การเชื่อมต่อหุ่นยนต์เพื่อการศึกษากับวิศวกรรม

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

วิทยาการหุ่นยนต์เพื่อการศึกษาเป็นบริบทที่ดีสำหรับการให้นักเรียนฝึกฝนกระบวนการออกแบบทางวิศวกรรม และยังให้บริบทสำหรับนักเรียนในการพัฒนาและปรับปรุงทักษะการสื่อสารด้วยวาจาและลายลักษณ์อักษรทางเทคนิคอีกด้วย ผ่านกระบวนการออกแบบ นักเรียนยังมีอิสระในการฝึกฝนทักษะอันมีค่าด้วยการแก้ปัญหา การแก้ไขปัญหา การวิจัยและพัฒนา ตลอดจนการประดิษฐ์และนวัตกรรม  พวกเขาเรียนรู้ที่จะทำงานภายใต้ข้อจำกัด ระบุวิธีแก้ไขปัญหาต่างๆ และค้นหาวิธีแก้ไขที่ดีที่สุดผ่านการทำซ้ำ

เคล็ดลับ ข้อเสนอแนะ & มาตรฐานบางประการที่ควรกำหนดเป้าหมาย

• จัดระเบียบห้องเรียนของคุณเพื่ออำนวยความสะดวกในการเรียนรู้จากโครงงาน (PBL) และให้นักเรียนทำงานร่วมกันเป็นทีมเพื่อทำโครงงานให้สำเร็จ จัดเตรียมเกณฑ์การให้คะแนนสำหรับทั้งความพยายามในการทำงานร่วมกันและสำหรับโครงงานที่สามารถบรรลุได้เมื่อเริ่มต้นโครงงาน เพื่อให้นักเรียนรับรู้ถึงความคาดหวังของคุณ 
• ให้นักเรียนใช้สมุดบันทึก แผนภูมิกำหนดการ และเครื่องมือการวางแผนอื่นๆ ในการวางแผนและดำเนินการพัฒนาโครงการในขณะที่พวกเขาออกแบบวิธีแก้ปัญหาที่ซับซ้อนในโลกแห่งความเป็นจริงโดยการแบ่งปัญหาออกเป็นปัญหาที่เล็กลงและจัดการได้มากขึ้นซึ่งสามารถแก้ไขได้ผ่านทางวิศวกรรม (มาตรฐาน NGS: HS -ETS1-2)
• พัฒนาทักษะการสื่อสารและการทำงานร่วมกันโดยให้นักเรียนนำเสนอต่อกันและขอคำติชม  
• อนุญาตให้นักเรียนสื่อสารกระบวนการและผลลัพธ์ของกระบวนการออกแบบทั้งหมดโดยใช้วาจา กราฟิก เชิงปริมาณ เสมือน และลายลักษณ์อักษร และ/หรือแบบจำลองสามมิติ (มาตรฐาน STL: 11.R)
• เตือนนักเรียนเมื่อเริ่มโครงงานปลายเปิดว่าจะมีวิธีแก้ปัญหาที่ "ถูกต้อง" มากกว่าหนึ่งข้อ และการวิจารณ์เชิงสร้างสรรค์มีจุดมุ่งหมายเพื่อปรับปรุงโครงงานไม่ให้วิพากษ์วิจารณ์พวกเขา ส่งเสริมการประเมินแนวทางแก้ไขปัญหาต่างๆ ในโลกแห่งความเป็นจริงที่ซับซ้อน โดยอิงตามเกณฑ์การจัดลำดับความสำคัญและข้อดีข้อเสียที่คำนึงถึงข้อจำกัดต่างๆ รวมถึงต้นทุน ความปลอดภัย ความน่าเชื่อถือ และความสวยงาม ตลอดจนผลกระทบทางสังคม วัฒนธรรม และสิ่งแวดล้อมที่เป็นไปได้ ( มาตรฐาน NGS: HS-ETS1-3)
• ถามคำถามนักเรียนที่จะช่วยให้พวกเขาพิจารณาความรู้เดิมที่เรียนในชั้นเรียนนี้และชั้นเรียนอื่นๆ
• แจ้งให้ครูคณิตศาสตร์ วิทยาศาสตร์ และ/หรือครูคนอื่นๆ ของนักเรียนทราบว่านักเรียนกำลังทำอะไรในชั้นเรียนของคุณ เพื่อที่พวกเขาจะได้ช่วยเหลือและ/หรือให้คำแนะนำและข้อเสนอแนะ

• ให้เวลาสำหรับการวิจัยเพื่อให้นักเรียนสามารถอธิบายแนวทางแก้ไข ประเมินการออกแบบที่มีอยู่ รวบรวมข้อมูล สื่อสารกระบวนการและผลลัพธ์ และแนบการวิจัยทางวิทยาศาสตร์หรือแนวคิดหรือทักษะทางคณิตศาสตร์ที่จำเป็น (มาตรฐาน STL: 9.I)
• กระตุ้นให้นักเรียนมองหาหลายวิธีในการแก้ปัญหา  ในส่วนของการแก้ไขปัญหา ให้สร้างบรรยากาศการเรียนรู้ที่นักเรียนถูกคาดหวังให้ "ล้มเหลว" ในตอนแรก “ความล้มเหลวไปข้างหน้า” (การใช้ความล้มเหลวเป็นหนทางก้าวไปสู่ความสำเร็จ) เป็นทักษะชีวิตที่มีคุณค่า 
• ให้นักเรียนได้ดื่มด่ำกับกระบวนการออกแบบ การทำเช่นนี้ช่วยให้พวกเขามีส่วนร่วมอย่างกระตือรือร้นในการกำหนดปัญหา การระดมความคิด ตรวจสอบการวิจัยและสร้างแนวคิด การระบุเกณฑ์และการระบุข้อจำกัด การเลือกแนวทางในการแก้ปัญหา การทดสอบและประเมินการออกแบบ การปรับปรุงการออกแบบ การพัฒนา และกระบวนการสื่อสาร และผลลัพธ์ (STL: มาตรฐาน 8.H)
• เปิดโอกาสให้นักเรียนปฏิบัติตามขั้นตอนหลายขั้นตอนที่ซับซ้อนเมื่อทำการทดลอง การวัด หรือการทำงานด้านเทคนิค ในกรณีพิเศษหรือข้อยกเว้น (มาตรฐาน CCS: RST.9-10.3)  จากนั้นสนับสนุนให้พวกเขาปรับแต่งการออกแบบ/กระบวนการเพื่อให้มั่นใจในคุณภาพ ประสิทธิภาพ และความสามารถในการผลิตของผลิตภัณฑ์ขั้นสุดท้าย (STL: มาตรฐาน 11.0)
• พัฒนาทักษะการอ่านเชิงเทคนิคของนักเรียนโดยทำให้มั่นใจว่าพวกเขาสามารถกำหนดความหมายของสัญลักษณ์ คำสำคัญ และคำและวลีเฉพาะโดเมนอื่นๆ ได้ตามที่ใช้ในบริบททางวิทยาศาสตร์หรือทางเทคนิคเฉพาะที่เกี่ยวข้องกับระดับเกรดของพวกเขา (มาตรฐาน CCS: RST.9 -10.4 & RST.11-12.4)

ลิงค์ไปยังตัวอย่างกิจกรรม