Varför undervisa i pedagogisk robotik?

Under de senaste åren har intresset för pedagogisk robotik blomstrat i takt med att lärare och skolor omfamnar robotikens potential att ge praktiska och engagerande sätt att undervisadesign, ingenjörskonst och teknologi ^{Användningen av pedagogisk robotik, som också ses som ett sätt att introducera och stimulera studenter att satsa på karriärer inom naturvetenskap, teknik, ingenjörskonst och matematik (STEM)ii, är nu mer överkomlig och robust tack vare all ökad uppmärksamhet och investeringar som ägnas åt mediet. De resulterande tekniska framstegen bidrar i hög grad till tillgängligheten till detta verktygiii. Faktum är att robotteknik nu av vissa anses spela en liknande roll i klassrummet som datorer en gång gjorde, med början i början av 90-talet och introduktionen av CD-ROM och Microsoft PowerPoint i klassrummeniv.}

Med Educational Robotics växande närvaro uppstår viktiga frågor. Vilka är de bästa användningsområdena för detta nya och spännande verktyg? Hur kan vi etablera bästa praxis? Hur konceptualiserar vi syftet med pedagogisk robotik i klassrummet? Dessa frågor kan vara mer komplicerade än de verkar vid första anblicken. Och att besvara dem kan först ge upphov till fler frågor än när vi började. Använder eleverna till exempel pedagogisk robotik som ett medium för att visa sina idéer och tänkande, eller skapar eleverna idéer och tänkande genom att interagera med mediet? Är pedagogisk robotik ett sätt för elever att visa sin kompetens, eller är de en infrastruktur på vilken elever bygger nya kompetenser^v? Att överväga en aspekt av datoranvändning i klassrummet kan kanske bidra till att belysa ämnet mer.

Ett medium kan ha olika omfattning beroende på dess tillämpning. Målning kan ses som ett medium, ett som kan användas för att måla ett staket eller Sixtinska kapellet. Datorers mångsidighet som medium har, utan tvekan, ännu större omfattning; en dator kan användas i klassrummet med mycket begränsade möjligheter, antingen som miniräknare eller ordbehandlare, men också ses och omfamnas som ett kraftfullt kommunikationsmedel i sig. Som Mark Guzdial har påpekat kan datorer förstås som en modern form av Gutenbergs tryckpress^vi, och som ett sätt att tänka på andra domäner. Tekniker som datormodellering och algoritmer har därför haft en betydande inverkan på vår förståelse av matematik och naturvetenskap^vii.

Vad är då omfattningen av pedagogisk robotik? Pedagogisk robotik kan användas som färdiga objekt som utför mycket specifika uppgifter, medan vissa pedagogiska robotsystem tillåter elever att bli aktiva deltagare i att utforma sitt lärande – såväl som skapare av beräkningsartefakter, istället för passiva användare av enheter som andra har gjort åt dem^viii. Detta ger lärare en unik uppsättning möjligheter. Pedagogisk robotik blir således ett medium som ger eleverna möjlighet att utöva sin röst och sina val i lärandet och engagerar dem inte bara i problemlösning, utan också i problemsökning, problemkonstruktion, problemanalys samt planering och övervakning av problemlösningsinsatser. Pedagogisk robotik blir då något mycket större – ett medium för att förbereda eleverna för komplexiteten i de utmaningar som väntar dem när de förbereder sig för jobb som för närvarande inte existerar^ix, och även ett sätt att införliva andra värdefulla färdigheter (t.ex. kommunikation och samarbete) som tillhör det bredare spektrumet av 2000-talets färdigheter.

Skolornas ansträngningar att implementera pedagogisk robotik verkar ha gett lika många manifestationer som olika motivationer bakom initiativen. Vissa skolor använder det här verktyget som en integrerad del av en fristående datavetenskaps- eller STEM-kurs, medan andra skolor använder den här moderna lösningen för att komplettera traditionella ämnen. Andra skolor använder dem som aktiviteter efter skolan och drar sedan nytta av de motiverande effekterna av ”gamifiering” och tävlingar för att öka elevernas deltagande och engagemang. På samma sätt som skolor lärde sig att inte begränsa datorers användning till dyra miniräknare, bör användningen av pedagogisk robotik inte begränsas av upplevda begränsningar.

Värda att utforska i detalj är följande användningsområden för pedagogisk robotik:

• Att förstå vår värld
• Att undervisa i integrerad STEM-utbildning på nya sätt
• Att undervisa i beräkningstänkande
• Att bli bekväm med iteration och lära av misslyckanden
• Att exponeras för och lära sig om framtidens jobb

Att förstå vår värld

Vetenskap är förklaringen av den naturliga världen. Studenter som är vetenskapligt kunniga kan förstå både vetenskapens begrepp och praktik. Att lära elever naturvetenskap ger dem därför en möjlighet att förstå den värld de lever i. Det är därför gymnasiekurser över hela landet innehåller ämnen som astronomi, biologi och kemi. Men hur är det med robotik? Det är uppenbart att robotar är vanliga i vår vardag, och den förekomsten ökar^x. Förbättringar i tekniken förknippad med robotar har lett till en exponentiell tillväxt av beräkningskraft och ^{Detta har resulterat i robotar som kan lära sig och fatta beslut informerade om andra robotars erfarenheter. Robotar är inte längre maskiner som utför enkla funktioner. Dessutom påverkar den ökande efterfrågan på robotar och robotteknik alla branscher. Ja, fabriker är hem för många robotar, men robotar är nu också vanligare i utbildnings- och underhållningsmiljöer. Det är fullt möjligt att robotar inom en snar framtid kommer att hjälpa många medlemmar av den äldre befolkningen att bo självständigt i sina hem, och därmed skapa ett nytt fält av "samrobotar".xii}

Skolor undervisar med rätta om planeter och stjärnor som existerar ljusår bort…men inte om den teknik som många interagerar med dagligen. Detta är en utmaning, men också en möjlighet. Utbildning driver vetenskap och innovation. Studierna av biologi fortsätter att leda till bättre behandlingar och utrotning av sjukdomar och kränkningar^xiii. Om robotik blev ett centralt akademiskt ämne i våra skolor skulle det potentiellt kunna ha en liknande inverkan.

Att undervisa i integrerad STEM-utbildning på nya sätt

Utbildningsforskare menar att lärare ofta kämpar med att göra kopplingar mellan STEM-discipliner^xiv. Detta utgör en utmaning för skolor eftersom nästa generations vetenskapsstandarder innehåller övergripande koncept som spänner över olika vetenskapliga områden. Därför kommer eleverna att ha svårt att överföra begrepp som ofta undervisas isolerat till det integrerade sammanhang de kommer att se på bedömningsprov. En annan oavsiktlig konsekvens av att undervisa i vetenskapliga begrepp i isolering är dess tendens att skapa en lärandemiljö där eleverna blir oengagerade. De autentiska exemplen de ser på vetenskap i sina dagliga liv har djup integration mellan STEM-discipliner i motsats till singularitet. Målet med STEM-utbildning är att hjälpa elever att organisera information inom och mellan ämnesområden, att kunna identifiera och resonera kring djupa, strukturella likheter och mönster inom denna information; kulminationen skulle idealiskt resultera i förmågan att tillämpa denna organisering av kunskap på komplexa situationer och problem i vardagen^xv.

Pedagogisk robotik kan hjälpa till att hantera dessa utmaningar genom att fungera som en facilitator för lärare och skolor när de försöker organisera STEM-undervisningen. Eftersom utbildningsrobotik omfattar mycket mer än bara leksaker som kan ges enkla instruktioner, kan klassrum som använder utbildningsrobotik erbjuda eleverna robusta utmaningar inom teknik och programmering.

Att lära ut beräkningstänkande

Under de senaste 10 åren har beräkningstänkande ökat i popularitet och blivit alltmer inkluderat i klassrum för grundskolan och gymnasiet.^xvii. Beräkningstänkande ingår som en del av Next Generation Science Standards och som en viktig del av verklig matematik och naturvetenskap. Beräkningstänkande anses allmänt vara en integrerad del av alla STEM-klassrum^xviii.

Den ökade populariteten för beräkningstänkande som koncept, både i och utanför skolor, har lett till att skolor försöker hitta effektiva verktyg för att integrera och lära ut beräkningstänkande till sina elever. Ett motsvarande mål har varit att bredda deltagandet i de kurser – särskilt datavetenskap – som fördjupar sig i beräkningstänkande; att ta itu med könsskillnaderna inom detta ämnesområde har också varit ett genomgående mål. För närvarande står flickor för ungefär hälften av alla som tar AP-provet, men utgör endast 25 % av dem som tar AP-kurser i datavetenskap^xix

Pedagogisk robotik kan vara ett effektivt verktyg för att lära ut beräkningsmässigt tänkande samtidigt som det bidrar till att bredda deltagandemålen.^{xx xxi} De senaste framstegen inom pedagogisk robotik har sänkt kostnaderna och ökat användarvänligheten, vilket gjort den mer tillgänglig för elever och successivt blivit ett pålitligt sätt att lära sig abstrakta STEM-koncept. Sambandet mellan datavetenskap och robotik är därför tydligt; eleverna har förmågan att programmera sina robotar för att utföra komplexa uppgifter, både i klassrummet och på tävlingsplaner. Även om utförandet av komplexa uppgifter kan vara målet, innebär medlet att dela upp dessa uppgifter i mindre delar och sedan iterativt bygga samman dem för att skapa en lösning. I klassrum är det oerhört viktigt att stödja den processen, och återigen kan pedagogisk robotik vara effektiv för att underlätta både nedbrytning och stödjande av komplexa uppgifter. Som ett resultat kan robotar vara ett effektivt verktyg för att lära ut beräkningsmässigt tänkande, vilket de första bevisen visar.^{xxii xxiii} Effektiv undervisning i beräkningsmässigt tänkande resulterar också i förmågan att tillämpa beräkningsmässigt tänkande inom olika områden. Förmågan att effektivt lära ut generaliserbara beräkningsmässiga tänkandefärdigheter, samtidigt som den erbjuder sätt att diversifiera de elever som ger sig in i dessa områden, gör Educational Robotics till en betydande bidragsgivare till integrationen av beräkningsmässigt tänkande i skolor och rörelsen Datavetenskap för alla.

Att bli bekväm med iteration och lära av misslyckanden

Ingenjörsdesign och den vetenskapliga metoden är besläktade fenomen, men innehåller viktiga skillnader. Inom vetenskapen läggs tonvikt på att hitta allmänna regler som beskriver vår världs och vårt universums handlingar, medan ingenjörskonst innebär att hitta lösningar på ett specifikt problem som uppfyller alla begränsningar som finns i det problemet^xxiv. Vissa har sammanfattat denna distinktion med talesättet ”forskare undersöker men ingenjörer skapar”^xxv När vi betraktar den kreativa processen måste vi inse dess ofta betydande beroende av iteration.

Flera iterationer är avgörande för att konstruera idéer och aktiviteter som är utformade för att uppnå vissa mål, oavsett om det gäller att uppfylla/överträffa kundernas förväntningar eller delta i en konkurrensutmaning. De nödvändiga multipla iterationerna som är inneboende i pedagogiska robotikaktiviteter har erkänts som kapabla att upprätthålla elevernas intresse och engagemang.^xxvi Även sammansättningen av själva robotkiten, med många olika delar som snabbt kan monteras och sedan demonteras, främjar en iterationsinställning. Eftersom flera iterationer ofta tar upp den viktiga livsläxan "försök, försök igen", drar eleverna stor nytta av att lära sig att "misslyckanden" kan omfamnas som en del av processen. En annan brett tillämpbar lärdom som kommer från en mer abstrakt titt på verktygets ytterligare fördelar är Educational Robotics tendens att presentera flera lösningar även på de enklaste utmaningarna. Vad kan vidga en students vyer mer än att inse att det faktiskt finns flera lösningar på samma problem? Vi har sett att detta ger intressanta fördelar: en ökad sannolikhet att elever begär feedback från lärarna och en högre sannolikhet att eleverna förstår att det de lär sig är viktigt.^xxvii Fördelarna bara förvärras därifrån – lärare som engagerar eleverna på detta sätt kan leda till högre självförtroende hos eleverna, vilket är den viktigaste faktorn som leder till den större viljan att lära av misslyckanden.^xxviii

Att bli exponerad för och lära sig om framtidens jobb

Förändring, vår enda konstant, är inte obekant med arbetets natur. År 1900 arbetade cirka 40 % av den amerikanska arbetskraften på gårdar. Idag är den siffran bara 2 %.xxix Om det verkar för länge sedan, för avlägset, tänk på att så sent som för 50 år sedan behövde den genomsnittliga arbetaren inte läsa eller skriva under sin arbetsdag.^xxx Dagens trender kan sammanfattas i en allmänt läst och diskuterad studie från 2013 av University of Oxford Department of Engineering Science, som uppskattar att 47 % av dagens jobb riskerar att gå förlorade på grund av automatisering.^xxxi

En viktig skillnad mellan de nuvarande oron och gårdagens normala omvälvning av jobbförstörelse och jobbskapande är "jobbpolarisering". Termen syftar på urholkningen av anställningsmöjligheter, vilket innebär att det finns hög efterfrågan på högkvalificerade och lågkvalificerade jobb, men möjligheterna till medelkvalificerade och medelavlönade jobb har minskat.^xxxii Detta betydande problem kan spåras till automatiseringen av rutinarbete, och svaren innebär att erkänna automatiseringens oundviklighet genom att arbeta kreativt mot förstärkning. De företag som framgångsrikt rider på dessa vågor är de som svarar med flexibilitet och smidighet, och lär sig att arbeta med teknik snarare än att fly från eller göra uppror mot dess skrämmande närvaro och inverkan.^xxxiii Som lärare är det viktigt att även vi svarar kreativt och söker efter innovativa lösningar på framtidens osäkerhet. Det är upp till grundskolan och gymnasieskolan att erkänna den realitet som ligger framför oss och att lära ut relevanta och värdefulla färdigheter, vilket i det aktuella fallet kan innebära saker som datorer helt enkelt inte är bra på. Dessa inkluderar kreativitet, interpersonella färdigheter och problemlösning, alla färdigheter som kan utvecklas genom en förfinad användning av pedagogisk robotik.^xxxiv

---