Mokinių požiūrio į STEM gerinimas: atradimas iš VEX GO mokymo programos

Abstraktus

Mokomoji robotika gali tapti STEM švietimo kertiniu akmeniu, nes ji gali teikti praktinį, projektais pagrįstą mokymąsi pagal tarpdalykinę mokymo programą. Tyrimai parodė, kad mokinių požiūris į STEM mokymąsi mažėja jiems tobulėjant mūsų švietimo sistemoje; ugdyti teigiamą požiūrį į STEM temas yra labai svarbu pradinio amžiaus mokiniams. Įrodyta, kad robotikos mokymo programos integravimas su STEM dalykais turi daug teigiamos mokymosi naudos studentams, o taip pat gerina mokinių suvokimą apie šias temas. Šiame tyrime 104 mokiniai nuo trečios iki penktos klasės dalyvavo tyrimo projekte, kurio tikslas buvo nustatyti, ar mokinių suvokimas STEM temomis pasikeis po šešių savaičių robotikos mokymo programos. Mokiniams buvo atlikta išankstinė apklausa, skirta įvertinti požiūrį į matematiką, mokslą, inžineriją ir XXI amžiaus įgūdžius. Tada kiekviena klasė baigė robotikos mokymo programą naudodama VEX GO robotų klasės paketą ir VEX GO mokymo programos STEM laboratorijas ir veiklą. Po šešių savaičių pamokų mokiniams buvo pateikti tie patys po apklausos klausimai, siekiant įvertinti, ar pasikeitė jų požiūris. Rezultatai rodo žymiai pagerėjusį studentų požiūrį į visus STEM dalykus, taip pat pagerėjusį kūrybiškumą, įsitraukimą, komandinį darbą ir atkaklumą.

AdobeStock_443602033.jpeg

Įvadas

Robotika pastaraisiais metais vis labiau integruota į pradines ir vidurines mokyklas visose JAV, skatinama nacionalinių ataskaitų ir politikos. 2015 m. Nacionalinis mokslo fondas pareiškė, kad mokslo, technologijų, inžinerijos ir matematikos (STEM) žinių ir įgūdžių įgijimas yra vis svarbesnis amerikiečiams, norint visapusiškai įsitraukti į technologijoms imlią pasaulio ekonomiką, ir kad visiems labai svarbu turėti galimybę gauti aukštos kokybės išsilavinimą STEM temomis. Mokomoji robotika yra ne tik populiari švietimo technologijų tendencija, bet ir tyrimais įrodyta, kad ji veiksminga gerinant mokinių suvokimą apie STEM dalykus ir mokymosi rezultatus. Metaanalizė (Beniti, 2012) parodė, kad apskritai edukacinė robotika padidino mokymąsi pagal konkrečias STEM koncepcijas. Įvairioms amžiaus grupėms skirti tyrimai atskleidė, kad robotika didina mokinių susidomėjimą ir teigiamą STEM dalykų suvokimą (Nugent ir kt., 2010; Robinson, 2005; Rogers & Portsmore, 2004), o tolesni tyrimai parodė, kad tai savo ruožtu didina pasiekimus mokykloje ir skatina mokslą. laipsnio pasiekimas (Renninger & Hidi, 2011; Wigfield & Cambria, 2010; Tai ir kt., 2006). Vidurinių mokyklų studentams robotika buvo naudojama siekiant palaikyti pasirengimą koledže ir techninius karjeros įgūdžius (Boakes, 2019; Ziaeefard ir kt., 2017; Vela ir kt., 2020).

Nacionalinės mokslo ir technologijų tarybos STEM švietimo komitetas 2018 m. paskelbė ataskaitą, kurioje išdėstė federalinę tarpdisciplininio STEM ugdymo strategiją: „Paties STEM ugdymo pobūdis vystėsi iš sutampančių disciplinų rinkinio į labiau integruotą ir tarpdisciplininį požiūrį į mokymasis ir įgūdžių ugdymas. Šis naujas požiūris apima akademinių sąvokų mokymą naudojant realaus pasaulio programas ir sujungia formalųjį ir savaiminį mokymąsi mokyklose, bendruomenėje ir darbo vietoje. Mokomoji robotika neturėtų būti dėstoma kaip atskira tema, o veikiau visapusiškai išnaudoti tarpdalykinio mokymo metodo privalumus. Tyrėjai atrado daugybę privalumų, susijusių su robotikos įtraukimu į esamas mokyklos mokymo programas, pradedant STEM žinių kūrimu ir pritaikymu, baigiant kompiuterinio mąstymo ir problemų sprendimo įgūdžiais, baigiant socialiniais ir komandinio darbo įgūdžiais (Altin & Pedaste, 2013; Bers ir kt., 2014 m.; Kandlhofer & Steinbauer, 2015; Taylor, 2016). Benitti (2012) nustatė, kad dauguma robotikos programų buvo dėstomos kaip atskiras dalykas, todėl mokytojams buvo sunkiau integruoti jas į savo klasę. Vienas iš šio tyrimo tikslų yra įvertinti studentų požiūrį į STEM temas, naudojant robotikos mokymo programą, kurioje robotikos konstravimas ir programavimas derinamas su standartais suderintu matematikos, gamtos mokslų ir inžinerijos turiniu.

Mokomosios robotikos įdiegimas ypač padėjo jauniems mokiniams, kurie jau 4 klasėje gali pradėti formuoti neigiamą požiūrį į STEM dalykus (Unfried ir kt., 2014). Jauni studentai gauna naudos iš integruoto mokymosi konteksto ir formuoja pozityvesnį požiūrį į STEM dalykus, patyrę ankstyvą sėkmės patirtį (McClure ir kt., 2017). Cherniak ir kt. (2019) nustatė, kad pradinių klasių mokinių supažindinimas su robotika padeda ugdyti klausimo ir problemų sprendimo įgūdžius. Ching ir kt. tyrime. (2019), vyresniųjų pradinių klasių mokiniai buvo supažindinti su integruota STEM robotikos mokymo programa popamokinėje programoje. Naudojant apklausos instrumentą (Friday Institute for Educational Innovation, 2012), prieš ir po programos buvo matuojamas mokinių požiūris į matematiką, gamtos mokslus ir inžineriją. Rezultatai parodė, kad tik matematikos konstrukcija žymiai padidėjo. Ching ir kt. nustatė, kad šie rezultatai atitinka kitus neformalaus mokymosi aplinkoje ir trumpų (vienos savaitės) bandomųjų programų tyrimus (Conrad ir kt., 2018; Leonard ir kt., 2016). Ching ir kt. taip pat atkreipė dėmesį į kitus sunkumus, kurie galėjo turėti įtakos nuliniams kitų dalykų rezultatams: studentai sunkiai kūrė robotus, jiems užbaigti prireikė iki keturių 90 minučių sesijų. Sunkumai suprasti konstravimo instrukcijas ir robotų kūrimą taip pat buvo iššūkis vyresniųjų klasių mokiniams ir kitose studijose (Kopcha ir kt., 2017), o mokslininkai pažymėjo, kad norint sukurti robotą, būtina gerai suprasti įvairius robotų komponentus (Slangen). ir kt., 2011). Ching ir kt. (2019) teigė: „Ateityje, kai mokymosi tikslas bus susijęs su originalaus ir funkcionalaus roboto konstravimu, labai rekomenduojama, kad studentai prieš pradėdami dirbti giliai suprastų įvairius robotų komponentus“ p. 598. Šios įžvalgos aiškiai parodo, kad mažiems vaikams ypač svarbu patirti ankstyvą STEM mokymosi sėkmę, o lengvai išmokstamo ir sukonstruojamo roboto rinkinio naudojimas yra vertingas robotų mokymo programos įgyvendinimo komponentas, kad visi mokiniai pasiektų sėkmės. .

Šiame tyrime tiriame, kaip tarpdisciplininė robotikos mokymo programa, teikiama kaip mokyklos dienos dalis, paveikė studentų požiūrį į STEM dalykus. Tyrimo klausimai yra šie:

  1. Kaip šešių savaičių tarpdisciplininė robotikos mokymo programa paveikė studentų požiūrį į STEM dalykus?
  2. Kokią naudą ar mokymąsi pastebi, kai studentai dirba pagal robotikos mokymo programą?

Nuolatinis tyrimas, kaip robotika gali būti naudinga vyresniųjų klasių mokiniams, yra vis svarbesnis siekiant pagerinti studentų supratimą apie STEM ir, tikiuosi, pagerinti įsitraukimą ir rezultatus. Šiuo tyrimu siekiame prisidėti prie tyrimo tirdami:

  • mokiniai nuo trečios iki penktos klasės
  • robotikos mokymo programa, integruota į mokyklos dieną ir teikiama per šešias savaites
  • tarpdisciplininės robotikos pamokos, atitinkančios STEM standartus
  • robotikos rinkinys, skirtas pradinio amžiaus mokiniui

Metodai

Šis tyrimas buvo atliktas Vakarų Pensilvanijos valstybinės mokyklos rajone, kuriame dalyvavo 104 mokiniai iš trijų klasių. Mokytojas, sukūręs ir pristatęs robotikos mokymo programą, yra rajono elementarių technologijų integratorius ir mokinius mato besikeičiančiu grafiku. Šis tyrimas apima tiek kiekybinius, tiek kokybinius duomenis. Studentai atsakė į apklausos klausimus, kad empiriškai įvertintų savo požiūrį į STEM temas prieš ir po robotikos mokymo programos. Be to, mokytoja vedė žurnalą, kuriame rašė pastabas ir apmąstymus apie studentų elgesį ir mokymąsi STEM laboratorijose ir jų baigtose veiklose.

Išankstinė apklausa. Norėdami įvertinti studentų suvokimą apie STEM temas, studentai atliko Studentų požiūrio į STEM tyrimą – vidurinės mokyklos mokiniai (Friday Institute for Educational Innovation, 2012). Siekdama palengvinti mokinių procesą, mokytoja iš naujo sukūrė apklausos elementus lentelės formoje ir pašalino neutralią parinktį, kuri, jos manymu, sukels mokinių painiavą atsakant.

Laiškai, kuriuose aprašomas tyrimo projektas, ir sutikimo formos buvo išsiųsti kartu su mokiniais namo tėvams peržiūrėti. Norėdami dalyvauti šiame tyrime, studentai turėjo grąžinti pasirašytą sutikimo formą. Apklausos priemonė buvo atspausdinta ir išdalinta mokiniams asmeninėje klasėje. Sutikimo formą grąžinę studentai dalyvavo apklausoje, o negrąžinusiems studentams per tą laiką buvo skirta kita veikla. Instrukcijos buvo garsiai perskaitytos mokiniams, o kai kurie terminai buvo apibrėžti paprašius. Apklausas atliko trečios, ketvirtos ir penktos klasės mokiniai nuo tos pačios savaitės pirmadienio iki trečiadienio.

Tuo metu, kai buvo pristatyta pirmoji apklausa, studentai buvo supažindinti su robotų rinkiniu, naudojant laboratoriją Intro to Building, ir pamoka, kaip sukurti astronauto charakterį. Jokia kita STEM laboratorija nebuvo baigta, o dėl COVID-19 pandemijos studentai per ankstesnius pusantrų metų nebuvo gavę robotikos mokymo programos. Tai suteikė galimybę įvertinti, kaip mokiniai jaučiasi STEM temomis, neturėdami naujausios patirties, susijusios su STEM mokymo programa, formuojančia jų atsakymus.

Mokytoja pastebėjo, kad skirtingų klasių mokiniai į apklausas reagavo skirtingai. Penktos klasės mokiniai apklausą atliko greitai ir turėdami nedaug klausimų. Ketvirtos klasės mokiniai prašė daugybės terminų apibrėžimų. Trečios klasės mokiniai turėjo daugiausiai iššūkių su terminologija ir ilgiausiai užpildė apklausą.

STEM mokymosi programa ir robotas. Pradinių technologijų integratoriaus mokytojas turėjo daug robotizuotų ir programavimo įrankių, surinktų naudojimui rajone, tačiau pasirinko šešių savaičių mokymo programą su VEX GO robotu, skirtą Kompiuterinio mąstymo ir informatikos pamokoms, kurias galėjo turėti baigus. 2021 mokslo metai. VEX GO robotas yra plastikinių dalių rinkinys, kuriuo gali manipuliuoti pradinių klasių mokiniai, kurių smulkiosios motorikos reikalavimai skiriasi nuo vyresnių mokinių. Rinkinys pažymėtas spalvomis, kad padėtų mokiniams suprasti dalių dydį ir suskirstytas pagal tipą: sijos, kampinės sijos, plokštės, krumpliaračiai, skriemuliai, jungtys, tarpikliai ir kaiščiai. Mokytoja naudojo vieną klasės paketą (dešimt rinkinių), kad aptarnautų visus jos mokomus trečios, ketvirtos ir penktos klasių skyrius. Robotų rinkinių dalijimasis klasėje reiškė, kad mokiniai turėjo sugebėti baigti pamoką ir padėti savo robotą per vieną pamoką, kad kita klasė galėtų juos naudoti vėliau. Mokytojas taip pat turėjo turėti galimybę visą dieną pereiti į skirtingas klases skirtingoms klasėms.

Kiekvienas klasės lygis baigė šešias savaites robotikos STEM laboratorijose. Dėl netipinės mokymosi situacijos, kurią sukėlė COVID-19, mokiniai keitėsi pagal asmeninių pamokų tvarkaraštį tris kartus per dešimties dienų rotaciją. Ne visi studentai buvo matyti lygiai tiek pat kartų, atsižvelgiant į jų tvarkaraštį ir išorinius veiksnius. Mokytojas tai sprendė diferencijuodamas: „Turėdamas tai omenyje, stengiausi iš tikrųjų atskirti kiekvieną klasę. Nenorėjau leisti tiek daug pamokų kiekvienoje klasėje, bet iš tikrųjų gilintis į pamokas, kad suprasčiau. Mažiausiai matėsi penktos klasės mokiniai. Mokytoja pastebėjo, kad buvo sunku mokyti penktokus pačioje pradinių klasių karjeros pabaigoje, nes likus savaitėms iki baigimo buvo suplanuota tiek daug renginių.

Nors visi mokiniai per tas šešias savaites baigė VEX GO robotikos STEM laboratorijas ir užsiėmimus, mokymo programa buvo diferencijuojama mokytojo nuožiūra, kad atitiktų įvairaus amžiaus mokinių gebėjimus. Pavyzdžiui, visi studentai pradėjo savo robotikos mokymo programą nuo STEM laboratorijos kūrimo įvado, nes šioje laboratorijoje pristatomas robotikos rinkinys. Visi studentai taip pat baigė „Look Alike STEM Lab“, kurioje mokoma, kaip genetiškai perduodami bruožai iš tėvų zuikių į mažylius. Tada kiekviena klasė baigė skirtingą laboratorijų ir veiklų rinkinį:

  • Trečia klasė: Įvadas į statybą, Atrodykite panašiai, Linksmos varlės (2 pamokos), Prisitaikymo letena, VEX GO veikla: Lunar Rover, Pin Game, Engineer It & Build It, Copycat, Buveinė, Būtybių kūrimas ir nemokamas kūrimo laikas
  • Ketvirta klasė: Statybos įvadas, Paprastų mašinų skyrius (4 pamokos), Panašiai atrodykite, Prisitaikymas, VEX GO Veikla: Lunar Rover, Pin Game ir nemokamas kūrimo laikas
  • Penkta klasė: Statybos įvadas, Atrodykite panašiai, Linksmos varlės (2 pamokos), Prisitaikymo letena, VEX GO veikla: Lunar Rover, Pin Game, Engineer It & Build It, Copycat, Buveinė, Būtybių kūrimas ir nemokamas kūrimo laikas

STEM laboratorijos yra struktūrinė veikla, kurios metu mokiniai vedami per tarpdisciplininę, pagal standartą suderintą pamoką, kuri suteikia kontekstą robotų kūrimui, klasės diskusijoms, eksperimentams ir kartotiniam tobulėjimui. Laboratorijos organizuojamos kaip ir Engage, Play ir Share skyriuose, kurie padeda mokiniams per pamoką. Veikla yra trumpesnė nei STEM laboratorija, jos temos ir struktūros yra įvairios, todėl dažnai pateikiami neriboti iššūkiai su mažiau instrukcijų.

Po apklausos. Užbaigus mokymo programą, kuri sutapo su mokslo metų pabaiga, mokiniams buvo suteikta pokalbio apklausa taip pat, kaip ir išankstinė. Surinkus apklausas, mokytojas anonimizavo ir įrašė duomenis ruošdamasis analizei.

Duomenų analizė. Apklausos elementai būtų vertinami taikant nustatytus kiekybinius metodus. Atsakymų pasirinkimai buvo vertinami balais (1 = visiškai nesutinku, 2 = nesutinku, 3 = sutinku, 4 = visiškai sutinku), o konkretūs klausimai, kur reikia, buvo koduojami atvirkščiai. Suporuoti t testai buvo atlikti naudojant kiekvienos konstrukcijos prieš ir po apklausos vidurkius, kiekvienam laipsniui. Mokytojo žurnalas buvo vertinamas taikant teminę analizę, kuri atskleidė įžvalgas apie suvokiamą mokinių mokymąsi bei ugdymo turinio kūrimą/poreikius.

Rezultatai

Trečia klasė. Trečios klasės prieš ir po apklausos rezultatai (1 lentelė) rodo padidėjusį balų vidurkį kiekvienoje tyrimo srityje. Kiekvienas konstruktas prieš ir po vidurkio buvo lyginamas naudojant dvipusį t testą, ir visi rezultatai buvo reikšmingi (p < 0,001). Mažiausias vidutinis padidėjimas buvo 21-ojo amžiaus įgūdžių požiūrio konstruktas, o tai rodo, kad mokiniai tik šiek tiek skyrėsi nuo pradinio susitarimo su šiais dalykais. Mokiniai turėjo žemiausią vidutinį balų vidurkį matematinės nuostatos konstrukto prieš apklausą – vidutinis balas buvo 2,27, tačiau po apklausos šis vidutinis konstrukto balas padidėtų 0,25. Tiek mokslo, tiek inžinerijos konstrukcijų vidutinis padidėjimas viršijo 0,6, o tai rodo, kad studentai jautėsi daug labiau pasitikintys, kad padidintų savo pasirinkimą. Mokslo konstrukto vidurkis nuo 2,8 iki 3,44 rodo, kad studentai iš pradžių buvo nesutinkančių ir sutinkančių (2 ir 3) derinys, bet pakeistas į mišinį sutinku, kad visiškai sutinku (3 ir 4).

1 lentelė. Trečios klasės prieš ir po apklausos porinio t testo rezultatai (n = 39).

Pora Kintamasis Vidutiniškai t Sig (dviejų uodegų)
1 pora Prieš matematiką 2.2664 -8.775 0.000
Post Math 2.5197
2 pora Prieš mokslą 2.7982 -21.255 0.000
Post Science 3.4415
3 pora Išankstinė inžinerija 3.1228 -26.504 0.000
Pašto inžinerija 3.7281
4 pora Iki XXI amžiaus įgūdžiai 3.0000 -3.894 0.000
Post 21st Century Skills 3.0906

Student_Perception_Summary_Graphic-v1-rev2.png

Ketvirta klasė. 2 lentelėje parodyta, kad ketvirtų klasių mokinių vidutiniai balai padidėjo pagal visas konstrukcijas ir visi buvo reikšmingi (p < 0,001). Tačiau padidėjimas buvo mažesnis nei buvo pastebėtas trečios klasės mokinių (paprastai vidutiniai pokyčiai mažesni nei 0,3), o tai rodo, kad mažiau mokinių pakeitė savo atsakymus nei jų jaunesni kolegos. Kaip ir trečios klasės mokiniams, matematikos konstruktas buvo žemiausias vidurkis tiek prieš apklausą, tiek po apklausos, o 21-ojo amžiaus įgūdžių vidutinis balas padidėjo mažiausiai. Pažymėtina, kad šių studentų inžinerinės konstrukcijos padaugėjo daugiausiai.

2 lentelė. Ketvirtos klasės prieš ir po apklausos porinio t testo rezultatai (n = 34).

Pora Kintamasis Vidutiniškai t Sig (dviejų uodegų)
1 pora Prieš matematiką 2.0871 -7.136 0.000
Post Math 2.2652
2 pora Prieš mokslą 2.9125 -7.124 0.000
Post Science 3.1987
3 pora Išankstinė inžinerija 3.0673 -8.151 0.000
Pašto inžinerija 3.3030
4 pora Iki XXI amžiaus įgūdžiai 3.6498 -4.629 0.000
Post 21st Century Skills 3.7003

Penkta klasė. Penktos klasės mokinių konstruktų balai rodo kitokias tendencijas nei trečios ir ketvirtos klasės mokinių (3 lentelė). Šios grupės vidutinis balas sumažėjo tik pagal inžinerinę konstrukciją, nors jis nebuvo statistiškai reikšmingas ir dėl paties didesnio balų vidurkio nekėlė jokio susirūpinimo. Vidutinis matematikos, gamtos mokslų ir 21-ojo amžiaus įgūdžių konstrukto balas padidėjo iki mažesnio laipsnio nuo apklausos iki apklausos po tyrimo ir buvo reikšmingas mažesniu laipsniu (p < 0,01 matematikos ir gamtos mokslų srityje ir p < 0,05 21 amžiuje). amžiaus įgūdžius).

3 lentelė. Penktos klasės prieš ir po apklausos suporuotų t testų rezultatai (n = 31).

Pora Kintamasis Vidutiniškai t Sig (dviejų uodegų)
1 pora Prieš matematiką 2.8167 -3.427 0.002
Post Math 2.9042
2 pora Prieš mokslą 3.2333 -3.751 0.001
Post Science 3.3111
3 pora Išankstinė inžinerija 3.4259 0.810 0.425
Pašto inžinerija 3.3370
4 pora Iki XXI amžiaus įgūdžiai 3.8296 -2.350 0.026
Post 21st Century Skills 3.8741

Diskusija

Studentų nuostatos. Šių keturių konstrukcijų rezultatai parodė keletą stebinančių rezultatų. Vidutinis balų vidurkis prieš apklausą buvo didesnis penktos klasės mokiniams pagal visas konstrukcijas nei trečios klasės mokiniams. Literatūros išvados rodo, kad STEM požiūris laikui bėgant mažėja. Ar šios išvados tai paneigia? Nebūtinai. Dėl mokslo metų pabaigos penktos klasės mokiniai buvo matomi mažiau kartų, kai jie lankėsi įvairiuose renginiuose, vedančius į baigimą, o mažiau pamokų galėjo sumažinti poveikį jų požiūriui šiuo metų laiku. Mokytoja taip pat pažymėjo, kad kiekviena amžiaus grupė į apklausos klausimus atsakė skirtingai. Trečių klasių mokiniai uždavė daug klausimų ir atsakė su bendru entuziazmu, o penktokai anketą užpildė greitai ir su nedaug klausimų. Vaikų amžius gali turėti įtakos, kiek niuansų jie turi interpretuodami klausimus ir pateikdami atsakymus. Pavyzdžiui, jaunesni mokiniai „sutinku“ ir „visiškai sutinku“ gali vertinti kitaip nei vyresni mokiniai. Mokytoja savo pastabose pridėjo komentarą konkrečiai apie penktos klasės mokinius ir pasidomėjo, ar jie atsakė į apklausos klausimus su lūkesčiais, ar bandydami jai įtikti. Kai vyresni pradinių klasių mokiniai labiau prisitaiko prie lūkesčių, tai gali susiformuoti jų natūralios reakcijos.

Iš rezultatų aišku, kad VEX GO robotikos mokymo programa turėjo skirtumą kiekvienoje amžiaus grupėje. Trečios klasės mokinių vidutiniai balai labai padidėjo visose srityse (matematikos, gamtos mokslų, inžinerijos). Nors ketvirtos klasės mokinių balų vidurkis nebuvo toks didelis, kaip trečios klasės mokinių, jie vis tiek nuosekliai padidino vidurkį keliomis dešimtimis domenų konstrukcijų. Tačiau penktos klasės mokiniai buvo vieninteliai mokiniai, kurių bet kurios konstrukcijos ir reikšmingumo reikšmės nežymūs pokyčiai buvo mažesni nei p < 0,001. Šie bendri skirtumai tarp skirtingų klasių mokinių rodo, kad robotikos mokymo programa turėjo didesnį poveikį jaunesnių nei vyresnių mokinių požiūriui, o tai pabrėžia, kad svarbu anksti pradėti mokytis robotikos.

Suvokiamas mokymasis. Mokytojo žurnalas fiksavo kiekvienos mokinių grupės atliktas laboratorijas ir veiklą, taip pat daug mokinių pastebėjimų, kai jie dirbo per pamokas. Nors apklausos priemonė galėjo nustatyti studentų požiūrį, teminė žurnalo įrašų analizė nustatė keletą suvokto mokymosi temų, atitinkančių mokslinę literatūrą.

Kūrybiškumas. Pagrindinė žurnalo tema buvo studentų kūrybiškumas. Daugeliu atvejų paminėta trečių klasių mokiniams, tačiau visose trijose klasėse kūrybiškumas buvo aiškiai išreikštas dėl to, kaip mokiniai užsiima paprastomis mašinomis, panašumu, būtybių kūrimu ir varlių gyvenimo ciklu. Mokytoja pažymėjo: „3 klasė taip džiaugėsi, kad pastatė varlę. Šis klasės lygis nori būti kuo kūrybiškesnis, o buveinės kūrimas tikrai leidžia vaikams vėl atverti šiuos įgūdžius. Nors yra daug mokymosi medžiagos tikslų, mokinių kūrybiškumo sužadinimas yra vertingas rezultatas, suteikiantis daug kitų privalumų.

Sužadėtuvės. Struktūrizuotų laboratorijų suteikimas smagiomis ir autentiškomis temomis paskatino studentų kūrybiškumą, o tai padėjo padidinti įsitraukimą. Pradėdamas nuo „Intro to Building“ laboratorijos, mokytojas pastebėjo, kad mokiniai nenorėjo nustoti dirbti. Panašiai ir „Look Alike“ laboratorijoje ji pastebėjo, kad „Pamoką buvo tikrai sunku baigti. Pastebėjau, kad mokiniai norėjo tęsti ir tęsti, pridėdami daugiau pakartojimų prie savo gyvūnų…Pastebėjau, kad vaikai nenorėjo valytis, o toliau papildyti savo kūrinius. Nors trečios klasės mokiniai buvo pažymėti kaip labiausiai entuziastingi, ji papasakojo, kaip net penktokai labai įsitraukė į savo paprastų mašinų laboratoriją: „Pastebėjau, kad visiems mokiniams buvo sunku pasidėti gabalus. Mums tiesiog buvo per daug smagu!

Komandinis darbas. „VEX GO STEM Labs“ yra skirtos atlikti komandose, studentams priskiriant konkrečius vaidmenis ir užduotis. Trečios klasės mokiniai pradėjo nuo „Adaption Claw“, o mokytoja pastebėjo: „Mokiniai taip pat džiaugėsi galėdami susiskirstyti į grupes, kad galėtų dirbti kartu, kiekvienas turėdamas savo darbą“. Ketvirtokams ji taip pat pažymėjo, kad vaidmenys padėjo mokiniams patekti į savo grupes ir greitai pradėti. Ji taip pat pažymėjo, kad studentai pradėjo rinktis kartu dirbti neribotą veiklą, pavyzdžiui, kurti buveines arba statyti Lunar Rover.
Mokytojas taip pat pastebėjo keletą atvejų, kai mokiniai spontaniškai dirbo kartu kaip klasė. Kai kurie mokiniai tyrinėjo naujus dalykus su savo robotu, o kai „atrasdavo“ ką nors naujo, kiti mokiniai pribėgdavo pažiūrėti ir patys išbandydavo. Mokiniai, kurie pasirinko įdomią veiklą iš pasirinkimų lentos, dažnai dalindavosi su kitais mokiniais, kurie pereis prie tos veiklos. Dirbdami grupėse ar vieni, mokiniai noriai dalijosi ir padėjo vieni kitiems.

Patvarumas. Ne visos veiklos mokiniams buvo lengvos. Trečios klasės mokiniai atliko „Adaption Claw“ laboratoriją pirmą kartą po „Intro to Building“ laboratorijos. Mokytojas nustatė, kad laboratorija buvo šiek tiek pažengusi, ir perkels tai į vėlesnę mokymo programos tvarką. Nesvarbu, ar jie baigė veiklą, ar ne, grupės išliko iki galo.

Pastebėjau, kad tai buvo PUIKI nusivylimo ir supratimo, kad nesėkmės yra tik mokymosi dalis, pamoka. Kiekvienai grupei turėjau aprašyti, kas veikė, o kas ne. Pastebėjau, kad daugelis grupių tikrai suprato viena kitą, kai išgirdo kai kurias tas pačias problemas.

Kai kurios naudojamos veiklos taip pat buvo sukurtos taip, kad jos būtų neribotos ir suteiktų mokiniams iššūkių. Mokiniams buvo pavesta sukurti namus, kurie galėtų atlaikyti žemės drebėjimą, tačiau jiems nebuvo pateiktos statybos instrukcijos. Nors buvo tam tikras nusivylimo elementas, studentai tuo pasinaudojo ir tęsė pasikartojančius tobulinimo ciklus:

Mokiniams šis iššūkis labai patiko! Pastebėjau, kad studentų grupės suprato savo klaidas po eksperimento su „žemės drebėjimu“ ir galėjo pertvarkyti savo namus pagal tai, kas veikė, o kas ne. Buvau labai nustebintas, kaip grupės buvo laimingos ir susijaudinusios, susidūrusios su iššūkiu, kuris buvo varginantis ir toks patenkintas, kai grupės jį išsprendė.

Ugdymo programa. Mokytojo žurnalas taip pat atskleidė daug įžvalgų apie diferenciacijos svarbą robotikos mokymo programoje. Kiekviena studentų grupė baigė STEM kūrimo laboratorijos įvadą, kuriame pristatė VEX GO rinkinį ir visas jame esančias dalis. Visi studentai taip pat baigė „Look Alike STEM“ laboratoriją, kuri moko mokinius apie bruožus, verčiant juos konstruoti skirtingų savybių turinčius tėvams ir kūdikiams skirtus zuikius. Nors kai kurias laboratorijas baigė kiekviena klasė, buvo diferencijuojama pagal amžiaus grupes. Vyresni ketvirtokai ir penktokai baigė Paprastų mašinų laboratoriją, o trečiokai – Linksmų varlių laboratoriją. Trečių klasių mokiniai taip pat atliko daugiau savarankiškų užsiėmimų nei vyresnieji, nes mokytoja pastebėjo, kad tai buvo naudinga jaunesnių mokinių įgūdžiams. Mokytojas taip pat naudojo vyresniems mokiniams skirtas veiklas, kai grupės anksti baigė laboratorijas – tai būtinybė klasėje, kad mokiniai būtų užimti, kai grupės dirba skirtingu greičiu. Daugybė laboratorijų ir veiklos diferencijavimo galimybių buvo vertingas mokymo programos turtas sėkmingai įgyvendinant robotikos programą klasėje.

Pasak mokytojo žurnalo, tarpdisciplininės laboratorijos taip pat buvo naudingos. Trečios klasės mokiniai džiaugėsi mokslo tematikos laboratorijomis, kuriose jie galėjo kurti ir vystyti gyvūnus ir jų buveines. Pirmoji gyvūnų laboratorija, kurią baigė trečios klasės mokiniai, buvo laboratorija „Look Alike“, kurioje jie galėjo sukurti zuikius ir perduoti savybes. Mokytoja pastebėjo, kaip mokiniai mėgo gaminti gyvūnus ir norėjo ištirti įvairius variantus. Tai paskatino mokytoją kitai pamokai pasirinkti užsiėmimą „Kūrybos kūrimas“, siekdama išplėsti mokinių kūrybiškumą. Kai studentai dirbo laboratorijoje „Fun Frogs“, ji pastebėjo, kokie entuziastingi ir kūrybingi buvo studentai, o papildomas pranašumas – žemas įėjimo barjeras įgyti įgūdžių.

Vaikams patiko kurti ir sužinoti apie varlių ciklą. Mačiau, kad vaikai įgyja praktinės patirties su mokslo temomis, kurias išmoko vadovėlyje. Kalbėjausi su 3 klasės mokytoja, kad kitais metais daugiau bendradarbiautų ir bandytų to išmokyti, kai ji moko apie buveines.

Ketvirtos klasės mokiniai baigė Paprastų mašinų laboratorijos skyrių. Mokytojas pastebėjo, kokie entuziastingi buvo mokiniai, nes iš kitos klasės žinojo apie paprastas mašinas. Jie paklausė, kaip inžinieriai naudojo paprastas mašinas, ir jiems buvo suteikta laiko atlikti tyrimus. Mokytojas pažymėjo:

4 klasė sutelkta į paprastas mokslo mašinas, todėl ši STEM laboratorija buvo tokia tinkama šiam lygiui. Pastebėjau, kad vaiko veidai nušvito, kai pasakiau, kad gaminsime svertus. Dauguma šių studentų atliko užduočių lapą, bet ne atliko praktinį tyrimą. Pasakiau gamtos mokslų mokytojai, kad kitais metais daugiau bendradarbiausime, kad aš dėstau šioje STEM laboratorijoje, kai ji moko paprastas mašinas.

Penktokai taip pat baigė „Paprastų mašinų“ laboratorijos skyrių, tačiau jų amžius ir patirtis parodė, kaip jie tuo užsiima kitaip nei ketvirtokai. Mokytoja pastebėjo, kad ši mokinių grupė anksti baigė ir patys tyrinėjo pasirinkimo lentos veiklą.

5 klasei reikia įdomios ir įtraukiančios veiklos – ir ši STEM laboratorija tinka. Pastebėjau, kad mokiniai norėjo užlipti ant grindų ir eksperimentuoti, kaip svirtimi pakelti įvairius svorius. Taip pat pastebėjau, kad skirtingai nei 4-oje klasėje, šie mokiniai turėjo išankstinių žinių ir STEM laboratoriją pakėlė į kitą lygį, pridėdami svorius ir suteikdami STEM laboratorijai autentišką mokymosi patirtį iš grupės į grupę.

Kiekvienos klasės mokiniams buvo naudingas tarpdalykinis požiūris į robotikos mokymo programą. Galimybė sujungti robotiką su gamtos mokslais, matematika ar inžinerija padėjo ne tik sudominti studentus, bet ir suteikė jiems pagrindą giliau suprasti koncepcijas. Mokytojas nurodo keletą sričių, kuriose robotikos mokymo programa gali būti įtraukta arba sinchronizuojama su kitų dalykų pamokomis, o tai galėtų būti vertingas kitas žingsnis autentiškai integruojant robotiką tarp disciplinų.

Išvada

Visoje šalyje didėjant mokomosios robotikos naudojimui klasėse, labai svarbu ištirti, kaip robotika yra naudinga studentams, taip pat pamokas, įgytas mokant robotikos mokymo programos. Šis tyrimas atskleidė, kad robotikos mokymo programa pagerino mokinių požiūrį į beveik visus STEM dalykus visoms klasėms. Be to, mokytojas pastebėjo papildomas mokymosi kategorijas mokiniams tokiose srityse kaip kūrybiškumas, įsitraukimas, komandinis darbas ir atkaklumas.

Siekdami toliau tyrinėti, kaip mokomoji robotika gali būti naudingiausia mokiniams tikrose klasėse, turime ir toliau mokytis tiesiogiai iš mokytojų, kurie įgyvendina mokymo programą. Apmąstydama visą patirtį, mokytoja pateikė bendrus atsiliepimus:

Pastebėjau, kad jei vaikai norėjo sužinoti daugiau, mes išmokome daugiau. Norėjau, kad tai būtų malonu ir kiekviena klasė buvo visiškai kitokia (tai yra visiškai normalu). Kai kurie mokiniai norėjo daugiau sužinoti apie statybą ten, kur kiti norėjo atsiskirti ir sukurti savo monstrą ar būtybę. Pastebėjau, kad 3 klasė buvo tokia užsiėmusi – buvo sunku baigti pamokas. 4 klasė labai džiaugėsi galėdama sužinoti apie STEM pamokas, tokias kaip paprastas mašinas, kurios susietos su jų pačių gamtos mokslų programa. 5 klasei patiko iššūkis koduoti, kurti ir mokytis apie Marsą. Manau, kad didžioji dalis buvo ta, kad kiekvienai klasei kartais prireikė daugiau laiko STEM laboratorijai arba daugiau laiko tyrinėjimui, ir aš jiems tai skyriau. Pastebėjau, kad kai vaikai susijaudinę, geriausia bėgti su tuo jauduliu ir pasigilinti, o ne judėti toliau.

Šis tyrimas taip pat suteikė prasmingų įžvalgų apie tarpdisciplininės robotikos mokymo programos įgyvendinimą. Kaip šešių savaičių programa, studentai galėjo atlikti daugybę skirtingų laboratorijų ir užsiėmimų. Tai rodo, kad mokymo programos trukmė gali pagrįstai paveikti tai, kaip sėkmingai ji keičia studentų STEM nuostatas. Pamokų pastoliai ir diferencijavimas taip pat buvo labai svarbūs mokymo programos sėkmei. Mokytoja pastebėjo, kad įvairaus amžiaus mokinių gebėjimai ir poreikiai skiriasi, todėl kiekvienai klasei ji gali lengvai pritaikyti mokymo planus. Pats VEX GO roboto rinkinys taip pat puikiai atitiko studentų poreikius. Mokiniai galėjo lengvai sekti instrukcijas, konstruoti dalis ir sužinoti, kaip dalys veikia ir jungiasi. Mokiniai galėtų užbaigti statybas ir laboratorijas per vieną pamoką, turėdami laiko išvalyti, o tai būtina, kad robotikos mokymo programa veiktų esant įprastos mokyklos dienos apribojimams. Robotikos rinkinys, skirtas pradinio amžiaus grupei, ir visa tarpdisciplininė mokymo programa yra labai svarbūs mokant ir mokantis naudojant robotiką tikroje klasėje.


Altin, H., & Pedaste, M. (2013). Mokymosi metodų, kaip taikyti robotiką gamtos mokslų ugdyme. Journal of Baltic Science Education, 12(3), 365–378

Benitti, FBV (2012). Robotikos ugdymo potencialo mokyklose tyrimas: sisteminga apžvalga. Kompiuteriai & Švietimas, 58(3), 978– 988. https://doi.org/10.1016/j.compedu.2011.10.00

Bers, MU, Flannery, L., Kazakoff, ER, & Sullivan, A. (2014). Kompiuterinis mąstymas ir gudravimas: ankstyvos vaikystės robotikos mokymo programos tyrinėjimas. Kompiuteriai & Švietimas, 72 145–157. https://doi.org/10.1016/j.compedu.2013.10.020.

Boaksas, NJ (2019). Įvairaus jaunimo įtraukimas į patirtinį STEM mokymąsi: universiteto ir aukštųjų mokyklų rajono partnerystė. In International Online Journal of Education and Teaching (IOJET), 6(2). http://iojet.org/index.php/IOJET/article/view/505

Cherniak, S., Lee, K., Cho, E., & Jung, SE (2019). Vaiko identifikuotos problemos ir jų robotiniai sprendimai. Ankstyvosios vaikystės tyrimų žurnalas, 17(4), 347–360. https://doi.org/10.1177/1476718X19860557

Ching, YH, Yang, D., Wang, S., Baek, Y., Swanson, S., & Chittoori, B. (2019). Pradinių klasių mokinių STEM nuostatų ir suvokto mokymosi ugdymas pagal STEM integruotos robotikos mokymo programą. TechTrends, 63(5), 590–601. https://doi.org/10.1007/s11528-019-00388-0

STEM švietimo komitetas. (2018). Sėkmės kurso sudarymas: Amerikos STEM švietimo strategija. Nacionalinė mokslo ir technologijų taryba, gruodžio 1–35 d. http://www.whitehouse.gov/ostp.

Conrad, J., Polly, D., Binns, I., & Algozzine, B. (2018). Studentų suvokimas apie vasaros robotikos stovyklos patirtį. The Clearing House: A Journal of Educational Strategies, Issues and Ideals, 91(3), 131–139. https://doi.org/10.1080/00098655.2018.1436819

Penktadienio švietimo inovacijų institutas (2012). Studentų požiūris į STEM apklausą – viršutinės pradinės mokyklos moksleivius, Rolis, NC: Autorius.

Kandlhofer, M., & Steinbauer, G. (2015). Mokomosios robotikos įtakos mokinių techniniams ir socialiniams įgūdžiams bei su mokslu susijusioms nuostatoms įvertinimas. Robotika ir autonominės sistemos, 75 679–685. https://doi.org/10.1016/j.robot.2015.09.007

Kopcha, TJ, McGregor, J., Shin, S., Qian, Y., Choi, J., Hill, R. ir kt. (2017). Integruotos STEM mokymo programos, skirtos robotikos ugdymui, kūrimas atliekant edukacinio dizaino tyrimus. Journal of Formative Design in Learning, 1(1), 31–44. https://doi.org/10. 1007/s41686-017-0005-1

Leonard, J., Buss, A., Gamboa, R., Mitchell, M., Fashola, OS, Hubert, T., & Almughyirah, S. (2016). Robotikos ir žaidimų dizaino naudojimas siekiant pagerinti vaikų savarankiškumą, STEM požiūrį ir skaičiavimo mąstymo įgūdžius. Mokslo mokslo edukacijos ir technologijų žurnalas, 25(6), 860–876. https://doi.org/10.1007/s10956-016-9628-2

McClure, ER, Guernsey, L., Clements, DH, Bales, SN, Nichols, J., Kendall-Taylor, N., & Levine, MH (2017). STEM pradedama anksti: mokslas, technologijos, inžinerija ir matematikos ugdymas ankstyvoje vaikystėje. Joan Ganz Cooney centras Sesame dirbtuvėse. http://joanganzcooneycenter.org/publication/stem-starts-early/

Nugent, G., Barker, B., Grandgenett, N., & Adamchuk, VI (2010). Robotikos ir geoerdvinių technologijų intervencijų įtaka jaunimo STEM mokymuisi ir požiūriui. Journal of Research on Technology in Education, 42(4), 391–408. https://doi.org/10.1080/15391523. 2010.10782557

Renningeris, KA, & Hidi, S. (2011). Peržiūrėjimas į konceptualizavimą, matavimą ir susidomėjimo generavimą. Edukologijos psichologas, 46(3), 168–184. https://doi.org/10.1080/00461520.2011.587723

Robinson, M. (2005). Robotika pagrįsta veikla: ar jie gali pagerinti vidurinės mokyklos gamtos mokslų mokymąsi. Mokslo biuletenis, technologijos & Visuomenė, 25, 73–84.

Rogers, C., & Portsmore, M. (2004). Inžinerijos atvedimas į pradinę mokyklą. STEM Education žurnalas, 5, 17–28.

Slangen, L., Van Keulen, H., & Gravemeijer, K. (2011). Ko mokiniai gali išmokti dirbdami su robotizuotomis tiesioginio manipuliavimo aplinkomis. International Journal of Technology and Design Education, 21(4), 449–469. https://doi.org/10.1007/s10798-010-9130-8

Tai, RH, Liu, CQ, Maltos, AV, & Fan, X. (2006). Anksti planuoti karjerą mokslo srityje. Mokslas, 312(5777), 1143–1144. https://doi.org/10.1126/science.1128690

Taylor, K. (2016). Bendradarbiavimo robotika, daugiau nei tik darbas grupėse: mokinių bendradarbiavimo poveikis mokymosi motyvacijai, problemų sprendimui bendradarbiaujant ir mokslo proceso įgūdžiams robotizuotose veiklose. (Daktaro disertacija). Gauta 2021 m. liepos 22 d. iš https://scholarworks.boisestate.edu/cgi/viewcontent.cgi?article=2179&context=td

Unfried, A., Faber, M., & Wiebe, E. (2014). Lyčių ir mokinių požiūris į mokslą, technologijas, inžineriją ir matematiką. Amerikos edukacinių tyrimų asociacija, 1–26. https://www.researchgate.net/publication/261387698

Vela, KN, Pedersen, RM, & Baucum, MN (2020). Gerinti STEM karjeros suvokimą per neformalią mokymosi aplinką. Inovatyvaus mokymo ir mokymosi tyrimų žurnalas, 13(1). 103–113. https://doi.org/10.1108/JRIT-12-2019-0078

Wigfield, A., & Cambria, J. (2010). Mokinių pasiekimų vertybės, orientacijos į tikslą ir susidomėjimas: apibrėžimai, raida ir ryšiai su pasiekimų rezultatais. Vystymosi apžvalga, 30(1), 1–35. https://doi.org/10.1016/j.dr.2009.12.001

Ziaeefard, S., Miller, MH, Rastgaar, M., & Mahmoudian, N. (2017). Bendrarobotikos praktinė veikla: vartai į inžinerinį projektavimą ir STEM mokymąsi. Robotika ir autonominės sistemos, 97, 40–50. https://doi.org/10.1016/j.robot.2017.07.013

For more information, help, and tips, check out the many resources at VEX Professional Development Plus

Last Updated: