Аннотация
Білім беру робототехникасы пәнаралық оқу бағдарламасы арқылы тәжірибелік, жобалық оқытуды қамтамасыз ету қабілеті үшін STEM білім берудің ірге тасы болу мүмкіндігіне ие. Зерттеулер көрсеткендей, студенттердің STEM оқытуға деген көзқарасы біздің білім беру жүйемізде ілгерілеген сайын төмендейді; Бастауыш сынып оқушылары үшін STEM тақырыптарына оң көзқарасты қалыптастыру өте маңызды. Робототехниканың оқу жоспарын STEM пәндерімен интеграциялау студенттер үшін оқудың көптеген жағымды артықшылықтарын көрсетеді, сонымен қатар студенттердің осы тақырыптарды қабылдауын жақсартады. Бұл зерттеуге үшіншіден бесінші сыныпқа дейінгі 104 оқушы робототехника оқу бағдарламасының алты аптасынан кейін STEM тақырыптары бойынша оқушылардың қабылдауы өзгеретінін анықтау үшін ғылыми жобаға қатысты. Студенттерге математика, жаратылыстану, инженерия және 21-ғасыр дағдылары бойынша көзқарастарын бағалау үшін алдын ала сауалнама жүргізілді. Әр сынып VEX GO робот сынып жинағы мен VEX GO оқу жоспарының STEM зертханалары мен іс-шараларын пайдаланып робототехника оқу бағдарламасын аяқтады. Алты апталық сабақтан кейін студенттерге көзқарастарының өзгерген-өзгермегенін бағалау үшін сол сауалнамадан кейінгі сұрақтар берілді. Нәтижелер барлық STEM пәндері бойынша студенттердің қарым-қатынасының айтарлықтай жақсарғанын, сонымен қатар шығармашылық, белсенділік, топтық жұмыс және табандылық бойынша қабылданған жақсартуларды көрсетеді.
Кіріспе
Робототехника соңғы жылдары Америка Құрама Штаттарында ұлттық есептер мен саясаттардың арқасында бастауыш және орта мектептерге көбірек кіріктірілді. 2015 жылы Ұлттық ғылым қоры ғылымды, технологияны, инженерияны және математиканы (STEM) білім мен дағдыларды меңгеру американдықтар үшін технологияны қажет ететін жаһандық экономикаға толықтай араласу үшін барған сайын маңызды болып табылатынын және әрбір адам үшін маңызды екенін мәлімдеді. STEM тақырыптары бойынша жоғары сапалы білімге қол жеткізе алады. Білім беру робототехникасы білім беру технологиясындағы жай ғана танымал тренд емес, ол студенттердің STEM пәндерін қабылдауын, сондай-ақ оқу нәтижелерін жақсарту үшін тиімді екендігі зерттеулер арқылы көрсетілді. Мета-талдау (Beniti, 2012) жалпы білім беру робототехникасы арнайы STEM тұжырымдамалары үшін оқытуды арттыратынын көрсетті. Әртүрлі жас топтарына бағытталған зерттеулер робототехника студенттердің STEM пәндеріне деген қызығушылығын және оң қабылдауын арттыратынын көрсетті (Нугент және т.б., 2010; Робинсон, 2005; Роджерс & Портсмор, 2004) және одан әрі зерттеулер бұл өз кезегінде мектептегі жетістіктерді арттырып, ғылымды алға жылжытатынын көрсетті. дәрежеге жету (Реннингер & Хиди, 2011; Wigfield & Cambria, 2010; Tai және т.б., 2006). Орта мектеп оқушылары үшін робототехника колледжге дайындық пен техникалық мансап дағдыларын қолдау үшін пайдаланылды (Boakes, 2019; Ziaeefard және т.б., 2017; Vela және т.б., 2020).
Ұлттық ғылым және технология кеңесінің STEM білім беру комитеті 2018 жылы пәнаралық STEM білім берудің федералдық стратегиясын анықтау үшін баяндама жасады: «STEM білім беру сипатының өзі бір-біріне сәйкес келетін пәндер жиынтығынан неғұрлым интеграцияланған және пәнаралық көзқарасқа қарай дамып келеді. оқу және дағдыларды дамыту. Бұл жаңа тәсіл академиялық ұғымдарды нақты қолданбалар арқылы оқытуды қамтиды және мектептерде, қауымдастық пен жұмыс орнында формальды және бейресми оқытуды біріктіреді». Білім беру робототехникасы жеке тақырып ретінде оқытылмауы керек, керісінше, пәнаралық оқу әдістемесін толық пайдалану керек. Зерттеушілер қазіргі мектеп бағдарламасына робототехниканы енгізудің STEM білімдерін әзірлеу мен қолданудан бастап, есептеулік ойлау және проблемаларды шешу дағдыларына, әлеуметтік және топта жұмыс істеу дағдыларына дейінгі бірқатар артықшылықтарды тапты (Altin & Pedaste, 2013; Bers et al., 2014; Кандльхофер & Штайнбауэр, 2015; Тейлор, 2016). Бенитти (2012) робототехника бағдарламаларының көпшілігі өз пәні ретінде оқытылатынын анықтады және бұл мұғалімдерге оны өз сыныптарына біріктіруді қиындатады. Бұл зерттеудің бір мақсаты – робототехника құрылысы мен бағдарламалауды стандарттарға сәйкес келетін математика, ғылым және инженерлік мазмұнмен біріктіретін робототехника оқу бағдарламасын пайдалана отырып, студенттердің STEM тақырыптарына қатынасын бағалау.
Білім беру робототехникасын енгізу әсіресе 4-сыныптан бастап STEM пәндеріне теріс көзқарас қалыптастыра алатын жас оқушыларға пайдалы болды (Unfried et al., 2014). Кішкентай студенттер интеграцияланған оқу контекстінен пайда көреді және сәттіліктің ерте тәжірибесі бар STEM пәндеріне оң көзқарастарын дамытады (McClure және т.б., 2017). Черниак және т.б. (2019) бастауыш сынып оқушыларын робототехникамен таныстыру ізденімпаздық пен проблеманы шешу дағдыларын дамытуға көмектесетінін анықтады. Чинг және басқалардың зерттеуінде. (2019), жоғарғы сынып оқушылары мектептен кейінгі бағдарламада біріктірілген STEM робототехникасы оқу бағдарламасымен танысты. Сауалнама құралының көмегімен (Жұма білім беру инновациялары институты, 2012) оқушылардың математикаға, жаратылыстануға және инженерияға қатынасы бағдарламаға дейін және одан кейін өлшенді. Нәтижелер тек математикалық құрылымның айтарлықтай өскенін көрсетті. Чинг және т.б. бұл нәтижелер бейресми оқыту параметрлері мен қысқа (бір апталық) пилоттық бағдарламалардың басқа зерттеулерімен сәйкес келетінін анықтады (Конрад және басқалар, 2018; Леонард және т.б., 2016). Чинг және т.б. Сондай-ақ басқа пәндер бойынша нөлдік нәтижелерге әсер етуі мүмкін басқа қиындықтарды атап өтті: студенттер роботтарды жасау үшін күресіп, оларды аяқтау үшін төрт 90 минуттық сеанс қажет болды. Құрастыру нұсқауларын және роботтарды құрастыруды түсіну қиындығы басқа зерттеулерде де жоғарғы сынып оқушылары үшін қиындық туғызды (Копча және т.б., 2017) және зерттеушілер роботты құрастыру үшін әртүрлі робот компоненттерін жақсы түсіну қажет екенін атап өтті (Сланген) және т.б., 2011). Чинг және т.б. (2019) былай деді: «Болашақта оқу мақсаты түпнұсқа және функционалды робот жасауды көздейтін болса, студенттерге роботтардың әр түрлі құрамдас бөліктері туралы терең түсінікті дамыту ұсынылады» 18 б. 598. Бұл түсініктер жас балалар үшін STEM-оқыту арқылы табысқа жетудің ерте тәжірибесін алу әсіресе маңызды екенін айқын көрсетеді және үйренуге және құрастыруға оңай роботтық жинақты пайдалану барлық студенттер табысқа жетуі үшін роботты оқу бағдарламасын енгізудің құнды құрамдас бөлігі болып табылады. .
Бұл зерттеуде біз мектеп күнінің бір бөлігі ретінде берілген пәнаралық робототехника оқу бағдарламасы студенттердің STEM пәндеріне деген көзқарасына қалай әсер еткенін зерттейміз. Зерттеу сұрақтары:
- Алты апталық пәнаралық робототехника оқу бағдарламасы студенттердің STEM пәндеріне деген көзқарасына қалай әсер етті?
- Студенттер робототехника бойынша оқу бағдарламасы арқылы жұмыс істегенде қандай артықшылықтар немесе оқыту түрлері байқалады?
Робототехниканың бастауыш сынып оқушыларына қалай пайдасын тигізетінін үздіксіз зерттеу студенттердің STEM-ті қабылдауын жақсарту үшін маңыздырақ болып табылады және белсенділік пен нәтижелерді жақсартады деп үміттенеміз. Бұл зерттеуде біз зерттеу арқылы зерттеуге үлес қосуды мақсат етеміз:
- үшінші сыныптан бесінші сыныпқа дейінгі оқушылар
- мектеп күніне біріктірілген және алты апта бойы жеткізілетін робототехника оқу бағдарламасы
- STEM стандарттарына сәйкес келетін пәнаралық робототехника сабақтары
- бастауыш сынып оқушыларына арналған робототехника жинағы
Әдістері
Бұл зерттеу Батыс Пенсильвания штатындағы мемлекеттік мектеп ауданында үш сыныпта барлығы 104 оқушымен жүргізілді. Робототехниканың оқу бағдарламасын әзірлеген және жеткізген мұғалім аудандағы бастауыш технология интеграторы ретінде қызмет етеді және ауыспалы кесте бойынша оқушыларды көреді. Бұл зерттеу сандық және сапалық деректерді қамтиды. Студенттер робототехника оқу бағдарламасына дейін және одан кейін STEM тақырыптарына деген көзқарастарын эмпирикалық бағалау үшін сауалнама сұрақтарына жауап берді. Сонымен қатар, мұғалім журнал жүргізді, онда ол STEM зертханалары мен орындаған әрекеттері кезінде оқушылардың мінез-құлқы мен оқуы туралы жазбалар мен рефлексияларды жазды.
Алдын ала сауалнама. Студенттердің STEM тақырыптарын қабылдауын бағалау үшін студенттер STEM зерттеулеріне студенттердің қатынасы - жоғарғы бастауыш мектеп оқушыларының сауалнамасын аяқтады (Жұма білім беру инновациялары институты, 2012). Студенттер үшін процесті жеңілдету үшін мұғалім сауалнама элементтерін кесте түрінде қайта жасап, жауап беру кезінде студенттердің шатасуына әкелетін бейтарап опцияны алып тастады.
Ғылыми жобаны сипаттайтын хаттар және келісім үлгілері ата-аналармен танысу үшін студенттермен бірге үйлеріне жіберілді. Осы зерттеуге қатысу үшін студенттерден қол қойылған келісім парағын қайтару қажет болды. Сауалнама құралы басып шығарылды және студенттерге жеке сыныпта таратылды. Келісім парағын қайтарған студенттер сауалнамаға қатысты, ал келмеген студенттерге сол уақыт ішінде басқа тапсырма берілді. Нұсқаулар студенттерге дауыстап оқылды және сұрау кезінде кейбір терминдер анықталды. Сауалнамаларды сол аптаның дүйсенбіден сәрсенбіге дейін үшінші, төртінші және бесінші сынып оқушылары жүргізді.
Бірінші сауалнама жүргізілген кезде студенттерге «Құрылысқа кіріспе» зертханасы арқылы роботтық жинақ және астронавт кейіпкерін қалыптастыру сабағы таныстырылды. Басқа STEM зертханалары аяқталмаған және COVID-19 пандемиясына байланысты студенттер өткен бір жарым жылда робототехника бойынша оқу бағдарламасын алмаған. Бұл олардың жауаптарын қалыптастыратын STEM оқу бағдарламасымен соңғы тәжірибесі жоқ студенттердің STEM тақырыптарына қалай қарайтынын бағалауға мүмкіндік берді.
Мұғалім әртүрлі сыныптардағы оқушылардың сауалнамаға әртүрлі жауап бергенін атап өтті. Бесінші сынып оқушылары сауалнамаға тез және аз сұрақтармен жауап берді. Төртінші сынып оқушылары терминдерге көптеген анықтамалар беруді сұрады. Үшінші сынып оқушылары терминологияда ең көп қиындықтарға тап болды және сауалнаманы толтыру үшін ең ұзақ уақыт алды.
STEM оқу бағдарламасы және робот. Elementary Technology Integrator мұғалімі ауданда қолдану үшін көптеген робототехника және бағдарламалау құралдарын жинады, бірақ олар оқудың соңында есептеуіш ойлау және информатика сабақтары үшін VEX GO роботымен алты апталық оқу бағдарламасын жүзеге асыруды таңдады. 2021 оқу жылы. VEX GO роботы - бұл үлкенірек оқушыларға қарағанда ұсақ моторикаға қойылатын талаптары әртүрлі бастауыш сынып оқушылары басқара алатын пластикалық бөлшектер жинағы. Жинақ студенттерге бөліктердің өлшемдерін түсінуге көмектесу үшін түстермен кодталған және түрі бойынша ұйымдастырылған: арқалықтар, бұрыштық арқалықтар, пластиналар, тісті дөңгелектер, шкивтер, қосқыштар, тіректер және түйреуіштер. Мұғалім өзі оқытқан үшінші, төртінші және бесінші сыныптардың барлық бөлімдеріне қызмет көрсету үшін бір сыныптық топтаманы (он жинақ) пайдаланды. Сыныптағы іске асыру перспективасынан робот жинақтарын ортақ пайдалану студенттерге сабақты аяқтап, роботтарын бір сыныпта алып тастауы керек, сондықтан басқа сынып оларды кейінірек пайдалана алады. Сондай-ақ мұғалім күні бойы әртүрлі бағалар үшін әртүрлі сыныптарға көшу мүмкіндігіне ие болды.
Әр сынып деңгейі алты апталық робототехника STEM зертханаларын аяқтады. COVID-19 тудырған типтік емес оқу жағдайына байланысты студенттер он күндік ауысымда үш рет жеке сабақтар кестесі бойынша ауысты. Сабақ кестесіне және сыртқы факторларға байланысты студенттердің барлығы бірдей рет көрінген жоқ. Мұғалім бұл мәселені саралау арқылы шешті: «Осыны ескере отырып, мен әр сыныпты ерекшелеуге тырыстым. Мен әр сынып деңгейінде көп сабақты төмендеткім келмеді, керісінше түсіну үшін сабақтарды тереңірек зерттедім ». Бесінші сынып оқушылары ең аз көрінді. Мұғалім бесінші сынып оқушыларын мектеп бітірулеріне бірнеше апта қалғанда көптеген іс-шаралар жоспарлағандықтан, олардың бастауыш мансабының соңында сабақ беру қиын екенін атап өтті.
Осы алты апта ішінде барлық студенттер VEX GO робототехникасының STEM зертханалары мен іс-шараларының жиынтығын аяқтағанымен, оқу бағдарламасы әртүрлі жастағы оқушылардың қабілеттерін ескере отырып, мұғалімнің қалауы бойынша сараланды. Мысалы, барлық студенттер робототехника бойынша оқу бағдарламасын Building STEM зертханасына кіріспеден бастады, өйткені бұл зертхана робототехника жинағымен таныстырады. Барлық студенттер ата-ана қояндарынан бала қояндарына белгілердің генетикалық жолмен берілетінін үйрететін Look Alike STEM зертханасын аяқтады. Әр сынып әр түрлі зертханалық жұмыстар мен іс-шаралар кешенін аяқтады:
- Үшінші сынып: «Құрылысқа кіріспе», «Бір-біріне ұқсайды», «Көңілді бақалар» (2 сабақ), Бейімделу тырнағы, VEX GO әрекеттері: Lunar Rover, Pin Game, Engineer It & Build It, Copycat, Habitat, Creative Creation және бос құрастыру уақыты
- Төртінші сынып: Ғимаратқа кіріспе, Қарапайым машиналар блогы (4 сабақ), ұқсастық, бейімделу тырнағы, VEX GO әрекеттері: Lunar Rover, Pin ойыны және бос құрастыру уақыты
- Бесінші сынып: «Құрылысқа кіріспе», «Бір-біріне ұқсайды», «Көңілді бақалар» (2 сабақ), Бейімделу тырнақтары, VEX GO әрекеттері: Lunar Rover, Pin Game, Engineer It & Build It, Copycat, Habitat, Creative Creation және бос құрастыру уақыты
STEM зертханалары робот құрастыру, сыныпта талқылау, эксперимент және қайталанатын жетілдіру үшін контекстті қамтамасыз ететін пәнаралық, стандартты сабақ арқылы студенттерге бағыт беретін құрылымдық әрекеттер болып табылады. Зертхана сабақтары оқушыларға сабақ барысында жетекшілік ететін «Қатысу, ойнау» және «Бөлісу» бөлімдері сияқты ұйымдастырылған. Іс-шаралар STEM зертханасына қарағанда қысқа және тақырыптары мен құрылымы бойынша ауқымды, көбінесе нұсқаулары азырақ ашық тапсырмаларды қамтамасыз етеді.
Сауалнамадан кейінгі. Оқу жылының аяқталуымен тұспа-тұс келген оқу бағдарламасы аяқталғаннан кейін студенттерге алдын ала сауалнама жүргізілгендей кейінгі сауалнама берілді. Кейінгі сауалнамалар жиналған соң, мұғалім талдауға дайындалу үшін деректерді жасырып, жазып алды.
Деректерді талдау. Сауалнама баптары белгіленген сандық әдістермен бағаланады. Жауап таңдауларына ұпай қойылды (1 = мүлдем келіспеймін, 2 = келіспеймін, 3 = келісемін, 4 = толықтай келісемін) және қажет болған жағдайда нақты элементтер кері кодталды. Жұптастырылған t-тесттері сауалнамаға дейінгі және кейінгі құралдарда әрбір құрылым, әр баға үшін орындалды. Мұғалімнің журналы тақырыптық талдау арқылы бағаланды, ол оқушылардың қабылдауына, сондай-ақ оқу жоспарының дизайнына/қажеттіліктеріне қатысты түсініктерді ашты.
Нәтижелер
Үшінші сынып. Сауалнамаға дейінгі және кейінгі үшінші сыныптың нәтижелері (1-кесте) зерттеу аймақтарының әрқайсысы үшін жоғарылаған орташа ұпайларды көрсетеді. Әрбір құрылымның алдындағы және кейінгі орташа мән екі жақты t-тестінің көмегімен салыстырылды және барлық нәтижелер маңызды болды (p < 0,001). Ең аз орташа өсім 21-ші ғасырдағы дағдыларға деген көзқарас құрылымына қатысты болды, бұл студенттердің сол элементтерге бастапқы келісімінен сәл ғана өзгергенін көрсетеді. Студенттер сауалнамаға дейінгі математикалық қатынас құрылымы бойынша ең төменгі орташа ұпайға ие болды, орташа балл 2,27 болды, бірақ сауалнамадан кейін бұл орташа конструктивтік ұпайды 0,25-ке арттырады. Ғылыми және инженерлік құрылымдардың орташа өсімі 0,6-дан жоғары болды, бұл студенттер оқу бағдарламасынан кейін таңдауларын арттыруға сенімдірек екенін көрсетеді. Зерттеуге дейінгі ғылыми құрылымның 2,8-ден 3,44-ке дейінгі орташа мәні студенттердің бастапқыда келіспеймін және келісемін (2 және 3) қоспасы болғанын, бірақ толық келісемін (3 және 4) қоспасына өзгергенін көрсетеді.
1-кесте. Үшінші сыныптың зерттеуге дейінгі және кейінгі жұпталған t-тест нәтижелері (n = 39).
| Жұп | Айнымалы | Орташа | т | Сиг (2 құйрықты) |
| 1-жұп | Алдын ала математика | 2.2664 | -8.775 | 0.000 |
| Математикадан кейінгі | 2.5197 | |||
| 2-жұп | Ғылымға дейінгі | 2.7982 | -21.255 | 0.000 |
| Посттану | 3.4415 | |||
| 3-жұп | Алдын ала инженерлік | 3.1228 | -26.504 | 0.000 |
| Пост инженерия | 3.7281 | |||
| Жұп 4 | 21 ғасырға дейінгі дағдылар | 3.0000 | -3.894 | 0.000 |
| 21 ғасырдан кейінгі дағдылар | 3.0906 |
Төртінші сынып. 2-кесте төртінші сынып оқушыларының барлық конструкциялар бойынша орташа ұпайларының жоғарылағанын көрсетеді және барлығы маңызды болды (p < 0,001). Дегенмен, өсу үшінші сынып оқушыларымен салыстырғанда аз болды (орташа өзгерістер әдетте 0,3-тен аз), бұл кіші оқушыларға қарағанда жауаптарын өзгерткен оқушылардың аз екенін көрсетеді. Үшінші сынып оқушылары сияқты, математикалық конструкция сауалнамаға дейінгі және сауалнамадан кейінгі ең төменгі орта болды, ал 21-ші ғасырдағы дағдылар орташа ұпайлардың ең аз өсуіне ие болды. Айта кету керек, инженерлік құрылыс бұл студенттер үшін ең үлкен өсім болды.
2-кесте. Төртінші сыныптың зерттеуге дейінгі және кейінгі жұпталған t-тест нәтижелері (n = 34).
| Жұп | Айнымалы | Орташа | т | Сиг (2 құйрықты) |
| 1-жұп | Алдын ала математика | 2.0871 | -7.136 | 0.000 |
| Математикадан кейінгі | 2.2652 | |||
| 2-жұп | Ғылымға дейінгі | 2.9125 | -7.124 | 0.000 |
| Посттану | 3.1987 | |||
| 3-жұп | Алдын ала инженерлік | 3.0673 | -8.151 | 0.000 |
| Пост инженерия | 3.3030 | |||
| Жұп 4 | 21 ғасырға дейінгі дағдылар | 3.6498 | -4.629 | 0.000 |
| 21 ғасырдан кейінгі дағдылар | 3.7003 |
Бесінші сынып. Бесінші сынып оқушыларының құрастыру ұпайлары үшінші және төртінші сынып оқушыларына қарағанда әртүрлі тенденцияларды көрсетеді (3-кесте). Бұл топта инженерлік құрылым бойынша орташа баллдың жалғыз төмендеуі болды, дегенмен бұл статистикалық маңызды емес және жоғары орташа баллдардың өзіне байланысты ешқандай алаңдаушылық тудырмайды. Математика, жаратылыстану және 21 ғасыр дағдылары бойынша орташа конструктивтік ұпайлар сауалнама алдындағы сауалнамадан кейінгі сауалнамаға дейін азырақ дәрежеге дейін өсті және азырақ дәрежеде маңызды болды (математика және жаратылыстану үшін p < 0,01 және 21-ші ғасыр үшін p < 0,05) ғасырлық дағдылар).
3-кесте. Бесінші сыныптың зерттеуге дейінгі және кейінгі жұптық t-тест нәтижелері (n = 31).
| Жұп | Айнымалы | Орташа | т | Сиг (2 құйрықты) |
| 1-жұп | Алдын ала математика | 2.8167 | -3.427 | 0.002 |
| Математикадан кейінгі | 2.9042 | |||
| 2-жұп | Ғылымға дейінгі | 3.2333 | -3.751 | 0.001 |
| Посттану | 3.3111 | |||
| 3-жұп | Алдын ала инженерлік | 3.4259 | 0.810 | 0.425 |
| Пост инженерия | 3.3370 | |||
| Жұп 4 | 21 ғасырға дейінгі дағдылар | 3.8296 | -2.350 | 0.026 |
| 21 ғасырдан кейінгі дағдылар | 3.8741 |
Талқылау
Оқушылардың көзқарасы. Осы төрт құрылымның нәтижелері таңқаларлық нәтижелер көрсетті. Алдын ала сауалнаманың орташа ұпайлары бесінші сынып оқушылары үшін барлық конструкциялар бойынша үшінші сынып оқушыларына қарағанда жоғары болды. Әдебиеттердегі нәтижелер STEM қатынасының уақыт өте келе төмендейтінін көрсетеді. Бұл тұжырымдар мұны жоққа шығара ма? Міндетті емес. Оқу жылының аяқталу сипаты бесінші сынып оқушыларының мектеп бітіруіне әкелетін түрлі іс-шараларға қатысқандықтан, олардың азырақ көрінетінін білдіреді, ал сабақтардың аз болуы олардың осы кезеңдегі көзқарастарына әсерін азайтуы мүмкін. Мұғалім сонымен қатар әр жас тобы сауалнама сұрақтарына әр түрлі жауап бергенін атап өтті. Үшінші сынып оқушылары көп сұрақ қойып, жалпы ынтамен жауап берсе, бесінші сынып оқушылары сауалнаманы жылдам әрі аз сұрақтармен аяқтады. Балалардың жасы сұрақтарды түсіндіріп, жауап беру кезінде олардың қаншалықты нюанстарға ие болуына әсер етуі мүмкін. Кіші студенттер, мысалы, үлкен студенттерге қарағанда, «келісемін» және «толық келісемін» дегенді басқаша бағалауы мүмкін. Мұғалім өз жазбаларына бесінші сынып оқушылары туралы арнайы түсініктеме қосты және олар сауалнамаға күту сезімімен жауап берді ме, әлде оны қуанту үшін болды ма деп ойлады. Егде жастағы бастауыш сынып оқушылары күтуге бейімделген сайын, олардың табиғи жауаптары осыған байланысты қалыптасуы мүмкін.
Нәтижелерден анық көрінетіні, VEX GO робототехникасының оқу бағдарламасының әр жас тобына арналған айырмашылығы. Үшінші сынып оқушыларының барлық домен құрылымдары (математика, жаратылыстану, инженерия) бойынша орташа ұпайлары айтарлықтай өсті. Төртінші сынып оқушылары үшінші сынып оқушылары сияқты орташа ұпайлардың жоғарылауына ие болмаса да, олар домен конструкциялары бойынша орташа ұпайларды тұрақты түрде бірнеше ондыққа арттырды. Бесінші сынып оқушылары, алайда, кез келген құрылымда және маңыздылық мәндерінде p < 0,001-ден аз маңызды емес өзгерістері бар жалғыз оқушылар болды. Әртүрлі сыныптардағы оқушылар арасындағы бұл жалпы айырмашылықтар робототехника бойынша оқу бағдарламасын ертерек бастаудың маңыздылығын көрсете отырып, үлкенірек оқушыларға қарағанда кіші оқушылардың қарым-қатынасына көбірек әсер еткенін көрсетеді.
Қабылданатын оқу. Мұғалімнің журналында әр топ студенттерінің орындаған зертханалық жұмыстары мен іс-әрекеттері, сондай-ақ сабақ барысындағы оқушылардың көптеген бақылаулары жазылды. Сауалнама құралы студенттердің қарым-қатынасын анықтай алғанымен, журнал жазбаларының тақырыптық талдауы зерттеу әдебиетіне сәйкес келетін оқудың бірнеше тақырыптарын анықтады.
Шығармашылық. Журналдың басты тақырыбы студенттердің шығармашылығы болды. Үшінші сынып оқушылары үшін көп айтылады, бірақ барлық үш сыныпта да оқушылардың қарапайым машиналармен, ұқсастықпен, жаратылыстарды жасаумен және бақалардың өмірлік циклімен айналысатыны үшін шығармашылық ерекше атап өтілді. Мұғалім былай деп атап өтті: «3-сынып бақа салуға қатты қуанды. Бұл деңгей мүмкіндігінше шығармашылық болғысы келеді және өмір сүру ортасын құру шынымен де балаларға сол дағдыларды қайтадан ашуға мүмкіндік береді ». Оқу материалдарының мақсаттары көп болғанымен, студенттерде шығармашылықты ояту басқа да көптеген артықшылықтар әкелетін құнды нәтиже болып табылады.
Келіссөз. Құрылымдық зертханаларды көңілді және шынайы тақырыптармен қамтамасыз ету студенттердің шығармашылығын ынталандырды, бұл белсенділікті арттыруға көмектесті. «Құрылысқа кіріспе» зертханасынан бастап, мұғалім студенттердің жұмысын тоқтатқысы келмейтінін атап өтті. Сол сияқты Look Alike зертханасында ол: «Сабақты аяқтау өте қиын болды. Мен студенттердің жануарларына көбірек итерацияларды қосу арқылы әрі қарай жалғастырғысы келетінін білдім…Мен балалардың тазалағысы келмейтінін, бірақ олардың туындыларына қосуды жалғастыратынын байқадым». Үшінші сынып оқушылары ең ынталы деп аталса да, ол тіпті бесінші сынып оқушыларының Қарапайым машиналар зертханасына қалай қызыға қарайтынын сипаттады: «Мен барлық оқушыларға бөлшектерді тастағысы келмейтінін байқадым. Біз тым көңілді болдық!»
Топтық жұмыс. VEX GO STEM зертханалары студенттерге нақты рөлдер мен тапсырмалар берілген командаларда орындауға арналған. Үшінші сынып оқушылары Бейімделу тырнағынан бастады және мұғалім: «Оқушылар әрқайсының өз жұмысы бар бірлесіп жұмыс істеу үшін топтарға бөлінуге қуанышты болды», - деп байқады. Төртінші сынып оқушылары үшін ол рөлдердің студенттерге өз топтарына кіріп, тез бастауға қалай көмектесетінін атап өтті. Ол сонымен қатар студенттердің тіршілік ету ортасын құру немесе Lunar Rover салу сияқты ашық әрекеттерде бірлесіп жұмыс істеуді таңдай бастағанын атап өтті.
Мұғалім сонымен қатар студенттердің сынып ретінде стихиялы түрде бірге жұмыс істеген бірнеше жағдайын атап өтті. Кейбір студенттер өздерінің роботтарымен жаңа нәрселерді зерттеді, ал олар жаңа нәрсені «ашқанда», басқа студенттер оны көру үшін жүгіріп барып, сосын өздері сынап көрді. «Таңдау тақтасынан» қызықты әрекетті таңдаған оқушылар сол әрекетке ауысатын басқа студенттермен жиі бөлісетін. Топпен жұмыс істей ме, әлде жалғыз жұмыс жасай ма, оқушылар бір-бірімен бөлісуге, көмектесуге ынталы болды.
Табандылық. Барлық іс-шаралар студенттерге оңай болған жоқ. Үшінші сынып оқушылары «Құрылысқа кіріспе» зертханасынан кейін «Бейімделу тырнақтары» зертханасын жасады. Мұғалім зертхананың басынан бастап біршама жетілдірілгенін анықтады және оны оқу жоспарының тәртібінде кейінірек ауыстырады. Олар әрекетті аяқтады ма, жоқ па, топтар соңына дейін табанды болды.
Мен бұл көңілсіздік пен сәтсіздік оқудың бір бөлігі ғана екенін түсінудің тамаша сабағы екенін түсіндім. Мен әр топқа ненің жұмыс істеп, ненің жарамсыз екенін сипаттауды тапсырдым. Мен көптеген топтардың бірдей мәселелерді естігеннен кейін бір-бірін шынымен түсінетінін байқадым.
Қолданылған кейбір іс-әрекеттер де ашық болып, студенттерге қиындықты жеңуге мүмкіндік беретіндей етіп жасалған. Студенттерге жер сілкінісіне төтеп бере алатын үйлер жасау тапсырылды, бірақ құрылыс туралы нұсқаулар берілмеді. Көңілсіздік элементі болғанымен, студенттер мұны қолданды және қайталанатын жақсарту циклдарында табанды болды:
Студенттер бұл тапсырманы өте жақсы көрді! Студенттік топтардың «жер сілкінісімен» тәжірибе жасағаннан кейін қателіктерін түсініп, үйлерін не жұмыс істеп, не істемейтінін ескере отырып қалпына келтіре алатынын байқадым. Топтар оны шешкеннен кейін ренжітетін және соншалықты орындалатын қиындыққа тап болғаны мені қатты таң қалдырды.
Оқу бағдарламасы. Мұғалім журналы сонымен қатар робототехника оқу бағдарламасындағы дифференциацияның маңыздылығы туралы көптеген түсініктерді ашты. Әр топ студенттері VEX GO жинағы мен оның ішіндегі барлық бөліктерді таныстыратын Intro to Building STEM зертханасын аяқтады. Барлық студенттер сонымен қатар студенттерге әртүрлі қасиеттері бар ата-аналар мен балалар қояндарын салу арқылы қасиеттер туралы үйрететін Look Alike STEM зертханасын аяқтады. Кейбір зертханалық жұмыстар әр сынып бойынша орындалғанымен, жас топтары бойынша дифференциация болды. Үлкен төртінші және бесінші сынып оқушылары «Қарапайым машиналар» зертханалық бөлімін аяқтаса, үшінші сынып оқушылары «Көңілді бақалар» зертханасын аяқтады. Үшінші сынып оқушылары да үлкен сыныптарға қарағанда жеке тапсырмаларды көбірек орындады, өйткені мұғалім бұл кіші жастағы оқушылардың дағдылары үшін пайдалы екенін атап өтті. Мұғалім сондай-ақ топтар зертханалық жұмыстарды ерте аяқтаған кезде, үлкенірек оқушыларға арналған әрекеттерді пайдаланды - бұл топтар әртүрлі жылдамдықпен жұмыс істегенде студенттерді сабақта ұстау үшін сыныптағы қажеттілік. Зертханалық және әрекетті саралаудың көптеген нұсқаларының болуы робототехника бағдарламасын сыныпқа сәтті енгізу үшін оқу бағдарламасының құнды активі болды.
Мұғалімнің журналына сәйкес пәнаралық зертханалар да тиімді болды. Үшінші сынып оқушылары жануарларды және олардың мекендейтін жерлерін құруға және дамытуға арналған ғылыми-тақырыптық зертханаларға қатты қуанды. Жануарлар зертханасының бірінші үшінші сынып оқушылары Қояндарды жасап, олардың қасиеттерін бере алатын Look Alike зертханасы болды. Мұғалім оқушылардың жануарлар жасауды қаншалықты жақсы көретінін және әртүрлі нұсқаларды зерттегісі келетінін атап өтті. Бұл мұғалімге оқушылардың шығармашылық қабілетін кеңейту үшін келесі сабағы үшін «Жаратылыс жасау» деп аталатын әрекетті таңдауға әкелді. Студенттер «Көңілді бақалар» зертханасында жұмыс істегенде, ол оқушылардың қаншалықты қуанғанын және креативті екенін атап өтті, сонымен қатар дағдыларды қалыптастыруға кіруге кедергі аз болды.
Балалар бақа циклін жасауды және оны үйренуді жақсы көрді. Мен балалардың оқулықтан алған ғылым тақырыптарымен тәжірибе жинақтағанын көрдім. Мен 3-сынып мұғалімімен келесі жылы көбірек бірлесіп жұмыс істеу үшін сөйлестім, ол тіршілік ету ортасы туралы сабақ бергенде оны үйретуге тырыстым.
Төртінші сынып оқушылары «Қарапайым машиналар» зертханалық бөлімін аяқтады. Мұғалім студенттердің басқа сыныптағы қарапайым машиналарды білетіндіктен, олардың қаншалықты ынталы екенін атап өтті. Олар инженерлердің қарапайым машиналарды қалай пайдаланатынын сұрады және оларға зерттеу жүргізуге уақыт берілді. Мұғалім атап өтті:
4-сынып ғылымдағы қарапайым машиналарға бағытталған, сондықтан бұл STEM зертханасы осы сынып деңгейіне өте дұрыс болды. Мен рычаг жасаймыз деген кезде баланың жүздері жарқырап тұрғанын байқадым. Бұл студенттердің көпшілігі жұмыс парағын жасады, бірақ практикалық зерттеу жүргізбеді. Мен жаратылыстану пәнінің мұғаліміне келесі жылы біз көбірек ынтымақтасатынымызды айттым, ол қарапайым машиналарды үйреткен кезде мен осы STEM зертханасын оқытамын.
Бесінші сынып оқушылары қарапайым машиналар зертханалық бөлімін де аяқтады, бірақ олардың жасы мен тәжірибесі төртінші сынып оқушыларына қарағанда онымен қалай айналысатынын көрсетті. Мұғалім бұл топ оқушыларының сабақты ерте аяқтағанын және «таңдау тақтасы» әрекеттерін өз бетімен ізденуге пайдаланғанын атап өтті.
5-сыныпқа қызықты және тартымды іс-шаралар қажет - бұл STEM зертханасы жобаға сәйкес келеді. Оқушылардың еденге көтеріліп, рычагтың көмегімен әртүрлі салмақтарды қалай көтеруге болатынын тәжірибе жасағысы келетінін байқадым. Сондай-ақ, 4-сыныптан айырмашылығы, бұл оқушылардың бастапқы білімдері бар екенін және салмақ қосу және STEM зертханасына топтан топқа шынайы оқу тәжірибесін беру арқылы STEM зертханасын келесі деңгейге көтергенін байқадым.
Әр сыныптағы оқушылар робототехника оқу бағдарламасында пәнаралық тәсілді қолданудың пайдасын көрді. Робототехниканы ғылыммен, математикамен немесе инженериямен байланыстыра білу студенттерді қызықтырып қана қоймай, олардың ұғымдарды тереңірек түсінуіне негіз болды. Мұғалімнің ескертпелерінде робототехниканың оқу жоспарын басқа пәндер бойынша оқытылатын сабақтармен біріктіруге немесе синхрондауға болатын бірнеше аумақтар көрсетілген, бұл робототехниканы пәндер арасында шынайы түрде біріктірудің келесі құнды қадамы болуы мүмкін.
Қорытынды
Бүкіл ел бойынша сыныптарда білім беру робототехникасын қолдану артып келе жатқандықтан, робототехниканың студенттерге қалай пайда әкелетінін, сондай-ақ робототехника оқу бағдарламасын оқыту тәжірибесінен алынған сабақтарды зерттеу өте маңызды. Бұл зерттеу робототехника оқу бағдарламасы барлық сыныптар үшін барлық дерлік STEM пәндері бойынша оқушылардың қарым-қатынасын жақсартатынын көрсетті. Сонымен қатар, мұғалім шығармашылық, белсенділік, топтық жұмыс және табандылық сияқты салаларда оқушылар үшін қосымша оқу категорияларын қабылдады.
Нақты сыныптарда білім беру робототехникасының оқушыларға қаншалықты тиімді болатынын зерттеуді жалғастыру үшін біз оқу бағдарламасын жүзеге асыратын мұғалімдерден тікелей үйренуді жалғастыруымыз керек. Бүкіл тәжірибені ой елегінен өткізе отырып, мұғалім өзінің жалпы ұсыныстарын берді:
Егер балалар көбірек білгісі келсе, біз көп нәрсені білеміз. Мен мұның қызықты болғанын қаладым және әрбір сынып шынымды айтсам мүлдем басқаша болды (бұл қалыпты жағдай). Кейбір студенттер басқалары бөлініп, өздерінің құбыжықтарын немесе жаратылыстарын жасағысы келетін құрылыс туралы көбірек білгісі келді. Мен 3-сыныптың өте белсенді екенін байқадым - сабақты аяқтау қиын болды. 4-сыныптар өздерінің жаратылыстану пәндері бойынша оқу бағдарламасымен байланыстырылған қарапайым машиналар сияқты STEM сабақтары туралы білуге өте қуанышты болды. 5-сыныпқа Марсты кодтау, құру және үйрену қиын болды. Менің ойымша, әрбір сыныпқа кейде STEM зертханасымен көбірек уақыт немесе зерттеуге көбірек уақыт қажет болды және мен оларға бердім. Балалар қуанған кезде, сол толқумен жүгіріп, әрі қарай қозғалудың орнына тереңірек қазған дұрыс екенін түсіндім.
Бұл зерттеу сонымен қатар пәнаралық робототехника оқу бағдарламасын жүзеге асыру туралы маңызды түсініктер берді. Алты апталық бағдарлама ретінде студенттер көптеген түрлі зертханалық жұмыстар мен әрекеттерді орындай алды. Бұл оқу жоспарының ұзақтығы оның студенттердің STEM көзқарастарын өзгертуде қаншалықты сәтті болатынына негізді түрде әсер етуі мүмкін екенін көрсетеді. Оқу жоспарының сәттілігінің кілті де сабақты жоспарлау және саралау болды. Мұғалім әртүрлі жастағы оқушылардың дағдылары мен қажеттіліктері әртүрлі екенін және оқу жоспарын әр сынып үшін оңай реттей алатынын анықтады. VEX GO робот жинағының өзі де студенттердің қажеттіліктеріне өте қолайлы болды. Студенттер нұсқауларды оңай орындап, бөлшектерді құрастырып, бөлшектердің қалай жұмыс істейтінін және байланыстырылғанын біле алды. Студенттер құрастырулар мен зертханаларды бір сыныпта тазалау үшін уақытпен аяқтай алады, бұл әдеттегі мектеп күнінің шектеулерінде робототехника бойынша оқу бағдарламасын жасау үшін қажеттілік болып табылады. Бастауыш жас тобына арналған робототехника жинағы және толық пәнаралық оқу бағдарламасы нағыз сыныпта робототехникамен оқыту мен оқу үшін өте маңызды.