Virtualus robotų sprendimas: diegimo įžvalgos ir pasekmės ateičiai

Abstraktus

Mokomoji robotika įtraukia studentus į integruotą STEM metodą, kuris padeda mokiniams suprasti STEM sąvokas ir didinti teigiamą STEM dalykų suvokimą nuo ankstyvo amžiaus. Prasidėjus COVID-19 pandemijai, fiziniai robotai akis į akį klasėje tapo nebeįmanomi. Greitai buvo sukurta virtualaus roboto programa, kuri veiktų su pažįstama kodavimo platforma, kad studentams ir mokytojams būtų suteiktas alternatyvus robotų sprendimas, kurį būtų galima naudoti bet kur. Šiame dokumente daugiau nei milijono studentų visame pasaulyje naudojimo duomenys bus interpretuojami kartu su dviem mokytojų atvejo tyrimais. Šis duomenų derinys suteikė įžvalgų apie virtualų robotą kaip mokymosi priemonę ir mokymo šaltinį. Mokytojų atvejų tyrimai taip pat atskleidė esminius poreikius, kurie palengvino mokymą tokiomis nenuspėjamomis aplinkybėmis. Galiausiai, šie duomenys rodo, kad virtualiojo roboto mokymosi aplinka galėtų būti naudojama kaip simbiozinis fizinio roboto komplimentas, padedantis mokiniams įgyti pasitikėjimo iteraciniu programavimu, didinti jaudulį mokomajai robotikai ir suteikti mokytojams labai lanksčią mokymo galimybę.

Raktažodžiai

Virtualus robotas, mokomoji robotika, mokymo robotika, COVID-19 sprendimai, STEM švietimas, informatika, programavimas

Įvadas

Robotika ir informatika pastaraisiais metais JAV vis labiau integruojami į pradines ir vidurines mokyklas (nuo vaikų darželio iki 12 klasės), skatinant nacionalines ataskaitas ir politiką. 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 pasaulinę ekonomiką, todėl labai svarbu, kad visi galimybė gauti aukštos kokybės išsilavinimą STEM temomis. Nacionalinės mokslo ir technologijų tarybos STEM švietimo komitetas 2018 m. paskelbė ataskaitą, kurioje išdėstė federalinę STEM švietimo strategiją. Šioje ataskaitoje pažymima, kad „Paties STEM ugdymo pobūdis vystėsi iš sutampančių disciplinų rinkinio į labiau integruotą ir tarpdisciplininį požiūrį į mokymąsi ir įgūdžių ugdymą. Šis naujas požiūris apima akademinių sąvokų mokymą naudojant realaus pasaulio programas ir sujungia formalųjį ir savaiminį mokymąsi mokyklose, bendruomenėje ir darbo vietoje. Juo siekiama suteikti įgūdžių, tokių kaip kritinis mąstymas ir problemų sprendimas, kartu su švelniais įgūdžiais, tokiais kaip bendradarbiavimas ir prisitaikymas. Šis nacionalinis dėmesys STEM mokymuisi buvo lydimas daugiau mokslinių tyrimų ir inovacijų švietimo įstaigose, siekiant geriau įtraukti technologijas į STEM temų klasę.

Robotika suteikia studentams praktinį būdą tyrinėti STEM koncepcijas. Pagrindinės STEM temos yra svarbios pradinio ir vidurinio ugdymo temos, nes jos yra būtinos prielaidos aukštesnio lygio koleginėms ir magistrantūros studijoms, taip pat tobulinant techninius darbo jėgos įgūdžius¹. Metaanalizė² atskleidė, kad apskritai edukacinė robotika padidino mokymąsi tam tikroms STEM koncepcijoms. Daugelio amžiaus grupių tyrimai atskleidė, kad robotika didina mokinių susidomėjimą ir teigiamą STEM dalykų suvokimą^{3, 4, 5}, o tai savo ruožtu didina pasiekimus mokykloje ir mokslo laipsnio pasiekimus^{6, 7, 8}. Vidurinių klasių mokiniams robotika buvo naudojama siekiant palaikyti pasirengimą koledže ir techninius karjeros įgūdžius^{9, 10, 11}, o pradinių klasių mokiniai buvo supažindinti su robotika, siekiant ugdyti tyrinėjimo ir problemų sprendimo įgūdžius bei ugdyti teigiamus įgūdžius. STEM temų suvokimas^{12, 13}. Mokomosios robotikos diegimas buvo ypač naudingas jauniems mokiniams, kurie jau 4 klasėje gali pradėti formuoti neigiamą požiūrį į STEM dalykus¹⁴. Jauniems studentams naudingas integruotas mokymosi kontekstas ir jie formuoja teigiamą požiūrį į STEM dalykus, patyrę ankstyvą sėkmę¹⁵.

Tyrimai taip pat parodė, kad robotikos įdiegimas mokytojų ikimokyklinio ugdymo metu padidino mokytojo savarankiškumą, turinio žinias ir kompiuterinio mąstymo įgūdžius¹⁶. Nors logiška, kad robotikos naudą ras ir mokytojai, ir mokiniai, robotikos diegimas formaliajame mokytojų rengime vis dar yra ribotas. Daugelyje šalių tradicinis mokytojų rengimas daugiausia dėmesio skiria disciplinomis pagrįstoms gamtos mokslų ir matematikos temoms, todėl dauguma mokytojų yra nepakankamai pasiruošę inžinerijos ir technologijų srityje¹⁷ir mažiau pasitikintys STEM temų mokymu formaliame mokytojų rengime arba užmezgant ryšius tarp STEM disciplinų^{18, 19}. Bybee²⁰ pažymėjo, kad šis STEM temų apribojimas mokytojų rengime lemia nepakankamą inžinerijos ir technologijų atstovavimą, ypač K–8 ugdyme. Nors robotikos įtraukimo į mokytojų rengimą nauda akivaizdi¹⁶, alternatyva gali būti pasiekta nuolatinis profesinis tobulėjimas ir neformalus mokymasis per praktikos bendruomenes. Bandura²¹ išreiškė kritinį socialinio mokymosi kontekstų aspektą, o Lave'as ir Wengeris²² apibūdino praktikos bendruomenių (CoP) koncepciją. Į CoP nariai susirenka bendrai domisi sritimi, kuria bendruomenę ir dalijasi tyrimais bei įžvalgomis, kad įgytų papildomų įgūdžių ir žinių – ugdydami praktiką²². Vietoj robotikos formaliajame mokytojų rengime, neformalus mokymasis ir CoP galėtų teikti panašią naudą mokytojams ir, be to, studentams.

Deja, COVID-19 pandemija sukėlė visuotinį asmeninio mokymosi sutrikimą ir paveikė beveik visus studentus visame pasaulyje²³. Praktinis mokymasis buvo sustabdytas, o tai buvo pagrindinė daugelio robotizuotų STEM mokymo programų dalis, įskaitant robotų mokymo programą, kurią naudoja VEX edukacinės robotikos linijos. Reikėjo nuotolinio mokymosi sprendimų, kad būtų galima greitai sukurti virtualią mokymosi aplinką, kuri vis tiek galėtų padėti studentams autentiškai ir prasmingai įsitraukti į STEM temas. „VEX Robotics“ greitai sukūrė VEXcode VR (toliau tiesiog vadinamą „VR“) – platformą su virtualiu robotu, kuris galėtų būti naudojamas panašiai kaip fizinis robotas.

Šiame dokumente bus apžvelgti VR platformos surinkti naudojimo duomenys, kad būtų galima suprasti, kaip šis virtualus pakaitalas buvo per šį visuotinį sutrikimą. Taip pat bus pristatytos dvi atvejų studijos, kuriose pateikiamas kontekstas, kaip mokytojai diegė VR nuotolinėje mokymosi aplinkoje. Du pagrindiniai šio straipsnio tyrimo klausimai yra tokie:

1. Kokias įžvalgas gali atskleisti naudojimo duomenys ir mokytojų atvejų tyrimai apie mokinių mokymąsi naudojant VR po COVID-19 protrūkio?
2. Kokių įžvalgų mokytojai gali pateikti apie VR diegimą klasėje?

COVID-19 siūtą chaosą ypač pajuto pedagogai. Dešimtmečių patirtis ir pamokos, skirtos mokymuisi asmeniškai, akimirksniu apvirto, tačiau šis sutrikimas taip pat paskatino pedagogus eksperimentuoti su naujomis priemonėmis ir mokymo metodais. Priimtų sprendimų ir pasiektų rezultatų supratimas iš pedagogų, kurie vadovavo inovatyviems sprendimams, perspektyvos gali padėti suprasti, kaip integruoti naujas technologijas, siekiant sustiprinti studentų mokymąsi robotikos ir STEM dalykų srityje.

Metodai

VEXkodas VR. Kai 2020 m. kovo mėn. JAV buvo uždarytos mokyklos, prireikė sprendimo, kuris leistų mokinius įsitraukti į robotikos ir STEM temas dirbdami nuotoliniu būdu. VR buvo sukurta ir pristatyta 2020 m. balandžio 2 d., praėjus vos kelioms savaitėms po to, kai dauguma mokyklų perėjo prie virtualaus formato. VR veikla buvo sukurta taip, kad atitiktų kitas robotų mokymo programas, tarpdalykines pamokas suderinant su turinio standartais. VEXcode VR kodavimo platforma yra tokia pati kaip kodavimo aplinka, kurią studentai paprastai naudotų su fiziniais robotais, pridėjus virtualią sąsają, kaip parodyta 1 paveiksle. Vietoj fizinio roboto studentai kuria projektus virtualiam robotui valdyti teminėje „žaidimų aikštelėje“, kuri keičiasi priklausomai nuo veiklos. Pradedantys koduoti studentai naudoja blokais pagrįstą programavimą, o pažengę studentai naudoja Python pagrindu pagrįstą tekstą.

Figūra 1. VEXcode VR platformos sąsaja koralinių rifų valymo veiklai.

VR veikla buvo sukurta kaip tarpdisciplininė, sujungianti informatikos įgūdžius, kurie yra pagrindiniai virtualaus roboto valdymo įgūdžiai, su gamtos mokslų ar matematikos temomis. Vykdydami šias VR veiklas mokiniai ne tik mokosi apie programavimą, bet ir mokosi mokslinio tyrimo, matematinio mąstymo ir techninio raštingumo – visų integruotos STEM sistemos komponentų¹⁹. Dėl unikalių aplinkybių, kurias sukėlė COVID-19, mokiniai turėjo gebėti savarankiškai dirbti per pamokas mišriomis, sinchroninėmis arba asinchroninėmis sąlygomis. Norėdami tai padaryti, mokiniai supažindinami su mokymosi tikslais ir veiklos tikslu. Tada naudojamas tiesioginis nurodymas, kad būtų pateiktas žingsnis po žingsnio instrukcija ir tyčinis pastolių seka, siekiant suprasti^{24, 25}. Tada mokiniai gauna tikslinius pastolius, kurie padeda išspręsti galutinį kodavimo uždavinį²⁶. Studentai sužino, kad robotika ir kodavimas yra naudojami sprendžiant praktines, tarpdisciplinines problemas. Pavyzdžiui, koralinių rifų valymo veikloje mokiniai yra raginami naršyti savo robotu aplink koralinį rifą, kad surinktų kuo daugiau šiukšlių, kol neišnyks saulės įkrauta baterija. Tarša yra pasaulinė problema, kurią išspręs rytojaus studentai, o įsitraukimas į šiuos autentiškus, scenarijais pagrįstus projektus padeda studentams pritaikyti informatikos įgūdžius įvairiose disciplinose. 

2 pav. Koralinių rifų valymo veiklos misijos kontekstas.

Atsižvelgiant į tai, kad studentai yra atskirti nuo dėstytojų, virtuali aplinka turi būti kuo vientisesnė, kad būtų sumažintas dėmesio ir pažinimo krūvis^{27, 28}. Mokiniai gali vilkti ir mesti komandas į savo projektą ir stebėti, kaip jų robotas naršo VR žaidimų aikštelę tame pačiame lange. Mokiniai gali pridėti bet kokį blokų skaičių vienu metu, vykdydami projektą po kiekvieno pridėjimo, kad pamatytų, kaip jų robotas juda žaidimų aikštelėje. Tai suteikia studentams greitą grįžtamąjį ryšį ir ankstyvą sėkmės jausmą.

Be to, nuotolinis mokymasis sukūrė praktinių kliūčių, kurias VR turėjo įveikti. Mokyklų kompiuteriuose dažnai taikomi programų atsisiuntimo apribojimai, todėl programos pridėjimas yra kliūtis įprastomis aplinkybėmis, jau nekalbant apie tai, kad mokiniai yra nutolę nuo mokyklos kompiuterių. Tačiau mokiniai gali net neturėti prieigos prie mokyklos kompiuterių, kad galėtų atlikti savo darbą. Siekiant maksimaliai padidinti prieigą prie VR, programa buvo sukurta taip, kad būtų pagrįsta tik žiniatinkliu (nereikia atsisiųsti ar papildinių) ir veikti daugelyje skirtingų tipų įrenginių, kad būtų padidinta tikimybė, kad studentai galės ja naudotis.

Rezultatai

Naudojimo duomenys. Pateiktus duomenis teikia Google Analytics. Kadangi „VEXcode VR“ yra visiškai pagrįsta naršykle, yra daugybė skirtingų metrikų, leidžiančių suprasti, kaip ši virtuali roboto aplinka buvo naudojama visame pasaulyje. Nuo 2020 m. balandžio mėn., kai jis buvo pristatytas, VR naudotojų kas mėnesį padaugėjo, o daugiau nei 1,45 mln. vartotojų daugiau nei 150 šalių.

3 pav. Šalys, kuriose yra VR naudotojų visame pasaulyje.

Atsižvelgdami į COVID-19 ir VR leidimo laiką, taip pat peržiūrėjome naudojimą laikui bėgant. Kaip parodyta 4 paveiksle, vartotojų skaičius greitai išaugo netrukus po išleidimo, o vėliau sumažėjo vasaros mėnesiais, kai mokiniai nelankė mokyklos. Įprastas grįžimas į mokslo mėnesius (rugpjūčio/rugsėjo mėn.) pastebimai padaugėjo, o tai išliko likusią mokslo metų dalį. Periodiškai mažėjantis vartotojų skaičius rodo, kad savaitgaliais ir švenčių dienomis jie naudojami mažiau.

4 pav. Naudotojų skaičius laikui bėgant nuo VR paleidimo.

Projektas – tai programa, kurią mokiniai kuria pamokai ar iššūkiui. Projektų nereikia išsaugoti, kad jie būtų vykdomi, tačiau išsaugotas projektas atsisiunčiamas, kad vartotojas galėtų grįžti prie jo vėliau. Išsaugotų programų buvo daugiau nei 2,52 mln. Tačiau projekto nereikia išsaugoti, kad jis būtų vykdomas. Kadangi VR yra visiškai pagrįsta naršykle, projektas redaguojamas ir išbandomas iškart pasirenkant „START“. Programinėje įrangoje buvo vykdoma daugiau nei 84 milijonai projektų, o tai rodo, kad studentai dažnai išbandė savo projektus. Dėl šios tiesioginės grįžtamojo ryšio linijos studentai turėjo galimybę eksperimentuoti ir kartoti daug greičiau nei dirbant su fiziniu robotu. Šis kartotinis procesas yra geras mokinio mokymosi rodiklis, nes buvo įrodyta, kad daugkartinės iteracijos palaiko mokinių įsitraukimą ir susidomėjimą²⁹.

VEXcode VR duomenys
Vartotojai	1 457 248
Išsaugoti projektai	2 529 049
Vykdykite projektus	84 096 608
Šalys	151

1 lentelė. Visi VEXcode VR naudojimo duomenys nuo 2020 m. balandžio mėn. iki 2021 m. balandžio mėn.

Sertifikavimo duomenys. Be pačios VR programos ir ją lydinčios mokymo programos, VR apima nemokamus mokytojų mokymus, vadinamus CS su VEXcode VR pedagogų sertifikavimo kursu. Nuo jos pradžios 2020 m. birželio mėn., daugiau nei 550 pedagogų įgijo VEX sertifikuoto pedagogo sertifikatą, kuriame yra daugiau nei 17 valandų mokymo programos ir paramos. Sertifikavimo kurse yra 10 vienetų medžiagos, skirtos parengti mokytojus, kurie galbūt neturi informatikos ar robotikos patirties. Turinys apima tokias temas kaip programavimo pagrindai, kaip koduoti VR robotą, kaip mokyti su VR veikla ir kaip įdiegti VR klasėje. 5 paveiksle parodytas sertifikuotų pedagogų skaičius kas mėnesį ir bendras nuo 2020 m. birželio mėn. iki 2021 m. kovo mėn. Duomenų tendencijos rodo, kad padaugėjo sertifikuotų pedagogų iki mokyklos laikų, įskaitant rugpjūtį, rugsėjį ir 2020 m. spalį.

1 atvejo analizė

Aimee DeFoe yra Kentucky Avenue School – nedidelės privačios mokyklos Pitsburge (JAV) direktorė, kurioje derinami tradiciniai ir novatoriški mokymo ir mokymosi metodai. Kaip ir daugumą mokyklų, Kentukio prospekto mokyklą sutrikdė COVID-19 ir ji turėjo nustatyti alternatyvius planus 2020 m. rudens mokslo metų pradžiai, nežinodama, kaip pasikeis aplinkybės. Pirmosios šešios metų savaitės buvo mokomos visiškai virtualiai, o likusieji metai buvo praleisti mišriu formatu, studentų grupėms kaitaliojant asmeninio ir nuotolinio mokymo dienas. Net kai mokiniai mokėsi namuose, buvo labai svarbu, kad mokiniai ir toliau užsiimtų ta pačia problemų sprendimo ir kritinio mąstymo veikla, kaip ir klasėje.

Aimee nusprendė naudoti VR su savo šeštos ir septintos klasės mokiniais dėl kelių priežasčių. Kadangi VR buvo visiškai virtuali mokymosi aplinka, mokiniai galėtų persijungti iš namų į mokyklą, nepakeitę politikos, turinčios įtakos jų mokymosi veiklai. Blokų kodavimo aplinka negąsdintų mokiniams, kurie pradeda koduoti, o užsiėmimai buvo skirti skirtingiems patirties lygiams. Ji taip pat tikėjo, kad studentams VR robotai bus jaudinantys ir motyvuojantys – tai, jos nuomone, yra tiesa. Apmąstydama tai, ko ji tikėjosi studentams iš VR, Aimee pareiškė:

Tikėjausi, kad VR naudojimas bus toks pat griežtas, sudėtingas ir įdomus, kaip ir fizinių robotų naudojimas, o mano mokiniai nesijaus kaip praradę patirties, o įgis naujos rūšies kodavimo patirties, kuri buvo tiesiog kaip jaudinantis. Norėjau, kad jie pajustų tą patį pasiekimą, kurį būtų pajutę klasėje, kai turi kartoti ir atkakliai įveikti iššūkius ir galiausiai pasiekti sėkmės.

Kaip vienintelė robotikos mokytoja, Aimee kartą per savaitę nuo mokyklos pradžios iki žiemos atostogų mokė 23 mokinius, iš viso 15 pamokų. Studentai pradėjo nuo kurso „Pirmasis informatikos lygis – blokai“. Pirmąjį skyrių Aimee dirbo su mokiniais kaip grupė, bet likusias pamokas leido mokiniams dirbti savo tempu ir veikė kaip pagalbininkė. Dauguma studentų baigė nuo septynių iki devynių vienetų, atlikdami papildomą vandenyno valymo veiklą.

Aimee pastebėjo, kad mokinius labai motyvavo pamokų iššūkiai; tiek, kad kartais buvo sunku priversti juos sistemingai atlikti pamoką. Kai kuriems mokiniams, kuriems sunku dėmesingai ar skaityti, reikėjo papildomos paramos, o didesni nei/mažiau nei ir Būlio sąvokos buvo sudėtingos. Tačiau dauguma studentų turėjo pakankamai iššūkių, kovos ir sėkmės. Mokinius sužavėjo mintis dirbti su fiziniais robotais grįžus į klasę. Po darbo su VR, Aimee pažymėjo: „Be jokios abejonės, visi paliko klasę kaip labiau pasitikintys programuotojai.

2 atvejo analizė

Markas Johnstonas moko septintos ir aštuntos klasės mokinius Bel Airo vidurinėje mokykloje El Pase, JAV. Savo STEM 1 kurse Markas dėsto „Project Lead the Way Gateway“ kursus apie automatizavimą ir robotiką bei dizainą ir modeliavimą maždaug 100 studentų. STEM 1 kurse buvo įtrauktas VEX IQ robotas, skirtas mokyti pagrindinės mechanikos ir pagrindinio kodavimo su VEXcode IQ (plastikiniu robotų rinkiniu jaunesniems studentams). Šis kursas dėstomas rudens semestrą, todėl pradinis COVID-19 sutrikimas neturėjo įtakos jo robotikai pavasarį. Tačiau 2020 m. balandį Markas pamatė VEX VR robotą ir pradėjo su juo dirbti. „Kai pamačiau, kad VR naudoja tą pačią sąranką (ty VEXcode), buvau labai susijaudinęs, nes pamačiau potencialą – kaip dėlionė, kurią ŽINAU, puikiai tiks prie to, ką jau darau. Kai VR buvo atnaujinta įtraukiant Python, buvau dar labiau susijaudinęs. Markas sukūrė mokomuosius vaizdo įrašus kitiems mokytojams, todėl socialinės žiniasklaidos platformose susirinko daug sekėjų. Per savo ne pelno siekiančią švietimo įmonę Markas pasiūlė nemokamą vasaros stovyklą VR studentams, be mokytojų rengimo ruošiantis 2020–21 mokslo metams.

Neaiškios mokymo aplinkybės apsunkina planavimą. „Kai supratau, kad nuotolinis mokymasis tęsis ir 2020/21 mokslo metais, nusprendžiau iš pradžių dėstyti dizainą, o paskui robotiką… , tačiau buvo tiek daug dalykų, kad buvo sunku ką nors planuoti. Nežinojau, ar grįšime asmeniškai, ar tęsime prisijungimą – tuo metu buvo labai mažai informacijos. Galų gale tiesiog sumaišiau robotiką ir dizainą ir planavau vieną ar dvi dienas iš anksto. Markas pradėjo naudoti VR prasidėjus mokslo metams (kuri išliks 100 % nutolusi iki 2021 m.), pasirinkdamas įvairias veiklas iš svetainės, kuri veikė gerai, nes buvo skirtingi patirties lygiai ir redaguojamos instrukcijos. Kai buvo išleistas 1 lygio informatikos kursas – blokai, jis supažindino studentus su juo iki galo, tačiau pažymėjo, kad kitą kartą pamokas skirs trumpesnėms paskaitoms. VR naudojimas iš esmės skyrėsi nuo asmeninių robotikos pamokų, tačiau vis tiek buvo pagrindiniai Marko tikslai šioms pamokoms:

• Supažindinkite mokinius su VEXcode
• Ugdykite pasitikėjimą programavimu (saviveiksmingumu)
• Supažindinkite su programavimo idėjomis/žodynu nekeliančiu grėsmės
• „Apgaudinėk“ juos, kad pasinaudotų matematika to nesuvokiant ;)
• Paprašykite mokinių išspręsti tiksliai apibrėžtas problemas, atsižvelgiant į apribojimus
• Pristatykite netinkamai apibrėžtas problemas
• Skatinkite požiūrį „nepavyk ir bandykite dar kartą“.
• Ir toliau linksmai spręskite problemas

Nors virtuali patirtis buvo kitokia, Markas rado aiškių VR pranašumų. Studentai daug mažiau bijojo eksperimentuoti naudodami VR, palyginti su RobotC (kita kodavimo kalba, naudojama su kitais robotais). Markas taip pat naudoja matavimą, kiek laiko užtrunka studentams „laimėti“, kad nustatytų, kokia gera STEM veikla, ir pažymi, kad „jeigu studentas per ilgai gauna teigiamą rezultatą, jį išlaikyti yra daug sunkiau. susižadėjęs“.

VR buvo betarpiškas, skatinantis tyrinėjimą ir aktyvų įsitraukimą. Markas apibūdina tokio tipo „laimėjimą“ pateikdamas VR pristatymo studentams pavyzdį:

Aš: „Kiekvienas atidarykite naują skirtuką ir eikite į vr.vex.com. Visi mato svetainę? Gerai. Dabar priversti robotą važiuoti į priekį.
Studentas: "Kaip?"
Aš: „Pažiūrėk, ar gali suprasti…“
Mokinys: „Aš tai supratau!
Ir tada jie užsikabina! Iki to laiko daugelis iš jų manęs klausia, kaip daryti įvairius dalykus. Jie tiesiogine prasme prašo manęs juos išmokyti!

Rezultatai ir diskusija

VR kaip mokymosi priemonė. Naudojimo duomenys ir atvejų tyrimai suteikia įžvalgų apie pirmąjį tyrimo klausimą, kaip VR veikė kaip mokymosi priemonė COVID-19 pandemijos metu. Pats paprasčiausias pasirinkimas yra dėl didelio naudojimo kiekio; VR platforma buvo naudojama daugiau nei milijonui studentų visame pasaulyje, o tai rodo, kad virtuali robotų aplinka puikiai veikė kaip asmeninio mokymosi pakaitalas krizės metu. Vykdomų projektų skaičius (84 ir daugiau milijonų) taip pat buvo stebinantis atradimas, atsižvelgiant į atskirų vartotojų skaičių. Vidutiniškai vartotojai baigė 57 projekto vykdymus, o tai parodė aukštą testavimo ir iteracijos laipsnį. Tai labai daug žadantis rezultatas, atsižvelgiant į tai, kaip svarbu ugdyti mokinių požiūrį „bandyk ir bandyk dar kartą“. Yra keletas galimų būdų, kaip išspręsti VR veiklą, o tai yra svarbi pamoka, kurią mokiniai turi išmokti. Kai mokiniai supranta, kad yra keli problemos sprendimai, gali padidėti tikimybė, kad mokiniai prašys mokytojų atsiliepimų ir taip pat geriau supras, ką mokosi³⁰.

Atvejų tyrimai taip pat patvirtina, kad VR veikia kaip mažai svarbi mokymosi aplinka. Aimee pažymėjo, kad jos mokiniai buvo labiau pasitikintys programuotojai ir nekantrauja dirbti su fiziniais robotais. Markas pastebėjo, kad studentai mažiau bijojo eksperimentuoti, nes jie kodavo VEXcode VR, ir šioje aplinkoje jie jaučia „laimės“ jausmą. Atsižvelgdami į šiuos mokytojų pastebėjimus kartu su neapdorotais naudojimo duomenimis, atrodo, kad tai patvirtina, kad virtuali roboto aplinka leidžia mokiniams jaustis laisviau eksperimentuoti ir kartoti mokymosi proceso metu ir apskritai padidina teigiamą robotikos suvokimą.

Mokytojų pamokos. Svarstydami antrąjį tyrimo klausimą apie tai, kokias įžvalgas mokytojai gali pateikti apie VR diegimą klasėje, galime nustatyti keletą bendrų dalykų iš atvejų analizės. Abiejų atvejų tyrimai atskleidė informaciją apie tai, kaip mokytojai priėmė sprendimus ir įgyvendino sprendimus COVID-19 metu, bet ir apie tai, ko reikėjo, kad mokiniams būtų pateiktas efektyvus mokymosi sprendimas virtualioje ir hibridinėje aplinkoje. Šios temos apima lanksčius sprendimus, tęstinumą, mokymo programą ir palaikymą. Šios išvados turėtų būti laikomos reikalavimais visiems technologiniams sprendimams, nes mokytojų palaikymas padeda mokiniams.

Atsižvelgdami į neaiškumus dėl mokymo sąlygų, Markas ir Aimee pažymėjo, kad jiems reikia lanksčių sprendimų. Nuotolinis mokymasis gali pereiti į mokymąsi akis į akį arba tam tikra forma tarp jų. VR gali būti ir toliau naudojamas bet kokioje aplinkoje, tačiau taip pat buvo lankstus požiūris. Mokiniai galėtų dalyvauti struktūrizuotose mokytojo vadovaujamose pamokose, kaip Markas naudojo užsiėmimus ir kursą, arba mokinių vadovaujamas mokymasis savo tempu, kaip apibūdino Aimee. Mokytojams taip pat reikėjo lankstumo patirties lygmenyje – tiek veiklų, tiek siūlomų programavimo kalbų, kad būtų patenkinti visų mokinių poreikius, tipai.

Mokymosi tęstinumas buvo nurodytas kaip svarbus abiejuose atvejų tyrimuose. Aimee pažymėjo, kad po darbo VR, studentai džiaugėsi galėdami dirbti su VEX V5 robotais, kurie laukė, kol bus atnaujintas mokymasis asmeniškai. VR tarnavo kaip žingsnis dirbant su fiziniais robotais ir didino studentų jaudulį bei teigiamą suvokimą. Markas taip pat pažymėjo, kad VEXcode tęstinumas nuo VR iki IQ jam buvo labai svarbus: „Negaliu pasakyti, kaip nuostabu, kad VEX labai paprasta sekti progresą nuo 3 klasės iki koledžo, naudojant VEXcode! O su VR jie gali pradėti mokytis iš namų!

Mokymo programa ir parama buvo labai svarbios VR sėkmei šioje besikeičiančioje mokymosi situacijoje. VR skyriuose buvo visas turinys, kurį mokiniai galėjo mokytis, taip pat medžiaga, reikalinga pamokoms vesti. Ne visi mokytojai turi informatikos ir kodavimo išsilavinimą. Aimee pažymėjo, kad blokų programa jai, be mokinių, taip pat nebuvo bauginanti. Markas taip pat sakė, kad nebuvo įpratęs tiek daug dėstyti informatikos, todėl prieš pradėdamas pamokas turėjo išmokti pats. Tačiau Markas pripažino: „Jei rytoj viskas grįš į „įprastą“, dabar galėsiu drąsiau dėstyti savo klasės programavimo dalis“. Mokytojų pagalba rengiant VR mokymo programas ir programavimą yra gyvybiškai svarbi norint įdiegti VR klasėje.

Skaitmeninis mokymasis skirtas ne tik studentams; mokytojai taip pat siekia sužinoti apie mokymo praktiką ir išteklius per technologijas ir socialinę žiniasklaidą. Mokytojai beveik 50 šalių baigė VR sertifikatą. Aplink VR formuojasi pasaulinė praktikos bendruomenė. Markas pradėjo skelbti vaizdo įrašus apie VR socialiniuose tinkluose ir greitai sulaukė daugiau nei tūkstančio sekėjų; dirbdamas su VR jis susidraugavo su mokytojais Slovėnijoje ir Taivane. Mokytojams dalijantis savo patirtimi ir praktika, mokiniai galiausiai gauna naudos iš šių neformalių mokytojų pagalbos grupių. Praktikos bendruomenės galėtų būti tiltas tarp dabartinės švietimo robotikos prieinamumo ir šios technologijos įtraukimo į formalųjį mokytojų rengimą. Kai vis daugiau mokytojų, pavyzdžiui, daugiau nei 550 mokytojų, baigusių sertifikavimo kursą, arba per neformaliojo mokymosi bendruomenes, susipažins su edukacine robotika per profesinį tobulėjimą, daugiau mokinių bus supažindinti su integruotu STEM mokymusi.

Išvada

„VEXcode VR“ buvo sukurtas didelio netikrumo ir didelio neatidėliotinų sprendimų poreikio metu. Inovatyvūs sprendimai gali atsirasti iš skubių situacijų. VR palietė daugiau nei 1,45 milijono vartotojų, kurie sutaupė daugiau nei 2,52 milijono projektų ir vykdė daugiau nei 84 milijonus projektų daugiau nei 150 šalių. Nors pandemija paveikė studentus ir mokytojus visame pasaulyje, VR leido studentams ir mokytojams įsitraukti į robotikos ir informatikos koncepcijas, nepaisant fizinių kliūčių. Remiantis mokytojų atvejo tyrimais, lankstumo, tęstinumo, mokymo programos ir paramos temos buvo nustatytos kaip svarbios mokant naudojant technologijas tokiomis neaiškiomis ir sudėtingomis aplinkybėmis.

Žengiant į priekį nuo šio precedento neturinčio laiko, pamokos, įgytos kuriant ir įgyvendinant VR, rodo, kaip ją naudoti ateityje. Naudojimo duomenys kartu su mokytojų atvejo tyrimais rodo, kad mokiniai jautė mažiau kliūčių kartoti koduodami virtualioje aplinkoje. Tai rodo, kad VR gali būti vertingas pastolių įrankis, kurį būtų galima naudoti kartu su fiziniais robotais. Tai taip pat patvirtina lankstumo poreikis; Naudojant VR kaip mokymosi priemonę kartu su fiziniu robotu, būtų galima sukurti optimalią, lanksčią robotų mokymosi aplinką, kurioje paprastas pasirinkimas namuose papildytų fizinės robotikos mokymo programą. Nekantriai laukiame būsimų tyrimų, kad ištirtume, kaip mokytojai galėtų sujungti virtualią ir fizinę robotiką pasaulyje po pandemijos.

Padėkos

Dėkojame Aimee DeFoe ir Mark Johnston už pasidalinimą savo mokymo patirtimi ir vertingomis įžvalgomis.

---