Абстрактный
Образовательная робототехника может стать краеугольным камнем STEM-образования благодаря своей способности обеспечивать практическое обучение на основе проектов посредством междисциплинарной учебной программы. Исследования показали, что отношение студентов к обучению STEM снижается по мере их прохождения через нашу образовательную систему; Формирование позитивного отношения к темам STEM имеет решающее значение для учащихся начальной школы. Было доказано, что интеграция учебной программы по робототехнике с предметами STEM имеет много положительных преимуществ в обучении учащихся, а также улучшает восприятие ими этих тем. В этом исследовании 104 ученика от третьего до пятого класса приняли участие в исследовательском проекте, чтобы определить, изменится ли восприятие учениками тем STEM после шести недель обучения робототехнике. Студентам был предложен предварительный опрос для оценки отношения к математике, естественным наукам, инженерному делу и навыкам XXI века. Затем каждый класс завершил учебную программу по робототехнике с использованием пакета учебных классов для роботов VEX GO, а также лабораторных занятий и занятий по STEM учебной программы VEX GO. После шести недель занятий студентам задавались те же вопросы, чтобы оценить, изменилось ли их отношение. Результаты показывают значительное улучшение отношения учащихся по всем предметам STEM, а также ощутимое улучшение творческих способностей, вовлеченности, командной работы и настойчивости.
Введение
В последние годы робототехника все больше интегрируется в начальные и средние школы по всей территории Соединенных Штатов, чему способствуют национальные отчеты и политика. В 2015 году Национальный научный фонд заявил, что приобретение знаний и навыков в области науки, технологий, инженерии и математики (STEM) становится все более важным для американцев, чтобы они могли полностью участвовать в наукоемкой глобальной экономике, и что для каждого крайне важно иметь доступ к высококачественному образованию по темам STEM. Образовательная робототехника — это не просто популярная тенденция в образовательных технологиях. Исследования показали, что она эффективна для улучшения восприятия студентами предметов STEM, а также результатов обучения. Метаанализ (Бенити, 2012) показал, что в целом образовательная робототехника способствует обучению конкретным концепциям STEM. Исследования, посвященные различным возрастным группам, показали, что робототехника повышает интерес учащихся и положительное восприятие предметов STEM (Nugent et al., 2010; Robinson, 2005; Rogers & Portsmore, 2004), а дальнейшие исследования показали, что это, в свою очередь, повышает успеваемость в школе и способствует развитию науки. получение ученой степени (Реннингер & Хиди, 2011 г.; Вигфилд & Камбрия, 2010 г.; Тай и др., 2006 г.). Для старшеклассников робототехника использовалась для поддержки готовности к поступлению в колледж и развития технических карьерных навыков (Boakes, 2019; Ziaeefard et al., 2017; Vela et al., 2020).
Комитет Национального совета по науке и технологиям по образованию STEM в 2018 году представил отчет, в котором изложена федеральная стратегия междисциплинарного образования STEM: «Характер образования STEM сам по себе эволюционировал от набора пересекающихся дисциплин к более интегрированному и междисциплинарному подходу к обучение и развитие навыков. Этот новый подход включает в себя преподавание академических концепций с помощью реальных приложений и сочетает в себе формальное и неформальное обучение в школах, обществе и на рабочем месте». Образовательную робототехнику не следует преподавать как отдельную тему, а, скорее, в полной мере использовать междисциплинарный учебный подход. Исследователи обнаружили целый ряд преимуществ включения робототехники в существующую школьную программу: от развития и применения знаний STEM до вычислительного мышления и навыков решения проблем, а также навыков социальной и командной работы (Altin & Pedaste, 2013; Bers et al., 2014; Кандлхофер & Штайнбауэр, 2015; Тейлор, 2016). Бенитти (2012) обнаружил, что большинство программ по робототехнике преподаются как отдельные предметы, и из-за этого учителям становится сложнее интегрировать их в свои классы. Одной из целей этого исследования является оценка отношения студентов к темам STEM с использованием учебной программы по робототехнике, которая сочетает в себе создание и программирование робототехники с соответствующими стандартам математическими, естественными и инженерными материалами.
Внедрение образовательной робототехники оказалось особенно полезным для младших школьников, у которых уже в 4 классе может начать формироваться негативное отношение к предметам STEM (Unfried et al., 2014). Молодые студенты получают выгоду от интегрированного контекста обучения и развивают более позитивное отношение к предметам STEM, имея ранний успешный опыт (McClure et al., 2017). Черняк и др. (2019) обнаружили, что введение робототехники учащимся начальной школы помогает развивать исследовательские навыки и навыки решения проблем. В исследовании Ching et al. (2019) учащиеся старших классов познакомились с интегрированной учебной программой по робототехнике STEM в программе послешкольного обучения. С помощью инструмента опроса (Пятничный институт образовательных инноваций, 2012 г.) было измерено отношение студентов к математике, естественным наукам и технике до и после программы. Результаты показали, что значительно улучшилась только математическая конструкция. Чинг и др. выявили, что эти результаты согласуются с другими исследованиями, проведенными в условиях неформального обучения и коротких (недельных) пилотных программ (Conrad et al., 2018; Leonard et al., 2016). Чинг и др. также отметил другие трудности, которые могли повлиять на нулевые результаты по другим предметам: студенты изо всех сил пытались построить роботов, и для их завершения потребовалось до четырех 90-минутных занятий. Трудности с пониманием инструкций по сборке и сборкой роботов были проблемой для учащихся старших классов и в других исследованиях (Kopcha et al., 2017), и исследователи отметили, что для конструирования роботов необходимо глубокое понимание различных компонентов робота (Slangen и др., 2011). Чинг и др. (2019) заявили: «В будущем, когда цель обучения будет включать в себя создание оригинального и функционального робота, настоятельно рекомендуется, чтобы учащиеся приобрели глубокое понимание различных компонентов роботов, прежде чем приступить к ним» с. 598. Эти идеи ясно показывают, что для маленьких детей особенно важно иметь ранний успешный опыт обучения STEM, а использование роботизированного набора, который легко освоить и сконструировать, является ценным компонентом внедрения роботизированной учебной программы, чтобы все учащиеся достигли успеха. .
В этом исследовании мы исследуем, как междисциплинарная учебная программа по робототехнике, проводимая в рамках школьного дня, повлияла на отношение учащихся к предметам STEM. Вопросы исследования:
- Как шестинедельный междисциплинарный учебный план по робототехнике повлиял на отношение студентов к предметам STEM?
- Какие предполагаемые преимущества или знания наблюдаются, когда учащиеся изучают учебную программу по робототехнике?
Продолжающееся исследование того, как робототехника может принести пользу учащимся старших классов, приобретает все большее значение для улучшения восприятия учащимися STEM и, мы надеемся, улучшения их вовлеченности и результатов. В этом исследовании мы стремимся внести свой вклад в исследование, исследуя:
- ученики третьего-пятого класса
- учебная программа по робототехнике, интегрированная в школьный день и рассчитанная на шесть недель
- междисциплинарные уроки робототехники, соответствующие стандартам STEM
- комплект робототехники, предназначенный для учеников начальной школы
Методы
Это исследование было проведено в округе государственных школ в Западной Пенсильвании, в котором приняли участие 104 ученика трех классов. Учитель, разработавший и реализовавший учебную программу по робототехнике, выполняет функции интегратора элементарных технологий в округе и принимает учащихся по сменному графику. Данное исследование включает как количественные, так и качественные данные. Студенты ответили на вопросы опроса, чтобы эмпирически оценить свое отношение к темам STEM до и после обучения робототехнике. Кроме того, учительница вела дневник, в котором делала записи и размышления о поведении и обучении учащихся во время лабораторных работ по STEM и выполненных ими мероприятий.
Предварительный опрос. Чтобы оценить восприятие учащимися тем STEM, учащиеся заполнили опрос «Отношение учащихся к STEM – учащиеся старших классов начальной школы» (Пятничный институт образовательных инноваций, 2012 г.). Чтобы облегчить ученикам этот процесс, учитель воссоздала элементы опроса в виде таблицы и удалила нейтральный вариант, который, по ее мнению, мог бы вызвать у учеников замешательство при ответе.
Письма с описанием исследовательского проекта и формы согласия были отправлены ученикам домой на рассмотрение родителям. Чтобы принять участие в этом исследовании, студенты должны были вернуть подписанную форму согласия. Инструмент опроса был распечатан и распространен среди студентов на очных занятиях. Студенты, вернувшие форму согласия, приняли участие в опросе, а студентам, которые не предоставили форму согласия, в это время было предложено другое занятие. Инструкции были зачитаны учащимся вслух, и по запросу были даны определения некоторых терминов. Опросы проводились учащимися третьего, четвертого и пятого классов с понедельника по среду той же недели.
На момент проведения первого опроса учащиеся познакомились с роботизированным комплектом с помощью лаборатории «Введение в сборку» и урока по созданию персонажа-космонавта. Никакие другие лаборатории STEM не были завершены, и из-за пандемии COVID-19 студенты не проходили учебную программу по робототехнике в течение предыдущих полутора лет. Это дало возможность оценить, как студенты относятся к темам STEM, не имея недавнего опыта работы с учебной программой STEM, что повлияло на их ответы.
Учительница отметила, что учащиеся разных классов по-разному ответили на опросы. Пятиклассники прошли опрос быстро и задали мало вопросов. Ученики четвертого класса попросили дать много определений терминам. У учащихся третьего класса было больше всего проблем с терминологией, и им потребовалось больше всего времени для заполнения опросника.
Учебная программа STEM и робот. У учителя Elementary Technology Integrator было собрано множество инструментов робототехники и программирования для использования в округе, но он решил реализовать шестинедельную учебную программу с роботом VEX GO для занятий по вычислительному мышлению и информатике, которые они могли посещать в конце учебного года. 2021 учебный год. Робот VEX GO представляет собой набор пластиковых деталей, которыми могут манипулировать ученики начальной школы, у которых другие требования к мелкой моторике, чем у старшеклассников. Набор имеет цветовую маркировку, чтобы помочь учащимся понять размеры деталей, и организован по типам: балки, угловые балки, пластины, шестерни, шкивы, соединители, стойки и штифты. Учительница использовала один комплект (десять комплектов) для обслуживания всех разделов третьего, четвертого и пятого классов, которые она преподавала. Совместное использование комплектов роботов с точки зрения реализации в классе означало, что учащиеся должны были иметь возможность завершить урок и убрать своего робота за один урок, чтобы другой класс мог использовать их позже. Учитель также должен был иметь возможность переходить в разные классы для разных оценок в течение дня.
Каждый класс завершил шесть недель лабораторных занятий по робототехнике STEM. Из-за нетипичной ситуации обучения, вызванной COVID-19, учащиеся меняли график очных занятий три раза за десятидневную ротацию. Не всех студентов видели одинаковое количество раз, в зависимости от их расписания и внешних факторов. Учитель решил эту проблему посредством дифференциации: «Имея это в виду, я старался действительно дифференцировать каждый класс. Я не хотел углублять столько уроков в каждом классе, а вместо этого действительно углубился в уроки для понимания». Меньше всего видели учеников пятых классов. Учитель отметил, что было трудно обучать пятиклассников в самом конце их начальной школы, поскольку у них было запланировано очень много мероприятий на несколько недель до окончания учебы.
Хотя все учащиеся в течение этих шести недель выполнили набор лабораторных работ и занятий по робототехнике STEM VEX GO, учебная программа была дифференцирована по усмотрению учителя, чтобы учесть способности учащихся разного возраста. Например, все учащиеся начали учебную программу по робототехнике с курса «Введение в создание лаборатории STEM», поскольку в этой лаборатории представлен комплект для робототехники. Все учащиеся также прошли лабораторный курс Look Alike STEM, в котором рассказывается о том, как признаки передаются генетически от кроликов-родителей к кроликам-детенышам. Затем каждый класс выполнил свой набор лабораторных работ и мероприятий:
- Третий класс: Введение в сборку, «Похожие», «Веселые лягушки» (2 урока), «Адаптационный коготь», VEX GO. Занятия: «Лунный вездеход», «Игра с булавками», «Спроектировать & , «Построить», «Подражатель», «Среда обитания», «Создание существ» и свободное время для сборки.
- Четвертый класс: Введение в сборку, Модуль «Простые машины» (4 урока), «Похожие», «Коготь адаптации», VEX GO. Занятия: Луноход, игра с булавками и свободное время для сборки.
- Пятый класс: Введение в сборку, «Похожесть», «Веселые лягушки» (2 урока), «Адаптационный коготь», VEX GO. Мероприятия: «Лунный вездеход», «Игра с булавками», «Спроектировать & , «Построить», «Подражатель», «Среда обитания», «Создание существ» и свободное время для сборки.
Лаборатории STEM представляют собой структурированные мероприятия, которые проводят учащихся через междисциплинарный урок, соответствующий стандартам, который обеспечивает контекст для сборки робота, дискуссий в классе, экспериментирования и итеративного улучшения. Лабораторные работы организованы по разделам «Взаимодействие», «Игра» и «Поделиться», которые помогают учащимся пройти урок. Занятия короче, чем в лаборатории STEM, и различаются по темам и структуре, часто предлагая открытые задачи с меньшим количеством инструкций.
Пост-опрос. После завершения учебной программы, что совпало с окончанием учебного года, учащиеся прошли пост-анкету в том же порядке, что и предварительное анкетирование. После того как результаты опросов были собраны, учитель анонимизировал и записал данные для подготовки к анализу.
Анализ данных. Вопросы обследования будут оцениваться с использованием предписанных количественных методов. Варианты ответа оценивались (1 = категорически не согласен, 2 = не согласен, 3 = согласен, 4 = полностью согласен), а конкретные пункты, где это было необходимо, были закодированы в обратном порядке. Парные t-критерии были проведены для средних значений до и после исследования для каждой конструкции и для каждого класса. Журнал учителя оценивался с помощью тематического анализа, который выявил понимание воспринимаемого обучения учащихся, а также структуру/потребности учебной программы.
Полученные результаты
Третий класс. Результаты третьего класса до и после опроса (Таблица 1) показывают увеличение средних баллов для каждой из областей опроса. Каждую конструкцию до и после средних сравнивали с использованием двустороннего t-критерия, и все результаты были значимыми (р < 0,001). Наименьшее среднее увеличение наблюдалось для конструкции отношения к навыкам XXI века, что указывает на то, что учащиеся лишь незначительно отличались от своего первоначального согласия с этими пунктами. Студенты имели самый низкий средний балл по математическому конструкту отношения до опроса, средний балл 2,27, но после опроса этот средний балл увеличился на 0,25. Как по научным, так и по инженерным конструкциям средний показатель увеличился более чем на 0,6, что указывает на то, что после завершения учебной программы учащиеся почувствовали себя гораздо увереннее и могли расширить свой выбор. Среднее значение научной конструкции до опроса от 2,8 до 3,44 показывает, что первоначально учащиеся имели смесь несогласных и согласных (2 и 3), но затем превратились в смесь согласных и полностью согласных (3 и 4).
Таблица 1. Результаты парного t-теста третьего класса до и после обследования (n = 39).
| Пара | Переменная | Иметь в виду | т | Сиг (2-хвостый) |
| Пара 1 | Предварительная математика | 2.2664 | -8.775 | 0.000 |
| Пост-математика | 2.5197 | |||
| Пара 2 | До науки | 2.7982 | -21.255 | 0.000 |
| Почтовая наука | 3.4415 | |||
| Пара 3 | Предварительное проектирование | 3.1228 | -26.504 | 0.000 |
| Пост-инжиниринг | 3.7281 | |||
| Пара 4 | Навыки до XXI века | 3.0000 | -3.894 | 0.000 |
| Навыки пост XXI века | 3.0906 |
Четвертый класс. Таблица 2 показывает, что у четвероклассников аналогично наблюдалось увеличение средних баллов по всем конструкциям, и все они были значимыми (p <). Однако увеличение было меньшим, чем наблюдалось у третьеклассников (среднее изменение обычно менее 0,3), что указывает на то, что меньшее количество учеников изменило свои ответы, чем их младшие сверстники. Как и у учеников третьего класса, математическая конструкция была самым низким средним значением как до опроса, так и после него, а навыки 21-го века имели наименьшее увеличение средних баллов. Примечательно, что инженерное строительство дало наибольший прирост для этих студентов.
Таблица 2. Результаты парного t-теста до и после четвертого класса (n = 34).
| Пара | Переменная | Иметь в виду | т | Сиг (2-хвостый) |
| Пара 1 | Предварительная математика | 2.0871 | -7.136 | 0.000 |
| Пост-математика | 2.2652 | |||
| Пара 2 | До науки | 2.9125 | -7.124 | 0.000 |
| Почтовая наука | 3.1987 | |||
| Пара 3 | Предварительное проектирование | 3.0673 | -8.151 | 0.000 |
| Пост-инжиниринг | 3.3030 | |||
| Пара 4 | Навыки до XXI века | 3.6498 | -4.629 | 0.000 |
| Навыки пост XXI века | 3.7003 |
Пятый класс. Конструктивные оценки учащихся пятого класса демонстрируют иные тенденции, чем у учащихся третьего и четвертого классов (таблица 3). В этой группе наблюдалось единственное снижение среднего балла по инженерной конструкции, хотя оно не было статистически значимым и, в связи с более высокими средними баллами, не вызывало никакого беспокойства. Средние конструктные баллы по математике, естествознанию и навыкам 21-го века увеличились в меньшей степени от предварительного опроса к после-опросу и были значимыми в меньшей степени (p < для математики и естественных наук и p < 0,05 для 21-го века). навыки века).
Таблица 3. Результаты парного t-теста до и после опроса пятого класса (n = 31).
| Пара | Переменная | Иметь в виду | т | Сиг (2-хвостый) |
| Пара 1 | Предварительная математика | 2.8167 | -3.427 | 0.002 |
| Пост-математика | 2.9042 | |||
| Пара 2 | До науки | 3.2333 | -3.751 | 0.001 |
| Почтовая наука | 3.3111 | |||
| Пара 3 | Предварительное проектирование | 3.4259 | 0.810 | 0.425 |
| Пост-инжиниринг | 3.3370 | |||
| Пара 4 | Навыки до XXI века | 3.8296 | -2.350 | 0.026 |
| Навыки пост XXI века | 3.8741 |
Обсуждение
Отношение студентов. Результаты для этих четырех конструкций показали некоторые неожиданные результаты. Средние баллы по результатам предварительного опроса были выше у пятиклассников по всем конструкциям, чем у третьеклассников. Результаты литературы показывают, что отношение к STEM со временем снижается. Опровергают ли эти выводы это? Не обязательно. Характер окончания учебного года означал, что пятиклассников видели меньше раз, когда они посещали различные мероприятия, ведущие к их выпуску, и меньшее количество уроков могло снизить влияние на их отношение в этот момент года. Учитель также отметил, что каждая возрастная группа по-разному ответила на вопросы опроса. Третьеклассники задавали много вопросов и отвечали с общим энтузиазмом, а пятиклассники прошли опрос быстро и с небольшим количеством вопросов. Возраст детей может влиять на то, насколько много нюансов они учитывают при интерпретации вопросов и предоставлении ответов. Например, младшие школьники могут оценивать слова «согласен» и «полностью согласен» иначе, чем старшие. Учительница добавила в свои заметки комментарий конкретно об учениках пятого класса и поинтересовалась, отвечали ли они на вопросы опроса с чувством ожидания или в попытке угодить ей. По мере того, как старшие ученики начальной школы становятся более чувствительными к ожиданиям, их естественные реакции могут формироваться под этим.
Из результатов становится ясно, что учебная программа по робототехнике VEX GO отличается в каждой возрастной группе. У третьеклассников значительно выросли средние баллы по всем предметам (математика, естествознание, инженерное дело). Хотя у четвероклассников не было такого значительного увеличения средних баллов, как у третьеклассников, они все же последовательно увеличивали средние баллы на несколько десятых по предметным конструкциям. Однако пятые классы оказались единственными учениками с недостоверными изменениями в любом конструкте и значениями значимости менее p < 0,001. Эти общие различия среди учащихся разных классов указывают на то, что учебная программа по робототехнике оказала более сильное влияние на отношение младших школьников, чем к старшим, что подчеркивает важность раннего начала обучения робототехнике.
Воспринимаемое обучение. В дневнике учителя записывались лабораторные работы и действия, выполненные каждой группой учеников, а также множество наблюдений за учениками во время работы на уроках. Хотя инструмент опроса смог выявить отношение студентов, тематический анализ журнальных записей выявил несколько тем, воспринимаемых обучением, соответствующих исследовательской литературе.
Творчество. Основной темой журнала было студенческое творчество. Часто упоминается среди третьеклассников, но во всех трех классах креативность была явно отмечена тем, как учащиеся занимались «Простыми машинами», «Похожими друг на друга», «Созданием существ» и «Жизненным циклом лягушки». Учитель отметил: «3-й класс был так рад построить лягушку. Этот класс должен быть максимально творческим, и создание среды обитания действительно позволяет детям снова раскрыть эти навыки». Несмотря на то, что при изучении материалов преследуется множество целей, стимулирование творческих способностей учащихся является ценным результатом, который приносит много других преимуществ.
Помолвка. Предоставление структурированных лабораторных занятий с интересными и аутентичными темами стимулировало творческий потенциал учащихся, что помогло повысить вовлеченность. Учитель отметил, что, начиная с лабораторной работы «Введение в строительство», ученики не хотели прекращать работу. Аналогично с лабораторией Look Alike она обнаружила, что «занятия было очень трудно закончить. Я обнаружил, что ученики хотели продолжать и продолжать, добавляя больше итераций к своим животным.…Я обнаружил, что дети не хотят убирать, а продолжают дополнять свое творение». Хотя третьеклассники были отмечены как наиболее полные энтузиазма, она рассказала, что даже пятиклассники были очень увлечены своей лабораторией «Простые машины»: «Я обнаружила, что всем ученикам было трудно убирать детали. Нам было слишком весело!»
Работа в команде. Лаборатории VEX GO STEM предназначены для работы в группах, где учащимся назначаются определенные роли и задачи. Третьеклассники начали с «Когтя адаптации», и учитель заметил: «Учащиеся также были рады разбиться на группы, чтобы работать вместе, каждый из которых выполнял свою работу». Что касается четвероклассников, она также отметила, как наличие ролей помогает учащимся попасть в свои группы и быстро приступить к работе. Она также отметила, что студенты стали выбирать совместную работу над открытыми видами деятельности, такими как строительство жилых домов или постройка лунного вездехода.
Учитель также отметил несколько случаев, когда ученики спонтанно работали вместе в классе. Некоторые студенты исследовали что-то новое с помощью своего робота, и когда они «открывали» что-то новое, другие студенты прибегали посмотреть, а затем попробовать это сами. Учащиеся, выбравшие интересное занятие на «доске выбора», часто делились им с другими учениками, которые переключались на это занятие. Независимо от того, работали ли они в группах или в одиночку, студенты стремились делиться и помогать друг другу.
Настойчивость. Не все занятия давались студентам легко. Третьеклассники сначала выполнили лабораторную работу «Коготь адаптации» после лабораторной работы «Введение в строительство». Учитель отметил, что поначалу лабораторная работа была немного продвинутой, и перенесет ее на более поздний этап учебной программы. Независимо от того, завершили они задание или нет, группы продолжали действовать до конца.
Я обнаружил, что это был ОТЛИЧНЫЙ урок разочарования и понимания того, что неудача — это всего лишь часть обучения. Я попросил каждую группу описать, что сработало, а что нет. Я обнаружил, что многие группы действительно понимали друг друга, когда слышали одни и те же проблемы.
Некоторые использованные виды деятельности также были разработаны так, чтобы быть открытыми и ставить перед учащимися задачи, которые необходимо преодолеть. Студентам было поручено построить дома, способные выдержать землетрясение, но им не предоставили инструкции по постройке. Хотя в этом присутствовал элемент разочарования, студенты использовали это и продолжали повторять циклы улучшений:
Студентам очень понравилось задание! Я обнаружил, что студенческие группы осознали свои ошибки после экспериментов с «землетрясением» и смогли переделать свой дом, основываясь на том, что сработало, а что нет. Я был так удивлен, насколько счастливы и взволнованы группы, столкнувшиеся с проблемой, которая была разочаровывающей и приносила такое удовлетворение, когда группы ее решали.
Учебная программа. Дневник учителя также позволил многое понять о важности дифференциации в учебной программе по робототехнике. Каждая группа студентов завершила лабораторную работу «Введение в построение STEM», в ходе которой была представлена комплект VEX GO и все его части. Все учащиеся также прошли лабораторную работу «Похожи на STEM», в ходе которой учащиеся изучают черты характера, предлагая им построить кроликов-родителей и детенышей с разными характеристиками. Хотя некоторые лабораторные работы были завершены для каждого класса, существовала дифференциация по возрастным группам. Старшие четверо- и пятоклассники выполнили лабораторную работу «Простые машины», а третьеклассники — лабораторную работу «Веселые лягушки». Третьеклассники также выполнили больше самостоятельных заданий, чем старшие классы, поскольку учитель отметил, что это было полезно для навыков младших школьников. Учитель также использовал занятия для старших учеников, когда группы рано заканчивали лабораторные работы — это было необходимо в классе, чтобы занять учеников, когда группы работают с разной скоростью. Наличие множества возможностей для дифференциации лабораторных занятий и видов деятельности было ценным преимуществом учебной программы для успешного внедрения программы робототехники в классе.
По данным дневника учителя, междисциплинарные лаборатории также были преимуществом. Учащиеся третьего класса были в восторге от научных лабораторий, где они могли создавать и развивать животных и среду их обитания. Первой лабораторией на животных, которую закончили третьеклассники, была лаборатория «Похожие на животных», где они смогли создавать кроликов и передавать им черты характера. Учитель отметил, как ученикам нравится делать животных, и они хотят изучить различные варианты. Это побудило учителя выбрать для следующего урока занятие под названием «Создание существ», чтобы расширить творческие способности учащихся. Когда студенты работали в лаборатории Fun Frogs, она отметила, насколько они были воодушевлены и креативны, а дополнительным преимуществом был низкий порог входа для развития навыков.
Детям нравилось создавать и узнавать о цикле лягушки. Я видел, как дети получали практический опыт изучения научных тем, которые они изучали в учебниках. Я поговорил с учительницей 3-го класса о более тесном сотрудничестве в следующем году, чтобы попытаться преподавать это, когда она рассказывает о среде обитания.
Учащиеся четвертого класса выполнили лабораторную работу «Простые машины». Учитель отметил, насколько энтузиазмом были ученики, потому что они знали простые машины из другого класса. Их спросили, как инженеры используют простые машины, и им дали время на исследования. Учитель отметил:
В четвертом классе основное внимание уделяется простым научным машинам, поэтому эта лаборатория STEM идеально подошла для этого класса. Я заметил, что лица этих ребят просветлели, когда я сказал, что мы будем делать рычаги. Большинство из этих студентов выполнили рабочий лист, но не провели практическое исследование. Я сказал учителю естественных наук, что в следующем году мы будем больше сотрудничать, чтобы я преподавал в этой лаборатории STEM, когда она преподает простые машины.
Пятиклассники также завершили лабораторное задание «Простые машины», но их возраст и опыт показали, что они справлялись с ним иначе, чем четвероклассники. Учитель отметил, что эта группа учеников закончила работу раньше и использовала «доску выбора» для самостоятельного исследования.
Пятому классу нужны увлекательные и увлекательные занятия, и эта лаборатория STEM отвечает всем требованиям. Я обнаружил, что ученики хотели встать на пол и поэкспериментировать, как поднимать разные веса с помощью рычага. Я также обнаружил, что в отличие от 4-го класса эти ученики имели базовые знания и вывели STEM Lab на новый уровень, добавив веса и предоставив STEM Lab подлинный опыт обучения от группы к группе.
Учащимся каждого класса был полезен междисциплинарный подход в учебной программе по робототехнике. Возможность связать робототехнику с наукой, математикой или инженерией помогла не только привлечь студентов, но и предоставила им основу для более глубокого изучения концепций. В заметках учителя указано несколько областей, в которых учебная программа по робототехнике может быть включена или синхронизирована с уроками, преподаваемыми по другим предметам, что может стать ценным следующим шагом в аутентичной интеграции робототехники между дисциплинами.
Заключение
Поскольку использование образовательной робототехники в классах по всей стране увеличивается, крайне важно изучить, какую пользу робототехника приносит учащимся, а также извлечь уроки из практики преподавания учебной программы по робототехнике. Это исследование показало, что учебная программа по робототехнике улучшила отношение учащихся почти ко всем предметам STEM во всех классах. Кроме того, учитель определил дополнительные категории обучения для учащихся в таких областях, как творчество, вовлеченность, работа в команде и настойчивость.
Чтобы продолжить изучение того, как образовательная робототехника может быть наиболее полезной для учащихся в реальных классах, мы должны продолжать учиться непосредственно у учителей, реализующих учебную программу. Размышляя об этом опыте, учительница подвела итоги:
Я обнаружил, что если дети хотят узнать больше, мы узнаем больше. Я хотел, чтобы это было весело, и каждый класс, честно говоря, был совершенно разным (что совершенно нормально). Некоторые ученики хотели узнать больше о строительстве, тогда как другие хотели оторваться и создать своего собственного монстра или существо. Я обнаружил, что третий класс был настолько занят, что было трудно заканчивать уроки. Четвероклассники были так рады узнать об уроках STEM, таких как простые машины, которые связаны с их собственной учебной программой по естественным наукам. Пятому классу нравилось программировать, строить и узнавать о Марсе. Я думаю, что большая часть этого заключалась в том, что каждому классу иногда требовалось больше времени для STEM-лаборатории или больше времени для изучения, и я дал им это. Я обнаружил, что, когда дети взволнованы, лучше всего бежать с этим волнением и копать глубже, а не двигаться дальше.
Это исследование также дало ценную информацию о реализации междисциплинарной учебной программы по робототехнике. В рамках шестинедельной программы студенты смогли выполнить множество различных лабораторных работ и мероприятий. Это указывает на то, что продолжительность учебной программы может существенно повлиять на то, насколько успешно она изменит отношение студентов к STEM. Формирование и дифференциация уроков также сыграли ключевую роль в успехе учебной программы. Учительница обнаружила, что ученики разного возраста имеют разные навыки и потребности, и что она может легко корректировать учебные планы для каждого класса. Сам комплект робота VEX GO также хорошо подходил для нужд студентов. Учащиеся легко могли следовать инструкциям, конструировать детали и узнавать, как детали работают и соединяются. Учащиеся могут выполнять сборки и лабораторные работы за один урок, оставляя время на уборку, что необходимо для того, чтобы учебная программа по робототехнике работала в условиях обычного школьного дня. Комплект робототехники, предназначенный для начальной возрастной группы, и полная междисциплинарная учебная программа имеют решающее значение для преподавания и обучения робототехнике в реальном классе.