Abstrato
A robótica educacional tem o potencial de se tornar uma pedra angular da educação STEM pela sua capacidade de fornecer aprendizagem prática baseada em projetos através de um currículo interdisciplinar. A pesquisa mostrou que as atitudes dos alunos em relação à aprendizagem STEM diminuem à medida que progridem no nosso sistema educacional; cultivar atitudes positivas em relação aos tópicos STEM é crucial em alunos do ensino fundamental. A integração do currículo de robótica com disciplinas STEM demonstrou trazer muitos benefícios positivos de aprendizagem para os alunos, ao mesmo tempo que melhora a percepção dos alunos sobre esses tópicos. Neste estudo, 104 alunos do terceiro ao quinto ano participaram num projeto de investigação para identificar se as perceções dos alunos sobre tópicos STEM mudariam após seis semanas de currículo de robótica. Os alunos receberam uma pré-pesquisa para avaliar atitudes em matemática, ciências, engenharia e habilidades do século XXI. Cada série completou um currículo de robótica usando o pacote de sala de aula de robôs VEX GO e os laboratórios e atividades STEM do currículo VEX GO. Após as seis semanas de aulas, os alunos responderam às mesmas perguntas pós-pesquisa para avaliar se suas atitudes haviam mudado. Os resultados mostram uma melhoria significativa nas atitudes dos alunos em todas as disciplinas STEM, bem como melhorias percebidas na criatividade, envolvimento, trabalho em equipe e persistência.
Introdução
A robótica tornou-se cada vez mais integrada nas escolas primárias e secundárias dos Estados Unidos nos últimos anos, estimulada por relatórios e políticas nacionais. Em 2015, a National Science Foundation declarou que a aquisição de conhecimentos e habilidades em ciência, tecnologia, engenharia e matemática (STEM) é cada vez mais vital para que os americanos se envolvam plenamente em uma economia global com uso intensivo de tecnologia, e que é fundamental que todos ter acesso a educação de alta qualidade em tópicos STEM. A robótica educacional não é simplesmente uma tendência popular na tecnologia educacional, mas tem sido demonstrada através de pesquisas como sendo eficaz para melhorar as percepções dos alunos sobre as disciplinas STEM, bem como os resultados de aprendizagem. Uma meta-análise (Beniti, 2012) descobriu que, em geral, a robótica educacional aumentou a aprendizagem de conceitos STEM específicos. Pesquisas focadas em diferentes faixas etárias revelaram que a robótica aumenta o interesse dos alunos e as percepções positivas das disciplinas STEM (Nugent et al., 2010; Robinson, 2005; Rogers & Portsmore, 2004), e pesquisas adicionais descobriram que isso, por sua vez, aumenta o desempenho escolar e promove a ciência obtenção de diploma (Renninger & Hidi, 2011; Wigfield & Cambria, 2010; Tai et al., 2006). Para estudantes do ensino secundário, a robótica tem sido utilizada para apoiar a preparação para a faculdade e as competências técnicas de carreira (Boakes, 2019; Ziaeefard et al., 2017; Vela et al., 2020).
O Comitê de Educação STEM do Conselho Nacional de Ciência e Tecnologia apresentou um relatório em 2018 para delinear uma estratégia federal para a educação STEM interdisciplinar: “O próprio caráter da educação STEM tem evoluído de um conjunto de disciplinas sobrepostas para uma abordagem mais integrada e interdisciplinar para aprendizagem e desenvolvimento de habilidades. Esta nova abordagem inclui o ensino de conceitos acadêmicos através de aplicações do mundo real e combina a aprendizagem formal e informal nas escolas, na comunidade e no local de trabalho.” A robótica educativa não deve ser ensinada como um tema isolado, mas sim tirar o máximo partido de uma abordagem curricular interdisciplinar. Os investigadores descobriram um espectro de benefícios na incorporação da robótica no currículo escolar existente, desde o desenvolvimento e aplicação de conhecimentos STEM, ao pensamento computacional e competências de resolução de problemas, até competências sociais e de trabalho em equipa (Altin & Pedaste, 2013; Bers et al., 2014; Kandlhofer & Steinbauer, 2015; Taylor, 2016). Benitti (2012) descobriu que a maioria dos programas de robótica eram ensinados como disciplina própria, o que tornava mais difícil para os professores integrá-los em suas salas de aula. Um objetivo deste estudo de pesquisa é avaliar as atitudes dos alunos em relação aos tópicos STEM usando um currículo de robótica que combina a construção e programação robótica com conteúdo de matemática, ciências e engenharia alinhado aos padrões.
A introdução da robótica educacional tem sido especialmente útil para os jovens estudantes, que podem começar a formar atitudes negativas em relação às disciplinas STEM já na 4ª série (Unfried et al., 2014). Os jovens estudantes beneficiam de um contexto de aprendizagem integrado e desenvolvem atitudes mais positivas em relação às disciplinas STEM com experiências iniciais de sucesso (McClure et al., 2017). Cherniak et al. (2019) descobriram que a introdução da robótica em alunos do ensino fundamental ajuda a desenvolver habilidades de investigação e resolução de problemas. Em um estudo de Ching et al. (2019), os alunos do ensino fundamental foram apresentados a um currículo integrado de robótica STEM em um programa pós-escola. Utilizando um instrumento de pesquisa (Friday Institute for Educational Innovation, 2012), as atitudes dos alunos em relação à matemática, ciências e engenharia foram medidas antes e depois do programa. Os resultados mostraram que apenas a construção matemática aumentou significativamente. Ching et al. identificaram que estes resultados eram consistentes com outras pesquisas realizadas em ambientes de aprendizagem informal e programas piloto de curta duração (uma semana) (Conrad et al., 2018; Leonard et al., 2016). Ching et al. também notaram outras dificuldades que podem ter impactado os resultados nulos para outras disciplinas: os alunos tiveram dificuldade para construir os robôs, levando até quatro sessões de 90 minutos para concluí-los. A dificuldade de compreender as instruções de construção e a construção de robôs também tem sido um desafio relatado para alunos do ensino fundamental superior em outros estudos (Kopcha et al., 2017), e os pesquisadores notaram que uma forte compreensão dos vários componentes robóticos é necessária para a construção robótica (Slangen e outros, 2011). Ching et al. (2019) afirmaram: “No futuro, quando um objetivo de aprendizagem envolver a construção de um robô original e funcional, é altamente recomendável que os alunos desenvolvam uma compreensão profunda dos vários componentes dos robôs antes de embarcar” p. 598. Esses insights deixam claro que é especialmente importante que as crianças pequenas tenham experiências precoces de sucesso com a aprendizagem STEM, e que o uso de um kit robótico que seja fácil de aprender e construir é um componente valioso da implementação de um currículo robótico para que todos os alunos alcancem o sucesso. .
Neste estudo, investigamos como um currículo interdisciplinar de robótica – ministrado como parte do dia escolar – impactou as atitudes dos alunos em relação às disciplinas STEM. As questões de pesquisa são:
- Como um currículo de robótica interdisciplinar de seis semanas impactou as atitudes dos alunos em relação às disciplinas STEM?
- Que tipos de benefícios ou aprendizagem percebidos são observados à medida que os alunos trabalham no currículo de robótica?
A investigação contínua de como a robótica pode beneficiar os alunos do ensino fundamental é de importância crescente para melhorar as percepções dos alunos sobre STEM e, esperançosamente, melhorar o envolvimento e os resultados. Neste estudo, pretendemos contribuir com a pesquisa investigando:
- alunos do terceiro ao quinto ano
- um currículo de robótica integrado ao dia escolar e entregue ao longo de seis semanas
- aulas interdisciplinares de robótica que se alinham aos padrões STEM
- um kit de robótica projetado para alunos do ensino fundamental
Métodos
Este estudo foi realizado em um distrito escolar público no oeste da Pensilvânia com um total de 104 alunos em três séries. O professor que desenvolveu e ministrou o currículo de robótica atua como integrador de tecnologia elementar para o distrito e atende os alunos em horários rotativos. Este estudo inclui dados quantitativos e qualitativos. Os alunos responderam a perguntas de pesquisa para avaliar empiricamente suas atitudes em relação aos tópicos STEM antes e depois de um currículo de robótica. Além disso, a professora manteve um diário onde registrava anotações e reflexões sobre o comportamento e a aprendizagem dos alunos durante os laboratórios STEM e as atividades realizadas por eles.
Pré-pesquisa. Para avaliar as percepções dos alunos sobre tópicos STEM, os alunos preencheram a Pesquisa de Atitudes dos Alunos em relação a STEM - Alunos do Ensino Fundamental Superior (Friday Institute for Educational Innovation, 2012). Para facilitar o processo aos alunos, a professora recriou os itens da pesquisa em forma de tabela e retirou a opção neutra que ela acreditava que causaria confusão nos alunos na hora de responder.
Cartas descrevendo o projeto de pesquisa e formulários de consentimento foram enviadas para casa com os alunos para revisão dos pais. Para participar desta pesquisa, os alunos foram obrigados a devolver um termo de consentimento assinado. O instrumento de pesquisa foi impresso e distribuído aos alunos em aula presencial. Os alunos que devolveram o termo de consentimento responderam à pesquisa, enquanto os alunos que não o fizeram receberam outra atividade nesse período. As instruções foram lidas em voz alta para os alunos e alguns termos foram definidos quando solicitados. As pesquisas foram realizadas por alunos da terceira, quarta e quinta séries, de segunda a quarta-feira da mesma semana.
No momento em que a primeira pesquisa foi entregue, os alunos foram apresentados ao kit robótico usando o laboratório Introdução à Construção e à lição para construir o personagem astronauta. Nenhum outro laboratório STEM foi concluído e, devido à pandemia de COVID-19, os alunos não receberam o currículo de robótica no ano e meio anterior. Isto proporcionou uma oportunidade de avaliar como os alunos se sentiam em relação aos tópicos STEM sem experiência recente com o currículo STEM moldando as suas respostas.
A professora observou que os alunos de diferentes séries responderam às pesquisas de maneira diferente. Os alunos do quinto ano responderam à pesquisa de forma rápida e com poucas perguntas. Os alunos da quarta série pediram muitas definições de termos. Os alunos do terceiro ano tiveram mais desafios com a terminologia e demoraram mais para responder à pesquisa.
Currículo de Aprendizagem STEM e Robô. O professor Elementary Technology Integrator teve muitas ferramentas robóticas e de programação coletadas para uso no distrito, mas optou por implementar um currículo de seis semanas com o robô VEX GO para as aulas de Pensamento Computacional e Ciência da Computação que puderam ter no final do ano. Ano letivo de 2021. O robô VEX GO é um kit de peças plásticas que pode ser manipulado por alunos do ensino fundamental, que possuem requisitos motores finos diferentes dos alunos mais velhos. O kit é codificado por cores para ajudar os alunos a entender o tamanho das peças e organizado por tipo: vigas, vigas angulares, placas, engrenagens, polias, conectores, espaçadores e pinos. A professora utilizou um único pacote de sala de aula (dez kits) para atender todas as turmas da terceira, quarta e quinta séries que ela lecionava. Compartilhar kits de robôs a partir de uma perspectiva de implementação em sala de aula significava que os alunos tinham que ser capazes de concluir a lição e guardar seus robôs em um único período de aula, para que outra turma pudesse usá-los mais tarde. O professor também precisava ser capaz de se deslocar para salas de aula diferentes para séries diferentes ao longo do dia.
Cada série completou seis semanas de laboratórios STEM de robótica. Devido à situação atípica de aprendizagem provocada pela COVID-19, os alunos realizaram um rodízio de aulas presenciais três vezes em um rodízio de dez dias. Nem todos os alunos foram atendidos exatamente o mesmo número de vezes, dependendo da agenda e de fatores externos. A professora tratou isso por meio da diferenciação: “Pensando nisso, procurei realmente buscar diferenciar para cada sala de aula. Eu não queria aprofundar tantas lições em cada série, mas sim me aprofundar nas lições para entender.” Os alunos da quinta série foram os menos vistos. A professora observou que era difícil dar aulas para alunos da quinta série no final do ensino fundamental, pois eles tinham muitos eventos agendados nas semanas anteriores à formatura.
Embora todos os alunos tenham concluído um conjunto de laboratórios e atividades STEM de robótica VEX GO durante essas seis semanas, o currículo foi diferenciado a critério do professor, para acomodar as habilidades de alunos de diferentes idades. Por exemplo, todos os alunos iniciaram seu currículo de robótica com o Laboratório de Introdução à Construção STEM, já que este laboratório apresenta o kit de robótica. Todos os alunos também concluíram o Laboratório Look Alike STEM, que ensina como as características são transmitidas geneticamente dos coelhinhos pais para os coelhinhos bebês. Cada série completou um conjunto diferente de laboratórios e atividades:
- Terceira série: Introdução à construção, Sósia, Sapos divertidos (2 aulas), Garra de adaptação, VEX GO Atividades: Lunar Rover, Pin Game, Engineer It & Build It, Copycat, Habitat, Criação de criaturas e tempo de construção livre
- Quarta série: Introdução à Construção, Unidade de Máquinas Simples (4 Lições), Sósia, Garra de Adaptação, VEX GO Atividades: Lunar Rover, Pin Game e tempo de construção livre
- Quinta série: Introdução à Construção, Sósias, Sapos Divertidos (2 Lições), Garra de Adaptação, VEX GO Atividades: Lunar Rover, Pin Game, Engineer It & Build It, Copycat, Habitat, Criação de Criaturas e tempo de construção livre
Os laboratórios STEM são atividades estruturadas que orientam os alunos por meio de aulas interdisciplinares e alinhadas aos padrões que fornecem contexto para uma construção robótica, discussões em sala de aula, experimentação e melhoria iterativa. Os laboratórios são organizados nas seções Envolver, Brincar e Compartilhar, que orientam os alunos durante a aula. As atividades são mais curtas do que um laboratório STEM e variam em tópico e estrutura, muitas vezes proporcionando desafios abertos com menos instruções.
Pós-Pesquisa. Após a conclusão do currículo, que coincidiu com o final do ano letivo, os alunos receberam a pós-pesquisa da mesma forma que a pré-pesquisa. Uma vez coletadas as pós-pesquisas, o professor anonimizou e registrou os dados em preparação para análise.
Análise de Dados. Os itens da pesquisa seriam avaliados usando métodos quantitativos prescritos. As opções de resposta foram pontuadas (1 = discordo totalmente, 2 = discordo, 3 = concordo, 4 = concordo totalmente) e itens específicos foram codificados inversamente quando necessário. Testes t pareados foram executados nas médias pré e pós-pesquisa para cada construto, para cada série. O diário do professor foi avaliado por meio de análise temática, que revelou insights sobre a aprendizagem percebida dos alunos, bem como o desenho/necessidades do currículo.
Resultados
Terceira série. Os resultados do terceiro ano, pré e pós-inquérito (Tabela 1), mostram pontuações médias aumentadas para cada uma das áreas do inquérito. Cada construto pré e pós-média foi comparado usando um teste t bicaudal, e todos os resultados foram significativos (p < 0,001). O menor aumento médio foi para o construto atitude em relação às competências do século XXI, indicando que os alunos variaram apenas ligeiramente em relação à sua concordância original com esses itens. Os alunos tiveram a pontuação média mais baixa no construto atitude matemática pré-pesquisa, com uma pontuação média de 2,27, mas aumentariam essa pontuação média do construto em 0,25 no pós-pesquisa. Tanto os construtos de ciências como de engenharia tiveram aumentos médios superiores a 0,6, indicando que os alunos se sentiram muito mais confiantes após o currículo para aumentar a sua escolha. A média pré-pesquisa do construto científico de 2,8 a 3,44 mostra que os alunos eram originalmente uma mistura de discordo e concordo (2 e 3), mas mudaram para uma mistura de concordo e concordo totalmente (3 e 4).
Tabela 1. Resultados do teste t pareado pré e pós-pesquisa da terceira série (n = 39).
| Par | Variável | Significar | t | Sig (bicaudal) |
| Par 1 | Pré-matemática | 2.2664 | -8.775 | 0.000 |
| Pós Matemática | 2.5197 | |||
| Par 2 | Pré-Ciência | 2.7982 | -21.255 | 0.000 |
| Pós Ciência | 3.4415 | |||
| Par 3 | Pré Engenharia | 3.1228 | -26.504 | 0.000 |
| Pós Engenharia | 3.7281 | |||
| Par 4 | Habilidades pré-século 21 | 3.0000 | -3.894 | 0.000 |
| Habilidades pós-século 21 | 3.0906 |
Quarta série. A Tabela 2 mostra que os alunos da quarta série tiveram aumentos semelhantes nas pontuações médias em todos os construtos, e todos foram significativos (p < 0,001). No entanto, os aumentos foram menores do que os observados nos alunos do terceiro ano (alterações médias normalmente inferiores a 0,3), indicando que menos alunos mudaram as suas respostas do que os seus homólogos mais jovens. Tal como os alunos do terceiro ano, a construção matemática teve a média mais baixa tanto no pré-inquérito como no pós-inquérito, e as competências do século XXI tiveram o menor aumento nas pontuações médias. Notavelmente, a construção de engenharia teve o maior aumento para esses alunos.
Mesa 2. Resultados do teste t pareado pré e pós-pesquisa da quarta série (n = 34).
| Par | Variável | Significar | t | Sig (bicaudal) |
| Par 1 | Pré-matemática | 2.0871 | -7.136 | 0.000 |
| Pós Matemática | 2.2652 | |||
| Par 2 | Pré-Ciência | 2.9125 | -7.124 | 0.000 |
| Pós Ciência | 3.1987 | |||
| Par 3 | Pré Engenharia | 3.0673 | -8.151 | 0.000 |
| Pós Engenharia | 3.3030 | |||
| Par 4 | Habilidades pré-século 21 | 3.6498 | -4.629 | 0.000 |
| Habilidades pós-século 21 | 3.7003 |
Quinta série. As pontuações do construto dos alunos da quinta série mostram tendências diferentes das dos alunos da terceira e quarta séries (Tabela 3). Este grupo teve a única diminuição na pontuação média no construto engenharia, embora não tenha sido estatisticamente significativa e devido às pontuações médias mais altas em si, não seja motivo de preocupação. As pontuações médias dos construtos para matemática, ciências e habilidades do século 21 aumentaram em menor grau desde a pré-pesquisa até a pós-pesquisa e foram significativas em menor grau (p < 0,01 para matemática e ciências e p < 0,05 para o século 21). habilidades do século).
Tabela 3. Resultados do teste t pareado pré e pós-pesquisa da quinta série (n = 31).
| Par | Variável | Significar | t | Sig (bicaudal) |
| Par 1 | Pré-matemática | 2.8167 | -3.427 | 0.002 |
| Pós Matemática | 2.9042 | |||
| Par 2 | Pré-Ciência | 3.2333 | -3.751 | 0.001 |
| Pós Ciência | 3.3111 | |||
| Par 3 | Pré Engenharia | 3.4259 | 0.810 | 0.425 |
| Pós Engenharia | 3.3370 | |||
| Par 4 | Habilidades pré-século 21 | 3.8296 | -2.350 | 0.026 |
| Habilidades pós-século 21 | 3.8741 |
Discussão
Atitudes dos Alunos. Os resultados para essas quatro construções mostraram alguns resultados surpreendentes. As pontuações médias na pré-pesquisa foram mais altas para os alunos da quinta série em todos os construtos do que para os alunos da terceira série. Os resultados da literatura indicam que as atitudes STEM diminuem com o tempo. Essas descobertas negam isso? Não necessariamente. A natureza do final do ano letivo fez com que os alunos do quinto ano fossem vistos menos vezes, pois participavam em vários eventos que levaram à sua formatura, e menos aulas podem ter reduzido o impacto nas suas atitudes nesta altura do ano. A professora também observou que cada faixa etária respondeu aos itens da pesquisa de forma diferente. Os alunos do terceiro ano fizeram muitas perguntas e responderam com entusiasmo geral, enquanto os alunos do quinto ano responderam ao inquérito rapidamente e com poucas perguntas. A idade das crianças pode estar influenciando a quantidade de nuances que elas têm ao interpretar as perguntas e fornecer suas respostas. Os alunos mais novos podem valorizar “concordo” e “concordo totalmente” de forma diferente dos alunos mais velhos, por exemplo. A professora adicionou um comentário em suas anotações especificamente sobre os alunos da quinta série e se perguntou se eles responderam aos itens da pesquisa com expectativa ou na tentativa de agradá-la. À medida que os alunos mais velhos do ensino básico se tornam mais sintonizados com as expectativas, as suas respostas naturais podem ser moldadas por isso.
O que fica claro nos resultados é a diferença que o currículo de robótica VEX GO teve em cada faixa etária. Os alunos do terceiro ano tiveram grandes aumentos nas suas pontuações médias em todos os domínios (matemática, ciências, engenharia). Embora os alunos da quarta série não tenham tido um aumento tão grande nas pontuações médias quanto os alunos da terceira série, eles ainda aumentaram consistentemente as pontuações médias em vários décimos nos construtos dos domínios. Os alunos do quinto ano, no entanto, foram os únicos alunos com alterações não significativas em qualquer construto e valores de significância inferiores a p < 0,001. Estas diferenças gerais entre alunos de diferentes séries indicam que o currículo de robótica teve um efeito mais impactante nas atitudes dos alunos mais jovens do que dos alunos mais velhos, destacando a importância de iniciar precocemente o currículo de robótica.
Aprendizagem Percebida. O diário do professor registrava os laboratórios e atividades realizadas por cada grupo de alunos, bem como muitas observações dos alunos enquanto trabalhavam nas aulas. Embora o instrumento de pesquisa tenha sido capaz de identificar as atitudes dos alunos, a análise temática das entradas do diário identificou vários tópicos de aprendizagem percebida consistentes com a literatura de pesquisa.
Criatividade. Um tema importante da revista foi a criatividade dos alunos. Mencionado fortemente para alunos da terceira série, mas em todas as três séries, a criatividade foi explicitamente estimulada pela forma como os alunos se envolveram em Máquinas Simples, Sósias, Criação de Criaturas e Ciclo de Vida de Sapo. A professora observou: “A 3ª série ficou muito animada para construir um sapo. Esta série quer ser o mais criativa possível e construir um habitat realmente permite que as crianças desenvolvam essas habilidades novamente.” Embora existam muitos objetivos para os materiais de aprendizagem, estimular a criatividade nos alunos é um resultado valioso que traz muitas outras vantagens.
Engajamento. Fornecer laboratórios estruturados com temas divertidos e autênticos estimulou a criatividade dos alunos, o que ajudou a aumentar o envolvimento. Começando com o laboratório de Introdução à Construção, o professor observou que os alunos não queriam parar de trabalhar. Da mesma forma, com o laboratório Sósias, ela descobriu que “foi muito difícil terminar a aula. Descobri que os alunos queriam continuar adicionando mais iterações aos seus animais…Descobri que as crianças não queriam limpar, mas continuar a adicionar à sua criação.” Embora os alunos da terceira série fossem considerados os mais entusiasmados, ela descreveu como até mesmo os alunos da quinta série estavam muito envolvidos em seu laboratório Simple Machines: “Descobri que todos os alunos tinham dificuldade em guardar as peças. Estávamos nos divertindo muito!
Trabalho em equipe. Os laboratórios VEX GO STEM são projetados para serem realizados em equipes, com alunos atribuídos a funções e tarefas específicas. Os alunos da terceira série começaram com Adaption Claw e a professora observou: “Os alunos também ficaram entusiasmados em se dividir em grupos para que pudessem trabalhar juntos, cada um tendo seu próprio trabalho”. Para os alunos da quarta série, ela observou da mesma forma como ter papéis ajudou os alunos a entrarem em seus grupos e começarem rapidamente. Ela também observou que os alunos começaram a optar por trabalhar juntos em atividades abertas, como a construção de habitats ou a construção do Rover Lunar.
O professor também notou vários casos em que os alunos trabalharam espontaneamente em conjunto como uma turma. Alguns alunos exploraram coisas novas com o seu robô e, quando “descobriram” algo novo, outros alunos correram para ver e experimentar eles próprios. Os alunos que escolhiam uma atividade divertida no “quadro de escolhas” frequentemente compartilhavam com outros alunos, que mudavam para essa atividade. Quer trabalhando em grupos ou sozinhos, os alunos estavam ansiosos para compartilhar e ajudar uns aos outros.
Persistência. Nem todas as atividades foram fáceis para os alunos. Os alunos da terceira série fizeram o laboratório Garra de Adaptação primeiro, depois do laboratório de Introdução à Construção. O professor identificou que o laboratório estava um pouco avançado no início e iria passar isso para mais tarde na ordem curricular. Concluíram ou não a atividade, os grupos persistiram até o final.
Descobri que esta foi uma GRANDE lição de frustração e compreensão de que o fracasso é apenas uma parte do aprendizado. Pedi a cada grupo que descrevesse o que funcionou e o que não funcionou. Descobri que muitos grupos realmente se entendiam quando ouviam algumas das mesmas questões.
Algumas atividades utilizadas também foram projetadas para serem abertas e oferecer aos alunos um desafio a ser superado. Os alunos foram encarregados de criar casas que pudessem resistir a um terremoto, mas não receberam instruções de construção. Embora houvesse um elemento de frustração envolvido, os alunos aproveitaram isso e persistiram em ciclos iterativos de melhoria:
Os alunos adoraram o desafio! Descobri que grupos de estudantes perceberam seus erros depois de experimentarem um “terremoto” e foram capazes de refazer suas casas com base no que funcionou e no que não funcionou. Fiquei muito surpreso com o quão felizes e entusiasmados os grupos ficaram por enfrentar um desafio que era frustrante e gratificante depois que os grupos o resolveram.
Currículo. O diário do professor também revelou muitos insights sobre a importância da diferenciação no currículo de robótica. Cada grupo de alunos concluiu o laboratório Introdução à construção STEM, que apresentou o kit VEX GO e todas as peças contidas nele. Todos os alunos também concluíram o laboratório Look Alike STEM, que ensina os alunos sobre características, fazendo com que construam coelhinhos pais e bebês com características diferentes. Embora alguns laboratórios fossem concluídos por série, houve diferenciação por faixa etária. Os alunos mais velhos da quarta e quinta séries completaram a unidade de laboratório Simple Machines, enquanto os alunos da terceira série completaram o laboratório Fun Frogs. Os alunos do terceiro ano também completaram mais actividades autónomas do que os anos mais antigos, pois a professora observou que estas eram benéficas para as competências dos alunos mais novos. A professora também utilizou as atividades para os alunos mais velhos quando os grupos terminavam os laboratórios mais cedo – uma necessidade na sala de aula para manter os alunos ocupados quando os grupos trabalham em velocidades diferentes. Ter muitas opções de diferenciação entre laboratório e atividades foi um recurso curricular valioso para a implementação bem-sucedida de um programa de robótica na sala de aula.
Os laboratórios interdisciplinares também foram um benefício, segundo o diário da professora. Os alunos da terceira série ficaram entusiasmados com os laboratórios com temática científica, onde puderam construir e desenvolver animais e seus habitats. O primeiro laboratório animal concluído pelos alunos da terceira série foi o laboratório Look Alike, onde foram capazes de criar coelhos e transmitir características. A professora notou o quanto os alunos adoravam fazer animais e queriam explorar diferentes variações. Isso levou o professor a escolher uma atividade chamada Criação de Criaturas para a próxima aula, a fim de expandir a criatividade dos alunos. Quando os alunos estavam trabalhando no laboratório Fun Frogs, ela notou como os alunos estavam entusiasmados e criativos, com o benefício adicional de uma baixa barreira de entrada para o desenvolvimento de habilidades.
As crianças adoraram fazer e aprender sobre o ciclo do sapo. Vi crianças adquirirem experiência prática com tópicos científicos que aprenderam em um livro didático. Conversei com a professora do 3º ano para colaborar mais no próximo ano para tentar ensinar isso quando ela estiver ensinando sobre habitats.
Os alunos da quarta série concluíram a unidade de laboratório Máquinas Simples. O professor notou o entusiasmo dos alunos porque tinham conhecimento de máquinas simples da outra turma. Eles perguntaram como os engenheiros usavam máquinas simples e tiveram tempo para fazer pesquisas. A professora observou:
A 4ª série está centrada em máquinas simples na ciência, então este Laboratório STEM foi ideal para esse nível de escolaridade. Descobri que os rostos daquele garoto se iluminaram quando eu disse que faríamos alavancas. A maioria desses alunos fez uma planilha, mas não uma investigação prática. Eu disse à professora de ciências que colaboraremos mais no próximo ano para que eu esteja ensinando este laboratório STEM quando ela estiver ensinando máquinas simples.
Os alunos da quinta série também concluíram a unidade de laboratório Máquinas Simples, mas sua idade e experiência mostraram como eles se envolveram com ela de maneira diferente dos alunos da quarta série. A professora notou que este grupo de alunos terminou mais cedo e utilizou as atividades do “quadro de escolhas” para explorar por conta própria.
A 5ª série precisa de atividades emocionantes e envolventes - e este Laboratório STEM é o ideal. Descobri que os alunos queriam sentar-se no chão e experimentar como levantar diferentes pesos usando a alavanca. Descobri também que, ao contrário do 4º ano, estes alunos tinham conhecimentos prévios e levaram o Laboratório STEM para o nível seguinte, adicionando pesos e proporcionando ao Laboratório STEM uma experiência de aprendizagem autêntica de grupo para grupo.
Os alunos de cada série se beneficiaram com uma abordagem interdisciplinar no currículo de robótica. Ser capaz de conectar a robótica à ciência, matemática ou engenharia ajudou não apenas a envolver os alunos, mas também forneceu uma base para eles explorarem conceitos com uma compreensão mais profunda. As notas do professor indicam diversas áreas onde o currículo de robótica pode ser incorporado ou sincronizado com aulas ministradas em outras disciplinas, o que poderia ser um próximo passo valioso na integração da robótica entre disciplinas de uma forma autêntica.
Conclusão
À medida que o uso da robótica educacional aumenta nas salas de aula em todo o país, é vital pesquisar como a robótica beneficia os alunos, bem como as lições aprendidas com a prática de ensinar um currículo de robótica. Este estudo revelou que um currículo de robótica melhorou as atitudes dos alunos em quase todas as disciplinas STEM em todas as séries. Além disso, o professor percebeu categorias adicionais de aprendizagem para os alunos em áreas como criatividade, engajamento, trabalho em equipe e persistência.
Para continuar a explorar como a robótica educacional pode ser mais benéfica para os alunos em salas de aula reais, devemos continuar a aprender diretamente com os professores que implementam o currículo. Refletindo sobre toda a experiência, a professora apresentou suas conclusões gerais:
Descobri que se as crianças quisessem aprender mais, nós aprenderíamos mais. Eu queria que isso fosse divertido e cada sala de aula fosse honestamente completamente diferente (o que é totalmente normal). Alguns alunos queriam aprender mais sobre construção onde outros queriam fugir e criar seu próprio monstro ou criatura. Descobri que a 3ª série estava muito envolvida – era difícil terminar as aulas. A 4ª série ficou muito animada em aprender sobre as aulas STEM, como máquinas simples conectadas ao seu próprio currículo de ciências. A 5ª série adorou o desafio de programar, construir e aprender sobre Marte. Acho que a grande parte foi que cada sala de aula às vezes precisava de mais tempo com um laboratório STEM ou mais tempo para explorar e eu dei isso a eles. Descobri que quando as crianças estão entusiasmadas, é melhor correr com essa excitação e ir mais fundo em vez de seguir em frente.
Este estudo também forneceu insights significativos sobre a implementação de um currículo interdisciplinar de robótica. Em um programa de seis semanas, os alunos puderam realizar muitos laboratórios e atividades diferentes. Isto indica que a duração do currículo pode ter um impacto razoável no seu sucesso na mudança das atitudes STEM dos alunos. A estruturação e a diferenciação das aulas também foram fundamentais para o sucesso do currículo. A professora descobriu que alunos de diferentes idades tinham competências e necessidades diferentes e que ela conseguia ajustar facilmente os planos curriculares para cada série. O próprio kit do robô VEX GO também se adaptou bem às necessidades dos alunos. Os alunos puderam facilmente seguir as instruções, construir as peças e aprender como as peças funcionavam e se conectavam. Os alunos poderiam concluir construções e laboratórios em um único período de aula com tempo para limpeza, o que é uma necessidade para fazer um currículo de robótica funcionar nas restrições de um dia escolar normal. Um kit de robótica projetado para uma faixa etária elementar e um currículo interdisciplinar completo são essenciais para o ensino e a aprendizagem com robótica em uma sala de aula real.