추상적인
교육용 로봇공학은 학제간 커리큘럼을 통해 실습, 프로젝트 기반 학습을 제공하는 능력으로 인해 STEM 교육의 초석이 될 가능성이 있습니다. 연구에 따르면 STEM 학습에 대한 학생의 태도는 교육 시스템이 진행됨에 따라 감소하는 것으로 나타났습니다. STEM 주제에 대한 긍정적인 태도를 키우는 것은 초등학생들에게 매우 중요합니다. 로봇 공학 커리큘럼을 STEM 과목과 통합하면 학생들에게 많은 긍정적인 학습 이점을 제공하는 동시에 이러한 주제에 대한 학생의 인식도 향상되는 것으로 나타났습니다. 본 연구에서는 3~5학년 학생 104명이 STEM 주제에 대한 학생들의 인식이 6주간의 로봇공학 커리큘럼 이후에 변하는지 확인하기 위한 연구 프로젝트에 참여했습니다. 학생들은 수학, 과학, 공학 및 21세기 기술에 대한 태도를 평가하기 위해 사전 설문조사를 받았습니다. 그런 다음 각 학년은 VEX GO 로봇 교실 번들과 VEX GO 커리큘럼 STEM 실습 및 활동을 사용하여 로봇 공학 커리큘럼을 완료했습니다. 6주간의 수업이 끝난 후, 학생들은 그들의 태도가 바뀌었는지 평가하기 위해 동일한 사후 설문조사 질문을 받았습니다. 결과는 모든 STEM 과목에 걸쳐 학생 태도가 크게 향상되었을 뿐만 아니라 창의성, 참여, 팀워크 및 끈기 측면에서도 향상된 것으로 나타났습니다.
소개
로봇공학은 국가 보고서와 정책에 힘입어 최근 몇 년 동안 미국 전역의 초등 및 중등 학교에 점점 더 통합되고 있습니다. 2015년에 국립과학재단(National Science Foundation)은 과학, 기술, 엔지니어링, 수학(STEM) 지식과 기술을 습득하는 것이 미국인들이 기술 집약적인 글로벌 경제에 완전히 참여하는 데 점점 더 중요해지고 있으며 모든 사람이 다음을 수행하는 것이 중요하다고 밝혔습니다. STEM 주제에 관한 고품질 교육을 받을 수 있습니다. 교육용 로봇공학은 단순히 교육 기술의 대중적인 추세가 아니라 STEM 과목에 대한 학생의 인식과 학습 결과를 향상시키는 데 효과적인 것으로 연구를 통해 입증되었습니다. 메타 분석(Beniti, 2012)에 따르면 일반적으로 교육용 로봇공학은 특정 STEM 개념에 대한 학습을 증가시키는 것으로 나타났습니다. 다양한 연령대에 초점을 맞춘 연구에서는 로봇 공학이 STEM 과목에 대한 학생의 관심과 긍정적인 인식을 증가시키는 것으로 나타났으며(Nugent et al., 2010; Robinson, 2005; Rogers & Portsmore, 2004), 추가 연구에서는 이것이 결과적으로 학교 성취도를 높이고 과학을 발전시키는 것으로 나타났습니다. 학위 취득(Renninger & Hidi, 2011; Wigfield & Cambria, 2010; Tai et al., 2006). 고등학생의 경우 로봇 공학은 대학 준비 및 기술 직업 기술을 지원하는 데 사용되었습니다(Boakes, 2019; Ziaeefard et al., 2017; Vela et al., 2020).
국가 과학 기술 위원회의 STEM 교육 위원회는 2018년에 학제간 STEM 교육을 위한 연방 전략의 개요를 설명하는 보고서를 발표했습니다. 학습과 기술 개발. 이 새로운 접근 방식에는 실제 적용을 통한 학문적 개념 교육이 포함되며 학교, 지역 사회 및 직장에서의 공식 및 비공식 학습을 결합합니다.” 교육용 로봇공학은 독립된 주제로 가르쳐서는 안 되며, 오히려 학제간 커리큘럼 접근 방식을 최대한 활용해야 합니다. 연구자들은 STEM 지식의 개발 및 적용부터 컴퓨팅 사고력 및 문제 해결 기술, 사회적 및 팀워크 기술에 이르기까지 로봇 공학을 기존 학교 커리큘럼에 통합함으로써 얻을 수 있는 다양한 이점을 발견했습니다(Altin & Pedaste, 2013; Bers et al., 2014; Kandlhofer & Steinbauer, 2015; Taylor, 2016). Benitti(2012)는 대부분의 로봇공학 프로그램이 자체 과목으로 가르치고 있으며 이로 인해 교사가 이를 교실에 통합하기가 더 어렵다는 사실을 발견했습니다. 본 연구의 목표 중 하나는 표준에 맞는 수학, 과학, 공학 콘텐츠와 로봇 공학 구성 및 프로그래밍을 결합한 로봇 공학 커리큘럼을 사용하여 STEM 주제에 대한 학생의 태도를 평가하는 것입니다.
교육용 로봇 공학을 도입하는 것은 빠르면 4학년부터 STEM 과목에 대해 부정적인 태도를 형성하기 시작할 수 있는 어린 학생들에게 특히 도움이 되었습니다(Unfried et al., 2014). 어린 학생들은 통합된 학습 환경의 혜택을 받고 초기 성공 경험을 통해 STEM 과목에 대해 보다 긍정적인 태도를 개발합니다(McClure et al., 2017). Cherniaket al. (2019)은 초등학생에게 로봇 공학을 도입하는 것이 탐구 및 문제 해결 능력을 개발하는 데 도움이 된다는 것을 발견했습니다. Ching et al.의 연구에서. (2019), 초등학교 고학년 학생들은 방과 후 프로그램에서 통합 STEM 로봇 공학 커리큘럼을 접하게 되었습니다. 설문조사 도구(Friday Institute for Educational Innovation, 2012)를 사용하여 프로그램 전후에 수학, 과학, 공학에 대한 학생의 태도를 측정했습니다. 결과는 수학 구성만 크게 증가한 것으로 나타났습니다. Chinget al. 이러한 결과는 비공식 학습 환경 및 단기(1주) 파일럿 프로그램의 다른 연구와 일치한다는 것을 확인했습니다(Conrad et al., 2018; Leonard et al., 2016). Chinget al. 또한 다른 과목의 null 결과에 영향을 미칠 수 있는 다른 어려움도 언급했습니다. 학생들은 로봇을 만드는 데 어려움을 겪었고 로봇을 완성하는 데 최대 4번의 90분 세션이 소요되었습니다. 빌드 지침을 이해하고 로봇을 만드는 데 어려움을 겪는 것은 다른 연구에서도 초등학교 고학년 학생들의 문제로 보고되었으며(Kopcha et al., 2017), 연구원들은 로봇 제작을 위해서는 다양한 로봇 구성 요소에 대한 깊은 이해가 필요하다고 지적했습니다(Slangen 외., 2011). Chinget al. (2019)은 “향후 학습 목표가 독창적이고 기능적인 로봇 제작과 관련된 경우 학생들이 시작하기 전에 로봇의 다양한 구성 요소에 대한 깊은 이해를 개발하는 것이 좋습니다”라고 말했습니다. 598. 이러한 통찰은 어린 아이들이 STEM 학습에 대한 초기 성공 경험을 갖는 것이 특히 중요하며, 배우고 구성하기 쉬운 로봇 키트를 사용하는 것이 모든 학생이 성공할 수 있도록 로봇 커리큘럼을 구현하는 데 중요한 구성 요소라는 점을 분명히 보여줍니다. .
이 연구에서 우리는 학교 수업의 일부로 제공되는 학제간 로봇 공학 커리큘럼이 STEM 과목에 대한 학생의 태도에 어떤 영향을 미쳤는지 조사합니다. 연구 질문은 다음과 같습니다.
- 6주간의 학제간 로봇 공학 커리큘럼이 STEM 과목에 대한 학생들의 태도에 어떤 영향을 미쳤습니까?
- 학생들이 로봇 공학 커리큘럼을 통해 학습할 때 어떤 종류의 인식된 이점이나 학습이 관찰됩니까?
로봇 공학이 초등학교 고학년 학생들에게 어떻게 도움이 될 수 있는지에 대한 지속적인 조사는 STEM에 대한 학생들의 인식을 개선하고 참여도와 결과를 향상시키기 위해 점점 더 중요해지고 있습니다. 본 연구에서는 다음과 같은 조사를 통해 연구에 기여하고자 합니다.
- 3학년부터 5학년까지의 학생들
- 학교 수업에 통합되어 6주에 걸쳐 진행되는 로봇 공학 커리큘럼
- STEM 표준에 부합하는 학제간 로봇공학 수업
- 초등학생을 위해 설계된 로봇 키트
행동 양식
이 연구는 서부 펜실베니아의 한 공립 학교 구역에서 3개 학년에 걸쳐 총 104명의 학생을 대상으로 수행되었습니다. 로봇 공학 커리큘럼을 개발하고 전달한 교사는 학군의 초등 기술 통합자 역할을 하며 교대로 학생들을 돌봅니다. 본 연구에는 정량적 데이터와 정성적 데이터가 모두 포함됩니다. 학생들은 로봇공학 커리큘럼 전후의 STEM 주제에 대한 태도를 실증적으로 평가하기 위해 설문조사 질문에 답변했습니다. 또한 교사는 STEM 연구실과 학생이 완료한 활동 중 학생의 행동과 학습에 대한 메모와 반성을 기록하는 일지를 작성했습니다.
사전조사. STEM 주제에 대한 학생들의 인식을 평가하기 위해 학생들은 STEM 설문조사에 대한 학생 태도 - 초등학교 고학년 학생(Friday Institute for Educational Innovation, 2012)을 완료했습니다. 학생들의 과정을 더 쉽게 만들기 위해 교사는 설문 조사 항목을 표 형식으로 다시 만들고 응답 시 학생들에게 혼란을 초래할 수 있다고 생각되는 중립 옵션을 제거했습니다.
연구 프로젝트를 설명하는 편지와 동의서는 학부모 검토를 위해 학생들과 함께 집으로 발송되었습니다. 본 연구에 참여하기 위해 학생들은 서명된 동의서를 제출해야 했습니다. 설문 조사 도구는 인쇄되어 대면 수업에서 학생들에게 배포되었습니다. 동의서를 제출한 학생들은 설문조사에 참여했고, 그 시간 동안 다른 활동을 하지 않은 학생들에게는 설문조사가 진행되었습니다. 지침은 학생들에게 큰 소리로 읽어 주었고 요청 시 일부 용어가 정의되었습니다. 설문조사는 같은 주의 월요일부터 수요일까지 3, 4, 5학년 학생들이 실시했습니다.
첫 번째 설문 조사가 진행되었을 때 학생들은 Intro to Building 연구실과 우주 비행사 캐릭터 구축 수업을 통해 로봇 키트를 소개받았습니다. 다른 STEM 연구실은 완료되지 않았으며, 코로나19 팬데믹으로 인해 학생들은 지난 1년 반 동안 로봇 공학 커리큘럼을 받지 못했습니다. 이는 학생들이 최근 STEM 커리큘럼을 경험하지 않고도 STEM 주제에 대해 어떻게 생각하는지 평가할 수 있는 기회를 제공했습니다.
교사는 학년이 다른 학생들이 설문조사에 다르게 응답했다는 점을 지적했습니다. 5학년 학생들은 질문이 거의 없이 신속하게 설문조사에 응했습니다. 4학년 학생들은 용어에 대한 많은 정의를 요구했습니다. 3학년 학생들은 용어에 대해 가장 많은 어려움을 겪었고 설문조사를 완료하는 데 가장 오랜 시간이 걸렸습니다.
STEM 학습 커리큘럼과 로봇. 초등학교 기술 통합 교사는 학군에서 사용할 수 있도록 많은 로봇 및 프로그래밍 도구를 수집했지만, 학기말에 수강할 수 있는 컴퓨팅 사고력 및 컴퓨터 과학 수업을 위해 VEX GO 로봇을 사용하여 6주 커리큘럼을 구현하기로 결정했습니다. 2021학년도. VEX GO 로봇은 고학년 학생들과 미세한 모터 요구 사항이 다른 초등학생들이 조작할 수 있는 플라스틱 부품 키트입니다. 키트는 학생들이 조각의 크기를 이해할 수 있도록 색상으로 구분되어 있으며 빔, 앵글 빔, 플레이트, 기어, 도르래, 커넥터, 스탠드오프 및 핀 등 유형별로 구성되어 있습니다. 교사는 자신이 가르치는 3, 4, 5학년의 모든 섹션을 다루기 위해 단일 교실 번들(10개 키트)을 사용했습니다. 교실 구현 관점에서 로봇 키트를 공유한다는 것은 학생들이 수업을 완료하고 단일 수업 시간에 로봇을 치워서 나중에 다른 수업에서 사용할 수 있어야 함을 의미했습니다. 또한 교사는 하루 종일 다른 학년의 다른 교실로 이동할 수 있어야 했습니다.
각 학년 수준에서는 6주간의 로봇공학 STEM 실습을 완료했습니다. 코로나19로 인한 비정형 학습 상황으로 인해 학생들은 10일에 3번씩 교대로 대면 수업을 진행했습니다. 일정과 외부 요인에 따라 모든 학생이 똑같은 횟수로 시청되는 것은 아닙니다. 교사는 차별화를 통해 이 문제를 다루었습니다. “이를 염두에 두고 각 교실을 차별화하려고 노력했습니다. 각 학년별로 많은 수업을 듣고 싶지는 않았지만 대신 이해를 위해 수업을 더 깊이 파고들었습니다.” 5학년 학생들의 모습이 가장 적었습니다. 교사는 졸업하기 몇 주 전에 예정된 행사가 너무 많아서 초등학교 생활이 막바지인 5학년 학생들을 가르치는 것이 어렵다고 지적했습니다.
모든 학생들이 6주 동안 일련의 VEX GO 로봇공학 STEM 실습과 활동을 완료했지만, 커리큘럼은 교사의 재량에 따라 차별화되어 다양한 연령대의 학생들의 능력을 수용할 수 있었습니다. 예를 들어, 모든 학생들은 Intro to Building STEM Lab으로 로봇 공학 커리큘럼을 시작했습니다. 이 실험실에서는 로봇 공학 키트가 소개됩니다. 모든 학생들은 또한 부모 토끼에서 아기 토끼에게 특성이 유전적으로 어떻게 전달되는지 가르치는 Look Alike STEM Lab을 완료했습니다. 그런 다음 각 학년은 서로 다른 일련의 실습 및 활동을 완료했습니다.
- 3학년: 건물 소개, 닮은꼴, 재미있는 개구리(2강), 적응 발톱, VEX GO 활동: 달 탐사선, 핀 게임, Engineer It & Build It, 모방, 서식지, 생물 창조 및 무료 빌드 시간
- 4학년: 건물 소개, 단순 기계 단원(4개 강의), 유사형, 적응 발톱, VEX GO 활동: 달 탐사선, 핀 게임 및 무료 빌드 시간
- 5학년: 건물 입문, 닮은꼴, 재미있는 개구리(2강), 적응 발톱, VEX GO 활동: 달 탐사선, 핀 게임, Engineer It & Build It, 모방, 서식지, 생물 창조 및 무료 빌드 시간
STEM 실험실은 로봇 제작, 학급 토론, 실험 및 반복적 개선을 위한 맥락을 제공하는 학제간, 표준에 맞춰 조정된 수업을 통해 학생들을 안내하는 구조화된 활동입니다. 실습은 학생들에게 수업을 안내하는 참여, 플레이, 공유 섹션으로 구성됩니다. 활동은 STEM 실험실보다 짧고 주제와 구조가 다양하며 종종 더 적은 지침으로 개방형 과제를 제공합니다.
사후 조사. 학년말에 맞춰 교육과정이 끝난 후 사전조사와 동일한 방식으로 사후조사를 실시하였다. 사후 설문조사가 수집되면 교사는 분석 준비를 위해 데이터를 익명화하고 기록했습니다.
데이터 분석. 조사 항목은 규정된 정량적 방법을 사용하여 평가됩니다. 선택한 답변에 점수를 매겼고(1 = 매우 동의하지 않음, 2 = 동의하지 않음, 3 = 동의함, 4 = 매우 동의함) 필요한 경우 특정 항목을 역코딩했습니다. 쌍체 t-검정은 각 구성, 각 등급에 대한 사전 및 사후 조사 수단에 대해 실행되었습니다. 교사 일지는 주제별 분석을 통해 평가되었으며, 이를 통해 학생의 인지된 학습은 물론 커리큘럼 설계/요구 사항에 대한 통찰력이 드러났습니다.
결과
3 학년. 3학년 사전·사후 조사 결과(Table 1)를 보면 각 조사 영역의 평균 점수가 증가한 것으로 나타났다. 각 구성 사전 및 사후 평균은 양측 t-검정을 사용하여 비교되었으며 모든 결과는 유의했습니다(p < 0.001). 가장 작은 평균 증가는 21세기 기술 태도 구성에 대한 것인데, 이는 학생들이 해당 항목에 대한 원래 동의에서 약간만 변화했음을 나타냅니다. 학생들은 설문 조사 전 수학 태도 구성에서 평균 점수가 2.27로 가장 낮았지만 설문 조사 이후에는 이 평균 구성 점수가 0.25만큼 증가했습니다. 과학과 공학 구성 모두 평균 0.6 이상 증가했는데, 이는 학생들이 커리큘럼 이후 선택의 폭을 넓힐 수 있다는 자신감을 훨씬 더 많이 느꼈음을 나타냅니다. 과학 구성 사전 조사 평균 2.8~3.44는 학생들이 원래는 반대와 동의(2와 3)의 혼합이었지만 강한 동의(3과 4)의 혼합으로 변경되었음을 보여줍니다.
1 번 테이블. 3학년 사전 및 사후 설문조사 쌍 t 검정 결과(n = 39).
| 쌍 | 변하기 쉬운 | 평균 | 티 | 시그(2꼬리) |
| 쌍 1 | 예비 수학 | 2.2664 | -8.775 | 0.000 |
| 포스트 수학 | 2.5197 | |||
| 쌍 2 | 예비 과학 | 2.7982 | -21.255 | 0.000 |
| 포스트사이언스 | 3.4415 | |||
| 쌍 3 | 사전 엔지니어링 | 3.1228 | -26.504 | 0.000 |
| 포스트엔지니어링 | 3.7281 | |||
| 쌍 4 | 21세기 이전 기술 | 3.0000 | -3.894 | 0.000 |
| 21세기 이후의 기술 | 3.0906 |
4학년. 표 2는 4학년 학생들이 모든 구성에서 평균 점수가 유사하게 증가했으며 모두 유의미하다는 것을 보여줍니다(p < 0.001). 그러나 증가 폭은 3학년 학생들에게서 나타난 것보다 작았으며(평균 변화는 일반적으로 0.3 미만), 이는 어린 학생들보다 응답을 변경한 학생 수가 적다는 것을 나타냅니다. 3학년 학생들과 마찬가지로 수학 구성은 사전 조사와 사후 조사 모두에서 평균이 가장 낮았고, 21세기 능력은 평균 점수 증가가 가장 작았습니다. 특히, 엔지니어링 구성은 이러한 학생들에게 가장 큰 증가를 보였습니다.
표 2. 4학년 사전 및 사후 설문조사 쌍 t 검정 결과(n = 34).
| 쌍 | 변하기 쉬운 | 평균 | 티 | 시그(2꼬리) |
| 쌍 1 | 예비 수학 | 2.0871 | -7.136 | 0.000 |
| 포스트 수학 | 2.2652 | |||
| 쌍 2 | 예비 과학 | 2.9125 | -7.124 | 0.000 |
| 포스트사이언스 | 3.1987 | |||
| 쌍 3 | 사전 엔지니어링 | 3.0673 | -8.151 | 0.000 |
| 포스트엔지니어링 | 3.3030 | |||
| 쌍 4 | 21세기 이전 기술 | 3.6498 | -4.629 | 0.000 |
| 21세기 이후의 기술 | 3.7003 |
5학년. 5학년 학생의 구성 점수는 3학년, 4학년 학생과 다른 경향을 보입니다(표 3). 이 그룹은 엔지니어링 구성에서 평균 점수가 유일하게 감소했지만 이는 통계적으로 유의미하지 않았고 평균 점수 자체가 더 높았기 때문에 아무런 문제가 되지 않았습니다. 수학, 과학 및 21세기 기술에 대한 평균 구성 점수는 모두 사전 조사에서 사후 조사까지 소폭 증가했으며, 소폭 유의미했습니다(수학과 과학의 경우 p < 0.01, 21세기의 경우 p < ). 세기 기술).
표 3. 5학년 사전 및 사후 설문조사 쌍 t 검정 결과(n = 31).
| 쌍 | 변하기 쉬운 | 평균 | 티 | 시그(2꼬리) |
| 쌍 1 | 예비 수학 | 2.8167 | -3.427 | 0.002 |
| 포스트 수학 | 2.9042 | |||
| 쌍 2 | 예비 과학 | 3.2333 | -3.751 | 0.001 |
| 포스트사이언스 | 3.3111 | |||
| 쌍 3 | 사전 엔지니어링 | 3.4259 | 0.810 | 0.425 |
| 포스트엔지니어링 | 3.3370 | |||
| 쌍 4 | 21세기 이전 기술 | 3.8296 | -2.350 | 0.026 |
| 21세기 이후의 기술 | 3.8741 |
논의
학생 태도. 이 네 가지 구성에 대한 결과는 몇 가지 놀라운 결과를 보여주었습니다. 사전 조사의 평균 점수는 3학년 학생보다 모든 구성 요소에서 5학년 학생이 더 높았습니다. 문헌 조사 결과에 따르면 STEM 태도는 시간이 지남에 따라 감소합니다. 이러한 발견이 이를 부정하는가? 반드시 그런 것은 아닙니다. 학년말이라는 특성상 5학년 학생들이 졸업을 앞둔 다양한 행사에 참석하는 모습이 덜 보였고, 수업 횟수가 줄어들었기 때문에 올해 이 시점에서 그들의 태도에 미치는 영향이 줄어들었을 수 있습니다. 교사는 또한 각 연령대가 설문조사 항목에 다르게 응답했다는 점을 지적했습니다. 3학년 학생들은 많은 질문을 하고 전반적으로 열정적으로 응답했으며, 5학년 학생들은 몇 가지 질문만으로 신속하게 설문조사를 완료했습니다. 아이들의 나이는 질문을 해석하고 답변을 제공할 때 그들이 갖는 뉘앙스의 정도에 영향을 미칠 수 있습니다. 예를 들어, 어린 학생들은 나이가 많은 학생들과 다르게 “동의함”과 “강력히 동의함”을 중시할 수 있습니다. 교사는 자신의 노트에 5학년 학생들에 대해 구체적으로 설명을 추가하고 그들이 설문조사 항목에 기대하는 마음으로 응답했는지, 아니면 자신을 기쁘게 하려는 시도로 응답했는지 궁금해했습니다. 고학년 초등학교 학생들이 기대에 더 잘 적응할수록 그들의 자연스러운 반응은 그에 따라 형성될 수 있습니다.
결과에서 분명한 것은 VEX GO 로봇공학 커리큘럼이 연령대별로 차이가 있다는 것입니다. 3학년 학생들은 모든 영역 구성(수학, 과학, 공학)에서 평균 점수가 크게 증가했습니다. 4학년 학생들은 3학년 학생들만큼 평균 점수가 크게 증가하지는 않았지만 영역 구성에 대한 평균 점수는 여전히 지속적으로 수십 분의 1씩 증가했습니다. 그러나 5학년 학생들은 p < 0.001 미만의 모든 구성 및 유의성 값에서 유의미하지 않은 변화를 보인 유일한 학생이었습니다. 학년별 학생들 사이의 이러한 일반적인 차이는 로봇 공학 커리큘럼이 고학년 학생보다 어린 학생들의 태도에 더 큰 영향을 미쳤다는 것을 나타내며, 로봇 공학 커리큘럼을 조기에 시작하는 것이 중요하다는 점을 강조합니다.
인지된 학습. 교사 일지에는 각 학생 그룹이 수행한 실험과 활동뿐만 아니라 학생들이 수업을 진행하면서 관찰한 많은 내용도 기록되었습니다. 설문 조사 도구는 학생의 태도를 식별할 수 있었지만 일지 항목의 주제별 분석은 연구 문헌과 일치하는 인지된 학습의 여러 주제를 식별했습니다.
창의성. 저널의 주요 주제는 학생의 창의성이었습니다. 3학년에 대해 많이 언급되었지만 세 학년 모두에서 학생들이 Simple Machines, Look Alike, Creature Creation 및 Frog Life Cycle에 참여하는 방식에 대해 창의성이 명시적으로 언급되었습니다. 교사는 이렇게 말했습니다. “3학년은 개구리를 만들면서 너무 신났어요. 이 학년 수준은 가능한 한 창의적이기를 원하며 서식지를 건설하면 아이들이 이러한 기술을 다시 열 수 있습니다.” 학습 자료에는 많은 목표가 있지만 학생들의 창의성을 불러일으키는 것은 다른 많은 이점을 가져오는 귀중한 결과입니다.
참여도. 재미있고 실제적인 테마를 갖춘 구조화된 연구실을 제공하면 학생들의 창의력이 자극되어 참여도가 높아지는 데 도움이 되었습니다. 건물 소개 실습을 시작하면서 교사는 학생들이 일을 그만두고 싶어하지 않는다는 점을 지적했습니다. 마찬가지로 Look Alike 연구실에서도 그녀는 “수업이 정말 끝나기 힘들었습니다. 나는 학생들이 자신의 동물에 더 많은 반복을 추가하여 계속하기를 원한다는 것을 알았습니다…아이들은 청소를 원하지 않고 계속해서 창작물에 추가하기를 원한다는 것을 알았습니다.” 3학년 학생들이 가장 열성적인 것으로 알려졌음에도 불구하고 그녀는 5학년 학생들도 Simple Machines 연구실에 얼마나 적극적으로 참여했는지 설명했습니다. “모든 학생들이 조각을 치우고 싶어하는 데 어려움을 겪고 있다는 것을 알았습니다. 우리는 너무 재미를 느꼈어요!”
팀워크. VEX GO STEM 랩은 학생들에게 특정 역할과 작업이 할당된 팀으로 완료되도록 설계되었습니다. 3학년 학생들은 적응 발톱(Adaption Claw)으로 시작했고 교사는 "학생들도 그룹으로 나뉘어 각자 자신의 직업을 갖고 함께 일할 수 있어서 신났습니다."라고 말했습니다. 4학년 학생들의 경우에도 역할이 있으면 학생들이 그룹에 참여하고 빠르게 시작하는 데 어떻게 도움이 되는지 언급했습니다. 그녀는 또한 학생들이 서식지 건설이나 달 탐사차 건설과 같은 개방형 활동에서 함께 작업하기로 선택하기 시작했다고 언급했습니다.
교사는 또한 학생들이 자발적으로 학급에서 함께 작업한 몇 가지 사례를 언급했습니다. 어떤 학생들은 로봇을 이용해 새로운 것을 탐구했고, 새로운 것을 '발견'하면 다른 학생들은 달려가서 직접 보고 시도하기도 했습니다. "선택판"에서 재미있는 활동을 선택한 학생들은 종종 다른 학생들과 공유하고, 다른 학생들은 해당 활동으로 전환합니다. 그룹으로든 혼자든 학생들은 서로 나누고 돕고 싶어했습니다.
지속성. 모든 활동이 학생들에게 쉬운 것은 아니었습니다. 3학년 학생들은 Intro to Building 실습에 이어 Adaption Claw 실습을 먼저 진행했습니다. 교사는 실험실이 처음에는 약간 발전된 상태였으며 이를 커리큘럼 순서에서 나중에 옮길 것이라고 확인했습니다. 활동을 완료했는지 여부에 관계없이 그룹은 끝까지 지속되었습니다.
나는 이것이 좌절감과 실패가 학습의 일부일 뿐이라는 것을 이해하는 데 큰 교훈이 된다는 것을 알았습니다. 나는 각 그룹에게 무엇이 효과가 있었고 무엇이 효과가 없었는지 설명하게 했습니다. 나는 많은 그룹이 동일한 문제에 대해 듣고 나면 서로를 정말로 이해한다는 것을 발견했습니다.
사용된 일부 활동은 개방형으로 설계되었으며 학생들에게 극복해야 할 과제를 제공했습니다. 학생들은 지진에 견딜 수 있는 집을 만드는 임무를 받았지만 건축 지침은 제공되지 않았습니다. 좌절감의 요소가 포함되어 있었지만 학생들은 이를 사용하여 반복적인 개선 주기를 지속했습니다.
학생들은 이 도전을 정말 좋아했습니다! 나는 학생 그룹이 "지진"을 실험한 후 자신의 실수를 깨닫고 효과가 있었던 것과 그렇지 않은 것을 바탕으로 집을 다시 꾸밀 수 있다는 것을 발견했습니다. 실망스러웠지만 일단 해결하고 나면 성취감을 느끼는 그룹이 얼마나 행복하고 신나는지 정말 놀랐습니다.
커리큘럼. 교사 일지는 또한 로봇 공학 커리큘럼에서 차별화의 중요성에 대한 많은 통찰력을 보여주었습니다. 각 학생 그룹은 VEX GO 키트와 그 안에 포함된 모든 부품을 소개하는 Intro to Building STEM 실습을 완료했습니다. 또한 모든 학생들은 서로 다른 특성을 지닌 부모 토끼와 아기 토끼를 만들도록 하여 학생들에게 특성에 대해 가르치는 Look Alike STEM 연구실을 완료했습니다. 학년별로 일부 실습을 완료한 반면, 연령대별로 차별화가 있었습니다. 고학년인 4학년과 5학년 학생들은 Simple Machines 실습 단원을 완료했고, 3학년 학생들은 Fun Frogs 실습을 완료했습니다. 3학년 학생들은 또한 고학년들보다 독립적인 활동을 더 많이 완료했는데, 이는 교사가 이러한 활동이 어린 학생들의 기술에 유익하다고 지적했기 때문입니다. 교사는 또한 그룹이 실험실을 일찍 마칠 때 고학년 학생들을 위한 활동을 사용했습니다. 이는 그룹이 서로 다른 속도로 작업할 때 학생들이 집중할 수 있도록 교실에서 필요합니다. 실험실과 활동 차별화를 위한 다양한 옵션을 갖는 것은 로봇 공학 프로그램을 교실에 성공적으로 구현하는 데 귀중한 커리큘럼 자산이었습니다.
교사 일지에 따르면 학제간 연구실도 이점이었습니다. 3학년 학생들은 동물과 서식지를 만들고 진화시킬 수 있는 과학을 주제로 한 실험실에 흥미를 느꼈습니다. 3학년 학생들이 처음으로 완성한 동물 실험실은 Look Alike 실험실로, 그곳에서 토끼를 만들고 특성을 전달할 수 있었습니다. 교사는 학생들이 얼마나 동물 만들기를 좋아하고 다양한 변형을 탐구하고 싶어하는지 언급했습니다. 이로 인해 교사는 학생들의 창의력을 키우기 위해 다음 수업에서 생물 창조라는 활동을 선택하게 되었습니다. 학생들이 Fun Frogs 연구실에서 작업할 때 그녀는 학생들이 얼마나 열정적이고 창의적이며 기술 구축에 대한 진입 장벽이 낮다는 이점도 언급했습니다.
아이들은 개구리 주기를 만들고 배우는 것을 좋아했습니다. 나는 아이들이 교과서에서 배운 과학 주제를 직접 체험하는 것을 보았습니다. 나는 3학년 교사에게 서식지에 대해 가르칠 때 이것을 가르치기 위해 내년에 더 협력하자고 이야기했습니다.
4학년 학생들은 Simple Machines 실습 단원을 완료했습니다. 교사는 학생들이 다른 학급에서 단순 기계에 대한 지식을 갖고 있었기 때문에 얼마나 열정적인지 지적했습니다. 엔지니어들이 어떻게 심플머신을 사용하는지 묻고, 연구할 시간도 주었습니다. 교사는 다음과 같이 언급했습니다.
4학년은 과학 분야에서 단순 기계를 중심으로 하고 있기 때문에 이 STEM 연구실은 이 학년 수준에 매우 적합했습니다. 내가 레버를 만들겠다고 했을 때 그 아이의 얼굴이 환하게 빛났다. 대부분의 학생들은 워크시트를 작성했지만 실습 조사는 수행하지 않았습니다. 나는 과학 교사에게 내년에는 더 많은 협력을 하여 그녀가 간단한 기계를 가르칠 때 나도 이 STEM 연구실을 가르칠 것이라고 말했습니다.
5학년 학생들도 Simple Machines 실습 단원을 완료했지만, 그들의 나이와 경험은 4학년 학생들과 다르게 참여하는 방식을 보여주었습니다. 교사는 이 그룹의 학생들이 일찍 끝났으며 스스로 탐색하기 위해 "선택판" 활동을 사용했다는 점에 주목했습니다.
5학년은 흥미롭고 흥미로운 활동이 필요하며 이 STEM 연구소가 이에 적합합니다. 나는 학생들이 바닥에 올라가서 레버를 사용하여 다양한 무게를 들어 올리는 방법을 실험하고 싶어한다는 것을 알았습니다. 나는 또한 4학년과 달리 이 학생들이 배경 지식을 갖고 있고 가중치를 추가하고 STEM 랩에 그룹 간 실제 학습 경험을 제공함으로써 STEM 랩을 다음 단계로 끌어올렸다는 것을 발견했습니다.
각 학년의 학생들은 로봇 공학 커리큘럼에서 학제간 접근 방식을 통해 이점을 얻었습니다. 로봇 공학을 과학, 수학 또는 공학에 연결할 수 있다는 것은 학생들의 참여를 도왔을 뿐만 아니라 더 깊은 이해를 통해 개념을 탐구할 수 있는 기반을 제공했습니다. 교사 노트에는 로봇공학 커리큘럼이 다른 과목에서 가르치는 수업과 통합되거나 동기화될 수 있는 여러 영역이 나와 있으며, 이는 학문 전반에 걸쳐 로봇공학을 진정한 방식으로 통합하는 데 귀중한 다음 단계가 될 수 있습니다.
결론
전국 교실에서 교육용 로봇 공학의 사용이 증가함에 따라 로봇 공학이 학생들에게 어떤 이점을 주는지 연구하고 로봇 공학 커리큘럼을 가르치는 실습에서 배운 교훈을 연구하는 것이 중요합니다. 이 연구에서는 로봇 공학 커리큘럼이 모든 학년의 거의 모든 STEM 과목에 대한 학생 태도를 향상시키는 것으로 나타났습니다. 또한 교사는 창의성, 참여, 팀워크, 끈기와 같은 영역에서 학생들을 위한 추가 학습 범주를 인식했습니다.
교육용 로봇공학이 실제 교실에서 학생들에게 어떻게 가장 도움이 될 수 있는지 계속해서 탐구하기 위해서는 커리큘럼을 구현하는 교사로부터 계속해서 직접 배워야 합니다. 전체 경험을 반영하여 교사는 전반적인 내용을 다음과 같이 제공했습니다.
나는 아이들이 더 많은 것을 배우고 싶어하면 우리가 더 많은 것을 배웠다는 것을 알았습니다. 나는 이것이 즐겁기를 원했고 각 교실은 솔직히 완전히 달랐습니다(이는 완전히 정상입니다). 일부 학생들은 다른 사람들이 자신만의 괴물이나 생물을 창조하고 싶어하는 건물을 짓는 방법에 대해 더 많이 배우고 싶어했습니다. 저는 3학년이 너무 몰입해서 수업을 끝내기가 힘들다는 것을 알았습니다. 4학년은 자신의 과학 커리큘럼과 연결되는 간단한 기계 같은 STEM 수업을 배울 수 있어 매우 기뻤습니다. 5학년은 화성에 관해 코딩하고, 만들고, 배우는 도전을 좋아했습니다. 제 생각에 가장 큰 부분은 각 교실이 때때로 STEM 연구소와 함께 더 많은 시간을 필요로 하거나 탐구하는 데 더 많은 시간이 필요하다는 점이라고 생각합니다. 나는 아이들이 흥분할 때 계속 나아가기보다는 그 흥분을 안고 달리고 더 깊이 파고드는 것이 가장 좋다는 것을 발견했습니다.
이 연구는 또한 학제간 로봇 공학 커리큘럼 구현에 대한 의미 있는 통찰력을 제공했습니다. 6주 프로그램 동안 학생들은 다양한 실험실과 활동을 완료할 수 있었습니다. 이는 커리큘럼의 길이가 학생들의 STEM 태도를 바꾸는 데 얼마나 성공적인지 합리적으로 영향을 미칠 수 있음을 나타냅니다. 수업 비계와 차별화 또한 커리큘럼 성공의 핵심이었습니다. 교사는 연령대가 다른 학생들의 기술과 요구 사항이 다르며 각 학년에 맞게 커리큘럼 계획을 쉽게 조정할 수 있다는 것을 알았습니다. VEX GO 로봇 키트 자체도 학생들의 요구에 매우 적합했습니다. 학생들은 쉽게 지침을 따르고, 부품을 구성하고, 부품이 어떻게 작동하고 연결되는지 배울 수 있었습니다. 학생들은 단일 수업 시간에 구축 및 실습을 완료하고 청소 시간을 가질 수 있습니다. 이는 정규 수업 시간의 제약 속에서 로봇 공학 커리큘럼을 작동시키는 데 필수적입니다. 초등 연령 그룹을 위해 설계된 로봇 키트와 전체 학제간 커리큘럼은 실제 교실에서 로봇을 사용하여 가르치고 학습하는 데 매우 중요합니다.