Łączenie robotyki edukacyjnej z nauką

Robotyka to nie tylko przyszłość, ale także teraźniejszość. Zaznajomiając uczniów z programowaniem, czujnikami i automatyzacją, doskonalą umiejętności krytycznego myślenia obliczeniowego potrzebne do odniesienia sukcesu zarówno na rynku pracy XXI wieku, jak i w życiu codziennym. Z akademickiego punktu widzenia robotyka edukacyjna zapewnia szeroką gamę możliwości uczenia się, ponieważ jej warunkami wstępnymi są STEM (nauka, technologia, inżynieria i matematyka), a nawet STEAM (nauka, technologia, inżynieria, sztuka i matematyka). Robotyka edukacyjna ma zawsze charakter interdyscyplinarny w sposób namacalny i możliwy do zastosowania dla uczniów. Ponadto zajęcia obejmujące robotykę edukacyjną wymagają od uczniów współpracy, myślenia obliczeniowego, rozwiązywania problemów (identyfikowania i rozwiązywania problemów) oraz wprowadzania innowacji, co jest podstawowymi umiejętnościami profesjonalistów XXI wieku. 

Na lekcjach przedmiotów ścisłych robotyka edukacyjna może zostać wykorzystana jako kontekst nauczania podstawowych metod i praktyk naukowych, takich jak metoda naukowa, obserwacja, eksperymentowanie, gromadzenie i analiza danych. Pozwala także na badanie pojęć z zakresu fizyki stosowanej i mechaniki, myślenia systemowego i oczywiście sztucznej inteligencji. Badanie robota i jego funkcjonowania mogłoby być również tematem zajęć na lekcjach przedmiotów ścisłych, ale robotyka edukacyjna nie jest nauką o robotyce dla roboty. Jest to wykorzystanie robota jako narzędzia pedagogicznego do poznawania praktyk i koncepcji nauki.  

Wskazówki, sugestie, & potencjalnych standardów, na które warto zwrócić uwagę

• Zorganizuj swoją klasę, aby ułatwić naukę opartą na projektach (PBL) i poproś uczniów o współpracę w zespołach przy realizacji projektów. Na początku projektu podaj rubryki dotyczące zarówno wspólnych wysiłków, jak i rezultatów projektu, aby uczniowie poznali Twoje oczekiwania. 
• Niech uczniowie korzystają z dzienników, wykresów harmonogramu i innych narzędzi planowania do planowania i realizacji projektów.
• Popraw umiejętności komunikacji i współpracy, umożliwiając uczniom prezentację sobie nawzajem i proszenie o opinię.
• Na początku projektu otwartego przypomnij uczniom, że będzie więcej niż jedno „poprawne” rozwiązanie i że konstruktywna krytyka ma na celu ulepszenie projektów, a nie ich krytykowanie. 
• Zadawaj uczniom pytania, które pomogą im rozważyć wiedzę zdobytą na tych i innych zajęciach.
• Poinformuj nauczycieli matematyki, technologii i innych nauczycieli, nad czym uczniowie pracują w Twojej klasie, aby mogli pomóc i/lub udzielić wskazówek i sugestii.

• Wykorzystuj interakcje pomiędzy robotem a jego otoczeniem do badania ruchu i stabilności, sił i interakcji oraz zmian energii w systemach (normy NGS: HS-PS2-1 & HS-PS3-1).
• Wykorzystaj możliwości bezprzewodowe robota do badania fal i ich zastosowań w technologiach przesyłania informacji (Normy NGS: HS-PS4-2 & HS-PS4-5).
• Wykorzystaj testy robota jako okazję do eksperymentowania i gromadzenia danych. Na przykład uruchomienie programu, w którym robot będzie podnosił przedmiot i przesuwał go po pomieszczeniu z różnymi prędkościami za pomocą ramienia z pazurami na różnych wysokościach, przy jednoczesnym zachowaniu wszystkich pozostałych zmiennych na stałym poziomie, może stworzyć co najmniej 3-poziomowy (szybki, równy i niskie prędkości) za pomocą 3-poziomowego eksperymentu (podwyższony wysoki, średni poziom i niski) z potencjałami zarówno głównych efektów, jak i interakcji podczas pomiaru stabilności robota. Klasa może operacyjnie zdefiniować stabilność w celu jej zmierzenia lub nawet uprościć, określając, czy robot się przewróci.
• Zorganizuj proste eksperymenty z jedną zmienną, aby mniej doświadczeni uczniowie zbadali wpływ różnych cech konstrukcji robota na jego prędkość, stabilność i/lub siłę. 
• Ułatwianie badań, podczas których uczniowie modyfikują konstrukcję robota lub tworzą nowego robota, który minimalizuje siłę działającą na obiekt makroskopowy podczas kolizji (norma NGS: HS-PS2-3).  

• Poproś zespoły uczniów o zaprojektowanie i stworzenie robota, który mógłby zmniejszyć wpływ działalności człowieka na środowisko i różnorodność biologiczną. Poproś zespoły o omówienie projektów innych zespołów oraz wpływu, jaki projekt będzie miał na dalsze udoskonalanie prototypów (Normy NGS: HS-LS2-7 & HS-ESS3-4).

Linki do przykładowych działań