Kāpēc mācīt izglītojošo robotiku?

Pēdējos vairākos gados interese par izglītojošo robotiku ir uzplaukusi, jo skolotāji un skolas izmanto robotikas potenciālu, lai nodrošinātu praktiskus un saistošus veidus, kā mācīt dizainu, inženierzinātnes un tehnoloģijasⁱ. Tiek uzskatīts arī par veidu, kā iepazīstināt un mudināt studentus turpināt karjeru zinātnes, tehnoloģiju, inženierzinātņu un matemātikas (STEM) jomāsⁱⁱ, tāpēc izglītības robotikas izmantošana tagad ir pieejamāka un stabilāka, pateicoties visai pastiprinātajai uzmanībai un ieguldījumiem. dots medijam. Iegūtie tehnoloģiskie sasniegumi ievērojami veicina šī rīka pieejamībuⁱⁱⁱ. Faktiski tagad daži uzskata, ka robotikai klasē ir līdzīga loma kā datoriem, sākot ar 90. gadu sākumu un CD-ROM un Microsoft PowerPoint izmantošanas ieviešanu klasēs^iv.

Ar Educational Robotics pieaugošo klātbūtni rodas svarīgi jautājumi. Kādi ir šī jaunā un aizraujošā rīka labākie lietojumi? Kā mēs varam izveidot labāko praksi? Kā mēs saprotam izglītojošās robotikas mērķi klasē? Šie jautājumi var būt sarežģītāki, nekā šķiet no pirmā acu uzmetiena. Un, atbildot uz tiem, vispirms var rasties vairāk jautājumu nekā tad, kad mēs sākām. Piemēram, vai skolēni izmanto izglītojošu robotiku kā līdzekli, lai parādītu savas idejas un domāšanu, vai arī studenti rada idejas un domāšanu, mijiedarbojoties ar mediju? Vai izglītojošā robotika ir veids, kā studenti var parādīt savas kompetences, vai arī tā ir infrastruktūra, uz kuras studenti attīsta jaunas kompetences^pret? Varbūt kāda datora lietošanas aspekta apsvēršana klasē var palīdzēt izgaismot šo tēmu.

Videi var būt atšķirīgs darbības joma atkarībā no tā pielietojuma. Glezniecību var uzskatīt par līdzekli, ar kuru var apgleznot žogu vai Siksta kapelu. Datoru kā medija daudzpusība, iespējams, ir vēl lielāka; datoru var izmantot klasē ar ļoti ierobežotu darbības jomu, vai nu kā kalkulatoru, vai kā tekstapstrādes līdzekli, taču to var uzskatīt arī par spēcīgu saziņas līdzekli. Kā norādīja Marks Guzdials, datorus var saprast kā modernu Gūtenberga iespiedmašīnas veidu^viun kā veidu, kā domāt par citām jomām. Tādas tehnoloģijas kā datormodelēšana un algoritmi ir būtiski ietekmējušas mūsu izpratni par matemātikas un zinātnes jomām^vii.

Kas tad ir izglītības robotikas darbības joma? Educational Robotics var izmantot kā iepriekš iebūvētus objektus, kas veic ļoti specifiskus uzdevumus, savukārt dažas Educational Robotics sistēmas ļauj skolēniem kļūt par aktīviem dalībniekiem mācību plānošanā, kā arī par skaitļošanas artefaktu radītājiem, nevis par pasīviem citu radīto ierīču lietotājiem. tiem^viii. Tas skolotājiem piedāvā unikālu iespēju kopumu. Tādējādi izglītības robotika kļūst par līdzekli, kas sniedz studentiem iespēju izmantot savu balsi un izvēli mācībās un iesaistīt viņus ne tikai problēmu risināšanā, bet arī problēmu atrašanā, problēmu konstruēšanā, problēmu analīzē un problēmu risināšanas pasākumu plānošanā un uzraudzībā. Izglītības robotika kļūst par kaut ko daudz lielāku — līdzekli, lai sagatavotu skolēnus sarežģītajiem izaicinājumiem, kas viņus gaida, gatavojoties darbam, kas pašlaik nepastāv^x, kā arī veids, kā iekļaut citas vērtīgas veiklības (piemēram, komunikācija un sadarbība). ), kas pieder pie plašāka spektra 21. gadsimta prasmēm.

Šķiet, ka skolu centieni ieviest izglītojošās robotikas līdzekli ir radījuši tikpat daudz izpausmju, cik dažādas iniciatīvas virza dažādas motivācijas. Dažas skolas izmanto šo rīku kā atsevišķu datorzinātņu vai STEM kursa integrētu daļu, savukārt citas skolas izmanto šo moderno risinājumu, lai papildinātu tradicionālos mācību priekšmetus. Vēl citas skolas tos izmanto kā pēcskolas aktivitātes, kas pēc tam izmanto “spēlēšanas” un sacensību motivācijas efektu, lai palielinātu skolēnu līdzdalību un iesaistīšanos. Tāpat kā skolas mācījās neierobežot datoru izmantošanu ar dārgiem kalkulatoriem, arī izglītojošās robotikas izmantošanu nevajadzētu ierobežot uztveramiem ierobežojumiem.

Ir vērts detalizēti izpētīt šādus izglītības robotikas lietojumus:

• Izprast mūsu pasauli
• Mācīt integrēto STEM izglītību jaunos veidos
• Mācīt skaitļošanas domāšanu
• Kļūt apmierināts ar iterāciju un mācīties no neveiksmēm
• Būt pakļautam nākotnes darbiem un uzzināt par tiem

Lai izprastu mūsu pasauli

Zinātne ir dabas pasaules skaidrojums. Zinātniski izglītoti studenti spēj izprast gan zinātnes jēdzienus, gan praksi. Tāpēc, mācot studentiem dabaszinātnes, viņiem ir iespēja izprast pasauli, kurā viņi dzīvo. Tāpēc vidusskolas mācību programmās visā valstī ir iekļauti tādi priekšmeti kā astronomija, bioloģija un ķīmija. Bet kā ar robotu? Skaidrs, ka roboti ir izplatīti mūsu ikdienas dzīvē, un šī izplatība pieaug^x. Ar robotiem saistītās tehnoloģijas uzlabojumi ir izraisījuši skaitļošanas jaudas un datu uzglabāšanas eksponenciālu pieaugumu^xi. Tā rezultātā ir izveidoti roboti, kas spēj mācīties un pieņemt lēmumus, pamatojoties uz citu robotu pieredzi. Roboti vairs nav mašīnas, kas veic vienkāršas funkcijas. Turklāt pieaugošais pieprasījums pēc robotiem un robotu tehnoloģijām skar visas nozares. Jā, rūpnīcas ir mājas daudziem robotiem, taču tagad roboti ir arī izplatītāki izglītības un izklaides vietās. Pilnīgi iespējams, ka tuvākajā nākotnē roboti palīdzēs daudziem vecāka gadagājuma cilvēkiem dzīvot patstāvīgi savās mājās, tādējādi radot jaunu “līdzrobotu” lauku.^xii

Skolas pamatoti māca par planētām un zvaigznēm, kas pastāv gaismas gadu attālumā…, bet ne par tehnoloģijām, ar kurām daudzi mijiedarbojas ikdienā. Tas ir izaicinājums, bet arī iespēja. Izglītība virza zinātni un inovācijas. Bioloģijas studijas turpina nodrošināt labāku ārstēšanu un slimību un slimību izskaušanu^xiii. Ja robotika kļūtu par galveno akadēmisko priekšmetu mūsu skolās, tam varētu būt līdzīga ietekme.

Mācīt integrētu STEM izglītību jaunos veidos

Izglītības pētnieki norāda, ka skolotājiem bieži ir grūti izveidot savienojumus starp STEM disciplīnām^xiv. Tas rada izaicinājumu skolām, jo ​​nākamās paaudzes zinātnes standartos ir ietvertas transversālas koncepcijas, kas aptver dažādas zinātnes jomas. Tāpēc studentiem būs grūtības pārnest jēdzienus, ko bieži māca atsevišķi, integrētajā kontekstā, ko viņi redzēs vērtēšanas eksāmenos. Vēl viena neparedzēta zinātnisko jēdzienu mācīšanas sekas atsevišķi ir tendence radīt mācību vidi, kurā studenti kļūst nesaistīti. Autentiskiem zinātnes piemēriem, ko viņi redz savā ikdienas dzīvē, ir dziļa integrācija starp STEM disciplīnām, nevis singularitāte. STEM izglītības mērķis ir palīdzēt skolēniem sakārtot informāciju disciplīnās un starp tām, lai varētu identificēt un pamatot šīs informācijas dziļas, strukturālas līdzības un modeļus; kulminācija, kas ideālā gadījumā rada spēju pielietot šo zināšanu organizāciju sarežģītās situācijās un ikdienas dzīves problēmās^xv.

Izglītojošā robotika var palīdzēt risināt šīs problēmas, darbojoties kā skolotāju un skolu koordinators, organizējot STEM apmācību. Tā kā izglītojošās robotikas darbības joma ir daudz plašāka par rotaļlietu, kurai var sniegt vienkāršas instrukcijas, klases, kurās tiek izmantota izglītojošā robotika, var piedāvāt studentiem spēcīgas inženierijas un programmēšanas problēmas.

Lai mācītu skaitļošanas domāšanu

Pēdējo 10 gadu laikā skaitļošanas domāšana ir kļuvusi populārāka un iekļauta K-12 klasēs^xvii. Skaitļošanas domāšana ir iekļauta kā daļa no nākamās paaudzes zinātnes standartiem un kā būtiska reālās pasaules matemātikas un zinātnes sastāvdaļa. Skaitļošanas domāšana tiek plaši uzskatīta par jebkuras STEM klases neatņemamu sastāvdaļu^xviii.

Skaitļošanas domāšanas kā jēdziena popularitātes pieaugums gan skolās, gan ārpus tām ir novedis pie tā, ka skolas cenšas atrast efektīvus rīkus, lai integrētu un mācītu skaitļošanas domāšanu saviem skolēniem. Atbilstošs mērķis ir bijis paplašināt līdzdalību nodarbībās, īpaši datorzinātnēs, kas lielā mērā iedziļinās skaitļošanas domāšanā; konsekvents mērķis ir arī novērst dzimumu atšķirības šajā jomā. Pašlaik meitenes ir aptuveni puse no visiem AP testu kārtotājiem, bet tikai 25% no tiem, kas apmeklē AP datorzinātņu nodarbības^xix

Izglītības robotika var būt efektīvs līdzeklis, lai mācītu skaitļošanas domāšanu, vienlaikus palīdzot paplašināt līdzdalības mērķus.^{xx xxi} Nesenie sasniegumi izglītības robotikas jomā ir samazinājuši izmaksas un atvieglojuši lietošanu, padarot tās pieejamākas studentiem un pakāpeniski tiek izmantotas kā uzticams veids, kā apgūt abstraktas STEM koncepcijas. Tādējādi saikne starp datorzinātnēm un robotiku ir skaidra; skolēniem ir iespēja ieprogrammēt savus robotus sarežģītu uzdevumu veikšanai gan klasē, gan sacensību laukumos. Lai gan sarežģītu uzdevumu veikšana var būt beigas, līdzekļi ietver šo uzdevumu sadalīšanu mazākās daļās un pēc tam iteratīvu to apvienošanu, lai radītu risinājumu. Klasēs šī procesa sastatnes ir ļoti svarīgas, un atkal izglītības robotika var būt efektīva, lai atvieglotu gan sarežģītu uzdevumu sadalīšanu, gan sastatņu sastatnes. Tā rezultātā roboti var būt efektīvs rīks skaitļošanas domāšanas mācīšanai. pierādījumi liecina.^{xxii xxiii} Efektīva skaitļošanas domāšanas mācīšana rada arī spēju pielietot skaitļošanas domāšanu dažādās jomās. Spēja efektīvi mācīt vispārināmas skaitļošanas domāšanas prasmes, vienlaikus piedāvājot veidus, kā palīdzēt dažādot studentus, kas ienāk šajās jomās, padara izglītojošo robotiku par nozīmīgu ieguldījumu skaitļošanas domāšanas integrēšanā skolās un kustībā Datorzinātne visiem.

Lai justos ērti un mācītos no neveiksmēm

Inženierprojektēšana un zinātniskā metode ir saistītas parādības, taču tajās ir būtiskas atšķirības. Zinātnē uzsvars tiek likts uz vispārīgu noteikumu atrašanu, kas apraksta mūsu pasaules un Visuma darbības, savukārt inženierzinātnēs tiek meklēti risinājumi konkrētai problēmai, kas atbilst visiem šīs problēmas ierobežojumiem^xxiv. Daži ir apkopojuši šo atšķirību ar teicienu “zinātnieki pēta, bet inženieri rada”^xxv Aplūkojot radošo procesu, mums jāatzīst tā bieži vien būtiskā atkarība no iterācijas.

Vairākas iterācijas ir būtiskas tādu ideju un aktivitāšu izstrādei, kas ir izstrādātas noteiktu mērķu sasniegšanai, neatkarīgi no tā, vai tas atbilst/pārsniedz klientu cerības vai piedalās konkurences izaicinājumā. Ir atzīts, ka izglītojošās robotikas aktivitātēm raksturīgās vairākas iterācijas spēj uzturēt studentu interesi un ilgstošu iesaistīšanos.^xxvi Arī pašu robotikas komplektu sastāvs ar daudziem dažādiem elementiem, kurus var ātri salikt un pēc tam izjaukt, veicina iterācijas attieksmi. Tā kā vairākas atkārtošanās bieži vien attiecas uz svarīgo dzīves mācību “mēģini, mēģiniet vēlreiz”, studenti gūst milzīgu labumu, uzzinot, ka “neveiksmes” var uztvert kā visu procesa daļu. Vēl viena plaši piemērojama mācība, kas gūta, aplūkojot rīka papildu priekšrocības, ir izglītības robotikas tendence piedāvāt vairākus risinājumus pat visvienkāršākajām problēmām. Kas varētu paplašināt studenta redzesloku vairāk nekā apzināšanās, ka vienai un tai pašai problēmai patiešām ir vairāki risinājumi? Mēs esam redzējuši, ka tas sniedz interesantus ieguvumus: palielinās iespēja, ka skolēni prasīs atsauksmes no skolotājiem, un lielāka iespēja, ka skolēni sapratīs, ko viņi mācās kā svarīgu.^xxvii No turienes ir tikai ieguvumi – skolotāji, kas šādā veidā iesaista skolēnus, var paaugstināt skolēnu pašefektivitāti, kas ir galvenais elements, kas veicina lielāku vēlmi mācīties no neveiksmēm.^xxviii

Atklāties un uzzināt par nākotnes darbiem

Pārmaiņas, mūsu vienīgās pastāvīgās, darba būtības nav svešas. 1900. gadā aptuveni 40% ASV darbaspēka strādāja fermās. Mūsdienās šis skaitlis ir tikai 2%.xxix Ja tas šķiet pārāk sen, pārāk tālu, ņemiet vērā, ka vēl pirms 50 gadiem vidusmēra strādniekam darba dienas laikā nebija nepieciešams lasīt vai rakstīt.^xxx Mūsdienu plūdmaiņas var iemiesot plaši lasītā un apspriestā Oksfordas Universitātes Inženierzinātņu departamenta 2013. gada pētījumā, kurā lēsts, ka automatizācijas dēļ pastāv risks, ka 47% pašreizējo darba vietu tiks zaudētas.^xxxi

Būtiska pašreizējo problēmu atšķirība pretstatā parastajai vakardienas darba vietu iznīcināšanas un darba vietu radīšanas problēmai ir “darba vietu polarizācija”. Šis termins attiecas uz nodarbinātības iespēju samazināšanu, kas nozīmē, ka ir liels pieprasījums pēc augstas kvalifikācijas un zemas kvalifikācijas darbiem, bet ir samazinājušās iespējas strādāt ar vidēju kvalifikāciju un vidēju atalgojumu.^xxxii Šo nozīmīgo problēmu var izsekot ikdienas darba automatizācijai, un atbildes ietver automatizācijas neizbēgamības atzīšanu, radoši strādājot pie palielināšanas. Uzņēmumi, kas veiksmīgi brauc ar šo vilni, ir tie, kas reaģē elastīgi un plūstoši, mācoties strādāt ar tehnoloģijām, nevis bēgt no tās biedējošās klātbūtnes un ietekmes vai saceļas pret to.^xxxiii Mums kā pedagogiem ir ļoti svarīgi reaģēt radoši, meklējot novatoriskus risinājumus nākotnes nenoteiktībai. Pamatizglītības un vidējās izglītības sistēmām ir jāatzīst apvāršņa realitāte un jāmāca atbilstošas ​​un vērtīgas prasmes, kas šajā gadījumā var nozīmēt lietas, kurās datori vienkārši nav labi. Tie ietver radošumu, savstarpējās saskarsmes prasmes un problēmu risināšanu, visas prasmes, kuras var pilnveidot, ir pilnveidota izglītojošās robotikas izmantošana.^xxxiv

---