การเชื่อมต่อวิทยาการหุ่นยนต์เพื่อการศึกษากับวิทยาศาสตร์

วิทยาการหุ่นยนต์ไม่ได้เป็นเพียงอนาคต แต่ยังเป็นปัจจุบันด้วย การทำให้นักเรียนคุ้นเคยกับการเขียนโปรแกรม เซ็นเซอร์ และระบบอัตโนมัติ จะช่วยให้นักเรียนได้ฝึกฝนทักษะการคิดเชิงคำนวณที่สำคัญซึ่งจำเป็นต่อการประสบความสำเร็จทั้งในกลุ่มแรงงานในศตวรรษที่ 21 และในชีวิตประจำวัน ในเชิงวิชาการ วิทยาการหุ่นยนต์เพื่อการศึกษาให้โอกาสในการเรียนรู้ที่หลากหลาย เนื่องจากสาขาวิชามี STEM (วิทยาศาสตร์ เทคโนโลยี วิศวกรรมศาสตร์ และคณิตศาสตร์) และแม้แต่ STEAM (วิทยาศาสตร์ เทคโนโลยี วิศวกรรม ศิลปะ และคณิตศาสตร์) เป็นข้อกำหนดเบื้องต้น วิทยาการหุ่นยนต์เพื่อการศึกษาเป็นสหวิทยาการในรูปแบบที่จับต้องได้และประยุกต์ใช้กับนักเรียนได้เสมอ นอกจากนี้ กิจกรรมที่เกี่ยวข้องกับวิทยาการหุ่นยนต์เพื่อการศึกษายังจำเป็นที่นักเรียนจะต้องร่วมมือกัน คิดด้วยคอมพิวเตอร์ แก้ไขปัญหา (ระบุและแก้ปัญหา) และสร้างสรรค์สิ่งใหม่ ๆ ซึ่งเป็นทักษะพื้นฐานสำหรับมืออาชีพในศตวรรษที่ 21

ในห้องเรียนวิทยาศาสตร์ วิทยาการหุ่นยนต์เพื่อการศึกษามีศักยภาพที่จะใช้เป็นบริบทในการสอนวิธีการและการปฏิบัติทางวิทยาศาสตร์ขั้นพื้นฐาน เช่น วิธีการทางวิทยาศาสตร์ การสังเกต การทดลอง การเก็บรวบรวมข้อมูลและการวิเคราะห์ นอกจากนี้ยังช่วยให้สามารถตรวจสอบฟิสิกส์ประยุกต์และแนวคิดทางกล การคิดเชิงระบบ และแน่นอนว่าปัญญาประดิษฐ์ การศึกษาหุ่นยนต์และการทำงานของหุ่นยนต์อาจเป็นแนวคำถามในห้องเรียนวิทยาศาสตร์ แต่วิทยาการหุ่นยนต์เพื่อการศึกษาไม่ใช่การศึกษาวิทยาการหุ่นยนต์เพื่อประโยชน์ของวิทยาการหุ่นยนต์ มันคือการใช้หุ่นยนต์เป็นเครื่องมือในการเรียนรู้เกี่ยวกับแนวปฏิบัติและแนวความคิดของวิทยาศาสตร์ 

เคล็ดลับ คำแนะนำ & มาตรฐานที่เป็นไปได้ในการกำหนดเป้าหมาย

• จัดระเบียบห้องเรียนของคุณเพื่ออำนวยความสะดวกในการเรียนรู้ตามโครงงาน (PBL) และให้นักเรียนทำงานร่วมกันเป็นทีมเพื่อทำโครงงานให้เสร็จ จัดเตรียมรูบริกสำหรับทั้งความพยายามในการทำงานร่วมกันและสำหรับการส่งมอบในช่วงเริ่มต้นของโครงงาน เพื่อให้นักเรียนรับรู้ถึงความคาดหวังของคุณ
• ให้นักเรียนใช้สมุดบันทึก แผนผังการจัดกำหนดการ และเครื่องมือในการวางแผนอื่นๆ เพื่อวางแผนและดำเนินการพัฒนาโครงการ
• ปรับปรุงทักษะการสื่อสารและการทำงานร่วมกันโดยให้นักเรียนนำเสนอและขอความคิดเห็น
• เตือนนักเรียนเมื่อเริ่มโครงงานปลายเปิดว่าจะมีวิธีแก้ปัญหาที่ "ถูกต้อง" มากกว่าหนึ่งวิธี และการวิจารณ์เชิงสร้างสรรค์มีจุดมุ่งหมายเพื่อปรับปรุงโครงงานไม่ให้วิพากษ์วิจารณ์พวกเขา
• ถามคำถามของนักเรียนที่จะช่วยพวกเขาพิจารณาความรู้เดิมที่เรียนในชั้นเรียนนี้และชั้นเรียนอื่นๆ
• ให้คณิตศาสตร์ เทคโนโลยี หรือครูคนอื่นๆ ของนักเรียนรู้ว่านักเรียนกำลังทำอะไรในชั้นเรียนของคุณเพื่อที่พวกเขาจะได้ช่วยเหลือและ/หรือให้คำแนะนำและข้อเสนอแนะ

• ใช้ปฏิสัมพันธ์ระหว่างหุ่นยนต์กับสภาพแวดล้อมเพื่อตรวจสอบการเคลื่อนไหวและความเสถียร แรงและการโต้ตอบ และการเปลี่ยนแปลงพลังงานภายในระบบ (มาตรฐาน NGS: HS-PS2-1 & HS-PS3-1 ).
• ใช้ความสามารถไร้สายของหุ่นยนต์เพื่อตรวจสอบคลื่นและการประยุกต์ใช้คลื่นในเทคโนโลยีสำหรับการถ่ายโอนข้อมูล (มาตรฐาน NGS: HS-PS4-2 & HS-PS4-5)
• ใช้การทดสอบหุ่นยนต์เป็นโอกาสในการทดลองและรวบรวมข้อมูล ตัวอย่างเช่น การเรียกใช้โปรแกรมเพื่อให้หุ่นยนต์หยิบวัตถุและเคลื่อนย้ายวัตถุนั้นข้ามห้องด้วยความเร็วที่แตกต่างกันด้วยแขนก้ามปูที่ระดับความสูงต่างกัน โดยคงค่าคงที่ตัวแปรอื่นๆ ไว้ทั้งหมด สามารถสร้างระดับอย่างน้อย 3 ระดับ (เร็ว คงที่ และ ความเร็วช้า) โดยการทดสอบ 3 ระดับ (ระดับสูง ระดับกลาง และระดับต่ำ) ที่มีศักยภาพสำหรับทั้งผลกระทบหลักและปฏิสัมพันธ์เมื่อวัดความเสถียรของหุ่นยนต์ คลาสสามารถกำหนดความเสถียรในการปฏิบัติงานได้เพื่อวัดค่า หรือแม้แต่ลดความซับซ้อนของคำแนะนำของหุ่นยนต์หรือไม่ก็ตาม
• จัดการทดลองแบบตัวแปรเดียวอย่างง่ายเพื่อให้นักเรียนที่มีประสบการณ์น้อยตรวจสอบผลกระทบของคุณลักษณะต่างๆ ของหุ่นยนต์ที่มีต่อความเร็ว ความเสถียร และ/หรือความแข็งแกร่งของมัน
• อำนวยความสะดวกในการตรวจสอบที่นักเรียนปรับเปลี่ยนรูปร่างของหุ่นยนต์หรือสร้างหุ่นยนต์ตัวใหม่ที่ลดแรงที่กระทำต่อวัตถุมหภาคระหว่างการชน (มาตรฐาน NGS: HS-PS2-3) 

• ขอให้ทีมนักเรียนออกแบบและสร้างหุ่นยนต์ที่สามารถลดผลกระทบของกิจกรรมของมนุษย์ที่มีต่อสิ่งแวดล้อมและความหลากหลายทางชีวภาพ ให้ทีมหารือเกี่ยวกับการออกแบบของทีมอื่นๆ และผลกระทบที่การออกแบบจะมีเพื่อปรับแต่งต้นแบบของพวกเขาต่อไป (มาตรฐาน NGS: HS-LS2-7 & HS-ESS3-4) .

ลิงค์ตัวอย่างกิจกรรม