Astratto
La robotica educativa coinvolge gli studenti in un approccio STEM integrato che aiuta gli studenti a comprendere i concetti STEM e ad aumentare la percezione positiva delle materie STEM fin dalla tenera età. Quando è scoppiata la pandemia di COVID-19, i robot fisici in una classe faccia a faccia sono diventati impossibili. È stato rapidamente sviluppato un programma robotico virtuale che funzionasse con una piattaforma di codifica familiare per fornire a studenti e insegnanti una soluzione robotica alternativa che potesse essere utilizzata ovunque. In questo documento, i dati di utilizzo di oltre un milione di studenti in tutto il mondo verranno interpretati insieme a due casi di studio di insegnanti. Questa combinazione di dati ha fornito informazioni approfondite sul robot virtuale come strumento di apprendimento, oltre che come risorsa didattica. I casi di studio degli insegnanti hanno inoltre rivelato una serie di bisogni critici che hanno facilitato l’insegnamento in circostanze così imprevedibili. Infine, questi dati indicano che l’ambiente di apprendimento del robot virtuale potrebbe essere utilizzato come complemento simbiotico a un robot fisico per aiutare gli studenti ad acquisire confidenza con la programmazione iterativa, aumentare l’entusiasmo per la robotica educativa e fornire agli insegnanti un’opzione di insegnamento altamente flessibile per il futuro.
Parole chiave
Robot virtuale, robotica educativa, robotica didattica, soluzioni COVID-19, educazione STEM, informatica, programmazione
Introduzione
Negli ultimi anni negli Stati Uniti la robotica e l’informatica sono diventate sempre più integrate nella scuola primaria e secondaria (dalla scuola materna fino al 12° grado), stimolate 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, che è fondamentale per tutti avere accesso a un’istruzione di alta qualità in materie STEM. 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. Questo rapporto rileva che “il carattere stesso dell’istruzione STEM si è evoluto da un insieme di discipline sovrapposte a un approccio più integrato e interdisciplinare all’apprendimento e allo 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. Cerca di impartire competenze come il pensiero critico e la risoluzione dei problemi insieme a competenze trasversali come la cooperazione e l'adattabilità. Questa attenzione nazionale all’apprendimento STEM è stata accompagnata da una maggiore ricerca e innovazione nei contesti educativi su come incorporare meglio la tecnologia in classe per gli argomenti STEM.
La robotica offre agli studenti un modo pratico per esplorare i concetti STEM. Gli argomenti STEM di base sono argomenti importanti nell'istruzione primaria e secondaria, in quanto costituiscono prerequisiti essenziali per gli studi universitari e universitari avanzati, nonché per l'aumento delle competenze tecniche nella forza lavoro1. Una meta-analisi2 ha rivelato che, in generale, la robotica educativa ha aumentato l'apprendimento di specifici concetti STEM. Studi condotti su diverse fasce d'età hanno rivelato che la robotica aumenta l'interesse degli studenti e la percezione positiva delle materie STEM3, 4, 5, il che a sua volta aumenta il rendimento scolastico e favorisce il conseguimento di una laurea in materie scientifiche6, 7, 8. Per gli studenti delle scuole superiori, la robotica è stata utilizzata per supportare la preparazione al college e le competenze tecniche per la carriera9, 10, 11, mentre la robotica è stata introdotta negli studenti delle scuole elementari per sviluppare capacità di ricerca e risoluzione dei problemi e promuovere percezioni positive degli argomenti STEM12, 13. L'introduzione della robotica educativa si è rivelata particolarmente utile per gli studenti più giovani, che possono iniziare a sviluppare atteggiamenti negativi nei confronti delle materie STEM già a partire dalla quarta elementare14. Gli studenti più giovani traggono vantaggio da un contesto di apprendimento integrato e sviluppano atteggiamenti più positivi nei confronti delle materie STEM con esperienze di successo precoci15.
La ricerca ha inoltre dimostrato che l'introduzione della robotica durante la formazione preliminare degli insegnanti ha aumentato l'autoefficacia degli insegnanti, la conoscenza dei contenuti e le capacità di pensiero computazionale16. Sebbene sia logico che i benefici della robotica siano riscontrabili sia negli insegnanti che negli studenti, l’introduzione della robotica nella formazione formale degli insegnanti è ancora limitata. In molti paesi, la formazione tradizionale degli insegnanti si concentra su argomenti disciplinari in scienze e matematica, lasciando la maggior parte degli insegnanti impreparati in ingegneria e tecnologia17e meno sicuri nell'insegnare argomenti STEM non trattati nella formazione formale degli insegnanti o nel creare collegamenti tra le discipline STEM18, 19. Bybee20 ha osservato che questa limitazione degli argomenti STEM nella formazione degli insegnanti porta a una sottorappresentazione dell'ingegneria e della tecnologia, in particolare nell'istruzione K-8. Sebbene i vantaggi dell'inclusione della robotica nella formazione degli insegnanti siano evidenti16, un'alternativa potrebbe essere raggiunta attraverso lo sviluppo professionale continuo e l'apprendimento informale attraverso comunità di pratica. Bandura21 ha espresso l'aspetto critico dei contesti di apprendimento sociale e, a partire da tale concetto, Lave e Wenger22 hanno delineato il concetto di comunità di pratica (CoP). In una CoP, i membri si riuniscono attorno a un interesse comune in un dominio, sviluppano una comunità e condividono ricerche e approfondimenti per migliorare competenze e conoscenze, sviluppando una pratica22. Al posto della robotica nella formazione formale degli insegnanti, l’apprendimento informale e le CoP potrebbero fornire vantaggi simili agli insegnanti e, inoltre, agli studenti.
Purtroppo, la pandemia di COVID-19 ha causato un'interruzione generalizzata dell'apprendimento in presenza a livello globale, colpendo quasi tutti gli studenti del mondo23. Sono state sospese le esperienze di apprendimento pratico, che costituivano una parte fondamentale della maggior parte dei curriculum STEM robotici, compreso il curriculum robotico utilizzato dalla linea di robotica educativa VEX. Erano necessarie soluzioni di apprendimento remoto per fornire rapidamente un ambiente di apprendimento virtuale che potesse comunque aiutare gli studenti a impegnarsi con argomenti STEM in modo autentico e significativo. VEX Robotics ha creato rapidamente VEXcode VR (di seguito denominato semplicemente “VR”), una piattaforma con un robot virtuale che potrebbe essere utilizzato in modo simile a un robot fisico.
Questo articolo esaminerà i dati di utilizzo raccolti dalla piattaforma VR per ottenere informazioni dettagliate su come si è comportato questo sostituto virtuale durante questo sconvolgimento globale. Verranno inoltre presentati due casi di studio che forniscono il contesto su come gli insegnanti hanno implementato la realtà virtuale nei loro ambienti di apprendimento a distanza. Le due principali domande di ricerca per questo articolo sono le seguenti:
- Quali informazioni possono rivelare i dati sull’utilizzo e i casi di studio degli insegnanti sull’apprendimento degli studenti con la realtà virtuale dopo l’epidemia di COVID-19?
- Quali spunti possono fornire gli insegnanti sull’implementazione della realtà virtuale in classe?
Il caos seminato dal Covid-19 è stato particolarmente sentito dagli educatori. Decenni di esperienza e lezioni progettate per l’apprendimento di persona sono stati immediatamente ribaltati, ma questa interruzione ha anche incoraggiato gli educatori a sperimentare nuovi strumenti e metodi di insegnamento. Comprendere le decisioni prese e i risultati ottenuti dal punto di vista degli educatori che hanno portato avanti soluzioni innovative può fornire spunti su come incorporare la nuova tecnologia per rafforzare l’apprendimento degli studenti nella robotica e nelle materie STEM per il futuro.
Metodi
Codice VEX VR. Quando le scuole negli Stati Uniti hanno chiuso nel marzo del 2020, era necessaria una soluzione che potesse mantenere gli studenti impegnati con la robotica e gli argomenti STEM mentre lavoravano da remoto. La realtà virtuale è stata sviluppata e lanciata il 2 aprile 2020, poche settimane dopo che la maggior parte delle scuole è passata al formato virtuale. Le attività VR sono state create per essere coerenti con gli altri programmi di robotica con lezioni interdisciplinari allineate agli standard di contenuto. La piattaforma di codifica VEXcode VR è la stessa dell'ambiente di codifica che gli studenti utilizzerebbero normalmente con i robot fisici con l'aggiunta dell'interfaccia virtuale, come mostrato nella Figura 1. Al posto di un robot fisico, gli studenti creano progetti per controllare un robot virtuale in un “parco giochi” tematico che cambia in base all’attività. Gli studenti principianti di programmazione utilizzano la programmazione basata su blocchi, mentre gli studenti avanzati utilizzano testo basato su Python.
Figura 1. L'interfaccia della piattaforma VEXcode VR per l'attività di pulizia della barriera corallina.
Le attività VR sono state create per essere interdisciplinari, combinando le competenze informatiche fondamentali per controllare un robot virtuale con argomenti di scienza o matematica. Nel corso di queste attività di realtà virtuale, gli studenti non solo imparano la programmazione, ma anche la ricerca scientifica, il pensiero matematico e l'alfabetizzazione tecnica, tutti componenti di un quadro STEM integrato19. Le circostanze uniche determinate da COVID-19 richiedevano che gli studenti fossero in grado di seguire le lezioni in modo indipendente in contesti misti, sincroni o asincroni. Per raggiungere questo obiettivo, agli studenti vengono introdotti gli obiettivi di apprendimento e lo scopo dell'attività. L'istruzione diretta viene quindi utilizzata per fornire istruzioni passo dopo passo e un'impalcatura intenzionale per sequenziare l'apprendimento per la comprensione24, 25. Gli studenti ricevono quindi un supporto mirato che li porterà a risolvere la sfida di codifica finale26. Gli studenti apprendono che la robotica e la codifica vengono utilizzate per risolvere problemi pratici e interdisciplinari. Ad esempio, nell'attività di pulizia della barriera corallina, gli studenti sono sfidati a guidare il loro robot attorno a una barriera corallina per raccogliere quanta più spazzatura possibile prima che la batteria caricata a energia solare si scarichi. L'inquinamento è un problema globale che sarà risolto dagli studenti di domani e il coinvolgimento in questi progetti autentici e basati su scenari aiuta gli studenti ad applicare le competenze informatiche in tutte le discipline.
Figura 2. Il contesto della missione per l'attività di pulizia della barriera corallina.
Considerando che gli studenti sono separati dai loro insegnanti, l'ambiente virtuale doveva essere il più fluido possibile per ridurre la dispersione dell'attenzione e il carico cognitivo27, 28. Gli studenti possono trascinare e rilasciare i comandi nel loro progetto e guardare il loro robot navigare nel parco giochi VR nella stessa finestra. Gli studenti possono aggiungere un numero qualsiasi di blocchi alla volta, eseguendo il progetto dopo ogni aggiunta, per vedere come si muove il loro robot nel parco giochi. Ciò fornisce agli studenti un feedback immediato e una prima sensazione di successo.
Inoltre, l’apprendimento a distanza ha creato ostacoli pratici che la realtà virtuale doveva superare. I computer scolastici spesso hanno restrizioni per il download delle applicazioni, rendendo l'aggiunta di un programma un ostacolo nelle circostanze più normali, per non parlare quando gli studenti sono remoti con i computer scolastici. Ma gli studenti potrebbero non avere nemmeno accesso ai computer scolastici per svolgere il proprio lavoro. Per massimizzare l'accesso alla realtà virtuale, il programma è stato creato per essere interamente basato sul web (non sono richiesti download o plug-in) e per funzionare su molti tipi diversi di dispositivi per aumentare la probabilità che gli studenti siano in grado di utilizzarlo.
Risultati
Dati di utilizzo. I dati presentati sono forniti da Google Analytics. Poiché VEXcode VR è interamente basato su browser, esistono numerosi parametri diversi che forniscono informazioni su come questo ambiente robotico virtuale è stato utilizzato a livello globale. Dal suo lancio nell'aprile 2020, si è registrato un aumento mensile degli utenti VR, che hanno raggiunto oltre 1,45 milioni di utenti in più di 150 paesi.
Figura 3. I paesi con utenti VR a livello globale.
Considerando la cronologia del COVID-19 e del rilascio della realtà virtuale, abbiamo anche esaminato l'utilizzo nel tempo. Come mostrato nella Figura 4, il numero di utenti è aumentato rapidamente subito dopo il rilascio, per poi diminuire durante i mesi estivi, quando gli studenti non andavano a scuola. I mesi tipici del rientro a scuola (agosto/settembre) hanno visto un aumento significativo che è proseguito per il resto dell'anno scolastico. I cali periodici del numero di utenti indicano un minore utilizzo nei fine settimana e nei periodi festivi.
Figura 4. Il numero di utenti nel tempo dal lancio della realtà virtuale.
Un progetto è un programma che gli studenti creano per una lezione o una sfida. Non è necessario salvare i progetti per poter essere eseguiti, ma un progetto salvato viene scaricato affinché l'utente possa tornare in un secondo momento. C'erano oltre 2,52 milioni di programmi salvati. Tuttavia, un progetto non deve necessariamente essere salvato per essere eseguito. Poiché la realtà virtuale è interamente basata su browser, la modifica di un progetto e il test avvengono immediatamente selezionando "INIZIA". Nel software sono stati eseguiti più di 84 milioni di progetti, il che indica che gli studenti hanno testato i loro progetti a intervalli frequenti. Grazie a questo ciclo di feedback immediato, gli studenti hanno avuto l'opportunità di sperimentare e ripetere a un ritmo molto più rapido rispetto a quando lavorano con un robot fisico. Questo processo iterativo è un buon indicatore per l'apprendimento degli studenti, poiché è stato dimostrato che più iterazioni mantengono l'impegno e l'interesse degli studenti29.
| Dati VR VEXcode | |
|---|---|
| Utenti | 1.457.248 |
| Progetti salvati | 2.529.049 |
| Esegui progetti | 84.096.608 |
| Paesi | 151 |
Tabella 1. Tutti i dati di utilizzo di VEXcode VR da aprile 2020 ad aprile 2021.
Dati di certificazione. Oltre al programma VR stesso e al curriculum che lo accompagna, VR include una formazione gratuita per gli insegnanti chiamata CS con il corso di certificazione per educatori VR VEXcode. Dal suo lancio nel giugno del 2020, oltre 550 educatori hanno completato la certificazione, che contiene oltre 17 ore di curriculum e supporto, per diventare un educatore certificato VEX. Il corso di certificazione contiene 10 unità di materiale finalizzato a preparare insegnanti che potrebbero non avere esperienza con l'informatica o la robotica. Il contenuto abbraccia argomenti come le basi della programmazione, come codificare il robot VR, come insegnare con le attività VR e come implementare la realtà virtuale in una classe. La Figura 5 mostra sia il numero di educatori certificati mensilmente che cumulativamente da giugno 2020 a marzo 2021. Le tendenze nei dati mostrano un numero crescente di educatori certificati nel periodo del rientro a scuola, che comprende agosto e settembre fino a ottobre del 2020.
Caso di studio 1
Aimee DeFoe è la preside della Kentucky Avenue School, una piccola scuola privata di Pittsburgh, negli Stati Uniti, che combina metodi di insegnamento e apprendimento tradizionali e innovativi. Come la maggior parte delle scuole, la Kentucky Avenue School è stata interrotta dal COVID-19 e ha dovuto identificare piani alternativi per l’inizio dell’anno scolastico nell’autunno 2020, non sapendo come sarebbero cambiate le circostanze. Le prime sei settimane dell’anno sono state insegnate interamente in modo virtuale, mentre il restante anno è stato trascorso in un formato ibrido con gruppi di studenti che alternavano giorni di lezioni in presenza e a distanza. Anche quando gli studenti studiavano a casa, era fondamentale che continuassero a impegnarsi nelle stesse attività di problem solving e di pensiero critico che svolgevano in classe.
Aimee ha scelto di utilizzare la realtà virtuale con i suoi studenti di prima e seconda media per diversi motivi. Poiché la realtà virtuale era un ambiente di apprendimento interamente virtuale, gli studenti sarebbero stati in grado di passare da casa a scuola senza che cambiamenti nelle politiche influissero sulle loro attività di apprendimento. L'ambiente di codifica basato su blocchi non avrebbe intimidito gli studenti nuovi alla programmazione e c'erano attività progettate per diversi livelli di esperienza. Credeva anche che gli studenti avrebbero trovato i robot VR entusiasmanti e motivanti, cosa che secondo lei era vera. Riflettendo su ciò che sperava che gli studenti avrebbero ottenuto dalla realtà virtuale, Aimee ha dichiarato:
Speravo che l'uso della realtà virtuale fosse altrettanto rigoroso, stimolante ed entusiasmante quanto l'uso dei robot fisici e che i miei studenti non si sentissero come se si stessero perdendo un'esperienza, ma piuttosto acquisissero un nuovo tipo di esperienza di programmazione che era semplicemente altrettanto emozionante. Volevo che provassero lo stesso tipo di realizzazione che avrebbero provato in classe quando dovevano reiterare e persistere attraverso le sfide e poi finalmente raggiungere il successo.
Essendo l'unico insegnante di robotica, Aimee insegnava a 23 studenti una volta alla settimana tra l'inizio della scuola e le vacanze invernali, per un totale di 15 lezioni. Gli studenti hanno iniziato con il corso “Informatica Livello Uno - Blocchi”. Aimee ha lavorato durante la prima unità con gli studenti in gruppo, ma per le lezioni rimanenti ha lasciato che gli studenti lavorassero al proprio ritmo e ha agito da facilitatore. La maggior parte degli studenti ha terminato tra le sette e le nove unità, con l'ulteriore attività di pulizia dell'oceano.
Aimee ha scoperto che gli studenti erano molto motivati dalle sfide affrontate durante le lezioni; tanto che a volte era difficile convincerli a seguire la lezione in modo sistematico. Alcuni studenti che avevano difficoltà con l’attenzione o con la lettura avevano bisogno di ulteriore supporto e i concetti maggiore di/minore di e booleani risultavano stimolanti. Tuttavia, la maggior parte degli studenti ha avuto la giusta dose di sfide, difficoltà e successo. Gli studenti erano entusiasti all'idea di lavorare con i robot fisici al ritorno in classe. Dopo aver lavorato con la realtà virtuale, Aimee ha osservato: "Senza dubbio tutti hanno lasciato la classe come programmatori più sicuri".
Caso di studio 2
Mark Johnston insegna agli alunni di seconda e terza media alla Bel Air Middle School di El Paso, negli Stati Uniti. Per il suo corso STEM 1, Mark insegna i corsi Project Lead the Way Gateway su automazione e robotica e progettazione e modellazione a circa 100 studenti. Il corso STEM 1 ha incorporato il robot VEX IQ per insegnare la meccanica di base e la codifica fondamentale con VEXcode IQ (un kit robot in plastica per gli studenti più giovani). Questo corso si tiene nel semestre autunnale, quindi l'interruzione iniziale del COVID-19 non ha avuto alcun impatto sulla sua robotica in primavera. Tuttavia, nell’aprile del 2020 Mark ha visto il robot VEX VR e ha iniziato a lavorarci. "Quando ho visto che la realtà virtuale utilizzava la stessa configurazione (ad esempio VEXcode), ero super emozionato perché ne ho visto il potenziale, come se un pezzo di un puzzle che SAPEVO si sarebbe adattato perfettamente a ciò che stavo già facendo. Quando la realtà virtuale è stata aggiornata per includere Python, ero ancora più entusiasta”. Mark ha creato video tutorial per altri insegnanti, raccogliendo un ampio seguito sulle piattaforme di social media. Attraverso la sua società educativa no-profit, Mark ha offerto un campo estivo gratuito per gli studenti sulla realtà virtuale, oltre alla formazione degli insegnanti in preparazione all'anno scolastico 2020/21.
Le circostanze didattiche incerte rendono difficile la pianificazione. “Quando ho capito che la didattica a distanza sarebbe continuata anche nell’anno scolastico 2020/21, ho deciso di insegnare prima design e poi robotica… ma c’erano così tante cose in aria che era difficile pianificare qualsiasi cosa. Non sapevo se saremmo tornati di persona o avremmo continuato online: in quel momento pochissime informazioni erano chiare. Alla fine ho semplicemente mescolato robotica e design e ho pianificato con uno o due giorni di anticipo. Mark ha iniziato a utilizzare la realtà virtuale all'inizio dell'anno scolastico (che sarebbe rimasto al 100% remoto fino al 2021) selezionando diverse attività dal sito, che hanno funzionato bene perché presentavano diversi livelli di esperienza e istruzioni modificabili. Quando è stato rilasciato il corso Informatica Livello 1 - Blocchi, ha guidato gli studenti attraverso il corso nella sua interezza, anche se ha notato che la prossima volta avrebbe distillato le lezioni in lezioni più brevi. L'uso della realtà virtuale era intrinsecamente diverso dalle lezioni di robotica dal vivo, ma c'erano comunque una serie di obiettivi chiave che Mark aveva per queste lezioni:
- Fai familiarizzare gli studenti con VEXcode
- Costruire fiducia nella programmazione (autoefficacia)
- Introduci idee/vocabolario di programmazione in modo non minaccioso
- "Ingannali" a usare la matematica senza rendersene conto ;)
- Chiedere agli studenti di risolvere problemi ben definiti dati i vincoli
- Introdurre problemi mal definiti
- Incoraggiare un atteggiamento “fallisci e riprova”.
- Mantieni la risoluzione dei problemi divertente
Sebbene l'esperienza virtuale fosse diversa, Mark ha riscontrato notevoli vantaggi nell'utilizzo della realtà virtuale. Gli studenti avevano molta meno paura di sperimentare l'uso della realtà virtuale rispetto a RobotC (un altro linguaggio di programmazione utilizzato con altri robot). Mark utilizza anche una misurazione del tempo impiegato dagli studenti per ottenere un "vittorio" per determinare quanto sia buona un'attività STEM, sottolineando che "se ci vuole troppo tempo perché lo studente ottenga un risultato positivo, è molto più difficile mantenerlo impegnato."
C'era un'immediatezza nella realtà virtuale che incoraggiava l'esplorazione e il coinvolgimento attivo. Mark descrive questo tipo di “vittoria” con un esempio di introduzione della realtà virtuale agli studenti:
Io: "Tutti aprono una nuova scheda e vanno su vr.vex.com. Tutti vedono il sito? Bene. Ora fai avanzare il robot.
Studente: “Come?”
Io: “Vedi se riesci a capire…”
Studente: “Ho capito!”
E poi sono agganciati! A quel punto, molti di loro mi chiedono come fare ogni genere di cose diverse. Mi stanno letteralmente chiedendo di insegnarglielo!
Risultati e discussione
VR come strumento di apprendimento. I dati di utilizzo e i casi di studio forniscono entrambi approfondimenti sulla prima domanda di ricerca su come la realtà virtuale ha funzionato come strumento di apprendimento durante la pandemia di COVID-19. La conclusione più semplice deriva dall'enorme volume di utilizzo; la piattaforma VR è stata utilizzata da più di un milione di studenti in tutto il mondo, indicando che l’ambiente robotico virtuale ha funzionato bene come sostituto dell’apprendimento di persona durante una circostanza di crisi. Anche il numero di progetti eseguiti (oltre 84 milioni) è stato un risultato sorprendente se si considera il numero di singoli utenti. In media, gli utenti hanno completato 57 esecuzioni di progetti, dimostrando un elevato grado di test e iterazione. Questo è un risultato molto promettente data l’importanza di sviluppare un atteggiamento “provare e riprovare” negli studenti. Esistono diversi modi possibili per risolvere le attività VR, che è una lezione fondamentale da imparare per gli studenti. Quando gli studenti capiscono che esistono più soluzioni a un problema, è più probabile che chiedano un feedback agli insegnanti e che comprendano meglio ciò che stanno imparando.30.
Dai casi di studio, c’è anche la conferma che la realtà virtuale funziona come un ambiente di apprendimento a bassa posta in gioco. Aimee ha notato che i suoi studenti erano programmatori più sicuri e non vedevano l'ora di lavorare con i robot fisici. Mark ha notato che gli studenti avevano meno paura di sperimentare mentre programmavano in VEXcode VR e c'era un'immediatezza nel loro senso di "vittoria" in questo ambiente. Quando consideriamo queste osservazioni degli insegnanti insieme ai dati grezzi di utilizzo, sembra confermare che un ambiente robotico virtuale fa sentire gli studenti più liberi di sperimentare e iterare durante il processo di apprendimento e aumenta la percezione positiva della robotica in generale.
Lezioni dagli insegnanti. Quando consideriamo la seconda domanda di ricerca su quali approfondimenti possono fornire gli insegnanti sull’implementazione della realtà virtuale in classe, possiamo identificare diversi punti in comune dai casi di studio. Entrambi i casi di studio hanno rivelato informazioni su come gli insegnanti hanno preso decisioni e implementato soluzioni durante il COVID-19, ma anche su cosa era necessario per fornire una soluzione di apprendimento efficace per gli studenti in un ambiente virtuale e ibrido. Questi temi includono soluzioni flessibili, continuità, curriculum e supporto. Questi risultati dovrebbero essere considerati come requisiti per tutte le soluzioni tecnologiche, poiché gli insegnanti di supporto supportano gli studenti.
Date le incertezze sulle condizioni di insegnamento, sia Mark che Aimee hanno notato che avevano bisogno di soluzioni flessibili. L’apprendimento a distanza potrebbe trasformarsi in apprendimento in presenza o in una forma intermedia. La realtà virtuale poteva continuare a essere utilizzata in qualsiasi contesto, ma offriva anche flessibilità nel suo approccio. Gli studenti potevano essere coinvolti in lezioni strutturate guidate dall'insegnante come faceva Mark con le attività e il corso, o nell'apprendimento guidato dagli studenti al proprio ritmo come descritto da Aimee. Gli insegnanti avevano bisogno anche di flessibilità nel livello di esperienza, sia in termini di attività che di tipo di linguaggi di programmazione offerti per soddisfare le esigenze di tutti gli studenti.
La continuità dell'apprendimento è stata indicata come importante in entrambi i casi di studio. Aimee ha notato che dopo aver lavorato in VR, gli studenti erano entusiasti di poter lavorare con i robot VEX V5 che aspettavano la ripresa dell'apprendimento di persona. La realtà virtuale stava fungendo da trampolino di lancio per lavorare con i robot fisici e aumentare l’entusiasmo degli studenti e le percezioni positive. Mark ha anche notato che la continuità di VEXcode dalla realtà virtuale all'IQ era molto importante per lui: “Non posso dirti quanto sia fantastico che VEX abbia una progressione molto semplice da seguire dalla terza elementare all'università, tutto utilizzando VEXcode! E con la realtà virtuale possono iniziare a impararlo da casa!”
Il programma di studio e il supporto sono stati chiaramente fondamentali per il successo della realtà virtuale in questa situazione di insegnamento nell’apprendimento in evoluzione. Le unità VR hanno fornito agli studenti tutti i contenuti da apprendere nonché il materiale necessario per insegnare le lezioni. Non tutti gli insegnanti hanno un background in informatica e programmazione. Aimee ha notato che il programma a blocchi non intimidiva nemmeno lei e i suoi studenti. Mark ha anche detto che non era abituato a insegnare tanto informatica e che doveva imparare le lezioni da solo prima di insegnare. Tuttavia, Mark ha riconosciuto: “Se le cose dovessero tornare alla “normalità” domani, ora sarò in grado di insegnare le parti di programmazione della mia lezione con più sicurezza”. Il supporto degli insegnanti per il curriculum e la programmazione della realtà virtuale sono vitali per l’implementazione della realtà virtuale in classe.
L’apprendimento digitale non è solo per gli studenti; gli insegnanti si stanno anche mobilitando per conoscere le pratiche e le risorse didattiche attraverso la tecnologia e i social media. Gli insegnanti di quasi 50 paesi hanno completato la certificazione VR. Intorno alla realtà virtuale si sta formando una comunità globale di pratica. Mark ha iniziato a pubblicare video in realtà virtuale sui social media e in breve tempo ha avuto più di mille follower; attraverso il suo lavoro con la realtà virtuale, ha stretto amicizia con insegnanti in Slovenia e Taiwan. Man mano che gli insegnanti condividono la loro esperienza e pratica, gli studenti alla fine traggono vantaggio da questi gruppi informali di supporto degli insegnanti. Le comunità di pratica potrebbero fornire un ponte tra l’attuale disponibilità della robotica educativa e l’inclusione di questa tecnologia nella formazione formale degli insegnanti. Man mano che sempre più insegnanti acquisiranno familiarità con la robotica educativa attraverso lo sviluppo professionale, come gli oltre 550 insegnanti che hanno completato il corso di certificazione, o attraverso comunità di apprendimento informale, sempre più studenti verranno introdotti all’apprendimento STEM integrato.
Conclusione
VEXcode VR nasce in un momento di grande incertezza e grande bisogno di soluzioni immediate. Soluzioni innovative possono nascere da situazioni urgenti. La realtà virtuale ha toccato più di 1,45 milioni di utenti che hanno salvato più di 2,52 milioni di progetti e gestito più di 84 milioni di progetti, in più di 150 paesi. Anche se la pandemia ha avuto un impatto su studenti e insegnanti in tutto il mondo, la realtà virtuale ha consentito a studenti e insegnanti di impegnarsi con concetti di robotica e informatica indipendentemente dalle barriere fisiche. Dai casi di studio degli insegnanti, i temi della flessibilità, della continuità, del curriculum e del supporto sono stati identificati come importanti per insegnare con la tecnologia in circostanze così incerte e difficili.
Passando da questo momento senza precedenti, le lezioni apprese dalla creazione e dall’implementazione della realtà virtuale indicano strade per il suo utilizzo in futuro. I dati di utilizzo combinati con i casi di studio degli insegnanti mostrano che gli studenti si sono sentiti meno inibiti nell'iterare durante la programmazione nell'ambiente virtuale. Ciò suggerisce che la realtà virtuale potrebbe essere un prezioso strumento di impalcatura che potrebbe essere utilizzato insieme ai robot fisici. Ciò è supportato anche dalla necessità di flessibilità; l’utilizzo della realtà virtuale come strumento di apprendimento in combinazione con un robot fisico potrebbe fornire un ambiente di apprendimento robotico ottimale e flessibile in cui un’opzione semplice e da svolgere a casa integra il curriculum di robotica fisica svolto di persona. Attendiamo con impazienza la ricerca futura per indagare su come gli insegnanti potrebbero combinare la robotica virtuale e fisica in un mondo post-pandemia.
Ringraziamenti
Ringraziamo con gratitudine Aimee DeFoe e Mark Johnston per aver condiviso le loro esperienze di insegnamento e preziosi approfondimenti.