教育用ロボットを科学に結びつける

ロボット工学は未来であるだけでなく、現在でもあります。 学生がプログラミング、センサー、自動化に慣れることで、21 世紀の労働力と日常生活の両方で成功するために必要な重要な計算的思考スキルを磨きます。 学術的には、教育ロボット工学には STEM (科学、技術、工学、数学)、さらには STEAM (科学、技術、工学、芸術、数学) が前提条件として含まれているため、幅広い学習の機会が提供されます。 教育用ロボット工学は、生徒にとって具体的で応用可能な方法で常に学際的です。 さらに、教育用ロボット工学に関連する活動では、学生が協力し、計算的に考え、トラブルシューティング (問題を特定して解決する)、革新することが必要になります。これらは 21 世紀の専門家にとっての基本的なスキルです。 

科学教室では、教育用ロボット工学が、科学的方法、観察、実験、データ収集、分析などの基本的な科学的方法と実践を教えるための文脈として使用される可能性があります。 また、応用物理学や機械概念、システム思考、そしてもちろん人工知能の研究も可能になります。 ロボットとその機能を研究することも理科教室での探究の対象となる可能性がありますが、ロボット工学教育はロボット工学のためのロボット工学の研究ではありません。 それは、科学の実践と概念について学ぶための教育ツールとしてロボットを使用することです。  

ヒント、提案、 & ターゲットとなる可能性のある標準

• プロジェクトベース学習 (PBL) を促進するように教室を組織し、生徒がチームで協力してプロジェクトを完了できるようにします。 学生があなたの期待を認識できるように、プロジェクトの開始時に共同作業と成果物の両方に関するルーブリックを提供します。 
• 学生に日誌、スケジュール表、その他の計画ツールを使用して、プロジェクト開発を計画および実行させます。
• 学生が互いに発表し、フィードバックを求めることができるようにすることで、コミュニケーションとコラボレーションのスキルを向上させます。
• 自由形式のプロジェクトを開始するときに、「正しい」解決策は複数あること、建設的な批判はプロジェクトを批判するものではなく改善することを目的としているということを生徒に思い出させます。 
• このクラスや他のクラスで学んだ予備知識を検討するのに役立つ質問を生徒に投げかけます。
• 生徒の数学、テクノロジー、または他の教師に生徒がクラスで取り組んでいることを知らせて、生徒が支援したり、指導や提案を提供したりできるようにします。

• ロボットとその環境の間の相互作用を使用して、動きと安定性、力と相互作用、システム内のエネルギー変化を調査します (NGS 標準: HS-PS2-1 & HS-PS3-1)。
• ロボットの無線機能を使用して、情報転送技術における波とその応用を調査します (NGS 標準: HS-PS4-2 & HS-PS4-5)。
• 実験とデータ収集の機会としてロボットのテストを使用します。 たとえば、他のすべての変数を一定に保ちながら、ロボットに物体を拾わせ、さまざまな高さのクローアームでさまざまな速度で部屋中を移動させるプログラムを実行すると、少なくとも 3 つのレベル (高速、安定、安定) を作成できます。ロボットの安定性を測定する際に、主効果と相互作用の両方の可能性を 3 レベル (高、中レベル、低レベルに上げた) で実験します。 安定性は、それを測定するためにクラスによって操作的に定義することも、ロボットが傾くかどうかに単純化することもできます。
• 経験の浅い学生に、ロボットの構造のさまざまな特徴が速度、安定性、および/または強度に及ぼす影響を調査させるために、簡単な単一変数実験を企画します。 
• 学生がロボットの構造を変更したり、衝突時に巨視的物体にかかる力を最小限に抑える新しいロボットを作成したりする調査を促進します (NGS 標準: HS-PS2-3)。  

• 学生チームに、人間の活動が環境と生物多様性に及ぼす影響を軽減できるロボットを設計して作成するよう依頼します。 プロトタイプをさらに改良するために、チームに他のチームの設計とその設計が与える影響について話し合ってもらいます (NGS 標準: HS-LS2-7 & HS-ESS3-4)。

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