왜 교육용 로봇공학을 가르치는가?

지난 몇 년 동안 교사와 학교가 로봇공학의 잠재력을 수용하여 디자인, 엔지니어링 및 기술을 가르치기 위한 실습적이고 흥미로운 방법을 제공함에 따라 교육용 로봇공학에 대한 관심이 커졌습니다ⁱ. 또한 학생들에게 과학, 기술, 공학 및 수학(^{) 분야에서 경력을 추구하도록 소개하고 인센티브를 제공하는 방법으로 간주되는 교육용 로봇 공학의 사용}이제 증가된 관심과 투자 덕분에 더욱 저렴하고 강력해졌습니다. 매체에 주어졌습니다. 그에 따른 기술 발전은 이 도구의 접근성에 크게 기여합니다ⁱⁱⁱ. 실제로 로봇공학은 90년대 초 교실에서 CD-ROM과 Microsoft PowerPoint의 사용을 시작으로 컴퓨터가 한때 그랬던 것처럼 교실에서 비슷한 역할을 하는 것으로 간주됩니다^iv.

교육용 로봇공학의 존재감이 커지면서 중요한 질문이 제기됩니다. 이 새롭고 흥미로운 도구를 가장 잘 활용하는 방법은 무엇입니까? 모범 사례를 어떻게 확립할 수 있습니까? 교실에서 교육용 로봇 공학의 목적을 어떻게 개념화합니까? 이러한 질문은 언뜻 보기보다 더 복잡할 수 있습니다. 그리고 그 질문에 대답하다 보면 처음보다 더 많은 질문이 생길 수도 있습니다. 예를 들어, 학생들은 자신의 아이디어와 사고를 표현하기 위해 교육용 로봇을 매체로 사용합니까, 아니면 학생들이 매체와 상호 작용하여 아이디어와 사고를 창출합니까? 교육용 로봇공학은 학생들이 자신의 역량을 보여줄 수 있는 방법입니까, 아니면 학생들이^대로 새로운 역량을 구축할 수 있는 인프라입니까? 아마도 교실에서의 컴퓨터 사용 측면을 고려하면 주제에 대해 더 많은 정보를 얻는 데 도움이 될 수 있습니다.

매체는 해당 응용 프로그램에 따라 다른 범위를 가질 수 있습니다. 그림은 울타리나 시스티나 성당을 그리는 데 사용할 수 있는 매체로 볼 수 있습니다. 매체로서 컴퓨터의 다양성은 틀림없이 훨씬 더 거대합니다. 컴퓨터는 매우 제한된 범위에서 교실에서 계산기나 워드 프로세서로 사용될 수 있지만 그 자체로 강력한 의사소통 수단으로 간주되고 받아들여집니다. Mark Guzdial이 지적했듯이 컴퓨터는^{인쇄기의 현대적인 형태이자}영역에 대해 생각하는 방법으로 이해될 수 있습니다. 따라서 컴퓨터 모델링 및 알고리즘과 같은 기술은 수학과 과학 분야에 대한 우리의 이해에 상당한 영향을 미쳤습니다^vii.

그렇다면 교육용 로봇공학의 범위는 무엇입니까? 교육용 로봇공학은 매우 특정한 작업을 수행하는 사전 구축된 객체로 사용될 수 있으며, 일부 교육용 로봇공학 시스템을 통해 학생들은 학습 설계에 적극적으로 참여할 수 있을 뿐만 아니라 다른 사람이 만든 장치를 수동적으로 사용하는 대신 컴퓨터 인공물을 만드는 사람이 될 수 있습니다. 그들을 위해^viii. 이는 교사들에게 독특한 기회를 제공합니다. 따라서 교육용 로봇공학은 학생들에게 학습에서 자신의 목소리와 선택을 행사하고 문제 해결뿐만 아니라 문제 발견, 문제 구성, 문제 분석, 문제 해결 노력의 계획 및 모니터링에도 참여할 수 있는 기회를 제공하는 매체가 됩니다. 그러면 교육용 로봇 공학은 훨씬 더 큰 무언가가 됩니다. 학생들이 현재 존재하지^{직업을 준비하면서 직면하는 복잡한 과제에 대비할 수 있는 매체이자 다른 귀중한 기술(예: 의사소통 및 협업}을 통합하는 방법이기도 합니다. ) 더 넓은 범위의 21세기 기술에 속합니다.

교육용 로봇 공학이라는 매체를 구현하려는 학교의 노력은 이니셔티브를 추진하는 다양한 동기만큼 많은 징후를 낳은 것 같습니다. 일부 학교에서는 이 도구를 독립형 컴퓨터 과학 또는 STEM 과정의 통합된 부분으로 사용하는 반면, 다른 학교에서는 이 최신 솔루션을 사용하여 기존 과목을 보완합니다. 또 다른 학교에서는 이를 방과후 활동으로 활용하여 "게임화"와 경쟁의 동기 부여 효과를 활용하여 학생의 참여와 몰입도를 높입니다. 학교에서 컴퓨터 사용을 값비싼 계산기로 제한하지 않는 방법을 배운 것과 마찬가지로 교육용 로봇공학의 사용도 인지된 제약으로 인해 제한되어서는 안 됩니다.

자세히 살펴볼 가치가 있는 교육용 로봇공학의 다음 용도는 다음과 같습니다.

• 세상을 이해하기 위해
• 새로운 방식으로 통합 STEM 교육을 가르치기
• 컴퓨팅 사고력을 가르치기
• 반복에 익숙해지고 실패로부터 배우기
• 미래의 직업에 노출되고 배우기

우리의 세계를 이해하려면

과학은 자연계에 대한 설명이다. 과학적 지식을 갖춘 학생들은 과학의 개념과 실제를 모두 이해할 수 있습니다. 그러므로 학생들에게 과학을 가르치는 것은 그들이 살고 있는 세계를 이해할 수 있는 기회를 제공합니다. 이것이 전국의 고등학교 커리큘럼에 천문학, 생물학, 화학과 같은 과목이 포함되는 이유입니다. 하지만 로봇 공학은 어떻습니까? 분명히 로봇은 우리 일상생활에 널리 퍼져 있으며 그 보급률은^x로 증가하고 있습니다. 로봇과 관련된 기술의 발전으로 인해 계산 능력과 데이터 저장 용량이 기하급수적으로 증가했습니다.^xi. 이로 인해 다른 로봇의 경험을 바탕으로 학습하고 결정을 내릴 수 있는 로봇이 탄생했습니다. 로봇은 더 이상 단순한 기능을 수행하는 기계가 아닙니다. 또한 로봇 및 로봇 기술에 대한 수요 증가는 산업 전반에 걸쳐 발생합니다. 그렇습니다. 공장은 많은 로봇의 본거지이지만 이제 로봇은 교육 및 엔터테인먼트 환경에서도 더욱 보편화되었습니다. 가까운 미래에는 로봇이 많은 노인 인구가 집에서 독립적으로 생활할 수 있도록 지원하여 "공동 로봇"이라는 새로운 분야를 창출할 가능성이 높습니다.

당연히 학교에서는…광년 떨어진 곳에 존재하는 행성과 별에 대해 가르치지만 많은 사람들이 매일 상호 작용하는 기술에 대해서는 가르치지 않습니다. 이는 도전이자 기회이기도 합니다. 교육은 과학과 혁신을 주도합니다. 생물학 연구는 계속해서 더 나은 치료법과 질병 근절로 이어지고 있습니다^xiii. 로봇 공학이 우리 학교의 핵심 학문 과목이 된다면 잠재적으로 비슷한 영향을 미칠 수 있습니다.

새로운 방식으로 통합 STEM 교육을 가르치기 위해

교육 연구자들은 교사들이 종종 STEM 분야를 연결하는 데 어려움을 겪는다고 말합니다^xiv. 차세대 과학 표준은 다양한 과학 영역에 걸친 교차 개념을 특징으로 하기 때문에 이는 학교에 도전 과제를 제시합니다. 따라서 학생들은 종종 분리되어 가르치는 개념을 평가 시험에서 볼 수 있는 통합된 맥락으로 전환하는 데 어려움을 겪게 됩니다. 과학 개념을 단독으로 가르치는 것의 또 다른 의도하지 않은 결과는 학생들이 참여하지 않는 학습 환경을 조성하는 경향이 있다는 것입니다. 일상 생활에서 보는 과학의 실제 사례는 특이점이 아닌 STEM 분야 전반에 걸쳐 깊이 통합되어 있습니다. STEM 교육의 목표는 학생들이 학문 내외에서 정보를 정리하고, 이 정보 내에서 심층적이고 구조적인 유사점과 패턴을 식별하고 추론할 수 있도록 돕는 것입니다. 이상적으로는 이러한 지식 조직을 일상 생활의 복잡한 상황과 문제에 적용할 수 있는 능력을 낳는 정점입니다^xv.

교육용 로봇공학은 STEM 교육을 체계화하려는 교사와 학교를 위한 촉진자 역할을 함으로써 이러한 과제를 해결하는 데 도움을 줄 수 있습니다. 교육용 로봇공학의 범위는 간단한 지시를 내릴 수 있는 장난감을 훨씬 뛰어넘기 때문에 교육용 로봇공학을 활용하는 교실은 학생들에게 강력한 엔지니어링 및 프로그래밍 과제를 제공할 수 있습니다.

컴퓨팅 사고력을 가르치기 위해

지난 10년 동안 컴퓨팅 사고력은 K-12 교실에서 인기와 포용성이 높아졌습니다^xvii. 컴퓨팅 사고력은 차세대 과학 표준의 일부이자 실제 수학과 과학의 필수 부분으로 포함되어 있습니다. 컴퓨팅 사고력은 모든 STEM 수업의 필수적인 부분으로 널리 간주됩니다^xviii.

학교 안팎에서 개념으로서의 컴퓨팅 사고력의 인기가 높아지면서 학교에서는 학생들에게 컴퓨팅 사고력을 통합하고 가르칠 수 있는 효과적인 도구를 찾으려고 노력하게 되었습니다. 상응하는 목표는 컴퓨팅 사고력을 심도 있게 탐구하는 수업, 특히 컴퓨터 과학에 대한 참여를 확대하는 것이었습니다. 이 주제 영역의 성별 격차를 해결하는 것도 일관된 목표였습니다. 현재 여학생은 전체 AP 시험 응시자의 약 절반을 차지하지만 AP 컴퓨터 과학 수업을 듣는 응시자 중 25%만 차지합니다.^xix

교육용 로봇공학은 참여 목표를 확대하는 동시에 컴퓨팅 사고력을 가르치는 효과적인 도구가 될 수 있습니다.^{xx xxi} 교육용 로봇 공학의 최근 발전으로 인해 비용이 절감되고 사용 편의성이 향상되어 학생들이 더 쉽게 접근할 수 있게 되었으며 추상적인 STEM 개념을 배울 수 있는 신뢰할 수 있는 방법으로 점진적으로 전환되었습니다. 이처럼 컴퓨터 과학과 로봇 공학의 연관성은 분명합니다. 학생들은 교실과 대회 현장에서 복잡한 작업을 수행하도록 로봇을 프로그래밍할 수 있습니다. 복잡한 작업의 수행이 끝일 수 있지만 수단에는 이러한 작업을 더 작은 부분으로 분해한 다음 반복적으로 함께 구축하여 솔루션을 만드는 것이 포함됩니다. 교실에서는 해당 프로세스의 비계가 매우 중요하며, 교육용 로봇공학은 복잡한 작업의 분해와 비계를 모두 촉진하는 데 효과적일 수 있습니다. 결과적으로 로봇은 컴퓨팅 사고력을 가르치는 효과적인 도구가 될 수 있습니다. 증거가 보여요.^{xxii xxiii} 컴퓨팅 사고력을 효과적으로 가르치면 컴퓨팅 사고력을 다양한 영역에 적용할 수 있는 능력도 향상됩니다. 일반화 가능한 컴퓨팅 사고력 기술을 효과적으로 가르치는 능력과 동시에 이러한 분야에 입학하는 학생을 다양화하는 데 도움이 되는 방법을 제공하는 능력 덕분에 교육용 로봇 공학은 컴퓨팅 사고력을 학교에 통합하고 모든 사람을 위한 컴퓨터 과학 운동에 중요한 공헌자가 되었습니다.

반복에 익숙해지고 실패로부터 배우기

공학 설계와 과학적 방법은 서로 관련된 현상이지만 중요한 차이점을 갖고 있습니다. 과학에서는 우리 세계와 우주의 활동을 설명하는 일반 규칙을 찾는 데 중점을 두는 반면, 공학에서는 해당 문제에 포함된 모든 제약 조건을 충족하는 특정 문제에 대한 해결책을 찾는 것이 포함됩니다^xxiv. 어떤 사람들은 이러한 구별을 "과학자들은 조사하지만 엔지니어들은 창조한다"라는 말로 요약했습니다.^xxv 창의적인 과정을 고려할 때 우리는 그것이 반복에 크게 의존하는 경우가 많다는 것을 인식해야 합니다.

고객의 기대를 충족/초과하거나 경쟁적 과제에 참여하는 등 특정 목표를 달성하기 위해 설계된 엔지니어링 아이디어 및 활동에는 여러 번의 반복이 중요합니다. 교육용 로봇공학 활동에 내재된 필수 다중 반복은 학생의 관심과 지속적인 참여를 유지할 수 있는 것으로 인식되었습니다.^xxvi 또한 빠르게 조립했다가 분해할 수 있는 다양한 부품으로 구성된 로봇 키트 자체의 구성은 반복적인 태도를 조성합니다. 여러 번의 반복은 종종 "시도하고, 다시 시도하라"는 중요한 인생 교훈을 다루기 때문에 학생들은 "실패"가 프로세스의 모든 부분으로 받아들여질 수 있다는 것을 학습함으로써 엄청난 이점을 얻습니다. 도구의 부수적인 이점을 보다 추상적으로 살펴보면서 광범위하게 적용할 수 있는 또 다른 교훈은 가장 단순한 과제에도 다양한 솔루션을 제시하는 교육용 로봇공학의 경향입니다. 동일한 문제에 대해 실제로 여러 가지 해결책이 있다는 것을 깨닫는 것보다 학생의 시야를 더 넓힐 수 있는 것은 무엇입니까? 우리는 이것이 흥미로운 이점을 가져오는 것을 확인했습니다. 즉, 학생들이 교사에게 피드백을 요청할 가능성이 높아지고 학생들이 자신이 배우는 내용이 중요하다는 것을 이해할 가능성이 높아집니다.^xxvii 거기에서 오는 이점은 더욱 커집니다. 이러한 방식으로 학생을 참여시키는 교사는 학생의 자기 효능감을 높일 수 있으며, 이는 실패로부터 배우려는 더 큰 의지로 이어지는 핵심 요소입니다.

미래 직업을 접하고 배우기 위해

우리의 유일한 상수인 변화는 일의 본질에 낯설지 않습니다. 1900년에는 미국 노동력의 약 40%가 농장에서 일했습니다. 오늘날 그 숫자는 2%에 불과합니다.xxix 그것이 너무 오래 전이고 너무 먼 이야기처럼 보인다면 불과 50년 전까지만 해도 일반 근로자는 근무 시간 동안 읽거나 쓸 필요가 없었다는 점을 생각해 보십시오.^xxx 오늘날의 흐름은 옥스퍼드 대학교 공학과에서 진행한 2013년 연구에서 널리 읽히고 논의된 결과로 요약될 수 있습니다. 이 연구에서는 현재 일자리의 47%가 자동화로 인해 사라질 위험에 처해 있다고 추정합니다.

어제의 일반적인 일자리 파괴 및 일자리 창출과는 달리 현재 우려 사항의 중요한 차이점은 '일자리 양극화'입니다. 고용기회를 비워내는 현상을 일컫는 용어로, 고숙련 일자리와 저숙련 일자리에 대한 수요는 높지만 중숙련 일자리와 중임금 일자리의 기회는 줄어들었다는 뜻이다.^xxxii 이 중요한 문제는 일상적인 작업의 자동화에서 찾을 수 있으며, 이에 대한 답은 증강을 위해 창의적으로 작업하여 자동화의 불가피성을 인정하는 것입니다. 이러한 흐름을 성공적으로 타고 있는 기업은 유연성과 유동성으로 대응하고, 기술의 위협적인 존재와 영향력에 맞서거나 이에 맞서기보다는 기술을 활용하여 작업하는 방법을 배우는 기업입니다.^xxxiii 교육자로서 우리 역시 창의적으로 대응하여 미래의 불확실성에 대한 혁신적인 솔루션을 찾는 것이 중요합니다. 앞으로 다가올 현실을 인정하고 적절하고 가치 있는 기술을 가르치는 것은 초등 및 중등 교육 시스템에 달려 있습니다. 현재의 경우 이는 컴퓨터가 단순히 능숙하지 않다는 것을 의미할 수 있습니다. 여기에는 창의성, 대인관계 기술, 문제 해결 등이 포함되며, 교육용 로봇공학을 세련되게 활용하면 함양할 ​​수 있는 모든 기술이 있습니다.^xxxiv

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