Trong vài năm qua, mối quan tâm đến Robot giáo dục đã tăng lên khi các giáo viên và trường học tận dụng tiềm năng của robot để cung cấp những phương pháp thực hành và hấp dẫn để dạy thiết kế, kỹ thuật và công nghệi. Cũng được coi là một cách để giới thiệu và khuyến khích sinh viên theo đuổi sự nghiệp trong các lĩnh vực Khoa học, Công nghệ, Kỹ thuật và Toán học (STEM)ii, việc sử dụng Robot giáo dục giờ đây có giá cả phải chăng và mạnh mẽ hơn nhờ tất cả sự quan tâm và đầu tư ngày càng tăng được trao cho phương tiện. Những tiến bộ công nghệ đạt được góp phần rất lớn vào khả năng tiếp cận công cụ nàyiii. Trên thực tế, robot hiện được một số người coi là có vai trò tương tự trong lớp học như máy tính đã từng làm, bắt đầu từ đầu những năm 90 và sự ra đời của việc sử dụng CD-ROM và Microsoft PowerPoint trong lớp họciv.
Với sự hiện diện ngày càng tăng của Robot giáo dục, những câu hỏi quan trọng xuất hiện. Công dụng tốt nhất của công cụ mới và thú vị này là gì? Làm thế nào chúng ta có thể thiết lập các phương pháp thực hành tốt nhất? Làm thế nào để chúng ta khái niệm hóa mục đích của Robot giáo dục trong lớp học? Những câu hỏi này có thể phức tạp hơn so với cái nhìn đầu tiên. Và việc trả lời chúng trước tiên có thể tạo ra nhiều câu hỏi hơn so với khi chúng ta bắt đầu. Ví dụ: học sinh sử dụng robot giáo dục làm phương tiện để thể hiện ý tưởng và suy nghĩ của mình hay học sinh tạo ra ý tưởng và suy nghĩ bằng cách tương tác với phương tiện? Robot giáo dục có phải là cách để học sinh thể hiện năng lực của mình hay chúng là cơ sở hạ tầng để học sinh xây dựng năng lực mớiv? Có lẽ việc xem xét một khía cạnh của việc sử dụng máy tính trong lớp học có thể giúp làm sáng tỏ hơn về chủ đề này.
Một phương tiện có thể có phạm vi khác nhau dựa trên ứng dụng của nó. Hội họa có thể được coi là một phương tiện, một phương tiện có thể được sử dụng để vẽ hàng rào hoặc Nhà nguyện Sistine. Người ta cho rằng tính linh hoạt của máy tính như một phương tiện thậm chí còn có tầm quan trọng lớn hơn; máy tính có thể được sử dụng trong lớp học với phạm vi rất hạn chế, dưới dạng máy tính hoặc máy xử lý văn bản, nhưng nó cũng được coi là một phương tiện giao tiếp mạnh mẽ. Như Mark Guzdial đã chỉ ra, máy tính có thể được hiểu là một dạng máy in hiện đại của Gutenbergvivà là một cách để suy nghĩ về các lĩnh vực khác. Như vậy, các công nghệ như mô hình hóa máy tính và thuật toán đã có tác động đáng kể đến sự hiểu biết của chúng ta về các lĩnh vực toán học và khoa họcvii.
Vậy thì phạm vi của Robot giáo dục là gì? Robot giáo dục có thể được sử dụng làm vật thể dựng sẵn để thực hiện các nhiệm vụ rất cụ thể, trong khi một số hệ thống Robot giáo dục cho phép học sinh trở thành người tham gia tích cực vào việc thiết kế hoạt động học tập của mình – đồng thời là người tạo ra các tạo tác tính toán, thay vì người dùng thụ động các thiết bị mà người khác đã tạo ra đối với họviiii. Điều này mang đến một loạt cơ hội độc đáo cho giáo viên. Do đó, Robot giáo dục trở thành một phương tiện cung cấp cho học sinh cơ hội thực hiện tiếng nói và lựa chọn của mình trong học tập, đồng thời thu hút họ không chỉ vào việc giải quyết vấn đề mà còn tham gia tìm kiếm vấn đề, xây dựng vấn đề, phân tích vấn đề cũng như lập kế hoạch và giám sát các nỗ lực giải quyết vấn đề. Khi đó, Robot giáo dục sẽ trở thành một thứ gì đó lớn hơn nhiều - một phương tiện giúp học sinh chuẩn bị cho sự phức tạp của những thách thức đang chờ đợi họ khi họ chuẩn bị cho những công việc hiện chưa tồn tạiixvà cũng là một cách để kết hợp các kỹ năng có giá trị khác (ví dụ: giao tiếp và cộng tác ) thuộc phạm vi rộng hơn của các kỹ năng thế kỷ 21.
Những nỗ lực của các trường học trong việc triển khai phương tiện Robot giáo dục dường như đã tạo ra nhiều biểu hiện cũng như các động lực khác nhau thúc đẩy các sáng kiến. Một số trường sử dụng công cụ này như một phần tích hợp của khóa học khoa học máy tính hoặc STEM độc lập, trong khi các trường khác sử dụng giải pháp hiện đại này để bổ sung cho các môn học truyền thống. Vẫn còn các trường khác sử dụng chúng như các hoạt động sau giờ học để tận dụng tác động tạo động lực của việc “trò chơi” và các cuộc thi để nâng cao sự tham gia và gắn kết của học sinh. Theo cách tương tự mà các trường học đã học để không hạn chế việc sử dụng máy tính ở những máy tính đắt tiền, việc sử dụng Robot giáo dục không nên bị giới hạn bởi những hạn chế được nhận thức.
Đáng để khám phá chi tiết là những ứng dụng sau đây của Robot giáo dục:
• Để hiểu thế giới của chúng ta
• Dạy giáo dục STEM tích hợp theo những cách mới
• Dạy Tư duy tính toán
• Làm quen với việc lặp lại và học hỏi từ thất bại
• Được tiếp xúc và tìm hiểu về các công việc trong tương lai
Để hiểu thế giới của chúng ta
Khoa học là sự giải thích về thế giới tự nhiên. Học sinh có kiến thức khoa học có thể hiểu cả các khái niệm và thực tiễn của khoa học. Vì vậy, việc dạy khoa học cho học sinh mang lại cho họ cơ hội hiểu biết về thế giới mà họ đang sống. Đây là lý do tại sao chương trình giảng dạy trung học trên toàn quốc bao gồm các môn học như Thiên văn học, Sinh học và Hóa học. Nhưng còn Robotics thì sao? Rõ ràng, robot rất phổ biến trong cuộc sống hàng ngày của chúng ta và tỷ lệ đó đang tăng lênx. Những cải tiến trong công nghệ liên quan đến robot đã dẫn đến sự tăng trưởng theo cấp số nhân về sức mạnh tính toán và lưu trữ dữ liệuxi. Điều này đã dẫn đến việc robot có khả năng học hỏi và đưa ra quyết định dựa trên kinh nghiệm của các robot khác. Robot không còn là những cỗ máy thực hiện những chức năng đơn giản. Ngoài ra, nhu cầu ngày càng tăng về robot và công nghệ robot xuyên suốt các ngành công nghiệp. Đúng vậy, các nhà máy là ngôi nhà của nhiều robot, nhưng robot hiện nay cũng phổ biến hơn trong môi trường giáo dục và giải trí. Rất có thể trong tương lai gần, robot sẽ hỗ trợ nhiều người già sống độc lập trong nhà của họ, từ đó tạo ra một lĩnh vực mới về “đồng robot”.xii
Đúng ra, trường học dạy về các hành tinh và ngôi sao tồn tại cách chúng ta…năm ánh sáng nhưng không dạy về công nghệ mà nhiều người tương tác hàng ngày. Đây là một thách thức nhưng cũng là một cơ hội. Giáo dục thúc đẩy khoa học và đổi mới. Nghiên cứu Sinh học tiếp tục dẫn đến những phương pháp điều trị tốt hơn và loại trừ bệnh tậtxiii. Nếu Robotics trở thành môn học cốt lõi trong trường học của chúng ta, nó có thể có tác động tương tự.
Để dạy giáo dục STEM tích hợp theo những cách mới
Các nhà nghiên cứu giáo dục cho rằng giáo viên thường gặp khó khăn trong việc tạo ra sự kết nối giữa các môn STEMxiv. Điều này đặt ra một thách thức đối với các trường học vì Tiêu chuẩn Khoa học Thế hệ Tiếp theo đưa ra các khái niệm xuyên suốt trong các lĩnh vực khoa học khác nhau. Vì vậy, học sinh sẽ gặp khó khăn trong việc chuyển các khái niệm thường được dạy riêng lẻ sang bối cảnh tích hợp mà các em sẽ gặp trong các kỳ thi đánh giá. Một hậu quả không lường trước khác của việc dạy các khái niệm khoa học một cách cô lập là xu hướng tạo ra một môi trường học tập nơi học sinh trở nên thảnh thơi. Những ví dụ xác thực mà họ nhìn thấy về khoa học trong cuộc sống hàng ngày có sự tích hợp sâu sắc giữa các ngành STEM trái ngược với sự kỳ dị. Mục tiêu của giáo dục STEM là giúp học sinh sắp xếp thông tin trong và giữa các môn học, để có thể xác định và suy luận về những điểm tương đồng và mô hình cấu trúc sâu sắc trong thông tin này; đỉnh cao lý tưởng là khả năng áp dụng cách tổ chức kiến thức này vào các tình huống và vấn đề phức tạp trong cuộc sống hàng ngàyxv.
Robot giáo dục có thể giúp giải quyết những thách thức này bằng cách đóng vai trò là người hỗ trợ cho giáo viên và trường học khi họ tìm cách tổ chức giảng dạy STEM. Vì phạm vi của Robot giáo dục vượt xa một món đồ chơi có thể được hướng dẫn đơn giản nên các lớp học sử dụng Robot giáo dục có thể mang đến cho học sinh những thách thức mạnh mẽ về kỹ thuật và lập trình.
Để dạy tư duy tính toán
Trong 10 năm qua, Tư duy tính toán đã ngày càng phổ biến và được đưa vào các lớp học K-12xvii. Tư duy tính toán được đưa vào như một phần của Tiêu chuẩn Khoa học Thế hệ Tiếp theo và là một phần thiết yếu của toán học và khoa học trong thế giới thực. Tư duy tính toán được nhiều người coi là một phần không thể thiếu trong bất kỳ lớp học STEM nàoxviii.
“Động lực chính để đưa các phương pháp thực hành tư duy tính toán vào các lớp học khoa học và toán học là bản chất thay đổi nhanh chóng của các nguyên tắc này khi chúng được thực hành trong thế giới chuyên môn.”
(BAILEY BORWEIN 2011; FOST ER 2006; HENDERSON và cộng sự 2007)
“Trong 20 năm qua, gần như mọi lĩnh vực liên quan đến khoa học và toán học đều chứng kiến sự phát triển của đối tác tính toán.”
(WEINTROP và cộng sự 2017)
Sự phổ biến ngày càng tăng của khái niệm Tư duy tính toán, cả trong và ngoài trường học, đã dẫn đến việc các trường cố gắng tìm kiếm các công cụ hiệu quả để tích hợp và dạy tư duy tính toán cho học sinh của mình. Mục tiêu tương ứng là mở rộng sự tham gia vào các lớp học - đặc biệt là khoa học máy tính - đào sâu vào tư duy tính toán; giải quyết khoảng cách giới tính trong lĩnh vực chủ đề này cũng là một mục tiêu nhất quán. Hiện nay, nữ sinh chiếm khoảng một nửa tổng số thí sinh thi AP, nhưng chỉ chiếm 25% số học sinh tham gia các lớp khoa học máy tính APxix
Robot giáo dục có thể là một công cụ hiệu quả để dạy tư duy tính toán đồng thời giúp mở rộng mục tiêu tham gia.xx xxi Những tiến bộ gần đây trong Robot giáo dục đã giảm chi phí và tăng tính dễ sử dụng, giúp học sinh dễ tiếp cận hơn và dần dần trở thành một phương pháp đáng tin cậy để học các khái niệm STEM trừu tượng. Như vậy, mối liên hệ giữa khoa học máy tính và robot là rất rõ ràng; học sinh có khả năng lập trình cho robot của mình để thực hiện các nhiệm vụ phức tạp, cả trong lớp học và trên sân thi đấu. Mặc dù việc thực hiện các nhiệm vụ phức tạp có thể là mục đích cuối cùng nhưng phương tiện liên quan đến việc phân tách các nhiệm vụ này thành các phần nhỏ hơn và sau đó lặp đi lặp lại việc xây dựng chúng lại với nhau để tạo ra giải pháp. Trong các lớp học, nền tảng của quá trình đó là cực kỳ quan trọng và một lần nữa, Robot giáo dục có thể có hiệu quả trong việc tạo điều kiện thuận lợi cho việc phân tách và xây dựng nền tảng cho các nhiệm vụ phức tạp. Do đó, robot có thể là một công cụ hiệu quả để dạy tư duy tính toán, như bước khởi đầu bằng chứng cho thấy.xxii xxiii Việc dạy tư duy tính toán hiệu quả cũng mang lại khả năng áp dụng tư duy tính toán vào các lĩnh vực khác nhau. Khả năng giảng dạy hiệu quả các kỹ năng tư duy tính toán tổng quát, đồng thời đưa ra các cách giúp đa dạng hóa học sinh tham gia các lĩnh vực này, khiến Robot giáo dục trở thành nhân tố đóng góp đáng kể vào việc tích hợp tư duy tính toán vào trường học và phong trào Khoa học máy tính cho mọi người.
Để trở nên thoải mái với việc lặp lại và học hỏi từ thất bại
Thiết kế kỹ thuật và phương pháp khoa học là những hiện tượng có liên quan nhưng chứa đựng những khác biệt quan trọng. Trong khoa học, người ta nhấn mạnh vào việc tìm ra các quy tắc chung mô tả các hoạt động của thế giới và vũ trụ của chúng ta, trong khi kỹ thuật liên quan đến việc tìm ra giải pháp cho một vấn đề cụ thể thỏa mãn tất cả các ràng buộc có trong vấn đề đóxxiv. Một số người đã tóm tắt sự khác biệt này bằng câu nói “các nhà khoa học nghiên cứu nhưng các kỹ sư sáng tạo”xxv Khi xem xét quá trình sáng tạo, chúng ta phải nhận ra sự phụ thuộc đáng kể của nó vào quá trình lặp lại.
Việc lặp lại nhiều lần là rất quan trọng đối với các ý tưởng và hoạt động kỹ thuật được thiết kế để đạt được các mục tiêu nhất định, cho dù đáp ứng/vượt quá mong đợi của khách hàng hay tham gia vào một thử thách cạnh tranh. Việc lặp lại nhiều lần bắt buộc vốn có của các hoạt động Robot giáo dục đã được công nhận là có khả năng duy trì sự quan tâm của học sinh và sự tham gia lâu dài.xxvi Ngoài ra, bản thân thành phần của bộ dụng cụ robot, với nhiều bộ phận khác nhau có thể được lắp ráp và tháo rời nhanh chóng, thúc đẩy thái độ lặp đi lặp lại. Bởi vì việc lặp đi lặp lại nhiều lần thường giải quyết được bài học quan trọng trong cuộc sống là “cố gắng, thử lại”, học sinh sẽ được hưởng lợi rất nhiều khi biết rằng “thất bại” có thể được chấp nhận như một phần của quá trình. Một bài học khác có thể áp dụng rộng rãi dựa trên cái nhìn trừu tượng hơn về các lợi ích phụ trợ của công cụ này là xu hướng của Robot giáo dục là đưa ra nhiều giải pháp cho ngay cả những thách thức đơn giản nhất. Điều gì có thể mở rộng tầm nhìn của học sinh hơn là nhận ra rằng thực sự có nhiều giải pháp cho cùng một vấn đề? Chúng tôi nhận thấy điều này mang lại những lợi ích thú vị: khả năng học sinh yêu cầu phản hồi từ giáo viên tăng lên và khả năng học sinh hiểu được điều họ đang học là quan trọng cao hơn.xxvii Lợi ích chỉ được tổng hợp từ đó - việc giáo viên thu hút học sinh theo cách này có thể giúp học sinh nâng cao tính tự tin vào năng lực bản thân, yếu tố then chốt dẫn đến sự sẵn sàng học hỏi từ thất bại cao hơn.xxviii
Được tiếp xúc và tìm hiểu về công việc của tương lai
Sự thay đổi, hằng số duy nhất của chúng ta, không còn xa lạ với bản chất công việc. Năm 1900, khoảng 40% lực lượng lao động Mỹ làm việc tại các trang trại. Ngày nay con số đó chỉ là 2%.xxix Nếu con số đó dường như đã quá lâu rồi, quá xa vời, hãy xem xét rằng gần đây nhất là 50 năm trước, người công nhân bình thường không cần đọc hoặc viết trong ngày làm việc của họ.xxx Xu hướng ngày nay có thể được tóm tắt trong một nghiên cứu được đọc và thảo luận rộng rãi năm 2013 của Khoa Khoa học Kỹ thuật Đại học Oxford, ước tính rằng 47% công việc hiện tại có nguy cơ bị mất do tự động hóa.xxxi
Một điểm khác biệt quan trọng trong mối quan tâm hiện tại, trái ngược với tình trạng mất việc làm và tạo việc làm thông thường ngày hôm qua, là “sự phân cực công việc”. Thuật ngữ này áp dụng cho việc bỏ đi các cơ hội việc làm, nghĩa là có nhu cầu cao đối với các công việc có kỹ năng cao và kỹ năng thấp, nhưng cơ hội cho các công việc có kỹ năng trung bình và lương trung bình đã giảm.xxxii Vấn đề quan trọng này có thể bắt nguồn từ việc tự động hóa công việc thường ngày và câu trả lời liên quan đến việc thừa nhận tính tất yếu của tự động hóa bằng cách làm việc một cách sáng tạo theo hướng tăng cường. Các doanh nghiệp thúc đẩy làn sóng này thành công là những doanh nghiệp phản ứng một cách linh hoạt và trôi chảy, học cách làm việc với công nghệ thay vì chạy trốn hoặc chống lại sự hiện diện và tác động đáng sợ của nó.xxxiii Với tư cách là những nhà giáo dục, điều quan trọng là chúng ta cũng phải phản ứng một cách sáng tạo, tìm kiếm các giải pháp đổi mới cho sự không chắc chắn của tương lai. Hệ thống giáo dục tiểu học và trung học có trách nhiệm thừa nhận thực tế sắp xảy ra và giảng dạy các kỹ năng có giá trị và phù hợp, mà trong trường hợp hiện tại, có thể có nghĩa là những thứ mà máy tính đơn giản là không giỏi. Chúng bao gồm tính sáng tạo, kỹ năng giao tiếp và giải quyết vấn đề, tất cả các kỹ năng có thể được trau dồi khi sử dụng Robot giáo dục một cách tinh tế.xxxiv