STEM に対する学生の態度の向上: VEX GO カリキュラムから発見 – VEX ライブラリ

抽象的な

教育用ロボットは、学際的なカリキュラムを通じて実践的でプロジェクトベースの学習を提供できるため、STEM 教育の基礎となる可能性があります。研究によると、STEM 学習に対する学生の態度は、教育システムを進めていくにつれて低下することがわかっています。 STEM トピックに対する積極的な態度を養うことは、小学生にとって非常に重要です。ロボット工学のカリキュラムと STEM 科目を統合すると、学生にとって多くのプラスの学習効果が得られると同時に、これらのトピックに対する学生の認識も向上することが示されています。この研究では、3 年生から 5 年生までの 104 人の生徒が、6 週間のロボット工学カリキュラムの後に STEM トピックに対する生徒の認識が変化するかどうかを確認する研究プロジェクトに参加しました。学生には、数学、科学、工学、および 21 世紀のスキルに対する態度を評価するための事前調査が実施されました。その後、各学年は、VEX GO ロボットクラスルームバンドルと VEX GO カリキュラムの STEM ラボとアクティビティを使用して、ロボット工学のカリキュラムを完了しました。 6週間の授業後、生徒たちに同じ事後調査の質問をして、生徒たちの態度が変わったかどうかを評価しました。結果は、すべての STEM 科目において学生の態度が大幅に改善されたこと、また創造性、関与、チームワーク、粘り強さの向上が認められたことを示しています。

導入

近年、国の報告書や政策の影響で、全米の小中学校でロボット工学がますます取り入れられています。 2015年、全米科学財団は、米国人がテクノロジー集約型の世界経済に本格的に参加するためには、科学、技術、工学、数学（STEM）の知識とスキルの習得がますます重要になっており、すべての人にとってそれが重要であると述べた。 STEM トピックに関する質の高い教育にアクセスできます。教育ロボット工学は、単に教育テクノロジーにおける人気のトレンドではなく、STEM 科目に対する生徒の認識や学習成果を向上させるのに効果的であることが研究によって示されています。メタ分析 (Beniti、2012) では、一般に、教育用ロボット工学が特定の STEM 概念の学習を促進することがわかりました。さまざまな年齢層に焦点を当てた研究では、ロボット工学が生徒の STEM 科目への関心と肯定的な認識を高めることが明らかになり (Nugent et al., 2010; Robinson, 2005; Rogers & Portsmore, 2004)、さらなる研究では、これが学校の成績を向上させ、科学の進歩につながることが判明しました。学位達成 (Renninger & Hidi、2011; Wigfield & Cambria、2010; Tai et al.、2006)。高校生の場合、ロボット工学は大学への準備と技術的なキャリアスキルをサポートするために使用されています（Boakes、2019; Ziaeefard et al.、2017; Vela et al.、2020）。

全米科学技術会議の STEM 教育委員会は 2018 年に、学際的な STEM 教育に関する連邦戦略の概要を示す報告書を発表しました。学習とスキル開発。この新しいアプローチには、現実世界の応用を通じて学問的概念を教えることが含まれており、学校、地域社会、職場での公式学習と非公式学習を組み合わせています。」教育ロボット工学は独立したトピックとして教えられるべきではなく、学際的なカリキュラムのアプローチを最大限に活用する必要があります。研究者らは、STEM 知識の開発と応用から、計算的思考と問題解決スキル、社会的スキルやチームワークスキルに至るまで、ロボット工学を既存の学校カリキュラムに組み込むことのさまざまな利点を発見しました (Altin & Pedaste, 2013; Bers et al., 2014;Kandlhofer & Steinbauer、2015;Taylor、2016)。 Benitti (2012) は、ほとんどのロボット工学プログラムが独立した科目として教えられており、そのため教師がロボット工学プログラムを教室に組み込むことがより困難になっていることがわかりました。この調査研究の目的の 1 つは、ロボット工学の構築とプログラミングを標準に準拠した数学、科学、工学の内容と組み合わせたロボット工学カリキュラムを使用して、STEM トピックに対する学生の態度を評価することです。

教育ロボット工学の導入は、4 年生という早い時期から STEM 科目に対して否定的な態度を取り始める可能性がある若い生徒にとって特に役立ちます (Unfried et al., 2014)。若い学生は統合学習のコンテキストから恩恵を受け、早期の成功体験により STEM 科目に対するより積極的な態度を身につけることができます (McClure et al., 2017)。チェルニアックら。 (2019) は、小学生にロボット工学を導入することが探究能力と問題解決能力の発達に役立つことを発見しました。 Chingらによる研究では、（2019 年）、小学校高学年は放課後プログラムで統合された STEM ロボット工学カリキュラムを導入されました。調査機器 (金曜教育イノベーション研究所、2012 年) を使用して、数学、科学、工学に対する生徒の態度がプログラムの前後で測定されました。結果は、数学的構成のみが大幅に増加したことを示しました。チンら。これらの結果は、非公式の学習設定および短期間（1週間）のパイロットプログラムからの他の研究と一致していることを確認しました（Conrad et al.、2018; Leonard et al.、2016）。チンら。また、他の被験者のヌル結果に影響を与えた可能性のある他の困難についても言及しました。学生はロボットの構築に苦戦し、ロボットを完成させるまでに最大 4 回の 90 分のセッションがかかりました。他の研究でも、組み立て説明書を理解してロボットを組み立てるのが難しいことが小学校高学年の課題であると報告されており(Kopcha et al., 2017)、研究者らはロボットの組み立てにはさまざまなロボットコンポーネントの深い理解が必要であると指摘している(Slangen)ら、2011)。チンら。 (2019) は、「将来、学習目標にオリジナルの機能的なロボットの構築が含まれる場合、学生が開始する前にロボットのさまざまなコンポーネントについて深い理解を得ることが強く推奨されます」と述べています。 598. これらの洞察から、幼児にとって STEM 学習の成功体験を早期に得ることが特に重要であり、学習と構築が簡単なロボットキットの使用は、すべての生徒が成功を収めるためのロボットカリキュラムを導入するための貴重な要素であることが明らかになります。。

この研究では、授業の一部として提供される学際的なロボット工学カリキュラムが、STEM 科目に対する生徒の態度にどのような影響を与えたかを調査します。研究課題は次のとおりです。

6 週間の学際的なロボット工学カリキュラムは、STEM 科目に対する学生の態度にどのような影響を与えましたか?
学生がロボット工学のカリキュラムに取り組むと、どのようなメリットや学習が得られると感じられますか?

ロボット工学が小学校高学年にどのようなメリットをもたらすかを継続的に調査することは、STEM に対する生徒の認識を向上させ、できれば取り組みと成果を向上させるために、ますます重要性を増しています。この研究では、次のことを調査することで研究に貢献することを目的としています。

3年生から5年生までの生徒
ロボット工学のカリキュラムが授業に組み込まれ、6 週間にわたって実施されます
STEM 標準に準拠した学際的なロボット工学のレッスン
小学生向けに設計されたロボットキット

メソッド

この研究は、ペンシルベニア州西部の公立学区で、3 学年合計 104 人の生徒を対象に行われました。ロボット工学のカリキュラムを開発して提供した教師は、学区の初等技術インテグレーターとしての役割を果たしており、交替スケジュールで生徒を指導しています。この調査には、定量的データと定性的データの両方が含まれています。学生はロボット工学カリキュラムの前後に STEM トピックに対する態度を経験的に評価するためにアンケートの質問に回答しました。さらに、教師は日記をつけ、STEM ラボや完了した活動中の生徒の行動や学習についてのメモや反省を記録しました。

事前調査． STEM トピックに対する生徒の認識を評価するために、生徒は「STEM に対する生徒の態度調査 - 小学校高学年」 (金曜教育イノベーション研究所、2012 年) に回答しました。生徒にとってプロセスを容易にするために、教師は調査項目を表形式で再作成し、生徒が回答する際に混乱を引き起こすと考えた中立的な選択肢を削除しました。

研究プロジェクトについて説明した手紙と同意書は、保護者に確認してもらうために生徒たちに自宅に送られました。この調査研究に参加するには、学生は署名済みの同意書を返送する必要がありました。調査機器は印刷され、対面授業で生徒に配布されました。同意書を返送した生徒はアンケートに回答し、同意書を返送しなかった生徒にはその間に別の活動が与えられました。指示は生徒に読み上げられ、要求に応じていくつかの用語が定義されました。アンケートは同じ週の月曜日から水曜日まで、3、4、5年生によって行われました。

最初の調査が行われた時点で、学生は「建築入門」ラボと宇宙飛行士のキャラクターを組み立てるレッスンを使用してロボットキットを紹介されていました。他に完了した STEM ラボはなく、新型コロナウイルス感染症のパンデミックにより、学生は前年 1 年半にわたってロボット工学のカリキュラムを受けていませんでした。これは、STEM カリキュラムで反応を形成した最近の経験のない生徒が STEM トピックについてどのように感じているかを評価する機会を提供しました。

教師は、学年が違えば生徒のアンケートへの反応も異なると指摘した。 5 年生は質問が少なく、素早くアンケートに答えました。４年生は用語の定義をたくさん尋ねました。 3 年生は用語に関して最も多くの課題を抱えており、アンケートを完了するのに最も時間がかかりました。

STEM学習カリキュラムとロボット．初等技術インテグレーターの教師は、学区で使用するために集めた多くのロボットツールやプログラミングツールを持っていましたが、計算論的思考とコンピューターサイエンスのクラスのために VEX GO ロボットを使用した 6 週間のカリキュラムを実施することを選択しました。計算論的思考とコンピューターサイエンスのクラスは、学期末に受講できるようになっていました。 2021年度。 VEX GO ロボットは、年長の生徒とは異なる微細運動要件を持つ小学生でも操作できるプラスチック部品のキットです。このキットは、学生が部品のサイズを理解できるように色分けされており、ビーム、アングルビーム、プレート、ギア、プーリー、コネクタ、スタンドオフ、ピンなどのタイプ別に整理されています。教師は 1 つの教室バンドル (10 個のキット) を使用して、自分が教えた 3 年生、4 年生、5 年生のすべてのセクションを担当しました。教室での実施の観点からロボットキットを共有するということは、生徒が 1 回の授業時間内にレッスンを完了してロボットを片付け、後で別のクラスで使用できるようにする必要があることを意味します。また、教師は 1 日を通じて学年ごとに別の教室に移動できる必要もありました。

各学年が 6 週間のロボット STEM ラボを完了しました。新型コロナウイルス感染症による異常な学習状況のため、学生は10日間のローテーションで3回の対面授業のスケジュールをローテーションした。スケジュールや外部要因によっては、すべての学生がまったく同じ回数診察を受けたわけではありません。教師は、差別化を通じてこれに対処しました。各学年であまり多くのレッスンを詰め込むのではなく、理解を助けるためにレッスンを徹底的に掘り下げたくありませんでした。」５年生の姿が一番少なかったです。教師は、卒業までの数週間に非常に多くの行事が予定されていたため、小学校生活の終わりにある5年生を教えるのは難しいと指摘した。

すべての生徒は、その 6 週間の間に一連の VEX GO ロボット STEM ラボとアクティビティを完了しましたが、カリキュラムは、さまざまな年齢の生徒の能力に対応するために、教師の裁量で区別されました。たとえば、このラボではロボット工学キットが導入されているため、すべての学生はロボット工学カリキュラムを「建築 STEM ラボ入門」から始めました。また、生徒全員は、親ウサギから子ウサギに形質がどのように遺伝的に受け継がれるのかを教える Look Alike STEM Lab も修了しました。その後、各学年は異なる一連のラボとアクティビティを完了しました。

3 年生: 建築入門、そっくりさん、楽しいカエル (2 レッスン)、適応爪、VEX GO アクティビティ: 月面探査機、ピンゲーム、エンジニアイット & ビルドイット、コピーキャット、生息地、生き物の作成、自由なビルド時間
4 年生: 建築入門、シンプルマシンユニット (4 レッスン)、Look Alike、Adaptation Claw、VEX GO アクティビティ: 月面探査機、ピンゲーム、自由組み立て時間
5 年生: 建築入門、そっくりさん、楽しいカエル (2 レッスン)、適応爪、VEX GO アクティビティ: 月面探査機、ピンゲーム、エンジニア It & Build It、コピーキャット、生息地、生き物の作成、自由な組み立て時間

STEM ラボは、ロボットの構築、クラスでのディスカッション、実験、反復的な改善のコンテキストを提供する、学際的で標準に沿ったレッスンを通じて学生をガイドする構造化されたアクティビティです。ラボは、生徒をレッスンを通してガイドする「参加」、「遊び」、「共有」セクションのように構成されています。アクティビティは STEM ラボよりも短く、トピックと構成が多岐にわたり、多くの場合、少ない指示で無制限の課題が提供されます。

事後調査。学年末と重なるカリキュラムの終了後、学生は事前調査と同じ方法で事後調査を実施しました。事後調査が収集されると、教師は分析に備えてデータを匿名化して記録しました。

データ分析。調査項目は所定の定量的手法を用いて評価されます。回答の選択肢はスコア付けされ (1 = 強く反対、2 = 反対、3 = 同意、4 = 強く同意)、必要に応じて特定の項目が逆コード化されました。対応のある t 検定は、各構成の各学年の調査前および調査後の平均値に対して実行されました。教師の日記はテーマ分析を使用して評価され、カリキュラムの設計/ニーズだけでなく、認識されている生徒の学習に関する洞察が明らかになりました。

結果

三級。 3 年生の事前調査と事後調査の結果 (表 1) は、各調査領域の平均スコアが増加していることを示しています。両側 t 検定を使用して各構成の事前平均と事後平均を比較し、すべての結果が有意でした (p < 0.001)。平均増加が最も小さかったのは 21 世紀のスキルに対する態度の構成要素であり、学生がこれらの項目に対して当初の合意からわずかに変化しただけであることを示しています。学生は、調査前の数学的態度構成要素の平均スコアが 2.27 と最も低く、調査後はこの平均構成要素スコアを 0.25 増加させます。科学と工学の両方の構成要素の平均増加率は 0.6 を超えており、学生がカリキュラム終了後、選択肢を増やすことにはるかに自信を持っていることを示しています。科学の事前調査平均値 2.8 から 3.44 は、学生がもともと反対と同意の組み合わせ (2 と 3) だったが、同意と強く同意の組み合わせ (3 と 4) に変化したことを示しています。

表1。 3 年生の調査前および調査後の対応のある t 検定の結果 (n = 39)。

ペア	変数	平均	t	Sig (両側)
ペア1	プレ数学	2.2664	-8.775	0.000
	ポスト数学	2.5197
ペア2	プレサイエンス	2.7982	-21.255	0.000
	ポストサイエンス	3.4415
ペア3	プレエンジニアリング	3.1228	-26.504	0.000
	ポストエンジニアリング	3.7281
ペア4	21世紀以前のスキル	3.0000	-3.894	0.000
	21世紀以降のスキル	3.0906

4 年生。表 2 は、4 年生の生徒も同様にすべての構成要素の平均スコアが増加し、すべてが有意であったことを示しています (p < 0.001)。ただし、その増加は 3 年生で見られたものよりも小さく (平均変化は通常 0.3 未満)、これは、若い生徒よりも反応を変えた生徒が少ないことを示しています。 3 年生と同様に、数学の構成要素は事前調査と事後調査の両方で平均値が最も低く、21 世紀型スキルの平均点の増加が最も少なかった。注目すべきことに、これらの学生にとって工学的構成が最も大きく増加しました。

表 2. 4 年生の調査前および調査後の対応のある t 検定の結果 (n = 34)。

ペア	変数	平均	t	Sig (両側)
ペア1	プレ数学	2.0871	-7.136	0.000
	ポスト数学	2.2652
ペア2	プレサイエンス	2.9125	-7.124	0.000
	ポストサイエンス	3.1987
ペア3	プレエンジニアリング	3.0673	-8.151	0.000
	ポストエンジニアリング	3.3030
ペア4	21世紀以前のスキル	3.6498	-4.629	0.000
	21世紀以降のスキル	3.7003

5 年生。 5 年生の生徒の構成スコアは、3 年生および 4 年生とは異なる傾向を示しています (表 3)。このグループは工学的構成要素の平均スコアが唯一低下していましたが、統計的に有意ではなく、平均スコア自体が高かったため、特に心配する必要はありませんでした。数学、科学、および 21 世紀のスキルの平均構成スコアはすべて、事前調査から事後調査にかけて若干の増加はありましたが、より小さな程度で有意でした (数学と科学については p < 0.01、21 世紀については p < 0.05)。世紀のスキル）。

表3. 5 年生の調査前および調査後の対応のある t 検定の結果 (n = 31)。

ペア	変数	平均	t	Sig (両側)
ペア1	プレ数学	2.8167	-3.427	0.002
	ポスト数学	2.9042
ペア2	プレサイエンス	3.2333	-3.751	0.001
	ポストサイエンス	3.3111
ペア3	プレエンジニアリング	3.4259	0.810	0.425
	ポストエンジニアリング	3.3370
ペア4	21世紀以前のスキル	3.8296	-2.350	0.026
	21世紀以降のスキル	3.8741

議論

学生の態度．これら 4 つのコンストラクトの結果は、いくつかの驚くべき結果を示しました。事前調査の平均点は、すべての構成要素において 3 年生よりも 5 年生の方が高かった。文献からの調査結果は、STEM に対する態度が時間の経過とともに低下することを示しています。これらの調査結果はそれを否定するものなのでしょうか? 必ずしも。学年末という性質上、卒業に向けたさまざまな行事に参加する5年生の姿が少なくなり、授業が減ったことで、年のこの時点での態度への影響が軽減された可能性がある。教師はまた、年齢層ごとに調査項目に対する回答が異なることにも言及しました。 3 年生は多くの質問をし、全体的に熱心に答えましたが、5 年生は質問が少なく、すぐにアンケートを完了しました。子どもの年齢は、質問を解釈し、回答するときにどの程度ニュアンスを持っているかに影響を与える可能性があります。たとえば、年少の生徒は「同意する」や「強く同意する」の価値観が年長の生徒とは異なる可能性があります。教師はノートに特に 5 年生に関するコメントを追加し、彼らが期待感を持ってアンケート項目に回答したのか、それとも教師を喜ばせようとしているのか疑問に思いました。小学校高学年になると期待に敏感になるにつれて、彼らの自然な反応がそれによって形作られる可能性があります。

結果から明らかなのは、VEX GO ロボット工学カリキュラムが各年齢層に及ぼす差異です。 3 年生の生徒は、すべての領域構成 (数学、科学、工学) の平均点が大幅に増加しました。 4 年生の平均スコアは 3 年生ほど大きくは増加しませんでしたが、それでもドメイン構成要素の平均スコアは一貫して数十分の 1 つ増加しました。しかし、5 年生は、構成要素に有意な変化がなく、有意値が p < 0.001 未満の唯一の生徒でした。異なる学年の生徒間のこれらの一般的な違いは、ロボット工学のカリキュラムが年長の生徒よりも年下の生徒の態度に大きな影響を与えていることを示しており、ロボット工学のカリキュラムを早期に開始することの重要性が強調されています。

知覚された学習。教師の日記には、生徒の各グループが行った研究室や活動のほか、授業に取り組む生徒の多くの観察が記録されていました。調査手段は学生の態度を特定することができましたが、日記の内容のテーマ分析により、研究文献と一致する認識された学習のトピックがいくつか特定されました。

創造性。この雑誌の主なテーマは学生の創造性でした。 3 年生向けに重点的に言及されていますが、3 年生全体にわたって、生徒が単純な機械、そっくりさん、生き物の作成、カエルのライフサイクルにどのように取り組むかについて、創造性が明確に求められました。教師は次のように述べています。「3年生はカエルを作ることにとても興奮していました。この学年はできるだけ創造性を発揮したいと考えており、生息地を構築することで子供たちはそのスキルを再び発揮できるようになります。」学習教材の目的は数多くありますが、生徒の創造性を刺激することは、他の多くの利点をもたらす貴重な成果です。

エンゲージメント。楽しく本格的なテーマを備えた体系化されたラボを提供することで、学生の創造性が刺激され、エンゲージメントが向上しました。教師は、「建築入門」のラボから始めて、生徒たちが作業をやめたくないと指摘しました。 Look Alike ラボでも同様に、「授業を終えるのが本当に大変でした。生徒たちは動物にさらに反復を加えて続けたがっていることがわかりました…子供たちは片付けたくなく、自分たちの作品に追加し続けていることがわかりました。」 3 年生が最も熱心であることが注目されましたが、5 年生さえも単純な機械の研究室に非常に熱心に取り組んでいた様子を次のように説明しました。私たちは本当に楽しすぎたのです！」

チームワーク。 VEX GO STEM ラボはチームで完了するように設計されており、学生には特定の役割とタスクが割り当てられます。 3 年生はアダプションクローから始まり、教師は「生徒たちもグループに分かれて、それぞれが自分の仕事を持って協力できるようにすることに興奮していました。」と観察しました。 4 年生についても同様に、役割を持たせることで生徒がグループに参加し、すぐに始めることができるようになったと彼女は述べました。彼女はまた、学生たちが生息地の建設や月面探査機の建設など、無制限の活動に協力することを選択し始めたことにも言及しました。
教師はまた、生徒たちがクラスとして自発的に一緒に取り組んだいくつかの例にも言及しました。ロボットを使って新しいことを探索する学生もいました。何か新しいことを「発見」すると、他の学生が駆け寄って見て、自分で試してみました。「チョイスボード」から楽しいアクティビティを選んだ生徒は、他の生徒と共有し、他の生徒はそのアクティビティに切り替えることがよくありました。グループで取り組む場合でも、一人で取り組む場合でも、学生たちは熱心に情報を共有し、お互いに助け合いました。

持続性。すべての活動が生徒にとって簡単なわけではありませんでした。 3年生は、建築入門のラボの後、最初に適応爪のラボを行いました。教師は、このラボが最初は少し高度な内容であることを認識し、これをカリキュラムの順序の後半に移動する予定でした。アクティビティを完了したかどうかに関係なく、グループは最後まで粘り強く取り組みました。

これはフラストレーションと、失敗は学習の一部にすぎないことを理解するための素晴らしい教訓であることがわかりました。各グループに何がうまくいき、何がうまくいかなかったかを説明してもらいました。同じ問題をいくつか聞くと、多くのグループが本当にお互いを理解し合うことがわかりました。

使用されたアクティビティの中には、生徒に克服すべき課題を与える自由回答型のものも含まれています。学生たちは地震に耐えられる家を作るという課題を課せられたが、建築の指示は与えられなかった。フラストレーションの要素はありましたが、学生たちはこれを利用して、反復的な改善サイクルを続けました。

生徒たちはこの挑戦にとても興味を持ちました。学生グループは「地震」の実験を行った後に自分たちの間違いに気づき、何がうまくいき、何がうまくいかなかったかに基づいて家をやり直すことができたことがわかりました。課題を抱えているグループがどれだけ幸せで興奮しているかにとても驚きましたが、グループがそれを解決した後はイライラしながらも非常に満足感がありました。

カリキュラム．教師の日誌には、ロボット工学のカリキュラムにおける差別化の重要性についての多くの洞察も明らかになりました。学生の各グループは、VEX GO キットとそれに含まれるすべての要素を紹介する「Intro to Building STEM」ラボを完了しました。また、学生全員は、異なる特性を持つ親ウサギと赤ちゃんウサギを作らせて特性について教える、Look Alike STEM ラボも完了しました。一部の研究室は各学年ごとに完了していましたが、年齢層によって区別されていました。年長の 4 年生と 5 年生は「Simple Machines」のラボ単元を完了し、3 年生は「Fun Frogs」のラボを完了しました。また、教師は、これらが低学年の生徒のスキルに有益であると指摘したため、3 年生は高学年よりも多くの単独活動を完了しました。教師は、グループがラボを早く終えたときに、年長の生徒向けのアクティビティも使用しました。これは、グループが異なる速度で作業するときに生徒を集中させておくために教室で必要なものでした。ラボとアクティビティの両方を差別化するための多くのオプションがあることは、教室へのロボット工学プログラムの導入を成功させるための貴重なカリキュラム資産でした。

教師の日記によると、学際的な研究室も利点だったという。 3 年生は、動物とその生息地を構築、進化させる科学をテーマにした実験室に興奮していました。動物実験室の 3 年生が最初に完了したのは、そっくり実験室で、ウサギを作成し、形質を継承することができました。教師は、生徒たちが動物を作るのが大好きで、さまざまなバリエーションを探求したいと思っていることに注目しました。このため、教師は生徒の創造性の構築を拡張するために、次のレッスンに「Creature Creation」というアクティビティを選択しました。学生たちが「Fun Frogs」のラボに取り組んでいたとき、彼女は学生たちがどれほど興奮していて創造的だったかに注目し、スキルを身につけるための参入障壁が低いという利点も加えました。

子どもたちはカエルのサイクルを作ったり学んだりするのが大好きでした。子どもたちが教科書で学んだ科学のトピックを実際に体験している様子が見られました。来年はもっと協力して、生息地について教えるときにこのことを教えるようにしようと、3年生の先生に相談しました。

4 年生は、単純な機械の実験単元を完了しました。教師は、生徒たちが他のクラスの簡単な機械についての知識を持っていたため、どれほど熱心だったかに注目しました。彼らはエンジニアが単純な機械をどのように使っているかを尋ね、研究する時間を与えられました。先生は次のように指摘しました。

4年生の理科は簡単な機械が中心なので、このSTEM Labはこの学年にぴったりでした。私がレバーを作ると言ったら、その子の顔が明るくなったのに気づきました。これらの学生のほとんどはワークシートを実行していましたが、実践的な調査はしていませんでした。私は理科の先生に、来年はもっと協力して、彼女が簡単な機械を教えているときに私がこの STEM ラボを教えるようにすると言いました。

5 年生も Simple Machines の実験単元を完了しましたが、彼らの年齢と経験は、4 年生とは異なる取り組み方を示しました。教師は、このグループの生徒は早めに授業を終え、「チョイスボード」アクティビティを使用して自分たちで探索していることに注目しました。

5 年生には刺激的で魅力的な活動が必要です。そして、この STEM ラボはその条件にぴったりです。生徒たちが床に上がって、レバーを使ってさまざまな重りを持ち上げる方法を実験したがっていることがわかりました。また、4 年生とは異なり、これらの生徒たちは背景知識を持っており、STEM ラボに重みを加えてグループからグループへの本格的な学習体験を提供することで、STEM ラボを次のレベルに引き上げたこともわかりました。

各学年の生徒は、ロボット工学カリキュラムで学際的なアプローチをとることで恩恵を受けました。ロボット工学を科学、数学、または工学に結びつけることができたことは、学生を惹きつけるだけでなく、より深く理解して概念を探求するための基礎を提供するのにも役立ちました。教師のメモには、ロボット工学のカリキュラムを他の教科で教えられるレッスンに組み込んだり同期したりできるいくつかの領域が示されており、これは分野間でロボット工学を本格的な方法で統合するための貴重な次のステップとなる可能性があります。

結論

全国の教室で教育用ロボットの使用が増加するにつれ、ロボット工学が生徒にどのようなメリットをもたらすか、またロボット工学のカリキュラムを教える実践から得られる教訓を研究することが重要です。この研究では、ロボット工学カリキュラムにより、全学年のほぼすべての STEM 科目に対する生徒の態度が向上したことが明らかになりました。さらに、教師は、創造性、関与、チームワーク、粘り強さなどの分野で生徒の追加の学習カテゴリーがあることに気づきました。

実際の教室で教育ロボット工学が生徒にとってどのように最も有益であるかを探求し続けるためには、カリキュラムを実施する教師から直接学び続けなければなりません。経験全体を振り返り、教師は全体的な要点を次のように述べました。

子どもたちがもっと学びたいと思えば、私たちももっと学ぶことができることがわかりました。私はこれを楽しいものにしたかったので、各教室は正直に言って完全に異なりました（これはまったく普通のことです）。一部の学生は、他の学生がそこから抜け出して独自のモンスターや生き物を作成したいと考えている場所の構築についてもっと学びたいと考えていました。 3 年生はとても熱心で、授業を終えるのが大変だったことがわかりました。 4 年生は、独自の科学カリキュラムに関連した単純な機械のような STEM レッスンについて学ぶことにとても興奮していました。 5 年生は、火星についてコーディング、構築、学習するという課題が大好きでした。一番大きかったのは、各教室が STEM ラボでもっと多くの時間を必要としたり、探索したりする時間がもっと必要だったので、私がそれを彼らに与えたことだと思います。子どもたちが興奮しているときは、先に進むのではなく、その興奮のまま走り、さらに深く掘り下げるのが最善であることがわかりました。

この研究はまた、学際的なロボット工学カリキュラムの実施について有意義な洞察を提供しました。 6 週間のプログラムとして、学生はさまざまなラボやアクティビティを完了することができました。これは、カリキュラムの長さが、学生の STEM に対する態度の変化にどれだけ成功するかに合理的な影響を与える可能性があることを示しています。レッスンの足場と差別化もカリキュラムの成功の鍵でした。教師は、生徒の年齢が違えばスキルやニーズも異なるため、学年ごとにカリキュラム計画を簡単に調整できることに気づきました。 VEX GO ロボットキット自体も学生のニーズによく合っていました。学生は簡単に指示に従い、部品を組み立て、部品がどのように機能し接続されるかを学ぶことができました。学生は、片づけの時間を含めて 1 回の授業期間内で組み立てとラボを完了できます。これは、通常の授業日の制約の中でロボット工学のカリキュラムを機能させるために必要です。小学生向けに設計されたロボット工学キットと完全な学際的なカリキュラムは、どちらも実際の教室でロボット工学を教えたり学習したりするために不可欠です。