Kodėl mokyti mokomosios robotikos?

Per pastaruosius kelerius metus susidomėjimas edukacine robotika suklestėjo, nes mokytojai ir mokyklos naudojasi robotikos potencialu, suteikiančiu praktinių ir patrauklių būdų mokyti dizaino, inžinerijos ir technologijųⁱ. Taip pat laikomas būdu supažindinti ir paskatinti studentus siekti karjeros gamtos mokslų, technologijų, inžinerijos ir matematikos (STEM) srityseⁱⁱ, todėl mokomoji robotika dabar yra prieinamesnė ir patikimesnė dėl viso didesnio dėmesio ir investicijų. duota terpei. Atsiradusi technologinė pažanga labai prisideda prie šios priemonės prieinamumoⁱⁱⁱ. Tiesą sakant, kai kurie mano, kad robotika klasėje atlieka panašų vaidmenį kaip kadaise kompiuteriai, pradedant nuo 90-ųjų pradžios ir CD-ROM bei Microsoft PowerPoint naudojimo klasėse^iv.

Didėjant edukacinei robotikai kyla svarbių klausimų. Kokie yra geriausi šio naujo ir įdomaus įrankio naudojimo būdai? Kaip galime sukurti geriausią praktiką? Kaip suvokiame edukacinės robotikos tikslą klasėje? Šie klausimai gali būti sudėtingesni, nei atrodo iš pirmo žvilgsnio. Ir atsakydami į juos pirmiausia gali kilti daugiau klausimų nei tada, kai pradėjome. Pavyzdžiui, ar mokiniai naudoja mokomąją robotiką kaip priemonę savo idėjoms ir mąstymui parodyti, ar mokiniai kuria idėjas ir mąsto bendraudami su medija? Ar edukacinė robotika yra būdas mokiniams parodyti savo kompetenciją, ar tai infrastruktūra, kuria remdamiesi mokiniai ugdo naujas kompetencijas^prieš? Galbūt, atsižvelgus į kompiuterio naudojimo klasėje aspektą, ši tema gali būti labiau nušviesta.

Priklausomai nuo jos taikymo, laikmena gali turėti skirtingą taikymo sritį. Į tapybą galima žiūrėti kaip į terpę, kuria galima nudažyti tvorą ar Siksto koplyčią. Galima teigti, kad kompiuterių, kaip terpės, universalumas yra dar didesnis; kompiuteris gali būti naudojamas klasėje labai ribotai – kaip skaičiuotuvas arba kaip tekstų rengyklė, tačiau jis taip pat laikomas galinga komunikacijos priemone. Kaip pažymėjo Markas Guzdialas, kompiuterius galima suprasti kaip modernią Gutenbergo spausdinimo preso formą^viir kaip būdą galvoti apie kitas sritis. Tokios technologijos kaip kompiuterinis modeliavimas ir algoritmai turėjo didelės įtakos mūsų supratimui apie matematikos ir gamtos mokslų sritis^vii.

Kokia tada yra edukacinės robotikos taikymo sritis? Mokomoji robotika gali būti naudojama kaip iš anksto sukurti objektai, atliekantys labai specifines užduotis, o kai kurios edukacinės robotikos sistemos leidžia studentams tapti aktyviais mokymosi kūrimo dalyviais, taip pat skaičiavimo artefaktų kūrėjais, o ne pasyviais kitų pagamintų įrenginių naudotojais. jiems^viii. Tai suteikia mokytojams unikalių galimybių. Mokomoji robotika tampa priemone, suteikiančia studentams galimybę naudotis savo balsu ir pasirinkimu mokantis ir įtraukia juos ne tik į problemų sprendimą, bet ir į problemų paiešką, problemų kūrimą, problemų analizę, planuojant ir sprendžiant problemas. Mokomoji robotika tampa kažkuo daug didesniu – priemone, padedančia paruošti mokinius sudėtingiems iššūkiams, kurie jų laukia, kai jie ruošiasi darbams, kurių šiuo metu nėra^ix, taip pat būdu įtraukti kitus vertingus vikrumą (pvz., bendravimą ir bendradarbiavimą). ) priklausantys platesniam XXI amžiaus įgūdžių spektrui.

Atrodo, kad mokyklų pastangos įgyvendinti edukacinės robotikos priemonę sukėlė tiek apraiškų, kiek skirtingų iniciatyvų motyvų. Kai kurios mokyklos naudoja šį įrankį kaip integruotą savarankiško informatikos ar STEM kurso dalį, o kitos mokyklos naudoja šį modernų sprendimą tradiciniams dalykams papildyti. Dar kitos mokyklos naudoja jas kaip popamokinę veiklą, kuri vėliau naudojasi „žaidimų“ ir konkursų motyvaciniu poveikiu, kad padidintų mokinių dalyvavimą ir įsitraukimą. Lygiai taip pat, kaip mokyklos išmoko neapriboti kompiuterių naudojimo tik brangiais skaičiuotuvais, mokomosios robotikos naudojimas neturėtų būti ribojamas suvokiamais suvaržymais.

Verta išsamiai išnagrinėti šiuos edukacinės robotikos naudojimo būdus:

• Suprasti mūsų pasaulį
• Mokyti integruotą STEM ugdymą naujais būdais
• Išmokyti kompiuterinio mąstymo
• Patogiai dirbti su iteracija ir mokytis iš nesėkmių
• Susipažinti su ateities darbais ir sužinoti apie juos

Norėdami suprasti mūsų pasaulį

Mokslas yra gamtos pasaulio paaiškinimas. Moksliškai raštingi studentai gali suprasti tiek mokslo sąvokas, tiek praktiką. Todėl, mokydami studentus gamtos mokslų, jie turi galimybę suprasti pasaulį, kuriame jie gyvena. Štai kodėl visos šalies vidurinių mokyklų mokymo programose yra tokių dalykų kaip astronomija, biologija ir chemija. Bet kaip su robotika? Akivaizdu, kad robotai yra paplitę mūsų kasdieniame gyvenime ir šis paplitimas didėja^x. Su robotais susijusių technologijų patobulinimai lėmė eksponentinį skaičiavimo galios ir duomenų saugojimo augimą^xi. Taip atsirado robotai, galintys mokytis ir priimti sprendimus remdamiesi kitų robotų patirtimi. Robotai nebėra mašinos, atliekančios paprastas funkcijas. Be to, didėjanti robotų ir robotų technologijų paklausa apima visas pramonės šakas. Taip, gamyklos yra daugelio robotų namai, tačiau dabar robotai taip pat labiau paplitę švietimo ir pramogų srityse. Visai įmanoma, kad netolimoje ateityje robotai padės daugeliui pagyvenusių žmonių gyventi savarankiškai savo namuose, taip sukurdami naują „ko-robotų“ lauką.^xii

Mokyklose teisingai mokoma apie planetas ir žvaigždes, esančias nutolusias…bet ne apie technologijas, su kuriomis daugelis bendrauja kasdien. Tai iššūkis, bet ir galimybė. Švietimas skatina mokslą ir inovacijas. Biologijos studijos ir toliau veda prie geresnių gydymo būdų ir ligų bei ligų išnaikinimo^xiii. Jei robotika taptų pagrindiniu akademiniu dalyku mūsų mokyklose, tai gali turėti panašų poveikį.

Mokyti integruoto STEM ugdymo naujais būdais

Švietimo tyrinėtojai teigia, kad mokytojams dažnai sunku užmegzti ryšius tarp STEM disciplinų^xiv. Tai yra iššūkis mokykloms, nes naujos kartos mokslo standartai apima įvairias mokslo sritis apimančias koncepcijas. Todėl studentams bus sunku perkelti sąvokas, kurios dažnai dėstomos atskirai, į integruotą kontekstą, kurį matys vertinimo egzaminuose. Kita nenumatyta atskiro mokslo sampratų mokymo pasekmė yra tendencija sukurti mokymosi aplinką, kurioje studentai atsiriboja. Autentiški mokslo pavyzdžiai, kuriuos jie mato kasdieniame gyvenime, turi gilią STEM disciplinų integraciją, o ne išskirtinumą. STEM ugdymo tikslas – padėti mokiniams organizuoti informaciją disciplinose ir tarp disciplinų, gebėti atpažinti ir pagrįsti gilius, struktūrinius šios informacijos panašumus ir modelius; kulminacija, idealiu atveju suteikianti galimybę pritaikyti šį žinių organizavimą sudėtingose ​​kasdienio gyvenimo situacijose ir problemose^xv.

Mokomoji robotika gali padėti spręsti šiuos iššūkius, nes ji padeda mokytojams ir mokykloms organizuoti STEM mokymą. Kadangi edukacinės robotikos taikymo sritis yra daug daugiau nei žaislas, kuriam galima duoti paprastas instrukcijas, klasės, kuriose naudojama edukacinė robotika, gali pasiūlyti studentams rimtų inžinerinių ir programavimo iššūkių.

Išmokyti kompiuterinio mąstymo

Per pastaruosius 10 metų kompiuterinis mąstymas išpopuliarėjo ir išaugo K-12 klasėse^xvii. Kompiuterinis mąstymas yra įtrauktas į naujos kartos mokslo standartus ir kaip esminė realaus pasaulio matematikos ir mokslo dalis. Kompiuterinis mąstymas yra plačiai laikomas neatsiejama bet kurios STEM klasės dalimi^xviii.

Didėjantis kompiuterinio mąstymo kaip sąvokos populiarumas tiek mokyklose, tiek už jų ribų, paskatino mokyklas rasti veiksmingų įrankių integruoti ir mokyti savo mokinius kompiuterinio mąstymo. Atitinkamas tikslas buvo išplėsti dalyvavimą pamokose, ypač informatikos, kurios labai gilina į skaičiavimo mąstymą; lyčių atotrūkio problema šioje srityje taip pat buvo nuoseklus tikslas. Šiuo metu mergaitės sudaro maždaug pusę visų AP testus laikiusiųjų, tačiau tik 25 % tų, kurie lanko AP informatikos pamokas^xix

Mokomoji robotika gali būti veiksminga priemonė mokyti skaičiuoti mąstymą, kartu padedanti išplėsti dalyvavimo tikslus.^{xx xxi} Naujausi edukacinės robotikos pasiekimai sumažino išlaidas ir padidino naudojimo paprastumą, todėl jie tapo prieinamesni studentams ir palaipsniui tapo patikimu būdu mokytis abstrakčių STEM sąvokų. Taigi kompiuterių mokslo ir robotikos ryšys yra aiškus; mokiniai turi galimybę užprogramuoti savo robotus atlikti sudėtingas užduotis tiek klasėje, tiek varžybų aikštelėse. Nors sudėtingų užduočių atlikimas gali būti pabaiga, priemonės apima šių užduočių išskaidymą į mažesnes dalis ir iteracinį jų sujungimą, kad būtų sukurtas sprendimas. Klasėse šio proceso pastoliai yra gyvybiškai svarbūs, ir vėlgi, edukacinė robotika gali būti veiksminga palengvinant sudėtingų užduočių skaidymą ir pastolius. Todėl robotai gali būti veiksminga priemonė mokyti skaičiuoti mąstymą, įrodymai rodo.^{xxii xxiii} Efektyvus kompiuterinio mąstymo mokymas taip pat lemia gebėjimą taikyti skaičiavimo mąstymą įvairiose srityse. Gebėjimas efektyviai mokyti apibendrinamojo skaičiavimo mąstymo įgūdžių, kartu siūlant būdus, kaip įvairinti studentus, kurie pradeda mokytis šiose srityse, daro edukacinę robotiką reikšmingu indėliu į kompiuterinio mąstymo integravimą į mokyklas ir judėjimą „Computer Science for All“.

Kad būtų patogu kartoti ir mokytis iš nesėkmių

Inžinerinis projektavimas ir mokslinis metodas yra susiję reiškiniai, tačiau juose yra svarbių skirtumų. Moksle daug dėmesio skiriama bendrųjų taisyklių, apibūdinančių mūsų pasaulio ir visatos veiksmus, paieška, o inžinerija apima konkrečios problemos sprendimų, atitinkančių visus tos problemos suvaržymus, paiešką^xxiv. Kai kurie šį skirtumą apibendrino sakydami: „mokslininkai tiria, o inžinieriai kuria“^xxv Svarstydami kūrybos procesą turime pripažinti jo dažnai didelę priklausomybę nuo iteracijos.

Keletas iteracijų yra labai svarbios inžinerinėms idėjoms ir veikloms, skirtoms tam tikriems tikslams pasiekti, nesvarbu, ar patenkinti / viršyti klientų lūkesčius, ar dalyvaujant konkurenciniame iššūkyje. Pripažinta, kad būtini daugkartiniai pakartojimai, būdingi edukacinei robotikos veiklai, gali išlaikyti studentų susidomėjimą ir nuolatinį įsitraukimą.^xxvi Be to, pačių robotikos rinkinių sudėtis su daugybe skirtingų dalių, kurias galima greitai surinkti ir tada išardyti, skatina iteracijos požiūrį. Kadangi kartojimas dažnai apima svarbią gyvenimo pamoką „bandyk, bandyk dar kartą“, mokiniams labai naudinga išmokti, kad „nesėkmės“ gali būti įtrauktos į visą procesą. Kita plačiai taikoma pamoka, pagrįsta abstraktesniu žvilgsniu į papildomus šio įrankio privalumus, yra edukacinės robotikos tendencija pateikti kelis sprendimus net ir paprasčiausiems iššūkiams. Kas gali labiau praplėsti studento akiratį, nei suvokti, kad iš tiesų yra keli tos pačios problemos sprendimai? Pastebėjome, kad tai duoda įdomių privalumų: padidėja tikimybė, kad mokiniai paprašys mokytojų atsiliepimų, ir didesnė tikimybė, kad mokiniai supras, ką mokosi kaip svarbu.^xxvii Nauda tik iš to susideda – mokytojai, tokiu būdu įtraukdami mokinius, gali padidinti mokinių savarankiškumą, o tai yra pagrindinis elementas, skatinantis didesnį norą mokytis iš nesėkmių.^xxviii

Būkite atviri ir sužinokite apie ateities darbus

Pokyčiai, mūsų vienintelė nuolatinė, darbo prigimtis nėra svetima. 1900 m. maždaug 40% Amerikos darbo jėgos dirbo ūkiuose. Šiandien šis skaičius yra tik 2%.xxix Jei tai atrodo per seniai, per toli, pagalvokite, kad dar prieš 50 metų vidutiniam darbuotojui per savo darbo dieną nereikėjo skaityti ar rašyti.^xxx Šiandienos potvynius galima įkūnyti plačiai skaitomame ir aptartame 2013 m. Oksfordo universiteto Inžinerijos mokslų katedros tyrime, kuriame apskaičiuota, kad dėl automatizavimo gresia 47 % dabartinių darbo vietų.^xxxi

Svarbus dabartinių rūpesčių skirtumas, priešingai nei įprastai vakarykščio darbo vietų naikinimo ir darbo vietų kūrimo srovei, yra „darbo vietų poliarizacija“. Šis terminas taikomas užimtumo galimybių mažinimui, o tai reiškia, kad yra didelė aukštos kvalifikacijos ir žemos kvalifikacijos darbų paklausa, tačiau sumažėjo vidutinės kvalifikacijos ir vidutinio darbo užmokesčio darbo galimybės.^xxxii Šią reikšmingą problemą galima atsekti įprasto darbo automatizavimu, o atsakymai apima automatizavimo neišvengiamumo pripažinimą kūrybiškai dirbant didinant. Sėkmingai šią bangą įveikia įmonės, kurios reaguoja lanksčiai ir sklandžiai, mokosi dirbti su technologijomis, o ne bėga nuo jos bauginančio buvimo ir poveikio ar maištauja prieš jį.^xxxiii Mums, pedagogams, labai svarbu reaguoti kūrybiškai, ieškant naujoviškų sprendimų dėl ateities netikrumo. Pradinio ir vidurinio ugdymo sistemos turi pripažinti realijas horizonte ir mokyti svarbių bei vertingų įgūdžių, o tai šiuo atveju gali reikšti, kad kompiuteriai tiesiog nėra tinkami. Tai apima kūrybiškumą, tarpasmeninius įgūdžius ir problemų sprendimą. Visi įgūdžiai, kuriuos galima lavinti, yra tobulas mokomosios robotikos panaudojimas.^xxxiv

---