การเชื่อมต่อหุ่นยนต์เพื่อการศึกษากับวิทยาศาสตร์

วิทยาการหุ่นยนต์ไม่เพียงแต่เป็นอนาคตเท่านั้น แต่ยังเป็นปัจจุบันด้วย ด้วยการทำให้นักเรียนคุ้นเคยกับการเขียนโปรแกรม เซ็นเซอร์ และระบบอัตโนมัติ พวกเขาจะฝึกฝนทักษะการคิดเชิงคำนวณเชิงวิพากษ์ที่จำเป็นต่อการประสบความสำเร็จทั้งในด้านการทำงานและชีวิตประจำวันในศตวรรษที่ 21 ในด้านวิชาการ หุ่นยนต์เพื่อการศึกษาให้โอกาสในการเรียนรู้ที่หลากหลาย เนื่องจากสาขาวิชานี้มี STEM (วิทยาศาสตร์ เทคโนโลยี วิศวกรรมศาสตร์ และคณิตศาสตร์) และแม้แต่ STEAM (วิทยาศาสตร์ เทคโนโลยี วิศวกรรมศาสตร์ ศิลปะ และคณิตศาสตร์) เป็นข้อกำหนดเบื้องต้น วิทยาการหุ่นยนต์เพื่อการศึกษาเป็นแบบสหวิทยาการเสมอในรูปแบบที่จับต้องได้และนำไปประยุกต์ใช้กับนักเรียนได้ นอกจากนี้ กิจกรรมที่เกี่ยวข้องกับหุ่นยนต์เพื่อการศึกษาจำเป็นต้องให้นักเรียนทำงานร่วมกัน คิดอย่างมีคอมพิวเตอร์ แก้ปัญหา (ระบุและแก้ไขปัญหา) และสร้างสรรค์สิ่งใหม่ๆ ซึ่งเป็นทักษะพื้นฐานสำหรับมืออาชีพแห่งศตวรรษที่ 21 

ในห้องเรียนวิทยาศาสตร์ หุ่นยนต์เพื่อการศึกษามีศักยภาพที่จะใช้เป็นบริบทในการสอนวิธีการและการปฏิบัติทางวิทยาศาสตร์ขั้นพื้นฐาน เช่น วิธีการทางวิทยาศาสตร์ การสังเกต การทดลอง การเก็บรวบรวมข้อมูลและการวิเคราะห์ นอกจากนี้ยังช่วยให้สามารถตรวจสอบฟิสิกส์ประยุกต์และแนวคิดทางกล การคิดเชิงระบบ และแน่นอนว่าปัญญาประดิษฐ์ การศึกษาหุ่นยนต์และการทำงานของมันอาจเป็นคำถามในห้องเรียนวิทยาศาสตร์ แต่วิทยาการหุ่นยนต์เพื่อการศึกษาไม่ใช่การศึกษาวิทยาการหุ่นยนต์เพื่อประโยชน์ของวิทยาการหุ่นยนต์ เป็นการใช้หุ่นยนต์เป็นเครื่องมือในการสอนการเรียนรู้แนวปฏิบัติและแนวคิดทางวิทยาศาสตร์  

เคล็ดลับ ข้อเสนอแนะ & มาตรฐานที่เป็นไปได้บางประการในการกำหนดเป้าหมาย

• จัดระเบียบห้องเรียนของคุณเพื่ออำนวยความสะดวกในการเรียนรู้จากโครงงาน (PBL) และให้นักเรียนทำงานร่วมกันเป็นทีมเพื่อทำโครงงานให้สำเร็จ จัดทำเกณฑ์การให้คะแนนสำหรับทั้งความพยายามในการทำงานร่วมกันและผลงานที่ได้รับเมื่อเริ่มต้นโครงงาน เพื่อให้นักเรียนรับรู้ถึงความคาดหวังของคุณ 
• ให้นักเรียนใช้สมุดบันทึก แผนภูมิกำหนดการ และเครื่องมือการวางแผนอื่นๆ เพื่อวางแผนและดำเนินการพัฒนาโครงการ
• พัฒนาทักษะการสื่อสารและการทำงานร่วมกันโดยให้นักเรียนนำเสนอต่อกันและขอคำติชม
• เตือนนักเรียนเมื่อเริ่มโครงงานปลายเปิดว่าจะมีวิธีแก้ปัญหาที่ "ถูกต้อง" มากกว่าหนึ่งข้อ และการวิจารณ์เชิงสร้างสรรค์มีจุดมุ่งหมายเพื่อปรับปรุงโครงงานไม่ให้วิพากษ์วิจารณ์พวกเขา 
• ถามคำถามนักเรียนที่จะช่วยให้พวกเขาพิจารณาความรู้เดิมที่เรียนในชั้นเรียนนี้และชั้นเรียนอื่นๆ
• แจ้งให้ครูคณิตศาสตร์ เทคโนโลยี หรือครูคนอื่นๆ ของนักเรียนทราบว่านักเรียนกำลังทำอะไรในชั้นเรียนของคุณ เพื่อที่พวกเขาจะได้ช่วยเหลือและ/หรือให้คำแนะนำและข้อเสนอแนะ

• ใช้ปฏิสัมพันธ์ระหว่างหุ่นยนต์กับสภาพแวดล้อมเพื่อตรวจสอบการเคลื่อนไหวและเสถียรภาพ แรงและปฏิสัมพันธ์ และการเปลี่ยนแปลงพลังงานภายในระบบ (มาตรฐาน NGS: HS-PS2-1 & HS-PS3-1)
• ใช้ความสามารถไร้สายของหุ่นยนต์เพื่อตรวจสอบคลื่นและการประยุกต์ในเทคโนโลยีสำหรับการถ่ายโอนข้อมูล (มาตรฐาน NGS: HS-PS4-2 & HS-PS4-5)
• ใช้การทดสอบหุ่นยนต์เป็นโอกาสในการทดลองและรวบรวมข้อมูล ตัวอย่างเช่น การรันโปรแกรมเพื่อให้หุ่นยนต์หยิบวัตถุและเคลื่อนย้ายมันไปทั่วห้องด้วยความเร็วที่แตกต่างกันด้วยแขนกรงเล็บของมันที่ความสูงต่างกันในขณะที่คงตัวแปรอื่น ๆ ทั้งหมดไว้คงที่สามารถสร้างอย่างน้อย 3 ระดับ (เร็ว มั่นคง และ ความเร็วช้า) โดยการทดลอง 3 ระดับ (ระดับสูง ระดับกลาง และต่ำ) ที่มีศักยภาพสำหรับทั้งผลกระทบหลักและการโต้ตอบเมื่อวัดความเสถียรของหุ่นยนต์ ชั้นเรียนสามารถกำหนดความเสถียรในการปฏิบัติงานเพื่อวัดได้ หรือแม้แต่ทำให้ง่ายขึ้นโดยขึ้นอยู่กับปลายหุ่นยนต์หรือไม่
• จัดการทดลองตัวแปรเดี่ยวง่ายๆ เพื่อให้นักเรียนที่มีประสบการณ์น้อยตรวจสอบผลกระทบของคุณลักษณะต่างๆ ของโครงสร้างหุ่นยนต์ที่มีต่อความเร็ว ความเสถียร และ/หรือความแข็งแกร่ง 
• อำนวยความสะดวกในการตรวจสอบในกรณีที่นักเรียนปรับเปลี่ยนโครงสร้างหุ่นยนต์หรือสร้างหุ่นยนต์ตัวใหม่ที่ลดแรงกระทำต่อวัตถุขนาดมหึมาในระหว่างการชนกัน (มาตรฐาน NGS: HS-PS2-3)  

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

ลิงค์ตัวอย่างกิจกรรม