Навіщо навчати освітній робототехніці?

Протягом останніх кількох років інтерес до освітньої робототехніки процвітав, оскільки вчителі та школи використовували потенціал робототехніки для надання практичних та цікавих способів навчання дизайну, інженерії та технологійⁱ. Освітня робототехніка також розглядається як спосіб познайомити та заохотити студентів продовжувати кар’єру в сферах науки, технологій, інженерії та математики (STEM)ⁱⁱ, завдяки всій підвищеній увазі та інвестиціям використання освітньої робототехніки стало більш доступним і надійним. надається середовищу. Отримані технологічні досягнення значною мірою сприяють доступності цього інструментуⁱⁱⁱ. Насправді, дехто вважає, що робототехніка відіграє таку ж роль у класі, як колись комп’ютери, починаючи з початку 90-х і запровадження використання CD-ROM та Microsoft PowerPoint у класах^iv.

Із зростаючою присутністю Educational Robotics виникають важливі питання. Як найкраще використовувати цей новий захоплюючий інструмент? Як ми можемо встановити найкращі практики? Як ми концептуалізуємо мету освітньої робототехніки в класі? Ці питання можуть бути складнішими, ніж здаються на перший погляд. І відповіді на них можуть спершу породити більше запитань, ніж на початку. Наприклад, чи використовують студенти освітню робототехніку як засіб для демонстрації своїх ідей і мислення, чи студенти створюють ідеї та мислення, взаємодіючи із середовищем? Чи є освітня робототехніка способом для студентів продемонструвати свою компетентність, чи це інфраструктура, на якій студенти будують нові компетенції^проти? Можливо, розгляд аспекту використання комп’ютера в класі може допомогти пролити більше світла на цю тему.

Носій може мати різний обсяг залежно від його застосування. Живопис можна розглядати як засіб, яким можна розмалювати паркан або Сикстинську капелу. Універсальність комп’ютерів як засобів масової інформації, мабуть, ще більша; комп’ютер може використовуватися в класі з дуже обмеженими можливостями, або як калькулятор, або як текстовий процесор, але він також розглядається і приймається як потужний засіб спілкування сам по собі. Як зазначив Марк Гуздіал, комп’ютери можна розуміти як сучасну форму друкарського верстата Гутенберга^vi, а також як спосіб думати про інші сфери. Таким чином, такі технології, як комп’ютерне моделювання та алгоритми, мали значний вплив на наше розуміння сфер математики та природничих наук^vii.

У чому ж тоді сфера освітньої робототехніки? Освітню робототехніку можна використовувати як готові об’єкти, які виконують дуже специфічні завдання, тоді як деякі системи освітньої робототехніки дозволяють учням стати активними учасниками проектування свого навчання, а також творцями обчислювальних артефактів замість пасивних користувачів пристроїв, створених іншими. для них^viii. Це надає унікальний набір можливостей для вчителів. Таким чином, освітня робототехніка стає засобом, що надає студентам можливість висловлюватися та вибирати під час навчання та залучати їх не лише до вирішення проблем, але й до пошуку проблем, побудови проблем, аналізу проблем, а також до планування та моніторингу зусиль із вирішення проблем. Таким чином освітня робототехніка стає чимось набагато більшим – засобом підготовки студентів до складних викликів, які чекають на них, коли вони готуються до роботи, якої наразі не існує^ix, а також способом залучення інших цінних навичок (наприклад, спілкування та співпраці). ), що належать до ширшого спектру навичок 21 століття.

Зусилля шкіл щодо впровадження освітньої робототехніки, здається, спричинили стільки проявів, скільки різних мотивацій, що рухали ініціативи. Деякі школи використовують цей інструмент як інтегровану частину окремого курсу інформатики або STEM, тоді як інші школи використовують це сучасне рішення як доповнення до традиційних предметів. Ще інші школи використовують їх як позашкільні заходи, які потім використовують мотиваційні ефекти «ігрофікації» та змагань для підвищення участі та залучення учнів. Подібно до того, як школи навчилися не обмежувати використання комп’ютерів дорогими калькуляторами, використання освітньої робототехніки не повинно обмежуватися уявними обмеженнями.

Варто детально вивчити наступні способи використання освітньої робототехніки:

• Зрозуміти наш світ
• Навчати інтегрованій STEM-освіті новими способами
• Навчати комп’ютерному мисленню
• Освоювати ітерації та вчитися на невдачах
• Познайомитися з професіями майбутнього та дізнатися про них

Щоб зрозуміти наш світ

Наука пояснює світ природи. Учні, які мають наукову грамотність, здатні розуміти як концепції, так і практики науки. Отже, навчання студентів природничим наукам дає їм можливість зрозуміти світ, у якому вони живуть. Ось чому навчальні програми середніх шкіл по всій країні включають такі предмети, як астрономія, біологія та хімія. Але як щодо робототехніки? Очевидно, що роботи переважають у нашому повсякденному житті, і ця поширеність зростає^x. Удосконалення технології, пов'язаної з роботами, призвело до експоненціального зростання обчислювальної потужності та зберігання даних^xi. Це призвело до того, що роботи здатні навчатися та приймати рішення на основі досвіду інших роботів. Роботи більше не є машинами, які виконують прості функції. Крім того, зростаючий попит на роботів і робототехніку поширюється на різні галузі. Так, фабрики є домівками для багатьох роботів, але роботи також тепер більш поширені в освітніх і розважальних закладах. Цілком можливо, що в найближчому майбутньому роботи допоможуть багатьом людям похилого віку жити самостійно в їхніх домівках, таким чином створивши нове поле «короботів».^xii

У школах по праву вчать про планети та зірки, які існують на відстані…світлових років, але не про технології, з якими багато хто взаємодіє щодня. Це виклик, але водночас і можливість. Освіта стимулює науку та інновації. Вивчення біології продовжує вести до кращих методів лікування та викорінення хвороб і хвороб^xiii. Якби робототехніка стала основним навчальним предметом у наших школах, це могло б мати подібний вплив.

Викладати інтегровану освіту STEM новими способами

Дослідники в галузі освіти припускають, що вчителям часто важко встановити зв’язки між дисциплінами STEM^xiv. Це є проблемою для шкіл, оскільки наукові стандарти наступного покоління містять наскрізні концепції, що охоплюють різні наукові сфери. Таким чином, учням буде важко перенести концепції, які часто викладають ізольовано, до інтегрованого контексту, який вони побачать на екзаменах. Іншим ненавмисним наслідком ізольованого викладання наукових концепцій є його тенденція створювати навчальне середовище, де студенти стають незаангажованими. Автентичні приклади науки, які вони бачать у своєму повсякденному житті, мають глибоку інтеграцію в дисципліни STEM на відміну від сингулярності. Мета освіти STEM – допомогти студентам упорядковувати інформацію в межах дисциплін та між ними, щоб мати можливість ідентифікувати та міркувати про глибокі, структурні подібності та моделі в цій інформації; кульмінація в ідеалі призводить до здатності застосовувати цю організацію знань до складних ситуацій і проблем у повсякденному житті^xv.

Освітня робототехніка може допомогти вирішити ці проблеми, функціонуючи як фасилітатор для вчителів і шкіл, коли вони прагнуть організувати навчання STEM. Оскільки освітня робототехніка виходить далеко за межі іграшки, якій можна давати прості інструкції, класні кімнати, де використовується освітня робототехніка, можуть запропонувати учням серйозні інженерні та програмні завдання.

Навчати обчислювальному мисленню

Протягом останніх 10 років популярність обчислювального мислення зросла в аудиторіях K-12^xvii. Обчислювальне мислення входить до стандартів науки наступного покоління та є невід’ємною частиною реальної математики та природничих наук. Обчислювальне мислення широко вважається невід’ємною частиною будь-якого класу STEM^xviii.

Зростання популярності комп’ютерного мислення як концепції як у школах, так і поза ними призвело до того, що школи намагаються знайти ефективні інструменти для інтеграції та навчання комп’ютерного мислення своїх учнів. Відповідна мета полягала в тому, щоб розширити участь у класах, особливо інформатики, які значною мірою заглиблюються в обчислювальне мислення; усунення ґендерного розриву в цій предметній галузі також було постійною метою. Наразі дівчата становлять приблизно половину всіх тих, хто здає тести AP, але лише 25% тих, хто відвідує курси інформатики AP^xix

Освітня робототехніка може бути ефективним інструментом для навчання обчислювального мислення, а також допомагає розширити цілі участі.^{xx xxi} Останні досягнення в освітній робототехніці знизили витрати та збільшили простоту використання, зробивши їх доступнішими для студентів і поступово стали надійним способом вивчення абстрактних понять STEM. Таким чином, зв’язок між інформатикою та робототехнікою очевидний; студенти мають можливість програмувати своїх роботів для виконання складних завдань як у класі, так і на змагальних полях. Хоча виконання складних завдань може бути метою, засоби передбачають розкладання цих завдань на більш дрібні частини, а потім їх ітераційне об’єднання для створення рішення. У класних кімнатах каркас цього процесу є життєво важливим, і знову освітня робототехніка може бути ефективним у полегшенні як декомпозиції, так і каркасу складних завдань. У результаті роботи можуть бути ефективним інструментом для навчання обчислювального мислення, як початкового докази показують.^{xxii xxiii} Ефективне навчання обчислювального мислення також призводить до здатності застосовувати обчислювальне мислення в різних областях. Здатність ефективно навчати узагальнених навичок обчислювального мислення, водночас пропонуючи способи допомогти урізноманітнити студентів, які вступають у ці галузі, робить освітню робототехніку значним внеском в інтеграцію обчислювального мислення в школи та рух «Комп’ютерні науки для всіх».

Щоб почуватися комфортно з повторенням і вчитися на невдачах

Інженерний дизайн і науковий метод є спорідненими явищами, але містять важливі відмінності. У науці наголос приділяється пошуку загальних правил, які описують дії нашого світу та всесвіту, тоді як інженерія передбачає пошук рішень конкретної проблеми, які задовольняють усі обмеження, що містяться в цій проблемі^xxiv. Дехто резюмував це розходження словами: «вчені досліджують, а інженери створюють»^xxv Розглядаючи творчий процес, ми повинні визнати його значну залежність від ітерації.

Численні ітерації мають вирішальне значення для інженерних ідей і дій, спрямованих на досягнення певних цілей, незалежно від того, чи це задоволення/перевищення очікувань клієнтів або участь у змаганні. Необхідні численні ітерації, властиві діяльності освітньої робототехніки, були визнані такими, що здатні підтримувати інтерес студентів і постійну залученість.^xxvi Крім того, склад самих наборів робототехніки з багатьма різними елементами, які можна швидко зібрати, а потім розібрати, сприяє ітерації. Оскільки багаторазові ітерації часто стосуються важливого життєвого уроку «спробуй, спробуй ще раз», учні отримають величезну користь, дізнавшись, що «невдачі» можна сприймати як всю частину процесу. Ще один широко застосовний урок, який випливає з більш абстрактного погляду на додаткові переваги інструменту, — це тенденція Educational Robotics пропонувати численні рішення навіть для найпростіших завдань. Що може розширити кругозір студента більше, ніж усвідомлення того, що для однієї проблеми справді існує кілька рішень? Ми побачили, що це приносить цікаві переваги: ​​підвищується ймовірність того, що студенти вимагатимуть відгуків від викладачів, і більша ймовірність того, що студенти розумітимуть те, що вони вивчають, як важливе.^xxvii З цього випливає лише перевага – вчителі, залучаючи учнів таким чином, можуть підвищити самоефективність учнів, що є ключовим елементом, що веде до більшої готовності вчитися на невдачах.^XXVIII

Щоб познайомитися з професіями майбутнього та дізнатися про них

Зміни, наша єдина константа, не чужі природі роботи. У 1900 році приблизно 40% американської робочої сили працювало на фермах. Сьогодні ця цифра становить лише 2%.xxix Якщо це здається занадто давно, занадто далеко, подумайте, що ще 50 років тому середньостатистичному працівнику не потрібно було читати чи писати протягом робочого дня.^xxx Сучасні тенденції можна узагальнити в широко читаному та обговорюваному дослідженні 2013 року Департаменту інженерних наук Оксфордського університету, згідно з яким 47% поточних робочих місць ризикують втратити через автоматизацію.^xxxi

Важливою відмінністю нинішніх занепокоєнь, на відміну від звичайного відтоку вчорашніх скорочень і створення робочих місць, є «поляризація робочих місць». Цей термін застосовується до скорочення можливостей працевлаштування, тобто існує високий попит на висококваліфіковані та низькокваліфіковані роботи, але можливостей для робіт із середньою та середньою оплатою праці скоротилося.^xxxii Цю значну проблему можна віднести до автоматизації рутинної роботи, і відповіді передбачають визнання неминучості автоматизації шляхом творчої роботи над розширенням. Підприємства, які успішно перебувають на цій хвилі, реагують гнучкістю та плавністю, вчаться працювати з технологіями, а не тікають або бунтують проти їхньої страшної присутності та впливу.^xxxiii Як освітянам, нам також важливо творчо реагувати, шукаючи інноваційні рішення щодо невизначеності майбутнього. Системи початкової та середньої освіти повинні визнати реальність на горизонті та викладати відповідні та цінні навички, що в даному випадку може означати те, у чому комп’ютери просто не вміють. До них належать творчі здібності, навички міжособистісного спілкування та вирішення проблем, усі навички, які можна розвинути за допомогою вдосконаленого використання освітньої робототехніки.^xxxiv

---