vitale affinché gli americani possano impegnarsi pienamente in un’economia globale ad alta intensità tecnologica, e che è fondamentale per tutti avere accesso a un'istruzione di alta qualità in argomenti STEM. La robotica educativa non è semplicemente una tendenza popolare nella tecnologia educativa, ma la ricerca ha dimostrato di essere efficace nel migliorare la percezione degli studenti delle materie STEM e dei risultati dell’apprendimento. Una meta-analisi (Beniti, 2012) ha rilevato che, in generale, la robotica educativa ha aumentato l’apprendimento di specifici concetti STEM. La ricerca focalizzata su diversi gruppi di età ha rivelato che la robotica aumenta l’interesse degli studenti e la percezione positiva delle materie STEM (Nugent et al., 2010; Robinson, 2005; Rogers & Portsmore, 2004), e ulteriori ricerche hanno scoperto che questo a sua volta aumenta il rendimento scolastico e promuove la scienza. conseguimento del titolo di studio (Renninger & Hidi, 2011; Wigfield & Cambria, 2010; Tai et al., 2006). Per gli studenti delle scuole superiori, la robotica è stata utilizzata per supportare la preparazione universitaria e le competenze tecniche per la carriera (Boakes, 2019; Ziaeefard et al., 2017; Vela et al., 2020).
Il Comitato per l'istruzione STEM del Consiglio nazionale della scienza e della tecnologia ha presentato un rapporto nel 2018 per delineare una strategia federale per l'istruzione STEM interdisciplinare: "Il carattere dell'istruzione STEM stessa si è evoluto da un insieme di discipline sovrapposte a un approccio più integrato e interdisciplinare all'educazione STEM". apprendimento e sviluppo delle competenze. Questo nuovo approccio include l’insegnamento di concetti accademici attraverso applicazioni nel mondo reale e combina l’apprendimento formale e informale nelle scuole, nella comunità e sul posto di lavoro”. La robotica educativa non dovrebbe essere insegnata come argomento a sé stante, ma piuttosto trarre il massimo vantaggio da un approccio curriculare interdisciplinare. I ricercatori hanno riscontrato una serie di vantaggi derivanti dall’integrazione della robotica nel curriculum scolastico esistente, dallo sviluppo e l’applicazione delle conoscenze STEM, al pensiero computazionale e alle capacità di risoluzione dei problemi, alle abilità sociali e di lavoro di squadra (Altin & Pedaste, 2013; Bers et al., 2014; Kandlhofer & Steinbauer, 2015; Taylor, 2016). Benitti (2012) ha scoperto che la maggior parte dei programmi di robotica venivano insegnati come materia a sé stante, e questo rendeva più difficile per gli insegnanti integrarla nella loro classe. Uno degli obiettivi di questo studio di ricerca è valutare l'atteggiamento degli studenti nei confronti degli argomenti STEM utilizzando un curriculum di robotica che combina la costruzione e la programmazione della robotica con contenuti matematici, scientifici e ingegneristici allineati agli standard.
L’introduzione della robotica educativa è stata particolarmente utile per i giovani studenti, che possono iniziare a formare atteggiamenti negativi nei confronti delle materie STEM già a partire dalla quarta elementare (Unfried et al., 2014). I giovani studenti beneficiano di un contesto di apprendimento integrato e sviluppano atteggiamenti più positivi nei confronti delle materie STEM con prime esperienze di successo (McClure et al., 2017). Cherniak et al. (2019) hanno scoperto che l’introduzione della robotica agli studenti delle scuole elementari aiuta a sviluppare capacità di indagine e di risoluzione dei problemi. In uno studio di Ching et al. (2019), gli studenti delle scuole elementari superiori sono stati introdotti a un curriculum integrato di robotica STEM in un programma di doposcuola. Utilizzando uno strumento di indagine (Friday Institute for Educational Innovation, 2012), l’atteggiamento degli studenti nei confronti della matematica, delle scienze e dell’ingegneria è stato misurato prima e dopo il programma. I risultati hanno mostrato che solo il costrutto matematico è aumentato in modo significativo. Ching et al. hanno identificato che questi risultati erano coerenti con altre ricerche condotte in contesti di apprendimento informale e programmi pilota brevi (una settimana) (Conrad et al., 2018; Leonard et al., 2016). Ching et al. hanno notato anche altre difficoltà che potrebbero aver influito sui risultati nulli per altre materie: gli studenti hanno faticato a costruire i robot, impiegando fino a quattro sessioni da 90 minuti per completarli. La difficoltà di comprendere le istruzioni di costruzione e di costruire robot è stata una sfida segnalata per gli studenti delle elementari superiori anche in altri studi (Kopcha et al., 2017), e i ricercatori hanno notato che una forte comprensione dei vari componenti robotici è necessaria per la costruzione robotica (Slangen et al., 2011). Ching et al. (2019) hanno affermato: “In futuro, quando un obiettivo di apprendimento prevede la costruzione di un robot originale e funzionale, è altamente raccomandato che gli studenti sviluppino una profonda comprensione dei vari componenti dei robot prima di imbarcarsi” p. 598. Queste intuizioni chiariscono che è particolarmente importante per i bambini piccoli avere prime esperienze di successo con l’apprendimento STEM e l’utilizzo di un kit robotico facile da apprendere e costruire è una componente preziosa per l’implementazione di un curriculum robotico in modo che tutti gli studenti raggiungano il successo. .
In questo studio, investighiamo in che modo un curriculum interdisciplinare di robotica, erogato come parte della giornata scolastica, ha influenzato l’atteggiamento degli studenti nei confronti delle materie STEM. Le domande di ricerca sono:
- In che modo un programma di studio interdisciplinare di robotica di sei settimane ha influito sull’atteggiamento degli studenti nei confronti delle materie STEM?
- Che tipo di benefici percepiti o di apprendimento vengono osservati mentre gli studenti lavorano attraverso il curriculum di robotica?
La continua indagine su come la robotica può apportare benefici agli studenti delle scuole elementari superiori è di crescente importanza per migliorare la percezione delle materie STEM da parte degli studenti e, si spera, migliorare il coinvolgimento e i risultati. In questo studio, ci proponiamo di contribuire alla ricerca indagando:
- alunni dalla terza alla quinta elementare
- un curriculum di robotica integrato nella giornata scolastica e distribuito nell’arco di sei settimane
- lezioni di robotica interdisciplinare che si allineano agli standard STEM
- un kit di robotica progettato per studenti di età elementare
Metodi
Questo studio è stato condotto in un distretto scolastico pubblico nella Pennsylvania occidentale con un totale di 104 studenti di tre classi. L'insegnante che ha sviluppato e consegnato il curriculum di robotica funge da integratore tecnologico elementare per il distretto e vede gli studenti secondo un programma a rotazione. Questo studio include sia dati quantitativi che qualitativi. Gli studenti hanno risposto alle domande del sondaggio per valutare empiricamente il loro atteggiamento nei confronti degli argomenti STEM prima e dopo un curriculum di robotica. Inoltre, l’insegnante teneva un diario in cui registrava appunti e riflessioni sul comportamento e l’apprendimento degli studenti durante i laboratori STEM e le attività completate.
Pre-indagine. Per valutare la percezione degli studenti sugli argomenti STEM, gli studenti hanno completato il sondaggio sugli atteggiamenti degli studenti verso le materie STEM - Studenti delle scuole elementari superiori (Friday Institute for Educational Innovation, 2012). Per rendere il processo più semplice per gli studenti, l'insegnante ha ricreato gli elementi del sondaggio sotto forma di tabella e ha rimosso l'opzione neutra che, a suo avviso, avrebbe causato confusione negli studenti durante la risposta.
Le lettere che descrivono il progetto di ricerca e i moduli di consenso sono stati inviati a casa agli studenti per la revisione dei genitori. Per partecipare a questo studio di ricerca, gli studenti dovevano restituire un modulo di consenso firmato. Lo strumento del sondaggio è stato stampato e distribuito agli studenti in una classe in presenza. Gli studenti che hanno restituito il modulo di consenso hanno partecipato al sondaggio, mentre agli studenti che non lo hanno restituito è stata assegnata un'altra attività durante quel periodo. Le istruzioni venivano lette ad alta voce agli studenti e alcuni termini venivano definiti quando richiesto. Le indagini sono state effettuate dagli alunni di terza, quarta e quinta elementare dal lunedì al mercoledì della stessa settimana.
Al momento della consegna del primo sondaggio, agli studenti era stato presentato il kit robotico utilizzando il laboratorio Intro to Building e la lezione per costruire il personaggio dell'astronauta. Nessun altro laboratorio STEM era stato completato e, a causa della pandemia di COVID-19, gli studenti non avevano seguito il curriculum di robotica nell’anno e mezzo precedente. Ciò ha fornito l’opportunità di valutare come si sentono gli studenti riguardo agli argomenti STEM senza che l’esperienza recente con il curriculum STEM abbia modellato le loro risposte.
L'insegnante ha notato che gli studenti delle diverse classi hanno risposto in modo diverso ai sondaggi. Gli studenti della quinta elementare hanno risposto al sondaggio rapidamente e con poche domande. Gli studenti della quarta elementare hanno chiesto molte definizioni di termini. Gli studenti di terza elementare hanno avuto maggiori difficoltà con la terminologia e hanno impiegato più tempo per completare il sondaggio.
Curriculum di apprendimento STEM e Robot. L'insegnante Elementary Technology Integrator aveva raccolto molti strumenti robotici e di programmazione da utilizzare nel distretto, ma ha scelto di implementare un programma di sei settimane con il robot VEX GO per le lezioni di pensiero computazionale e informatica che hanno potuto seguire alla fine del corso. Anno scolastico 2021. Il robot VEX GO è un kit di parti in plastica che può essere manipolato dagli studenti delle elementari, che hanno esigenze motorie fini diverse rispetto agli studenti più grandi. Il kit è codificato a colori per aiutare gli studenti a comprendere il dimensionamento dei pezzi ed è organizzato per tipo: travi, travi angolari, piastre, ingranaggi, pulegge, connettori, distanziatori e perni. L'insegnante ha utilizzato un unico pacchetto di classe (dieci kit) per servire tutte le sezioni delle classi terza, quarta e quinta in cui insegnava. La condivisione dei kit robot dal punto di vista dell'implementazione in classe significava che gli studenti dovevano essere in grado di completare la lezione e riporre il proprio robot in un unico periodo di lezione, in modo che un'altra classe potesse utilizzarli successivamente. L'insegnante doveva anche potersi spostare in aule diverse per classi diverse durante il giorno.
Ogni livello scolastico ha completato sei settimane di laboratori STEM di robotica. A causa della situazione di apprendimento atipica determinata dal COVID-19, gli studenti hanno alternato un programma di lezioni in presenza tre volte in una rotazione di dieci giorni. Non tutti gli studenti sono stati visti esattamente lo stesso numero di volte, a seconda del loro programma e di fattori esterni. L’insegnante ha affrontato questo problema attraverso la differenziazione: “Con questo in mente, ho cercato davvero di cercare di differenziare per ogni classe. Non volevo sovraccaricare tante lezioni in ogni livello scolastico, ma invece scavare più a fondo nelle lezioni per comprenderle." Gli studenti della quinta elementare sono stati i meno visti. L'insegnante ha notato che era difficile insegnare agli alunni di quinta elementare proprio alla fine della loro carriera elementare poiché avevano così tanti eventi in programma nelle settimane precedenti la laurea.
Sebbene tutti gli studenti abbiano completato una serie di laboratori e attività STEM di robotica VEX GO durante quelle sei settimane, il curriculum è stato differenziato a discrezione dell'insegnante, per soddisfare le capacità di studenti di età diverse. Ad esempio, tutti gli studenti hanno iniziato il loro curriculum di robotica con il laboratorio Intro to Building STEM, poiché questo laboratorio introduce il kit di robotica. Tutti gli studenti hanno inoltre completato il laboratorio Look Alike STEM, che insegna come i tratti vengono trasmessi geneticamente dai conigli genitori ai coniglietti. Ciascuna classe ha poi completato una serie diversa di laboratori e attività:
- Terza elementare: Introduzione alla costruzione, Si assomigliano, Rane divertenti (2 lezioni), Artiglio di adattamento, VEX GO Attività: Lunar Rover, Pin Game, Engineer It & Build It, Copione, Habitat, Creazione di creature e tempo di costruzione libero
- Quarta elementare: Introduzione alla costruzione, Unità Macchine semplici (4 lezioni), Assomiglianza, Artiglio di adattamento, VEX GO Attività: Lunar Rover, Pin Game e tempo di costruzione libero
- Quinta elementare: Introduzione alla costruzione, Si assomigliano, Rane divertenti (2 lezioni), Artiglio di adattamento, VEX GO Attività: Lunar Rover, Pin Game, Engineer It & Build It, Copione, Habitat, Creazione di creature e tempo di costruzione libero
I laboratori STEM sono attività strutturate che guidano gli studenti attraverso una lezione interdisciplinare e allineata agli standard che fornisce il contesto per una costruzione robotica, discussioni in classe, sperimentazione e miglioramento iterativo. I laboratori sono organizzati come le sezioni Coinvolgi, Gioca e Condividi che guidano gli studenti attraverso la lezione. Le attività sono più brevi di un laboratorio STEM e variano in argomenti e struttura, spesso fornendo sfide aperte con meno istruzioni.
Post-indagine. Dopo il completamento del curriculum, che ha coinciso con la fine dell'anno scolastico, agli studenti è stata sottoposta l'indagine post-indagine nello stesso modo della pre-indagine. Una volta raccolti i sondaggi successivi, l'insegnante ha reso anonimi e registrato i dati in preparazione per l'analisi.
Analisi dei dati. Gli elementi dell'indagine verrebbero valutati utilizzando metodi quantitativi prescritti. Le scelte di risposta sono state valutate (1 = fortemente in disaccordo, 2 = in disaccordo, 3 = d'accordo, 4 = fortemente d'accordo) e gli elementi specifici sono stati codificati in modo inverso dove necessario. Sono stati eseguiti test t accoppiati sulle medie pre e post indagine per ciascun costrutto, per ciascun grado. Il diario dell'insegnante è stato valutato utilizzando un'analisi tematica, che ha rivelato approfondimenti sull'apprendimento percepito dagli studenti, nonché sulla progettazione/esigenze del curriculum.
Risultati
Terzo grado. I risultati dell'indagine pre e post-indagine di terzo grado (Tabella 1) mostrano punteggi medi più elevati per ciascuna delle aree dell'indagine. Ciascun costrutto pre e post media è stato confrontato utilizzando un t-test a due code e tutti i risultati sono stati significativi (p < 0,001). L’aumento medio più piccolo si è verificato per il costrutto relativo all’atteggiamento delle competenze del 21° secolo, indicando che gli studenti variavano solo leggermente dal loro accordo originale su tali elementi. Gli studenti avevano il punteggio medio più basso nel costrutto relativo all’atteggiamento matematico pre-sondaggio, con un punteggio medio di 2,27, ma avrebbero aumentato questo punteggio medio del costrutto di 0,25 nel post-sondaggio. Sia il costrutto scientifico che quello ingegneristico hanno avuto incrementi medi superiori a 0,6, indicando che gli studenti si sentivano molto più sicuri dopo il curriculum nell'ampliare la loro scelta. La media pre-indagine del costrutto scientifico da 2,8 a 3,44 mostra che gli studenti originariamente erano un mix di disaccordo e accordo (2 e 3) ma sono cambiati in un mix di accordo a fortemente d'accordo (3 e 4).
Tabella 1. Risultati del t-test accoppiato pre e post sondaggio di terzo grado (n = 39).
Paio | Variabile | Significare | T | Sig (a due code) |
Coppia 1 | Pre matematica | 2.2664 | -8.775 | 0.000 |
Posta matematica | 2.5197 | |||
Coppia 2 | Pre-scienza | 2.7982 | -21.255 | 0.000 |
Post-scienza | 3.4415 | |||
Coppia 3 | Preingegneria | 3.1228 | -26.504 | 0.000 |
Postingegneria | 3.7281 | |||
Coppia 4 | Competenze pre-21° secolo | 3.0000 | -3.894 | 0.000 |
Competenze post-21° secolo | 3.0906 |
Quarta elementare. La tabella 2 mostra che gli studenti di quarta elementare hanno avuto aumenti simili nei punteggi medi su tutti i costrutti, e tutti erano significativi (p < 0,001). Tuttavia, gli aumenti sono stati inferiori rispetto a quelli osservati tra gli studenti della terza elementare (cambiamenti medi in genere inferiori a 0,3), indicando che un minor numero di studenti ha modificato le proprie risposte rispetto ai loro colleghi più giovani. Come per gli studenti di terza elementare, il costrutto matematico era la media più bassa sia nel pre-sondaggio che nel post-sondaggio, e le competenze del 21° secolo avevano l’aumento più piccolo nei punteggi medi. In particolare, la costruzione ingegneristica ha avuto l’aumento maggiore per questi studenti.
Tavolo 2. Risultati del t-test accoppiato pre e post sondaggio di quarto grado (n = 34).
Paio | Variabile | Significare | T | Sig (a due code) |
Coppia 1 | Pre matematica | 2.0871 | -7.136 | 0.000 |
Posta matematica | 2.2652 | |||
Coppia 2 | Pre-scienza | 2.9125 | -7.124 | 0.000 |
Post-scienza | 3.1987 | |||
Coppia 3 | Preingegneria | 3.0673 | -8.151 | 0.000 |
Postingegneria | 3.3030 | |||
Coppia 4 | Competenze pre-21° secolo | 3.6498 | -4.629 | 0.000 |
Competenze post-21° secolo | 3.7003 |
Quinta elementare. I punteggi dei costrutti degli studenti di quinta elementare mostrano andamenti diversi rispetto agli studenti di terza e quarta elementare (Tabella 3). Questo gruppo ha avuto l'unica diminuzione del punteggio medio sul costrutto ingegneristico, sebbene non fosse statisticamente significativa e, a causa dei punteggi medi più alti, non destasse alcuna preoccupazione. I punteggi medi dei costrutti per matematica, scienze e competenze del 21° secolo sono tutti aumentati in misura minore dal periodo pre-indagine a quello post-indagine, ed erano significativi in misura minore (p < 0,01 per matematica e scienze e p < 0,05 per 21° secolo). competenze del secolo).
Tabella 3. Risultati del t-test accoppiato pre e post sondaggio di quinto grado (n = 31).
Paio | Variabile | Significare | T | Sig (a due code) |
Coppia 1 | Pre matematica | 2.8167 | -3.427 | 0.002 |
Posta matematica | 2.9042 | |||
Coppia 2 | Pre-scienza | 3.2333 | -3.751 | 0.001 |
Post-scienza | 3.3111 | |||
Coppia 3 | Preingegneria | 3.4259 | 0.810 | 0.425 |
Postingegneria | 3.3370 | |||
Coppia 4 | Competenze pre-21° secolo | 3.8296 | -2.350 | 0.026 |
Competenze post-21° secolo | 3.8741 |
Discussione
Atteggiamenti degli studenti. I risultati per questi quattro costrutti hanno mostrato alcuni risultati sorprendenti. I punteggi medi del pre-sondaggio erano più alti per gli studenti di quinta elementare su tutti i costrutti rispetto a quelli degli studenti di terza elementare. I risultati della letteratura indicano che gli atteggiamenti STEM diminuiscono nel tempo. Questi risultati lo negano? Non necessariamente. La natura della fine dell’anno scolastico ha fatto sì che gli alunni di quinta elementare venissero visti meno volte mentre partecipavano a vari eventi che portavano al diploma, e un minor numero di lezioni potrebbe aver ridotto l’impatto sui loro atteggiamenti in questo momento dell’anno. L'insegnante ha inoltre notato che ciascuna fascia di età ha risposto in modo diverso agli elementi del sondaggio. Gli alunni di terza hanno fatto molte domande e hanno risposto con entusiasmo generale, mentre gli alunni di quinta hanno completato il sondaggio velocemente e con poche domande. L’età dei bambini può influenzare la quantità di sfumature che hanno nell’interpretare le domande e nel fornire la loro risposta. Ad esempio, gli studenti più giovani potrebbero valutare “d’accordo” e “fortemente d’accordo” in modo diverso rispetto agli studenti più grandi. L'insegnante ha aggiunto nei suoi appunti un commento specifico sugli studenti di quinta elementare e si è chiesta se rispondessero alle domande del sondaggio con un senso di aspettativa o nel tentativo di compiacerla. Man mano che gli studenti delle elementari più grandi diventano più in sintonia con le aspettative, le loro risposte naturali potrebbero essere modellate da ciò.
Ciò che emerge chiaramente dai risultati è la differenza che il curriculum di robotica VEX GO aveva su ciascuna fascia di età. Gli studenti di terza elementare hanno registrato notevoli aumenti nei punteggi medi in tutti i costrutti di dominio (matematica, scienze, ingegneria). Sebbene gli studenti di quarta elementare non abbiano avuto un aumento dei punteggi medi così grande come gli studenti di terza elementare, hanno comunque aumentato costantemente i punteggi medi di diversi decimi sui costrutti del dominio. Gli studenti di quinta elementare, tuttavia, erano gli unici studenti con cambiamenti non significativi in qualsiasi costrutto e valori di significatività inferiori a p < 0,001. Queste differenze generali tra gli studenti delle diverse classi indicano che il curriculum di robotica ha avuto un effetto maggiore sugli atteggiamenti degli studenti più giovani rispetto a quelli più grandi, evidenziando l’importanza di iniziare precocemente il curriculum di robotica.
Apprendimento percepito. Il diario dell'insegnante registrava i laboratori e le attività svolte da ciascun gruppo di studenti, nonché molte osservazioni degli studenti mentre svolgevano le lezioni. Mentre lo strumento di indagine è stato in grado di identificare gli atteggiamenti degli studenti, l’analisi tematica delle voci del diario ha identificato diversi argomenti di apprendimento percepito coerenti con la letteratura di ricerca.
Creatività. Uno dei temi principali della rivista era la creatività degli studenti. Menzionata pesantemente per gli alunni di terza elementare, ma in tutte e tre le classi, la creatività è stata richiamata esplicitamente per il modo in cui gli studenti si sono impegnati in Macchine semplici, Assomigliano, Creazione di creature e Ciclo di vita delle rane. L'insegnante ha osservato: “La terza elementare era così entusiasta di costruire una rana. Questo livello scolastico vuole essere il più creativo possibile e la costruzione di un habitat consente davvero ai bambini di sviluppare nuovamente queste abilità”. Sebbene gli obiettivi per i materiali didattici siano molti, stimolare la creatività negli studenti è un risultato prezioso che porta molti altri vantaggi.
Coinvolgimento. Fornire laboratori strutturati con temi divertenti e autentici ha stimolato la creatività degli studenti, contribuendo ad aumentare il coinvolgimento. A partire dal laboratorio Intro to Building, l’insegnante ha notato che gli studenti non volevano smettere di lavorare. Allo stesso modo, con il laboratorio Look Alike, ha scoperto che “la lezione era davvero difficile da terminare. Ho scoperto che gli studenti volevano andare avanti aggiungendo ulteriori iterazioni ai loro animali…Ho scoperto che i bambini non volevano ripulire ma continuare ad aggiungere alla loro creazione." Sebbene gli studenti di terza elementare siano stati considerati i più entusiasti, ha descritto come anche quelli di quinta fossero molto coinvolti nel loro laboratorio di Macchine Semplici: “Ho scoperto che tutti gli studenti avevano difficoltà a voler mettere via i pezzi. Ci stavamo semplicemente divertendo troppo!”
Lavoro di squadra. I laboratori VEX GO STEM sono progettati per essere completati in team, con agli studenti assegnati ruoli e compiti specifici. Gli alunni della terza elementare hanno iniziato con Adaption Claw e l’insegnante ha osservato: “Gli studenti erano anche entusiasti di dividersi in gruppi in modo da poter lavorare insieme, ognuno con il proprio lavoro”. Per gli alunni di quarta elementare, ha notato in modo simile come avere dei ruoli abbia aiutato gli studenti a entrare nei loro gruppi e a iniziare rapidamente. Ha anche notato che gli studenti hanno iniziato a scegliere di lavorare insieme su attività a tempo indeterminato, come la costruzione di habitat o la costruzione del Lunar Rover.
L'insegnante ha anche notato diversi casi in cui gli studenti hanno lavorato spontaneamente insieme come classe. Alcuni studenti esploravano cose nuove con il loro robot e quando “scoprivano” qualcosa di nuovo, altri studenti correvano a vederlo e poi a provarlo loro stessi. Gli studenti che sceglievano un'attività divertente dal “tabellone scelto” spesso la condividevano con altri studenti, che passavano a quell'attività. Sia che lavorassero in gruppo o da soli, gli studenti erano desiderosi di condividere e aiutarsi a vicenda.
Persistenza. Non tutte le attività erano facili per gli studenti. Gli alunni di terza elementare hanno svolto il laboratorio Adaption Claw prima dopo il laboratorio Intro to Building. L'insegnante ha notato che il laboratorio era un po' avanzato all'inizio e lo avrebbe spostato più avanti nell'ordine del curriculum. Indipendentemente dal fatto che abbiano completato o meno l'attività, i gruppi hanno persistito fino alla fine.
Ho scoperto che questa era una GRANDE lezione sulla frustrazione e sulla comprensione che il fallimento è solo una parte dell'apprendimento. Ho chiesto a ciascun gruppo di descrivere cosa ha funzionato e cosa no. Ho scoperto che molti gruppi si capivano davvero tra loro una volta ascoltati alcuni degli stessi problemi.
Alcune attività utilizzate sono state progettate per essere a tempo indeterminato e offrire agli studenti una sfida da superare. Agli studenti è stato affidato il compito di creare case in grado di resistere a un terremoto, ma non sono state fornite istruzioni per la costruzione. Sebbene fosse coinvolto un elemento di frustrazione, gli studenti lo hanno utilizzato e hanno persistito nei cicli di miglioramento iterativi:
Gli studenti hanno adorato la sfida! Ho scoperto che gruppi di studenti si sono resi conto dei propri errori dopo aver sperimentato un “terremoto” e sono stati in grado di rifare la propria casa in base a cosa ha funzionato e cosa no. Sono rimasto così sorpreso da quanto i gruppi fossero felici ed entusiasti di affrontare una sfida che era frustrante e così appagante una volta che i gruppi l'hanno risolta.
Curriculum. Il diario dell'insegnante ha inoltre rivelato numerosi spunti sull'importanza della differenziazione nel curriculum di robotica. Ogni gruppo di studenti ha completato il laboratorio Intro to Building STEM, che ha introdotto il kit VEX GO e tutti i componenti al suo interno. Tutti gli studenti hanno inoltre completato il laboratorio Look Alike STEM, che insegna agli studenti i tratti facendo costruire loro genitori e coniglietti con tratti diversi. Sebbene alcuni laboratori siano stati completati per ciascun grado, è stata effettuata una differenziazione per fascia di età. Gli alunni di quarta e quinta elementare hanno completato l'unità di laboratorio Simple Machines, mentre gli alunni di terza hanno completato il laboratorio Fun Frogs. Gli alunni della terza elementare hanno inoltre completato più attività autonome rispetto a quelli delle classi più anziane, poiché l'insegnante ha notato che queste erano utili per le competenze degli studenti più giovani. L'insegnante ha inoltre utilizzato le attività per gli studenti più grandi quando i gruppi terminavano i laboratori in anticipo: una necessità in classe per tenere occupati gli studenti quando i gruppi lavorano a velocità diverse. Avere molte opzioni per la differenziazione sia del laboratorio che delle attività è stata una risorsa preziosa per il programma di implementazione di successo di un programma di robotica in classe.
Secondo il diario dell'insegnante, anche i laboratori interdisciplinari sono stati un vantaggio. Gli studenti della terza elementare erano entusiasti dei laboratori a tema scientifico in cui hanno potuto costruire ed evolvere gli animali e i loro habitat. Il primo laboratorio sugli animali completato dagli alunni di terza elementare è stato il laboratorio Look Alike, dove sono stati in grado di creare conigli e tramandarne i tratti. L'insegnante ha notato quanto gli studenti amassero creare animali e volessero esplorare diverse varianti. Ciò ha portato l'insegnante a scegliere un'attività chiamata Creazione di creature per la lezione successiva per espandere la creatività degli studenti. Quando gli studenti stavano lavorando al laboratorio Fun Frogs, ha notato quanto fossero entusiasti e creativi, con l'ulteriore vantaggio di una bassa barriera di ingresso per lo sviluppo di competenze.
I bambini hanno adorato creare e conoscere il ciclo delle rane. Ho visto i bambini fare esperienza pratica con argomenti scientifici che avevano imparato in un libro di testo. Ho parlato con l'insegnante di terza elementare per collaborare di più l'anno prossimo per provare a insegnare questo quando insegna sugli habitat.
Gli studenti della quarta elementare hanno completato l'unità di laboratorio Macchine Semplici. L'insegnante ha notato quanto gli studenti fossero entusiasti perché avevano la conoscenza di macchine semplici dall'altra classe. Hanno chiesto come gli ingegneri utilizzassero macchine semplici e hanno avuto tempo per fare ricerche. L'insegnante ha osservato:
La quarta elementare è incentrata su semplici macchine scientifiche, quindi questo laboratorio STEM era perfetto per questo livello scolastico. Ho scoperto che i volti di quel ragazzo si illuminavano quando ho detto che avremmo costruito leve. La maggior parte di questi studenti aveva svolto un foglio di lavoro ma non un'indagine pratica. Ho detto all'insegnante di scienze che collaboreremo di più l'anno prossimo, quindi insegno in questo laboratorio STEM mentre lei insegna macchine semplici.
Anche gli alunni di quinta elementare hanno completato l'unità di laboratorio Macchine Semplici, ma la loro età ed esperienza hanno dimostrato come si sono impegnati in modo diverso rispetto agli alunni di quarta elementare. L'insegnante ha notato che questo gruppo di studenti ha finito presto e ha utilizzato le attività del “tabellone scelto” per esplorare da solo.
La quinta elementare ha bisogno di attività entusiasmanti e coinvolgenti e questo laboratorio STEM è perfetto. Ho scoperto che gli studenti volevano mettersi a terra e sperimentare come sollevare pesi diversi utilizzando la leva. Ho scoperto anche che, a differenza della quarta elementare, questi studenti avevano conoscenze di base e hanno portato il laboratorio STEM al livello successivo aggiungendo pesi e offrendo al laboratorio STEM un'autentica esperienza di apprendimento da gruppo a gruppo.
Gli studenti di ciascuna classe hanno tratto vantaggio dall’adozione di un approccio interdisciplinare nel curriculum di robotica. Essere in grado di collegare la robotica alla scienza, alla matematica o all’ingegneria ha aiutato non solo a coinvolgere gli studenti, ma ha fornito loro una base per esplorare concetti con una comprensione più profonda. Le note dell’insegnante indicano diverse aree in cui il curriculum di robotica può essere incorporato o sincronizzato con lezioni insegnate in altre materie, il che potrebbe rappresentare un prezioso passo successivo nell’integrazione della robotica tra le discipline in modo autentico.
Conclusione
Poiché l’uso della robotica educativa aumenta nelle classi di tutto il Paese, è fondamentale ricercare i benefici che la robotica apporta agli studenti, nonché le lezioni apprese dalla pratica dell’insegnamento di un curriculum di robotica. Questo studio ha rivelato che un curriculum di robotica ha migliorato l’atteggiamento degli studenti su quasi tutte le materie STEM per tutti i gradi. Inoltre, l’insegnante ha percepito ulteriori categorie di apprendimento per gli studenti in aree quali creatività, impegno, lavoro di squadra e perseveranza.
Per continuare a esplorare come la robotica educativa possa essere di grande beneficio per gli studenti nelle classi reali, dobbiamo continuare a imparare direttamente dagli insegnanti che implementano il curriculum. Riflettendo sull'intera esperienza, l'insegnante ha fornito i suoi suggerimenti generali:
Ho scoperto che se i bambini volevano imparare di più, noi imparavamo di più. Volevo che fosse divertente e, onestamente, ogni classe era completamente diversa (il che è del tutto normale). Alcuni studenti volevano saperne di più su come costruire laddove altri volevano staccarsi e creare il proprio mostro o creatura. Ho scoperto che la terza elementare era così impegnata che era difficile terminare le lezioni. La quarta elementare era così entusiasta di conoscere le lezioni STEM come semplici macchine collegate al proprio curriculum scientifico. La quinta elementare ha adorato la sfida di programmare, costruire e conoscere Marte. Penso che la parte importante fosse che ogni classe a volte aveva bisogno di più tempo con un laboratorio STEM o più tempo per esplorare e io gliel'ho concesso. Ho scoperto che quando i bambini sono emozionati, è meglio correre con quell'entusiasmo e scavare più a fondo invece di andare avanti.
Questo studio ha inoltre fornito spunti significativi sull’implementazione di un curriculum interdisciplinare sulla robotica. Essendo un programma di sei settimane, gli studenti hanno potuto completare molti laboratori e attività diversi. Ciò indica che la durata del curriculum potrebbe ragionevolmente avere un impatto sul successo nel cambiare gli atteggiamenti STEM degli studenti. Anche l’impalcatura e la differenziazione delle lezioni sono state fondamentali per il successo del curriculum. L'insegnante ha scoperto che gli studenti di età diverse avevano competenze ed esigenze diverse e che poteva adattare facilmente i piani curriculari per ogni anno. Anche il kit robot VEX GO si è rivelato particolarmente adatto alle esigenze degli studenti. Gli studenti sono stati facilmente in grado di seguire le istruzioni, costruire le parti e imparare come funzionavano e si collegavano i pezzi. Gli studenti potrebbero completare costruzioni e laboratori in un unico periodo di lezione con tempo per ripulire, il che è una necessità per far sì che un programma di robotica funzioni nei limiti di una normale giornata scolastica. Un kit di robotica progettato per una fascia di età elementare e un programma di studio interdisciplinare completo sono entrambi fondamentali per insegnare e apprendere con la robotica in una classe reale.