Por que ensinar robótica educacional?

Nos últimos anos, o interesse pela Robótica Educacional floresceu à medida que professores e escolas abraçaram o potencial da robótica para fornecer formas práticas e envolventes de ensinar design, engenharia e tecnologiaⁱ. Também vista como uma forma de apresentar e incentivar os alunos a seguir carreiras nas áreas de Ciência, Tecnologia, Engenharia e Matemática (STEM)ⁱⁱ, o uso da Robótica Educacional é agora mais acessível e robusto, graças a toda a atenção e investimentos crescentes dado ao médium. Os avanços tecnológicos resultantes contribuem enormemente para a acessibilidade desta ferramentaⁱⁱⁱ. Na verdade, alguns consideram agora que a robótica desempenha na sala de aula um papel semelhante ao dos computadores, começando no início dos anos 90 e com a introdução do uso de CD-ROM e do Microsoft PowerPoint nas salas de aula^iv.

Com a presença crescente da Robótica Educacional surgem questões importantes. Quais são os melhores usos desta ferramenta nova e interessante? Como podemos estabelecer melhores práticas? Como conceituamos o propósito da Robótica Educacional na sala de aula? Estas questões podem ser mais complicadas do que parecem à primeira vista. E respondê-las pode inicialmente produzir mais perguntas do que quando começamos. Por exemplo, os alunos usam a robótica educacional como meio para exibir suas ideias e pensamentos, ou os alunos criam ideias e pensamentos ao interagir com o meio? A Robótica Educacional é uma forma de os alunos mostrarem as suas competências ou é uma infra-estrutura sobre a qual os alunos constroem novas competências^x? Talvez considerar um aspecto do uso do computador na sala de aula possa ajudar a esclarecer o assunto.

Um meio pode ter um escopo diferente com base em sua aplicação. A pintura pode ser vista como um meio que pode ser usado para pintar uma cerca ou a Capela Sistina. A versatilidade dos computadores como meio tem, sem dúvida, uma enormidade ainda maior; um computador pode ser usado na sala de aula com um escopo muito limitado, seja como calculadora ou como processador de texto, mas também visto e adotado como um poderoso meio de comunicação por si só. Como assinalou Mark Guzdial, os computadores podem ser entendidos como uma forma moderna da impressora de Gutenberg^vi, e como uma forma de pensar sobre outros domínios. Como tal, tecnologias como a modelação computacional e os algoritmos tiveram um impacto significativo na nossa compreensão dos campos da matemática e das ciências^vii.

Qual é então o âmbito da Robótica Educacional? A Robótica Educacional pode ser usada como objetos pré-construídos que executam tarefas muito específicas, enquanto alguns sistemas de Robótica Educacional permitem que os alunos se tornem participantes ativos na concepção da sua aprendizagem – bem como criadores de artefactos computacionais, em vez de utilizadores passivos de dispositivos que outros criaram. para eles^viii. Isso apresenta um conjunto único de oportunidades para professores. A Robótica Educacional torna-se assim um meio que proporciona aos alunos a oportunidade de exercerem a sua voz e escolha na aprendizagem e envolvê-los não apenas na resolução de problemas, mas também na descoberta de problemas, na construção de problemas, na análise de problemas e no planeamento e monitorização dos esforços de resolução de problemas. A Robótica Educacional torna-se então algo muito maior - um meio para preparar os alunos para a complexidade dos desafios que os aguardam enquanto se preparam para empregos que actualmente não existem^ix, e também uma forma de incorporar outras destrezas valiosas (por exemplo, comunicação e colaboração ) pertencentes ao espectro mais amplo de competências do século XXI.

Os esforços das escolas para implementar o meio de Robótica Educacional parecem ter produzido tantas manifestações quanto diferentes motivações que impulsionam as iniciativas. Algumas escolas utilizam esta ferramenta como parte integrante de um curso independente de ciência da computação ou STEM, enquanto outras escolas utilizam esta solução moderna para complementar disciplinas tradicionais. Outras escolas ainda as utilizam como atividades extracurriculares que capitalizam os efeitos motivacionais da “gamificação” e das competições para aumentar a participação e o envolvimento dos alunos. Da mesma forma que as escolas aprenderam a não restringir a utilização de computadores a calculadoras caras, a utilização da Robótica Educacional não deve ser limitada por restrições percebidas.

Vale a pena explorar em detalhes os seguintes usos da Robótica Educacional:

• Para compreender o nosso mundo
• Para ensinar educação STEM integrada de maneiras inovadoras
• Para ensinar Pensamento Computacional
• Para se sentir confortável com a iteração e aprender com o fracasso
• Para ser exposto e aprender sobre os empregos do futuro

Para compreender nosso mundo

A ciência é a explicação do mundo natural. Os alunos alfabetizados cientificamente são capazes de compreender os conceitos e as práticas da ciência. Portanto, ensinar ciências aos alunos oferece-lhes a oportunidade de compreender o mundo que habitam. É por isso que os currículos do ensino médio em todo o país incluem disciplinas como Astronomia, Biologia e Química. Mas e a Robótica? Claramente, os robôs são predominantes na nossa vida quotidiana e essa prevalência está a aumentar^x. As melhorias na tecnologia associada aos robôs levaram a um crescimento exponencial do poder de computação e armazenamento de dados^xi. Isto resultou em robôs capazes de aprender e tomar decisões baseadas nas experiências de outros robôs. Os robôs não são mais máquinas que executam funções simples. Além disso, a crescente demanda por robôs e tecnologia robótica é transversal a todos os setores. Sim, as fábricas são o lar de muitos robôs, mas os robôs também são agora mais comuns em ambientes educacionais e de entretenimento. É bem possível que num futuro próximo os robôs ajudem muitos membros da população idosa a viver de forma independente nas suas casas, criando assim um novo campo de “co-robôs”.^xii

As escolas, com razão, ensinam sobre planetas e estrelas que existem a anos-luz de distância…mas não sobre a tecnologia com a qual muitos interagem diariamente. Este é um desafio, mas também uma oportunidade. A educação impulsiona a ciência e a inovação. O estudo da Biologia continua a levar a melhores tratamentos e à erradicação de doenças e enfermidades^xiii. Se a Robótica se tornasse uma disciplina académica central nas nossas escolas, poderia potencialmente ter um impacto semelhante.

Para ensinar educação STEM integrada de maneiras inovadoras

Os investigadores educacionais sugerem que os professores muitas vezes têm dificuldade em estabelecer ligações entre as disciplinas STEM^xiv. Isto representa um desafio para as escolas, uma vez que os Padrões Científicos da Próxima Geração apresentam conceitos transversais que abrangem diferentes domínios científicos. Portanto, os alunos terão dificuldade em transferir conceitos, muitas vezes ensinados de forma isolada, para o contexto integrado que verão nos exames de avaliação. Outra consequência não intencional do ensino isolado de conceitos científicos é a sua tendência para criar um ambiente de aprendizagem onde os alunos se tornam desinteressados. Os exemplos autênticos que vêem da ciência nas suas vidas quotidianas têm uma profunda integração entre as disciplinas STEM, em oposição à singularidade. O objetivo da educação STEM é ajudar os alunos a organizar informações dentro e entre disciplinas, para serem capazes de identificar e raciocinar com semelhanças e padrões estruturais profundos dentro dessas informações; o culminar idealmente resulta na capacidade de aplicar esta organização do conhecimento a situações e problemas complexos da vida quotidiana^xv.

A Robótica Educacional pode ajudar a enfrentar estes desafios, funcionando como um facilitador para professores e escolas que procuram organizar o ensino STEM. Como o escopo da Robótica Educacional vai muito além de um brinquedo que pode receber instruções simples, as salas de aula que utilizam a Robótica Educacional podem oferecer aos alunos desafios robustos de engenharia e programação.

Para ensinar pensamento computacional

Durante os últimos 10 anos, o Pensamento Computacional cresceu em popularidade e inclusão nas salas de aula do ensino fundamental e médio^xvii. O Pensamento Computacional está incluído como parte dos Padrões Científicos da Próxima Geração e como uma parte essencial da matemática e da ciência do mundo real. O Pensamento Computacional é amplamente considerado parte integrante de qualquer sala de aula STEM^xviii.

O aumento da popularidade do Pensamento Computacional como conceito, tanto dentro como fora das escolas, levou as escolas a tentarem encontrar ferramentas eficazes para integrar e ensinar o pensamento computacional aos seus alunos. Um objetivo correspondente tem sido ampliar a participação nas aulas – especialmente ciências da computação – que se aprofundam fortemente no pensamento computacional; abordar a disparidade de género nesta área também tem sido um objectivo consistente. Atualmente, as meninas representam aproximadamente metade de todos os participantes do teste AP, mas representam apenas 25% daqueles que frequentam aulas de ciência da computação AP^xix

A Robótica Educacional pode ser uma ferramenta eficaz para ensinar o pensamento computacional, ao mesmo tempo que ajuda a ampliar os objetivos de participação.^{xx xxi} Avanços recentes na Robótica Educacional reduziram custos e aumentaram a facilidade de uso, tornando-os mais acessíveis aos alunos e progressivamente utilizados como uma forma confiável de aprender conceitos abstratos de STEM. Como tal, a ligação entre a ciência da computação e a robótica é clara; os alunos têm a capacidade de programar seus robôs para realizar tarefas complexas, tanto em sala de aula quanto em campos de competição. Embora o desempenho de tarefas complexas possa ser o fim, os meios envolvem a decomposição dessas tarefas em partes menores e, em seguida, construí-las iterativamente para criar uma solução. Nas salas de aula, a estruturação desse processo é de vital importância e, mais uma vez, a Robótica Educacional pode ser eficaz ao facilitar tanto a decomposição como a estruturação de tarefas complexas. Como resultado, os robôs podem ser uma ferramenta eficaz para ensinar o pensamento computacional, como o inicial as evidências mostram.^{xxii xxiii} O ensino eficaz do pensamento computacional também resulta na capacidade de aplicar o pensamento computacional em diferentes domínios. A capacidade de ensinar eficazmente competências de pensamento computacional generalizáveis, ao mesmo tempo que oferece formas de ajudar a diversificar os alunos que ingressam nestas áreas, faz da Robótica Educacional um contribuidor significativo para a integração do pensamento computacional nas escolas e no movimento Ciência da Computação para Todos.

Para se sentir confortável com a iteração e aprender com o fracasso

O projeto de engenharia e o método científico são fenômenos relacionados, mas contêm distinções importantes. Na ciência, há uma ênfase na descoberta de regras gerais que descrevam as ações do nosso mundo e do universo, enquanto a engenharia envolve encontrar soluções para um problema específico que satisfaça todas as restrições contidas nesse problema^xxiv. Alguns resumiram esta distinção com o ditado “os cientistas investigam, mas os engenheiros criam”^xxv Ao considerar o processo criativo, devemos reconhecer a sua dependência muitas vezes significativa da iteração.

Múltiplas iterações são cruciais para projetar ideias e atividades projetadas para atingir determinados objetivos, seja atendendo/superando as expectativas do cliente ou participando de um desafio competitivo. As múltiplas iterações necessárias inerentes às atividades de Robótica Educacional foram reconhecidas como capazes de manter o interesse dos alunos e o envolvimento sustentado.^xxvi Além disso, a própria composição dos kits de robótica, com muitas peças diferentes que podem ser rapidamente montadas e depois desmontadas, promove uma atitude de iteração. Como as múltiplas iterações muitas vezes abordam a importante lição de vida de “tentar, tentar novamente”, os alunos se beneficiam imensamente ao aprender que “falhas” podem ser adotadas como parte do processo. Outra lição amplamente aplicável, nascida de uma visão mais abstrata dos benefícios auxiliares da ferramenta, é a tendência da Robótica Educacional de apresentar múltiplas soluções até mesmo para os desafios mais simples. O que poderia ampliar mais os horizontes de um aluno do que perceber que existem, de fato, múltiplas soluções para o mesmo problema? Vimos que isso produz benefícios interessantes: uma maior probabilidade de os alunos solicitarem feedback dos professores e uma maior probabilidade de os alunos entenderem o que estão aprendendo como importante.^xxvii Os benefícios só aumentam a partir daí - os professores que envolvem os alunos desta forma podem levar a uma maior autoeficácia dos alunos, o elemento-chave que leva a uma maior vontade de aprender com o fracasso.^xxviii

Estar exposto e aprender sobre os empregos do futuro

A mudança, a nossa única constante, não é estranha à natureza do trabalho. Em 1900, aproximadamente 40% da força de trabalho americana trabalhava em fazendas. Hoje, esse número é de apenas 2%.xxix Se isso parece muito distante, há muito tempo, considere que, há apenas 50 anos, o trabalhador médio não precisava ler ou escrever durante o seu dia de trabalho.^xxx As marés de hoje podem ser resumidas num estudo de 2013, amplamente lido e discutido, realizado pelo Departamento de Ciência da Engenharia da Universidade de Oxford, que estima que 47% dos empregos atuais correm o risco de serem perdidos devido à automação.^xxxi

Uma distinção importante das preocupações actuais, em oposição à agitação normal de destruição e criação de emprego de ontem, é a “polarização do emprego”. O termo aplica-se ao esvaziamento das oportunidades de emprego, ou seja, há uma elevada procura de empregos altamente qualificados e de empregos pouco qualificados, mas as oportunidades para empregos com qualificações médias e salários médios diminuíram.^xxxii Este problema significativo pode ser atribuído à automação do trabalho rotineiro, e as respostas envolvem o reconhecimento da inevitabilidade da automação, trabalhando criativamente em direção ao aumento. As empresas que aproveitam esta onda com sucesso são aquelas que respondem com flexibilidade e fluidez, aprendendo a trabalhar com a tecnologia em vez de fugir ou rebelar-se contra a sua presença e impacto assustadores.^xxxiii Como educadores, é vital que também respondamos de forma criativa, procurando soluções inovadoras para a incerteza do futuro. Cabe aos sistemas de ensino primário e secundário reconhecer as realidades que se avizinham e ensinar competências relevantes e valiosas, o que, no caso atual, pode significar coisas nas quais os computadores simplesmente não são bons. Isso inclui criatividade, habilidades interpessoais e resolução de problemas, todas habilidades que podem ser cultivadas com um uso refinado da Robótica Educacional.^xxxiv

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