Анотація
Навчальна робототехніка має потенціал стати наріжним каменем STEM-освіти завдяки своїй здатності забезпечувати практичне навчання на основі проектів за допомогою міждисциплінарної навчальної програми. Дослідження показали, що ставлення студентів до навчання STEM знижується в міру того, як вони просуваються в нашій освітній системі; виховання позитивного ставлення до тем STEM має вирішальне значення для учнів початкового віку. Доведено, що інтеграція навчальної програми з робототехніки з предметами STEM має багато позитивних переваг у навчанні, а також покращує сприйняття студентами цих тем. У цьому дослідженні 104 учні від третього до п’ятого класу брали участь у дослідницькому проекті, щоб визначити, чи зміниться сприйняття учнями тем STEM після шести тижнів навчання робототехніки. Студентам було проведено попереднє опитування, щоб оцінити ставлення до математики, природничих наук, інженерії та навичок 21 століття. Після цього кожен клас завершив навчальну програму з робототехніки, використовуючи пакет роботи класу VEX GO та навчальну програму VEX GO STEM лабораторії та вправи. Після шести тижнів уроків учням задавали однакові запитання після опитування, щоб оцінити, чи змінилося їхнє ставлення. Результати свідчать про суттєве покращення ставлення студентів до всіх предметів STEM, а також сприйняття покращень у креативності, залученості, командній роботі та наполегливості.
вступ
Останніми роками робототехніка все більше інтегрується в початкові та середні школи Сполучених Штатів завдяки національним звітам і політикам. У 2015 році Національний науковий фонд заявив, що набуття знань і навичок у галузі науки, технологій, інженерії та математики (STEM) стає все більш життєво важливим для американців, щоб повною мірою брати участь у технологічно інтенсивній глобальній економіці, і що це критично важливо для кожного мати доступ до високоякісної освіти з тем STEM. Освітня робототехніка — це не просто популярна тенденція в освітніх технологіях, а дослідження показали її ефективність для покращення сприйняття учнями предметів STEM, а також результатів навчання. Метааналіз (Beniti, 2012) виявив, що загалом освітня робототехніка покращила навчання конкретним концепціям STEM. Дослідження, зосереджені на різних вікових групах, показали, що робототехніка підвищує інтерес учнів і позитивне сприйняття предметів STEM (Nugent et al., 2010; Robinson, 2005; Rogers & Portsmore, 2004), а подальше дослідження виявило, що це, у свою чергу, підвищує успішність у школі та сприяє науці. досягнення ступеня (Renninger & Hidi, 2011; Wigfield & Cambria, 2010; Tai et al., 2006). Для учнів середньої школи робототехніка використовувалася для підтримки підготовки до коледжу та технічних навичок кар’єри (Boakes, 2019; Ziaeefard та ін., 2017; Vela та ін., 2020).
У 2018 році Комітет Національної науково-технологічної ради з освіти STEM оприлюднив звіт, у якому окреслив федеральну стратегію міждисциплінарної освіти STEM: «Характер самої освіти STEM розвивався від набору дисциплін, що перетинаються, до більш інтегрованого та міждисциплінарного підходу до навчання та розвиток навичок. Цей новий підхід включає викладання академічних концепцій за допомогою реальних програм і поєднує формальне та неформальне навчання в школах, громаді та на робочому місці». Освітня робототехніка не повинна викладатися як окрема тема, а скоріше повною мірою використовувати переваги міждисциплінарного навчального підходу. Дослідники виявили низку переваг для включення робототехніки в існуючу шкільну програму, від розвитку та застосування знань STEM до обчислювального мислення та навичок вирішення проблем, до соціальних навичок і навичок командної роботи (Altin & Pedaste, 2013; Bers et al., 2014; Kandlhofer & Steinbauer, 2015; Тейлор, 2016). Бенітті (2012) виявив, що більшість програм з робототехніки викладаються як окремий предмет, і це ускладнює вчителям інтегрувати їх у свій клас. Одна з цілей цього дослідження полягає в тому, щоб оцінити ставлення студентів до тем STEM за допомогою навчальної програми з робототехніки, яка поєднує конструювання та програмування робототехніки з математичним, природничим та інженерним змістом відповідно до стандартів.
Впровадження освітньої робототехніки було особливо корисним для молодих учнів, які можуть почати формувати негативне ставлення до предметів STEM ще в 4-му класі (Unfried et al., 2014). Молоді учні отримують користь від інтегрованого навчального контексту та розвивають більш позитивне ставлення до предметів STEM з раннім досвідом успіху (McClure та ін., 2017). Черняк та ін. (2019) виявили, що знайомство з робототехнікою для учнів початкової школи допомагає розвинути навички дослідження та вирішення проблем. У дослідженні Ching та ін. (2019), учні старших класів були ознайомлені з інтегрованою навчальною програмою робототехніки STEM у позашкільній програмі. Використовуючи інструмент опитування (Friday Institute for Educational Innovation, 2012), ставлення студентів до математики, природничих наук та інженерії вимірювали до та після програми. Результати показали, що значно збільшився лише математичний конструкт. Ching та ін. визначили, що ці результати узгоджуються з іншими дослідженнями в умовах неформального навчання та коротких (однотижневих) пілотних програм (Конрад та ін., 2018; Леонард та ін., 2016). Ching та ін. також зазначив інші труднощі, які могли вплинути на нульові результати з інших предметів: студентам було важко побудувати роботів, на їх завершення витрачалося до чотирьох 90-хвилинних занять. Труднощі з розумінням інструкцій зі складання та конструювання роботів також були проблемою для учнів старших класів початкової школи в інших дослідженнях (Kopcha та ін., 2017), і дослідники відзначили, що глибоке розуміння різних робототехнічних компонентів є необхідним для конструювання роботів (Slangen та ін., 2011). Ching та ін. (2019) зазначив: «У майбутньому, коли ціль навчання передбачає створення оригінального та функціонального робота, настійно рекомендується, щоб студенти розвинули глибоке розуміння різних компонентів роботів до того, як приступити до роботи» стор. 598. Ці висновки ясно показують, що для маленьких дітей особливо важливо мати ранній досвід успішного навчання STEM, а використання роботизованого набору, який легко освоїти та створити, є цінним компонентом впровадження роботизованої навчальної програми, щоб усі учні досягли успіху .
У цьому дослідженні ми досліджуємо, як міждисциплінарна навчальна програма з робототехніки, яка проводиться в рамках навчального дня, вплинула на ставлення учнів до предметів STEM. Питання дослідження:
- Як шеститижнева міждисциплінарна навчальна програма з робототехніки вплинула на ставлення учнів до предметів STEM?
- Які передбачувані переваги чи навчання спостерігаються під час роботи студентів за навчальною програмою з робототехніки?
Постійне дослідження того, як робототехніка може принести користь учням старших класів початкової школи, набуває все більшого значення для покращення сприйняття учнями STEM і, сподіваємося, покращення залучення та результатів. У цьому дослідженні ми прагнемо внести свій внесок у дослідження, досліджуючи:
- учнів третього-п'ятого класів
- навчальну програму з робототехніки, інтегровану в шкільний день і викладену протягом шести тижнів
- міждисциплінарні уроки робототехніки, які відповідають стандартам STEM
- набір робототехніки, призначений для учнів початкових класів
методи
Це дослідження проводилося в державному шкільному окрузі в Західній Пенсільванії, у якому взяли участь 104 учні трьох класів. Учитель, який розробив і вивчив навчальну програму з робототехніки, виконує функції інтегратора елементарних технологій для округу та приймає учнів за графіком чергування. Це дослідження включає як кількісні, так і якісні дані. Студенти відповідали на запитання опитування, щоб емпірично оцінити своє ставлення до тем STEM до та після навчальної програми з робототехніки. Крім того, вчителька вела щоденник, де вона робила нотатки та роздуми про поведінку та навчання учнів під час лабораторій STEM та заходів, які вони виконали.
Попереднє опитування. Щоб оцінити сприйняття студентами тем STEM, студенти заповнили опитування «Ставлення студентів до STEM» — учні старших класів початкової школи (Friday Institute for Educational Innovation, 2012). Щоб полегшити процес для студентів, вчителька відтворила питання опитування у формі таблиці та видалила нейтральний варіант, який, на її думку, міг би збентежити студентів під час відповіді.
Листи з описом дослідницького проекту та форми згоди були надіслані додому зі студентами для перегляду батьками. Щоб взяти участь у цьому дослідженні, студенти повинні були повернути підписану форму згоди. Інструмент опитування було надруковано та роздано студентам під час очного заняття. Студенти, які повернули форму згоди, взяли участь в опитуванні, тоді як студенти, які не надіслали форму згоди, отримали інше завдання протягом цього часу. Інструкції були зачитані вголос учням, а деякі терміни були визначені на вимогу. Опитування проводили учні третього, четвертого та п’ятого класів з понеділка по середу того ж тижня.
Під час проведення першого опитування студенти познайомилися з робототехнічним набором за допомогою лабораторії Intro to Building та уроку зі створення персонажа астронавта. Жодна інша STEM-лабораторія не була завершена, а через пандемію COVID-19 студенти не отримували навчальну програму з робототехніки протягом попередніх півтора років. Це дало можливість оцінити, як студенти ставляться до тем STEM, не маючи нещодавнього досвіду роботи з навчальною програмою STEM, яка формувала їхні відповіді.
Вчитель зазначив, що учні різних класів по-різному відповідали на опитування. Учні п’ятого класу пройшли опитування швидко та з невеликою кількістю запитань. Четвертокласники просили багато визначень термінів. Третьокласники мали найбільше труднощів із термінологією та найдовше заповнювали опитування.
Навчальна програма навчання STEM і робот. Учитель Elementary Technology Integrator зібрав багато роботизованих інструментів і інструментів програмування для використання в окрузі, але вирішив реалізувати шеститижневий навчальний план з роботом VEX GO для занять з обчислювального мислення та інформатики, які вони мали наприкінці школи. 2021 навчальний рік. Робот VEX GO — це набір пластикових деталей, якими можуть маніпулювати учні початкових класів, які мають інші вимоги до дрібної моторики, ніж у старших учнів. Набір має кольорове кодування, щоб допомогти учням зрозуміти розмір деталей, і впорядковане за типом: балки, кутові балки, пластини, шестерні, шківи, з’єднувачі, стійки та шпильки. Вчителька використовувала один класний пакет (десять комплектів), щоб обслуговувати всі розділи третього, четвертого та п’ятого класів, які вона викладала. Спільне використання комплектів роботів з точки зору впровадження в класі означало, що учні повинні були мати можливість завершити урок і прибрати свого робота за один урок, щоб інший клас міг використати їх пізніше. Учитель також повинен був мати можливість переміщатися по різних класах для різних класів протягом дня.
Кожен клас пройшов шість тижнів лабораторії STEM з робототехніки. Через нетипову навчальну ситуацію, спричинену COVID-19, учні чергувалися за розкладом очних занять тричі протягом десяти днів. Не всіх студентів відвідували однакову кількість разів, залежно від їх розкладу та зовнішніх факторів. Вчитель вирішив це за допомогою диференціації: «Зважаючи на це, я намагався справді диференціювати кожен клас. Я не хотів забивати стільки уроків у кожному класі, а натомість глибше копати уроки для розуміння». Найменше бачили учнів п'ятого класу. Учитель зазначив, що було важко навчати п’ятикласників у самому кінці їхньої початкової кар’єри, оскільки у них було заплановано так багато заходів за тижні до випуску.
Незважаючи на те, що протягом цих шести тижнів усі студенти виконали низку лабораторій VEX GO robotics STEM та вправ, навчальний план був диференційований на розсуд учителя, щоб відповідати здібностям учнів різного віку. Наприклад, усі студенти розпочали свою навчальну програму з робототехніки з Intro to Building STEM Lab, оскільки ця лабораторія представляє набір робототехніки. Усі студенти також пройшли лабораторію Look Alike STEM, яка навчає, як генетично передаються ознаки від зайчиків-батьків до зайченят. Потім кожен клас виконував різні лабораторні роботи та вправи:
- Третій клас: Знайомство з будівництвом, Look Alike, Fun Frogs (2 уроки), Adaptation Claw, VEX GO Activities: Lunar Rover, Pin Game, Engineer It & Build It, Copycat, Habitat, Creature Creation та вільний час для будівництва
- Четвертий клас: Знайомство з конструюванням, розділ «Прості машини» (4 уроки), «Подібні один до одного», «Кіготь адаптації», завдання VEX GO: «Місячний ровер», гра «Pin Game» та вільний час для створення
- П’ятий клас: Знайомство з будівництвом, Look Alike, Fun Frogs (2 уроки), Adaptation Claw, VEX GO Activities: Lunar Rover, Pin Game, Engineer It & Build It, Copycat, Habitat, Creature Creation та вільний час для будівництва
Лабораторії STEM – це структуровані заняття, які проводять учнів через міждисциплінарний урок, узгоджений зі стандартами, який забезпечує контекст для конструювання робота, обговорення в класі, експериментування та ітераційного вдосконалення. Лабораторні роботи організовано за розділами Engage, Play і Share, які ведуть учнів протягом уроку. Діяльність коротша, ніж лабораторія STEM, і різноманітна за темою та структурою, часто передбачаючи відкриті виклики з меншою кількістю інструкцій.
Після опитування. Після завершення навчального плану, яке збіглося із закінченням навчального року, учні проходили доопитування в тому ж порядку, що й попереднє. Після збору результатів опитування вчитель анонімізував і записав дані, готуючись до аналізу.
Аналіз даних. Пункти опитування будуть оцінені за допомогою встановлених кількісних методів. Варіанти відповідей оцінювалися (1 = категорично не згоден, 2 = не згоден, 3 = згоден, 4 = повністю згоден), і конкретні пункти були зворотно закодовані, де це було необхідно. Парні t-тести були запущені для середніх значень до та після опитування для кожної конструкції, для кожного класу. Щоденник вчителя оцінювався за допомогою тематичного аналізу, який виявив уявлення про те, як учні сприймають навчання, а також дизайн/потреби навчальної програми.
Результати
Третій клас. Результати третього класу до та після опитування (таблиця 1) показують підвищення середніх балів для кожної з областей опитування. Кожну конструкцію перед і після середнього порівнювали за допомогою двобічного t-тесту, і всі результати були значущими (p < 0,001). Найменше середнє збільшення спостерігалося для конструкції ставлення до навичок 21-го століття, що вказує на те, що студенти лише незначно відрізнялися від своєї початкової згоди з цими пунктами. Студенти мали найнижчий середній бал за конструктом математичної позиції перед опитуванням із середнім балом 2,27, але підвищили б цей середній бал за конструктом на 0,25 після опитування. І наукові, і інженерні конструкції мали середнє збільшення понад 0,6, що вказує на те, що студенти почуваються набагато впевненіше після навчальної програми, щоб збільшити свій вибір. Середнє значення наукового конструкту перед опитуванням від 2,8 до 3,44 показує, що студенти спочатку були сумішшю не згодних і згодних (2 і 3), але змінилися на суміш згодних до повної згоди (3 і 4).
Таблиця 1. Результати парного t-тесту третього класу до та після опитування (n = 39).
| Пара | змінна | Середній | t | Сиг (двосторонній) |
| Пара 1 | Попередня математика | 2.2664 | -8.775 | 0.000 |
| Пост мат | 2.5197 | |||
| Пара 2 | До науки | 2.7982 | -21.255 | 0.000 |
| Постнаука | 3.4415 | |||
| Пара 3 | Pre Engineering | 3.1228 | -26.504 | 0.000 |
| Поштова інженерія | 3.7281 | |||
| Пара 4 | Навички до 21 століття | 3.0000 | -3.894 | 0.000 |
| Навички після 21 століття | 3.0906 |
Четвертий клас. Таблиця 2 показує, що учні четвертого класу подібним чином мали збільшення середніх балів за всіма конструктами, і всі вони були достовірними (р < 0,001). Однак збільшення було меншим, ніж у учнів третього класу (середні зміни зазвичай менше 0,3), що вказує на те, що менше учнів змінили свої відповіді, ніж їх молодші однокласники. Як і в учнів третього класу, математичний конструкт мав найнижче середнє значення як до опитування, так і після опитування, а навички 21-го століття мали найменше підвищення середніх балів. Примітно, що інженерна конструкція мала найбільше зростання для цих студентів.
Таблиця 2. Результати парних t-тестів четвертого класу до та після опитування (n = 34).
| Пара | змінна | Середній | t | Сиг (двосторонній) |
| Пара 1 | Попередня математика | 2.0871 | -7.136 | 0.000 |
| Пост мат | 2.2652 | |||
| Пара 2 | До науки | 2.9125 | -7.124 | 0.000 |
| Постнаука | 3.1987 | |||
| Пара 3 | Pre Engineering | 3.0673 | -8.151 | 0.000 |
| Поштова інженерія | 3.3030 | |||
| Пара 4 | Навички до 21 століття | 3.6498 | -4.629 | 0.000 |
| Навички після 21 століття | 3.7003 |
П'ятий клас. Конструктивні оцінки учнів п’ятого класу демонструють інші тенденції, ніж у учнів третього та четвертого класів (табл. 3). Ця група мала єдине зниження середнього балу за інженерною конструкцією, хоча воно не було статистично значущим і через вищі середні бали не викликало занепокоєння. Середні показники конструктиву для математики, природничих наук і навичок 21-го століття зросли меншою мірою від попереднього до опитування після опитування та були значущими меншою мірою (p < 0,01 для математики та природничих наук і p < 0,05 для 21-го століття). навички століття).
Таблиця 3. Результати парних t-тестів п’ятого класу до та після опитування (n = 31).
| Пара | змінна | Середній | t | Сиг (двосторонній) |
| Пара 1 | Попередня математика | 2.8167 | -3.427 | 0.002 |
| Пост мат | 2.9042 | |||
| Пара 2 | До науки | 3.2333 | -3.751 | 0.001 |
| Постнаука | 3.3111 | |||
| Пара 3 | Pre Engineering | 3.4259 | 0.810 | 0.425 |
| Поштова інженерія | 3.3370 | |||
| Пара 4 | Навички до 21 століття | 3.8296 | -2.350 | 0.026 |
| Навички після 21 століття | 3.8741 |
Обговорення
Ставлення студентів. Результати цих чотирьох конструкцій показали деякі дивовижні результати. Середні результати попереднього опитування були вищими для учнів п’ятого класу за всіма конструктами, ніж для учнів третього класу. Результати літератури показують, що ставлення до STEM з часом знижується. Чи ці висновки спростовують це? Не обов'язково. Природа закінчення навчального року означала, що п’ятикласників бачили менше разів, оскільки вони відвідували різноманітні заходи, що передували їхньому випуску, і менша кількість уроків могла зменшити вплив на їх ставлення в цей момент року. Вчителька також зазначила, що кожна вікова група по-різному реагувала на питання опитування. Третьокласники ставили багато запитань і відповідали із загальним ентузіазмом, тоді як п’ятикласники виконали анкету швидко та з невеликою кількістю запитань. Вік дітей може впливати на те, скільки нюансів вони мають під час тлумачення запитань і надання відповідей. Наприклад, молодші учні можуть оцінювати «згоден» і «повністю згоден» інакше, ніж старші учні. Вчителька додала коментар у своїх нотатках саме про учнів п’ятого класу та подумала, чи відповідали вони на запитання опитування з почуттям очікування чи в спробі догодити їй. Коли старші учні початкових класів стають більш пристосованими до очікувань, їхні природні реакції можуть формуватися під цим.
Що зрозуміло з результатів, так це те, що навчальна програма з робототехніки VEX GO мала для кожної вікової групи. Учні третього класу мали значне підвищення середніх балів за всіма предметними конструкціями (математика, наука, інженерія). Хоча учні четвертого класу не мали такого значного збільшення середніх балів, як учні третього класу, вони все одно постійно підвищували середні бали на кілька десятих за конструктами домену. Учні п’ятого класу, однак, були єдиними учнями з незначними змінами будь-якої конструкції та значеннями значущості, меншими за p < 0,001. Ці загальні відмінності серед учнів різних класів вказують на те, що навчальна програма з робототехніки мала сильніший вплив на ставлення молодших учнів, ніж учнів старшого віку, підкреслюючи важливість раннього початку вивчення робототехніки.
Уявне навчання. У щоденнику вчителя записувалися лабораторні роботи та завдання, виконані кожною групою учнів, а також багато спостережень за учнями під час роботи на уроках. У той час як інструмент опитування зміг визначити ставлення студентів, тематичний аналіз записів у щоденнику виявив кілька тем сприйманого навчання, які відповідають дослідницькій літературі.
Творчість. Головною темою журналу була студентська творчість. Багато згадувалося для третьокласників, але в усіх трьох класах креативність була явно відзначена тим, як учні брали участь у «Простих машинах», «Подібності», «Створення істот» і «Життєвий цикл жаби». Вчителька зазначила: «3 клас дуже захопився створенням жаби. У цьому класі хочеться бути якомога креативнішим, і створення середовища існування дійсно дозволяє дітям знову відкрити ці навички». Хоча існує багато цілей для навчальних матеріалів, розпалювання творчості в учнів є цінним результатом, який приносить багато інших переваг.
Заручини. Надання структурованих лабораторних робіт з цікавими та автентичними темами стимулювало творчість студентів, що сприяло підвищенню залученості. Починаючи з лабораторії Intro to Building, учитель зазначив, що студенти не хочуть припиняти роботу. Подібно до лабораторії Look Alike, вона виявила, що «Заняття було дуже важко закінчити. Я виявив, що студенти хочуть продовжувати і продовжувати, додаючи більше ітерацій до своїх тварин.…Я виявив, що діти не хочуть прибирати, а продовжують додавати свої твори». Хоча учні третього класу були відмічені як найбільші ентузіасти, вона описала, як навіть п’ятикласники були дуже залучені до своєї лабораторії Simple Machines: «Я виявила, що всім учням було важко розібратися з деталями. Ми просто дуже веселилися!»
Командна робота. Лабораторії VEX GO STEM призначені для виконання в командах, де студентам призначено конкретні ролі та завдання. Третьокласники почали з Adaption Claw, і вчитель зауважив: «Учні також із задоволенням розбивалися на групи, щоб вони могли працювати разом, у кожної була своя робота». Для четвертокласників вона так само зазначила, що ролі допомогли учням увійти в групи та швидко почати. Вона також зазначила, що студенти почали вибирати спільну роботу над відкритими видами діяльності, такими як будівництво місць проживання або будівництво Місяцеходу.
Учитель також зазначив декілька випадків, коли учні спонтанно працювали разом як клас. Деякі студенти досліджували нові речі за допомогою свого робота, і коли вони «відкривали» щось нове, інші студенти бігли подивитися, а потім спробувати самі. Студенти, які вибирали цікаву діяльність із «дошки вибору», часто ділилися з іншими студентами, які переходили до цієї діяльності. Незалежно від того, чи працювали вони в групах чи поодинці, студенти прагнули ділитися та допомагати один одному.
Наполегливість. Не всі види діяльності давалися учням легко. Третьокласники виконали лабораторну роботу Adaption Claw першою після лабораторної роботи Intro to Building. Вчитель визначив, що лабораторія була трохи просунутою для початку, і переніс би це на наступну частину навчального плану. Незалежно від того, завершили вони діяльність чи ні, групи залишалися до кінця.
Я виявив, що це був ЧУДОВИЙ урок розчарування та розуміння того, що невдача — це лише частина навчання. Я попросив кожну групу описати, що спрацювало, а що ні. Я виявив, що багато груп дійсно зрозуміли одна одну, коли вони почули деякі з тих самих питань.
Деякі використані вправи також були розроблені як відкриті та ставили учням завдання, яке необхідно подолати. Студентам було доручено створити будинки, які могли б витримати землетрус, але не отримали інструкцій щодо будівництва. Хоча був елемент розчарування, студенти скористалися цим і наполегливо повторювали цикли вдосконалення:
Студентам виклик дуже сподобався! Я виявив, що студентські групи усвідомили свої помилки після експерименту із «землетрусом» і змогли переробити свій будинок на основі того, що спрацювало, а що ні. Я був дуже здивований, наскільки щасливими та схвильованими були групи, зустрівши завдання, яке було розчаровуючим і настільки повноцінним, щойно групи його вирішили.
Навчальна програма. Щоденник вчителя також показав багато думок про важливість диференціації в навчальній програмі з робототехніки. Кожна група студентів виконала лабораторію Intro to Building STEM, яка представила набір VEX GO та всі його частини. Усі студенти також завершили лабораторію Look Alike STEM, яка навчає студентів рисам, створюючи зайчиків-батьків і дитинчат із різними рисами. Хоча деякі лабораторні роботи виконувалися для кожного класу, існувала диференціація за віковими групами. Старші учні четвертого та п’ятого класів виконали лабораторну роботу «Прості машини», а учні третього класу — «Веселі жабки». Третьокласники також виконали більше самостійних завдань, ніж старші класи, оскільки вчитель зазначив, що це було корисно для навичок молодших учнів. Учитель також використовував завдання для старших учнів, коли групи раніше закінчували лабораторні роботи — це необхідно в класі, щоб зайняти учнів, коли групи працюють з різною швидкістю. Наявність багатьох варіантів як для лабораторних робіт, так і для диференціації діяльності була цінним активом навчальної програми для успішного впровадження програми робототехніки в класі.
Міждисциплінарні лабораторії також були перевагою, згідно з щоденником викладача. Учні третього класу були в захваті від науково-тематичних лабораторій, де вони мали можливість створювати та розвивати тварин та їхні середовища існування. Першою лабораторією тварин, яку пройшли третьокласники, була лабораторія Look Alike, де вони могли створювати кроликів і передавати риси. Учитель зауважив, як учні люблять робити тварин і хочуть досліджувати різні варіації. Це спонукало вчителя вибрати для свого наступного уроку вправу під назвою «Створення істот», щоб розширити розвиток творчих здібностей учнів. Коли студенти працювали над лабораторією Fun Frogs, вона зазначила, наскільки схвильованими та креативними були студенти, з додатковою перевагою низького бар’єру для створення навичок.
Дітям сподобалося майструвати і вивчати жаб’ячий цикл. Я бачив, як діти отримують практичний досвід роботи з науковими темами, які вони вивчали в підручнику. Я поговорив з вчителем 3-го класу, щоб наступного року більше співпрацювати, щоб спробувати викладати цьому, коли вона викладає про середовища існування.
Учні четвертого класу виконали лабораторний розділ «Прості машини». Учитель відзначив, яким захопленням були учні, тому що вони мали знання про прості машини з іншого класу. Вони запитали, як інженери використовують прості машини, і дали час на дослідження. Учитель зазначив:
4-й клас зосереджується на простих машинах у природничих науках, тож ця лабораторія STEM дуже підходить для цього рівня. Я виявив, що обличчя цієї дитини засяяли, коли я сказав, що ми будемо робити важелі. Більшість із цих студентів виконали робочий аркуш, але не зробили практичне дослідження. Я сказав вчителю природничих наук, що наступного року ми більше співпрацюватимемо, щоб я викладав у цій лабораторії STEM, а вона викладає прості машини.
Учні п’ятого класу також виконали лабораторний розділ «Прості машини», але їхній вік і досвід показали, що вони займалися ним інакше, ніж учні четвертого класу. Учитель зазначив, що ця група учнів закінчила раніше і використовувала вправи на «вибірковій дошці», щоб досліджувати самостійно.
5-й клас потребує захоплюючих і захоплюючих заходів - і ця STEM Lab відповідає вимогам. Я виявив, що студенти хотіли встати на підлогу та експериментувати, як піднімати різні ваги за допомогою важеля. Я також виявив, що на відміну від 4-го класу, ці учні мали базові знання та підняли STEM Lab на наступний рівень, додавши ваги та надавши STEM Lab справжній досвід навчання від групи до групи.
Учні кожного класу отримали користь від міждисциплінарного підходу в навчальній програмі з робототехніки. Можливість пов’язати робототехніку з наукою, математикою чи технікою допомогла не лише залучити студентів, але й забезпечила їм основу для глибшого розуміння концепцій. Примітки вчителя вказують на кілька областей, де навчальну програму з робототехніки можна включити або синхронізувати з уроками, що викладаються з інших предметів, що може стати цінним наступним кроком у автентичному інтегруванні робототехніки між дисциплінами.
Висновок
Оскільки використання освітньої робототехніки зростає в класах по всій країні, життєво важливо дослідити, яку користь робототехніка приносить учням, а також уроки, отримані з практики викладання навчальної програми з робототехніки. Це дослідження показало, що навчальна програма з робототехніки покращила ставлення учнів до майже всіх предметів STEM для всіх класів. Крім того, вчитель бачив додаткові категорії навчання для учнів у таких сферах, як креативність, залученість, командна робота та наполегливість.
Щоб продовжувати досліджувати, як навчальна робототехніка може бути найбільш корисною для учнів у реальних класах, ми повинні продовжувати навчатися безпосередньо від викладачів, які впроваджують навчальну програму. Розмірковуючи про весь досвід, учитель надала свої загальні висновки:
Я виявив, що якщо діти хочуть дізнатися більше – ми дізнаємося більше. Я хотів, щоб це було приємно, і кожна класна кімната була чесно абсолютно різною (що цілком нормально). Деякі студенти хотіли дізнатися більше про будівництво там, де інші хотіли відірватися та створити власного монстра чи істоту. Я виявив, що 3-й клас був таким залученим – було важко закінчувати уроки. 4-й клас був дуже схвильований, дізнавшись про уроки STEM, як про прості машини, пов’язані з їх власною навчальною програмою з природничих наук. 5-му класу сподобалося завдання програмування, створення та вивчення Марса. Я думаю, головне те, що кожній класній кімнаті інколи потрібно було більше часу з лабораторією STEM або більше часу для дослідження, і я дав їм це. Я виявив, що коли діти схвильовані, найкраще бігти з цим хвилюванням і копати глибше, а не рухатися далі.
Це дослідження також дало значущу інформацію про впровадження міждисциплінарної навчальної програми з робототехніки. Згідно з шеститижневою програмою, студенти мали змогу виконати багато різних лабораторних робіт і заходів. Це вказує на те, що тривалість навчального плану може розумно вплинути на те, наскільки успішно він змінює ставлення учнів до STEM. Розробка уроків і диференціація також були ключовими для успіху навчальної програми. Вчителька виявила, що учні різного віку мають різні навички та потреби, і що вона може легко коригувати навчальні плани для кожного класу. Сам комплект робота VEX GO також добре відповідав потребам студентів. Учні могли легко слідувати інструкціям, конструювати деталі та вивчати, як деталі працюють і з’єднуються. Студенти можуть виконувати збірки та лабораторні роботи за одне заняття, маючи час на прибирання, що є необхідністю для того, щоб навчальна програма з робототехніки працювала в умовах обмежень звичайного навчального дня. Набір робототехніки, розроблений для початкової вікової групи, і повна міждисциплінарна навчальна програма є критично важливими для викладання та навчання за допомогою робототехніки в реальному класі.