Зачем преподавать образовательную робототехнику?

За последние несколько лет интерес к образовательной робототехнике процветал, поскольку учителя и школы осознают потенциал робототехники, предоставляя практические и увлекательные способы обучения дизайну, инженерному делу и технологиямⁱ. Использование образовательной робототехники также рассматривается как способ познакомить и стимулировать студентов к продолжению карьеры в областях науки, технологий, инженерии и математики (STEM)ⁱⁱБлагодаря повышенному вниманию и инвестициям использование образовательной робототехники теперь стало более доступным и надежным. передано в среду. Полученные в результате технологические достижения во многом способствуют доступности этого инструментаⁱⁱⁱ. Фактически, некоторые сейчас считают, что робототехника играет в классе такую ​​же роль, какую когда-то играли компьютеры, начиная с начала 90-х годов, когда в классах стали использоваться компакт-диски и Microsoft PowerPoint^iv.

С растущим присутствием образовательной робототехники возникают важные вопросы. Как лучше всего использовать этот новый и интересный инструмент? Как мы можем внедрить лучшие практики? Как мы концептуализируем цель образовательной робототехники в классе? Эти вопросы могут быть более сложными, чем кажутся на первый взгляд. И ответы на них могут сначала вызвать больше вопросов, чем когда мы начали. Например, используют ли учащиеся образовательную робототехнику как средство для демонстрации своих идей и мышления, или учащиеся создают идеи и мышление, взаимодействуя со средой? Является ли образовательная робототехника способом, позволяющим учащимся продемонстрировать свою компетентность, или это инфраструктура, на основе которой учащиеся создают новые компетенции^на? Возможно, рассмотрение аспекта использования компьютера в классе поможет пролить больше света на эту тему.

Среда может иметь разную область применения в зависимости от ее применения. Живопись можно рассматривать как средство, с помощью которого можно расписать забор или Сикстинскую капеллу. Универсальность компьютеров как среды, возможно, еще более огромна; Компьютер можно использовать в классе с очень ограниченными возможностями, либо в качестве калькулятора, либо в качестве текстового процессора, но при этом рассматривать и воспринимать его как мощное средство коммуникации. Как отметил Марк Гуздиал, компьютеры можно понимать как современную форму печатного станка Гутенберга^viи как способ думать о других областях. Таким образом, такие технологии, как компьютерное моделирование и алгоритмы, оказали значительное влияние на наше понимание областей математики и естественных наук^vii.

Какова же сфера применения образовательной робототехники? Образовательную робототехнику можно использовать в качестве предварительно созданных объектов, выполняющих очень специфические задачи, в то время как некоторые системы образовательной робототехники позволяют учащимся становиться активными участниками планирования своего обучения, а также создателями вычислительных артефактов, а не пассивными пользователями устройств, созданных другими. для них^viii. Это открывает уникальные возможности для учителей. Таким образом, образовательная робототехника становится средой, предоставляющей учащимся возможность реализовать свой голос и выбор в процессе обучения и вовлекать их не только в решение проблем, но также в поиск проблем, построение проблем, анализ проблем, а также планирование и мониторинг усилий по решению проблем. Таким образом, образовательная робототехника становится чем-то гораздо большим - средством подготовки учащихся к сложностям задач, которые их ждут, когда они готовятся к работе, которая в настоящее время не существует^ix, а также способом включения других ценных навыков (например, общения и сотрудничества). ), принадлежащие к более широкому спектру навыков 21 века.

Усилия школ по внедрению образовательной робототехники, по-видимому, привели к такому же количеству проявлений, как и различные мотивы, движущие эти инициативы. Некоторые школы используют этот инструмент как интегрированную часть отдельного курса информатики или STEM, в то время как другие школы используют это современное решение в дополнение к традиционным предметам. Третьи школы используют их в качестве внеклассных занятий, которые затем извлекают выгоду из мотивационного эффекта «геймификации» и соревнований для повышения участия и вовлеченности учащихся. Точно так же, как школы научились не ограничивать использование компьютеров дорогими калькуляторами, использование образовательной робототехники не должно ограничиваться предполагаемыми ограничениями.

Стоит подробно изучить следующие варианты использования образовательной робототехники:

• Понять наш мир
• Преподать комплексное STEM-образование новыми способами
• Обучить вычислительному мышлению
• Освоиться с итерациями и учиться на неудачах
• Познакомиться и узнать о профессиях будущего

Чтобы понять наш мир

Наука – это объяснение мира природы. Студенты, обладающие научной грамотностью, способны понимать как концепции, так и практику науки. Таким образом, обучение студентов естественным наукам дает им возможность понять мир, в котором они живут. Вот почему учебные программы средних школ по всей стране включают такие предметы, как астрономия, биология и химия. А что насчет робототехники? Очевидно, что роботы широко распространены в нашей повседневной жизни, и эта распространенность увеличивается^x. Улучшения в технологиях, связанных с роботами, привели к экспоненциальному росту вычислительной мощности и объема хранения данных^xi. В результате появились роботы, способные учиться и принимать решения на основе опыта других роботов. Роботы больше не являются машинами, выполняющими простые функции. Кроме того, растущий спрос на роботов и робототехнику затрагивает многие отрасли. Да, фабрики являются домом для многих роботов, но роботы теперь все чаще встречаются в образовательных и развлекательных учреждениях. Вполне возможно, что в ближайшем будущем роботы помогут многим пожилым людям жить самостоятельно в своих домах, создавая тем самым новую область «короботов».^хii

Школы по праву учат о планетах и ​​звездах, которые существуют на расстоянии световых лет…, но не о технологиях, с которыми многие взаимодействуют ежедневно. Это вызов, но и возможность. Образование стимулирует науку и инновации. Изучение биологии продолжает способствовать улучшению лечения и искоренению болезней и недугов^xiii. Если бы робототехника стала основным учебным предметом в наших школах, это потенциально могло бы оказать такое же влияние.

Преподавание интегрированного STEM-образования новыми способами

Исследователи в области образования предполагают, что учителям часто сложно установить связи между дисциплинами STEM^xiv. Это представляет собой проблему для школ, поскольку научные стандарты следующего поколения содержат сквозные концепции, охватывающие различные научные области. Таким образом, учащимся будет трудно перенести понятия, которые часто преподаются изолированно, в интегрированный контекст, который они увидят на оценочных экзаменах. Еще одним непреднамеренным последствием изолированного преподавания научных концепций является тенденция к созданию учебной среды, в которой учащиеся теряют интерес. Подлинные примеры науки, которые они видят в своей повседневной жизни, имеют глубокую интеграцию между дисциплинами STEM, а не сингулярность. Цель STEM-образования — помочь учащимся систематизировать информацию внутри и между дисциплинами, чтобы иметь возможность выявлять и рассуждать о глубоких структурных сходствах и закономерностях в этой информации; кульминация в идеале приводит к способности применять эту организацию знаний к сложным ситуациям и проблемам повседневной жизни^xv.

Образовательная робототехника может помочь решить эти проблемы, помогая учителям и школам организовать обучение STEM. Поскольку сфера применения образовательной робототехники выходит далеко за рамки игрушки, которой можно давать простые инструкции, классы, в которых используется образовательная робототехника, могут предложить учащимся сложные инженерные и программные задачи.

Научить вычислительному мышлению

За последние 10 лет популярность вычислительного мышления возросла, и его стали включать в классы K-12^xvii. Вычислительное мышление включено в научные стандарты следующего поколения и является неотъемлемой частью реальной математики и естественных наук. Вычислительное мышление широко считается неотъемлемой частью любого класса STEM^xviii.

Рост популярности вычислительного мышления как концепции как в школах, так и за их пределами привел к тому, что школы стали пытаться найти эффективные инструменты для интеграции и обучения вычислительному мышлению своих учеников. Соответствующая цель заключалась в расширении участия в занятиях, особенно в области информатики, которые глубоко углубляются в вычислительное мышление; устранение гендерного разрыва в этой предметной области также является последовательной целью. В настоящее время девочки составляют примерно половину всех сдающих тест AP, но составляют лишь 25% среди тех, кто посещает курсы информатики AP^xix

Образовательная робототехника может быть эффективным инструментом обучения вычислительному мышлению, а также способствовать расширению целей участия.^{xx xxi} Последние достижения в области образовательной робототехники снизили затраты и повысили простоту использования, что сделало их более доступными для студентов и постепенно превратило их в надежный способ изучения абстрактных концепций STEM. Таким образом, связь между информатикой и робототехникой очевидна; Студенты имеют возможность программировать своих роботов для выполнения сложных задач как в классе, так и на полях соревнований. Хотя выполнение сложных задач может быть конечной целью, средства включают в себя разложение этих задач на более мелкие части, а затем итеративное их объединение для создания решения. В классах поддержка этого процесса жизненно важна, и, опять же, образовательная робототехника может быть эффективной в облегчении как декомпозиции, так и построения сложных задач. В результате роботы могут быть эффективным инструментом для обучения вычислительному мышлению, поскольку доказательства показывают.^{xxii xxiii} Эффективное обучение вычислительному мышлению также приводит к способности применять вычислительное мышление в различных областях. Способность эффективно обучать обобщенным навыкам вычислительного мышления, одновременно предлагая способы разнообразить учащихся, поступающих в эти области, делает образовательную робототехнику значительным вкладом в интеграцию вычислительного мышления в школы и движение «Информатика для всех».

Чтобы привыкнуть к итерациям и учиться на неудачах

Инженерное проектирование и научный метод являются родственными явлениями, но содержат важные различия. В науке упор делается на поиск общих правил, описывающих действия нашего мира и вселенной, тогда как инженерия предполагает поиск решений конкретной проблемы, которые удовлетворяют всем ограничениям, содержащимся в этой проблеме^xxiv. Некоторые обобщают это различие поговоркой: «Учёные исследуют, а инженеры создают»^xxv Рассматривая творческий процесс, мы должны признать его зачастую значительную зависимость от итераций.

Многочисленные итерации имеют решающее значение для разработки идей и действий, направленных на достижение определенных целей, будь то удовлетворение/превосхождение ожиданий клиентов или участие в конкурентной борьбе. Требуемые многочисленные итерации, присущие деятельности в области образовательной робототехники, были признаны способными поддерживать интерес учащихся и устойчивую вовлеченность.^xxvi Кроме того, состав самих наборов робототехники, состоящих из множества различных частей, которые можно быстро собрать, а затем разобрать, способствует итерации. Поскольку многочисленные итерации часто касаются важного жизненного урока «попробуй, попробуй еще раз», учащиеся получают огромную пользу, узнав, что «неудачи» можно воспринимать как неотъемлемую часть процесса. Еще один широко применимый урок, основанный на более абстрактном взгляде на дополнительные преимущества этого инструмента, — это тенденция образовательной робототехники предлагать множество решений даже для самых простых задач. Что может расширить кругозор ученика больше, чем осознание того, что одной и той же проблемы действительно существует множество решений? Мы видели, что это дает интересные преимущества: повышается вероятность того, что учащиеся будут запрашивать обратную связь от учителей, и более высокая вероятность того, что учащиеся поймут, что то, что они изучают, важно.^xxvii От этого выгоды только усугубляются: учителя, привлекающие учащихся таким образом, могут привести к повышению самоэффективности учащихся, что является ключевым элементом, ведущим к большей готовности учиться на неудачах.^xxviii

Познакомиться и узнать о профессиях будущего

Изменения, наша единственная константа, не чужды природе работы. В 1900 году около 40% американской рабочей силы работало на фермах. Сегодня эта цифра составляет всего 2%.xxix Если это кажется слишком давним, слишком далеким, вспомните, что еще 50 лет назад среднестатистическому работнику не нужно было читать или писать в течение рабочего дня.^xxx Современные тенденции можно охарактеризовать в широко читаемом и обсуждаемом исследовании, проведенном в 2013 году факультетом инженерных наук Оксфордского университета, в котором говорится, что 47% нынешних рабочих мест рискуют быть потерянными из-за автоматизации.^xxxi

Важным отличием нынешних проблем от обычного потока уничтожения и создания рабочих мест вчерашнего дня является «поляризация рабочих мест». Этот термин применяется к сокращению возможностей трудоустройства, что означает, что существует высокий спрос на высококвалифицированные и низкоквалифицированные рабочие места, но возможности для рабочих мест средней квалификации и средней заработной платы сократились.^xxxii Эту серьезную проблему можно отнести к автоматизации рутинной работы, и ответы предполагают признание неизбежности автоматизации путем творческой работы над ее расширением. Компании, успешно оседлавшие эту волну, — это те, кто реагирует гибко и динамично, учится работать с технологиями, а не убегает или восстает против их устрашающего присутствия и воздействия.^xxxiii Как педагогам, нам очень важно реагировать творчески, ища инновационные решения неопределенности будущего. Системы начального и среднего образования должны признать реалии на горизонте и обучать актуальным и ценным навыкам, что в данном случае может означать то, в чем компьютеры просто не хороши. К ним относятся креативность, навыки межличностного общения и решение проблем — все навыки, которые можно развивать путем усовершенствованного использования образовательной робототехники.^xxxiv

---