Соңғы бірнеше жылда білім беру робототехникасына қызығушылық артты, өйткені мұғалімдер мен мектептер робототехниканың әлеуетін қолдана отырып, дизайнды, инженерияны және технологияны оқытудың практикалық және тартымды әдістерін ұсынадыi. Сондай-ақ студенттерді ғылым, технология, инженерия және математика (STEM) салаларында мансапқа ұмтылу үшін таныстыру және ынталандыру әдісі ретінде қарастырыладыii, білім беру робототехникасын пайдалану барлық жоғары көңіл бөлу мен инвестициялардың арқасында енді қол жетімді және сенімдірек. ортаға беріледі. Алынған технологиялық жетістіктер бұл құралдың қол жетімділігіне үлкен ықпал етедіiii. Шындығында, қазір кейбіреулер робототехниканы 90-жылдардың басынан бастап жәнеivсыныптарда CD-ROM және Microsoft PowerPoint-ті пайдалануды енгізуден бастап компьютерлер сияқты сыныпта бірдей рөл атқарады деп санайды.
Білім беру робототехникасының өсуімен маңызды сұрақтар туындайды. Бұл жаңа және қызықты құралды пайдаланудың ең жақсы жақтары қандай? Ең жақсы тәжірибелерді қалай орнатуға болады? Сабақта оқу робототехникасының мақсатын қалай тұжырымдаймыз? Бұл сұрақтар бір қарағанда күрделірек көрінуі мүмкін. Ал оларға жауап беру біз бастаған кезден гөрі көбірек сұрақтар тудыруы мүмкін. Мысалы, студенттер өз идеялары мен ойлауын көрсету үшін білім беру робототехникасын пайдаланады ма, әлде оқушылар ортамен өзара әрекеттесу арқылы идеялар мен ойлауды жасайды ма? Білім беру робототехникасы студенттерге өз құзыреттіліктерін көрсету тәсілі ме, әлде бұл студенттер жаңа құзыреттерді қалыптастыратын инфрақұрылым баv? Сыныпта компьютерді пайдалану аспектісін қарастыру тақырыпты көбірек ашуға көмектесуі мүмкін.
Тасымалдаушының қолданылуына қарай әртүрлі ауқым болуы мүмкін. Кескіндемені қоршауды немесе Сикстин капелласын бояу үшін қолдануға болатын орта ретінде қарастыруға болады. Тасымалдаушы ретінде компьютерлердің әмбебаптығы, мүмкін, одан да үлкен; Компьютерді сыныпта өте шектеулі ауқымда, не калькулятор, не мәтіндік процессор ретінде пайдалануға болады, бірақ сонымен бірге өзінің күшті байланыс құралы ретінде қарастырылады және қабылданады. Марк Гуздиал атап өткендей, компьютерлерді Гутенберг баспасыныңviзаманауи түрі және басқа домендер туралы ойлау тәсілі ретінде түсінуге болады. Осылайша, компьютерлік модельдеу және алгоритмдер сияқты технологиялар математика және ғылым салаларын түсінуімізге айтарлықтай әсер еттіvii.
Олай болса, білім беру робототехникасының ауқымы қандай? Білім беру робототехникасын өте нақты тапсырмаларды орындайтын алдын ала құрастырылған нысандар ретінде пайдалануға болады, ал кейбір Білім беру робототехникасы жүйелері студенттерге басқалар жасаған құрылғыларды пассивті пайдаланушылардың орнына, өз оқуын жобалаудың белсенді қатысушыларына, сондай-ақ есептеу артефактілерін жасаушыларға айналуға мүмкіндік береді. олар үшінviii. Бұл мұғалімдер үшін бірегей мүмкіндіктер жиынтығын ұсынады. Осылайша, білім беру робототехникасы студенттерге оқуда өз дауысы мен таңдауын жүзеге асыруға мүмкіндік беретін ортаға айналады және оларды проблеманы шешуге ғана емес, сонымен қатар проблеманы табуға, мәселені құруға, мәселені талдауға және проблемаларды шешу әрекеттерін жоспарлау мен бақылауға тартуға мүмкіндік береді. Одан кейін білім беру робототехникасы әлдеқайда үлкен нәрсеге айналады - студенттерді қазіргі уақытта жоқ жұмыстарға дайындайтын оларды күтіп тұрған қиындықтардың күрделілігіне дайындайтын ортаix, сонымен қатар басқа құнды дағдыларды (мысалы, байланыс және ынтымақтастық) қосу тәсілі ) 21 ғасыр дағдыларының кең спектріне жатады.
Мектептердің білім беру робототехникасын енгізуге күш салуы бастамаларды басқаратын әртүрлі мотивациялар сияқты көптеген көріністерді тудырған сияқты. Кейбір мектептер бұл құралды жеке информатика немесе STEM курсының біріктірілген бөлігі ретінде пайдаланады, ал басқа мектептер дәстүрлі пәндерді толықтыру үшін осы заманауи шешімді пайдаланады. Басқа мектептер оларды мектептен кейінгі іс-шаралар ретінде пайдаланады, содан кейін оқушылардың қатысуы мен белсенділігін арттыру үшін «ойын ойнаудың» және жарыстардың мотивациялық әсерлерін пайдаланады. Мектептер компьютерлерді қымбат калькуляторлармен пайдалануды шектемеуді үйренгені сияқты, білім беру робототехникасын пайдалану да қабылданған шектеулермен шектелмеуі керек.
Білім беру робототехникасы үшін келесі қолдануларды егжей-тегжейлі зерттеген жөн:
• Біздің әлемді түсіну
• Біріктірілген STEM білім беруді жаңа тәсілдермен үйрету
• Есептік ойлауды үйрету
• Итерацияға ыңғайлы болу және сәтсіздіктерден сабақ алу
• Болашақтың жұмысымен танысу және олар туралы білу
Біздің әлемді түсіну
Ғылым – табиғат әлемін түсіндіру. Ғылыми сауатты студенттер ғылымның ұғымдарын да, тәжірибелерін де түсіне алады. Сондықтан студенттерге жаратылыстану пәндерін үйрету олардың өмір сүретін әлемін түсінуге мүмкіндік береді. Сондықтан бүкіл ел бойынша орта мектептің оқу бағдарламаларында астрономия, биология және химия сияқты пәндер бар. Бірақ робототехника ше? Біздің күнделікті өмірімізде роботтар кең таралғаны анық және бұл таралуxартып келеді. Роботтармен байланысты технологияның жетілдірілуі есептеу қуатының және деректерді сақтаудың экспоненциалды өсуіне әкелдіxi. Бұл басқа роботтардың тәжірибесіне сүйене отырып, шешім қабылдауға және үйренуге қабілетті роботтарға әкелді. Роботтар енді қарапайым функцияларды орындайтын машиналар емес. Бұған қоса, роботтар мен робот технологиясына сұраныстың артуы салаларда қысқарады. Иә, зауыттар көптеген роботтардың үйі болып табылады, бірақ роботтар қазір білім беру және ойын-сауық орындарында жиі кездеседі. Жақын арада роботтар егде жастағы тұрғындардың көптеген өкілдеріне өз үйлерінде тәуелсіз өмір сүруге көмектесіп, осылайша «ко-роботтардың» жаңа өрісін құруы әбден мүмкін.xii
Мектептер, әрине,…жарық жылдарында бар планеталар мен жұлдыздар туралы үйретеді, бірақ көбісі күнделікті өзара әрекеттесетін технология туралы емес. Бұл сынақ, сонымен қатар мүмкіндік. Білім ғылым мен инновацияны алға тартады. Биологияны зерттеу жақсырақ емдеуге және аурулар мен ауруларды жоюға алып келедіxiii. Егер робототехника біздің мектептерде негізгі оқу пәніне айналса, ол осындай әсер етуі мүмкін.
Жаңа тәсілдермен интеграцияланған STEM білім беруді үйрету
Білім беру саласындағы зерттеушілер мұғалімдердің STEM пәндері бойынша байланыс орнату үшін жиі күресетінін айтадыxiv. Бұл мектептерге қиындық туғызады, өйткені келесі ұрпақтың ғылым стандарттарында әртүрлі ғылыми салаларды қамтитын қиылысатын тұжырымдамалар бар. Сондықтан, студенттер жиі оқшауланған түрде оқытылатын ұғымдарды бағалау емтихандарында көретін интеграцияланған контекстке көшіруде қиындықтарға тап болады. Ғылыми ұғымдарды оқшаулап оқытудың тағы бір күтпеген салдары – оның студенттердің оқуға қатысы жоқ оқу ортасын құру үрдісі. Олардың күнделікті өмірінде көретін ғылымның шынайы мысалдары ерекшелікке қарағанда STEM пәндері бойынша терең интеграцияға ие. STEM білім берудің мақсаты студенттерге пәндер ішінде және арасындағы ақпаратты ұйымдастыруға көмектесу, осы ақпарат ішіндегі терең, құрылымдық ұқсастықтар мен заңдылықтарды анықтау және дәлелдей алу; Бұл білім ұйымын күнделікті өмірдегі күрделі жағдайлар мен мәселелерге қолдану қабілетіне әкелетін шарықтау шегіxv.
Білім беру робототехникасы STEM оқытуды ұйымдастыруға ұмтылған мұғалімдер мен мектептер үшін көмекші ретінде жұмыс істей отырып, осы қиындықтарды шешуге көмектесе алады. Білім беру робототехникасының ауқымы қарапайым нұсқаулар беруге болатын ойыншықтан әлдеқайда жоғары болғандықтан, білім беру робототехникасын пайдаланатын сыныптар студенттерге инженерлік және бағдарламалау бойынша сенімді қиындықтарды ұсына алады.
Есептеу арқылы ойлауға үйрету
Соңғы 10 жыл ішінде есептеуіш ойлаудың танымалдығы артып, K-12 сыныптарындаxviiқосылды. Есептеуіш ойлау келесі ұрпақ ғылым стандарттарының бөлігі ретінде және нақты әлемдегі математика мен ғылымның маңызды бөлігі ретінде енгізілген. Есептеушілік ойлау кез келген STEM сыныптарының ажырамас бөлігі болып саналадыxviii.
«Жаратылыстану-математика кабинеттеріне есептеуіш ойлау тәжірибесін енгізудің негізгі мотиві – бұл пәндердің кәсіби әлемде қолданылу барысында тез өзгеретін сипаты».
(BAILEY BORWEIN 2011; FOST ER 2006; HENDERSON et al. 2007)
«Соңғы 20 жылда ғылым мен математикаға қатысты барлық дерлік салада есептеуіш аналогының өсуі байқалды».
(WEINTROP және т.б. 2017)
Компьютерлік ойлаудың тұжырымдама ретінде мектептерде де, одан тыс жерлерде де танымалдылығының артуы мектептердің өз оқушыларына компьютерлік ойлауды біріктіру және үйрету үшін тиімді құралдарды табуға тырысуына әкелді. Сәйкес мақсат – компьютерлік ойлауды терең меңгеретін сабақтарға, әсіресе информатикаға қатысуды кеңейту; осы пәндік саладағы гендерлік алшақтықты шешу де дәйекті мақсат болды. Қазіргі уақытта қыздар AP тест тапсырушылардың жартысына жуығын құрайды, бірақ AP информатика сабақтарын алатындардың тек 25% құрайдыxix
Білім беру робототехникасы қатысу мақсаттарын кеңейтуге көмектесе отырып, есептеулік ойлауды үйретудің тиімді құралы бола алады.xx xxi Білім беру робототехникасындағы соңғы жетістіктер шығындарды төмендетіп, пайдаланудың қарапайымдылығын арттырды, бұл оларды студенттерге қол жетімді етті және бірте-бірте абстрактілі STEM тұжырымдамаларын үйренудің сенімді әдісіне айналды. Осылайша, информатика мен робототехника арасындағы байланыс анық; студенттердің роботтарын сыныпта да, жарыс алаңдарында да күрделі тапсырмаларды орындауға бағдарламалау мүмкіндігі бар. Күрделі тапсырмаларды орындау соңы болуы мүмкін болса да, құралдар бұл тапсырмаларды кішірек бөліктерге бөлуді, содан кейін шешімді жасау үшін оларды итеративті түрде біріктіруді қамтиды. Сыныптарда бұл процестің тіректері өте маңызды және тағы да оқу робототехникасы күрделі тапсырмалардың ыдырауын да, тіректерін де жеңілдетуде тиімді болуы мүмкін, Нәтижесінде роботтар бастапқыда есептеуіш ойлауды үйретудің тиімді құралы бола алады. дәлелдер көрсетеді.xxii xxiii Есептеушілік ойлауды тиімді оқыту сонымен қатар әртүрлі салаларда есептеуіш ойлауды қолдана білуге әкеледі. Жалпыланатын есептеулік ойлау дағдыларын тиімді оқыту мүмкіндігі, сонымен бірге осы салаларға түсетін студенттерді әртараптандыруға көмектесу жолдарын ұсына отырып, Білім беру робототехникасын мектептерге және «Информатика барлығына» қозғалысына есептеуіш ойлауды біріктіруге елеулі үлес қосады.
Итерацияға ыңғайлы болу және сәтсіздіктен үйрену
Инженерлік дизайн мен ғылыми әдіс өзара байланысты құбылыс, бірақ маңызды айырмашылықтарды қамтиды. Ғылымда біздің әлем мен ғаламның әрекеттерін сипаттайтын жалпы ережелерді табуға баса назар аударылады, ал инженерия осы мәселеде қамтылған барлық шектеулерді қанағаттандыратын белгілі бір мәселенің шешімдерін табуды қамтидыxxiv. Кейбіреулер бұл айырмашылықты «ғалымдар зерттейді, бірақ инженерлер жасайды» деген сөзбен қорытындыладыxxv Шығармашылық процесті қарастырғанда, оның жиі қайталануға айтарлықтай тәуелділігін мойындауымыз керек.
Көптеген итерациялар тұтынушылардың күтулерін қанағаттандыру/арту немесе бәсекелестік сынаққа қатысу үшін белгілі бір мақсаттарға қол жеткізуге арналған инженерлік идеялар мен әрекеттер үшін өте маңызды. Білім беру робототехникасы әрекеттеріне тән талап етілетін бірнеше итерация студенттердің қызығушылығын және тұрақты қатысуын сақтауға қабілетті деп танылды.xxvi Сондай-ақ, жылдам жиналып, содан кейін бөлшектеуге болатын көптеген әртүрлі бөлшектері бар робототехника жинақтарының құрамы қайталану көзқарасын қалыптастырады. Көптеген итерациялар жиі маңызды өмірлік сабаққа арналған «көріп көріңіз, қайталап көріңіз» болғандықтан, студенттер «сәтсіздіктерді» процестің барлық бөлігі ретінде қабылдауға болатынын білудің үлкен пайдасын көреді. Құралдың қосымша артықшылықтарына неғұрлым дерексіз қарауға негізделген тағы бір кең қолданылатын сабақ - Білім беру робототехникасының ең қарапайым қиындықтарға бірнеше шешімдерді ұсынуға бейімділігі. Студенттің ой-өрісін бір мәселенің бірнеше шешімі бар екенін түсінуден артық не кеңейте алады? Біз бұл қызықты артықшылықтар әкелетінін көрдік: студенттердің мұғалімдерден кері байланыс сұрау ықтималдығы артады және студенттердің нені оқып жатқанын маңызды деп түсіну ықтималдығы жоғары.xxvii Тек осыдан келетін артықшылықтар – оқушыларды осылайша қызықтыратын мұғалімдер оқушының өзін-өзі тиімділігінің жоғарылауына әкелуі мүмкін, бұл сәтсіздіктерден үйренуге дайын болатын негізгі элемент.xxviii
Болашақтың жұмыс орындарымен танысу және білу
Өзгеріс, біздің жалғыз тұрақтымыз, жұмыс табиғатына бөтен емес. 1900 жылы американдық жұмыс күшінің шамамен 40% фермаларда жұмыс істеді. Бүгінгі күні бұл сан небәрі 2% құрайды.xxix Егер бұл тым ерте, тым алыс болып көрінсе, 50 жыл бұрын қарапайым жұмысшы жұмыс күні бойы оқуды немесе жазуды қажет етпейтінін ескеріңіз.xxx Бүгінгі күн толқындарын Оксфорд университетінің Инженерлік ғылым департаментінің 2013 жылы кеңінен оқылған және талқыланған зерттеуінде сипаттауға болады, ол қазіргі жұмыс орындарының 47% автоматтандырудан айырылып қалу қаупі бар деп есептейді.xxxi
Ағымдағы алаңдаушылықтардың маңызды айырмашылығы, жұмыс орындарының жойылуының және кешегі жұмыс орындарын құрудың қалыпты құлдырауынан айырмашылығы - бұл «жұмыс орындарының поляризациясы». Бұл термин жұмысқа орналасу мүмкіндіктерін жоюға қатысты, яғни жоғары біліктілік пен төмен біліктіліктегі жұмыс орындарына сұраныс жоғары, бірақ біліктілігі орташа және орташа жалақысы бар жұмыс орындарының мүмкіндіктері төмендеді.xxxii Бұл маңызды мәселені күнделікті жұмысты автоматтандырудан табуға болады және жауаптар кеңейтуге шығармашылықпен жұмыс істеу арқылы автоматтандырудың сөзсіздігін мойындауды қамтиды. Бұл толқынды сәтті басқаратын бизнес - бұл икемділік пен өтімділікпен жауап беретін, оның қорқынышты болуы мен әсеріне қарсы тұру немесе оған қарсы шығудың орнына технологиямен жұмыс істеуді үйренетіндер.xxxiii Педагог ретінде біз де болашақтың белгісіздігіне инновациялық шешімдер іздеп, шығармашылықпен жауап беруіміз өте маңызды. Бастауыш және орта білім беру жүйелері көкжиекте тұрған шындықты мойындап, өзекті және құнды дағдыларды үйретуге байланысты, бұл қазіргі жағдайда компьютерлер жақсы емес нәрселерді білдіруі мүмкін. Оларға шығармашылық, тұлғааралық қарым-қатынас дағдылары және проблемаларды шешу жатады, білім беру робототехникасын нақты пайдалану арқылы дамытуға болатын барлық дағдылар.xxxiv