Σύντομη περιγραφή της εκπαιδευτικής ρομποτικής

Περίληψη 

   Τα ρομπότ είναι μηχανές που δρουν αυτόνομα μέσω προγραμμάτων υπολογιστών και χρησιμοποιούν κινητήρες που ανταποκρίνονται σε είσοδο δεδομένων από αισθητήρες.

    Ο όρος «εκπαιδευτική ρομποτική» περιλαμβάνει κυρίως την ανάπτυξη της τεχνικής γνώσης, με την κατασκευή και τον προγραμματισμό ενός ρομπότ.

   Η εκπαιδευτική ρομποτική μπορεί να βοηθήσει τα παιδιά στην εκμάθηση των μαθηματικών εννοιών που σχετίζονται με τα βασικά γεωμετρικά σχήματα, τις μετρήσεις, τον πολλαπλασιασμό, τους δεκαδικούς αριθμούς, τα κλάσματα, τις αναλογίες, το σύστημα συντεταγμένων, την αναγνώριση ποσοτήτων, τα προβλήματα με τελεστές, την κατασκευή και ερμηνεία γραφημάτων και τις γωνίες. Επίσης μπορεί να βελτιώσει την κινητοποίηση, την εμπλοκή και την αυτοπεποίθησή τους, την δημιουργική σκέψη και την πρακτική μάθηση των φυσικών εννοιών, όπως η απόσταση, ο χρόνος, η ταχύτητα, η επιτάχυνση, η επιβράδυνση, το έργο, η ενέργεια, η δύναμη, η πρόσφυση, η βαρύτητα και ο ηλεκτρισμός. Τέλος, τα παιδιά μπορούν να παρουσιάσουν βελτίωση στην ικανότητά τους να εξηγούν φυσικές έννοιες σε γραπτό λόγο, αλλά και να παράγουν και να ερμηνεύουν γραφικές παραστάσεις.

Ολόκληρο το άρθρο

 Κατά τους Karim, Lemaignan και Mondada (2015), ο όρος «εκπαιδευτική ρομποτική» περιλαμβάνει κυρίως την ανάπτυξη της τεχνικής γνώσης με την κατασκευή και τον προγραμματισμό του ρομπότ. Κατά τους Coxon και Chandler (2009) τα ρομπότ είναι μηχανές που δρουν αυτόνομα μέσω προγραμμάτων υπολογιστών και χρησιμοποιούν κινητήρες που ανταποκρίνονται σε είσοδο δεδομένων από αισθητήρες.

   Σε έρευνά του ο Δημητρίου (2011) αναφέρει τη σημαντικότητα των ρομπότ λόγω της ευρύτατης χρήσης τους, από στρατιωτικές εφαρμογές και ιατρικά μηχανήματα ως την απλή εξυπηρέτηση των αναγκών ενός νοικοκυριού. Επιπλέον αναφέρει τη χρησιμότητά τους ως γνωστικού εργαλείου, για τη διδασκαλία μεγάλου εύρους θεμάτων. «Είναι γνωστό ότι οι περισσότεροι μαθητές, ανεξαρτήτως ηλικίας και εκπαιδευτικού υπόβαθρου, θεωρούν την εργασία με τα ρομπότ διασκεδαστική και ενδιαφέρουσα. Υπάρχουν δύο κύριες προσεγγίσεις στην εκπαιδευτική χρήση των ρομπότ. Η πρώτη προσέγγιση αφορά τη χρήση τους για τη διδασκαλία του αμιγούς αντικειμένου της ρομποτικής. […] Η δεύτερη προσέγγιση αφορά στη χρήση των ρομπότ σε άλλα γνωστικά αντικείμενα, όπως οι STEM, κυρίως στις μεγαλύτερες τάξεις του Λυκείου, αλλά και στο πρώτο έτος του πανεπιστημίου, για να διδαχθούν μαθήματα όπως ο προγραμματισμός και ο έλεγχος».  

   Αντίστοιχα, ο Coxon (2009) υποστηρίζει ότι η χρήση των ρομποτικών συστημάτων Lego μπορεί να βοηθήσει στην ανάπτυξη και βελτίωση της ικανότητας αντίληψης του χώρου, που είναι απαραίτητη για πολλά πεδία της STEM όπως η αρχιτεκτονική, η χειρουργική, η οδοντιατρική, η μηχανολογία και οι φυσικές επιστήμες, άποψη που βρίσκουμε και στο Wai, Lubinski και Benbow (2009). Σε παρόμοια εργασία του ο Verner (2004) ανακάλυψε σημαντική βελτίωση στην ικανότητα αντίληψης του χώρου από παιδιά τα οποία παρακολούθησαν ένα πρόγραμμα ρομποτικής, που συμπεριελάμβανε κινηματική, περιστροφή αντικειμένων και συναρμογή παζλ με χρήση ρομπότ. Παρόμοια αποτελέσματα είχαν και οι έρευνες των Oppliger (2002),  Petre και Price (2004) και Geeter, Golder, and Nordin (2002).

            Σε σχετική τους έρευνα οι Whitman και Witherspoon (2003) αναφέρουν πως τα Lego μπορούν να συνεισφέρουν στην καλύτερη κατανόηση εννοιών όπως οι χωρικές σχέσεις, ο έλεγχος ρομποτικών συστημάτων από υπολογιστή και η πρόσληψη δεδομένων. Μία ακόμη πτυχή της χρησιμότητας των Lego στην εκπαίδευση αναδεικνύουν οι Garcia και Patterson-McNeill (2002), που χρησιμοποιούν τα Lego στη διδασκαλία εννοιών που αφορούν τα λογισμικά.

   Η εκπαιδευτική ρομποτική μπορεί να βοηθήσει στην εκμάθηση των μαθηματικών εννοιών που σχετίζονται με τα βασικά γεωμετρικά σχήματα, τις μετρήσεις, τον πολλαπλασιασμό, τους δεκαδικούς αριθμούς, τα κλάσματα, τις αναλογίες, το σύστημα συντεταγμένων, την αναγνώριση ποσοτήτων, τα προβλήματα με τελεστές, την κατασκευή και ερμηνεία γραφημάτων και τις γωνίες.

   Επίσης, η εκπαιδευτική ρομποτική βελτιώνει την κινητοποίηση, την εμπλοκή και την αυτοπεποίθηση, την δημιουργική σκέψη και την πρακτική μάθηση των φυσικών εννοιών, όπως η απόσταση, ο χρόνος, η ταχύτητα, η επιτάχυνση, η επιβράδυνση, το έργο, η ενέργεια, η δύναμη, η πρόσφυση, η βαρύτητα και ο ηλεκτρισμός.    Τέλος, τα παιδιά μπορούν να παρουσιάσουν βελτίωση στην ικανότητά τους να εξηγούν φυσικές έννοιες σε γραπτό λόγο, αλλά και να παράγουν και να ερμηνεύουν γραφικές παραστάσεις.   Από το χώρο της μηχανολογίας, καθώς κατασκευάζουν ρομπότ με γρανάζια και τροχαλίες, τα παιδιά μαθαίνουν τις αναλογίες των γραναζιών και το μηχανισμό λειτουργίας των τροχαλιών. Προεκτείνοντας την απάντηση, στην  έρευνά τους οι  Bers κ.ά. (2002) προτείνουν την εισαγωγή ρομποτικών συστημάτων Lego Mindstorms στο νηπιαγωγείο και το δημοτικό,  καθώς αυτά καλύπτουν βασικές αρχές του εποικοδομισμού στην εκπαίδευση: τον σχεδιασμό και υλοποίηση project, το μοίρασμα των εμπειριών του project με την σχολική κοινότητα, την ανακάλυψη επιστημολογικά ορθών ιδεών με μεγάλη επίδραση στον τρόπο που σκέφτονται τα παιδιά, την χρήση συμπαγών αντικειμένων για να κατασκευάζουν και να μαθαίνουν τον κόσμο και την αυτοαναφορικότητα της σκέψης ως βασικού παράγοντα στην μαθησιακή διαδικασία.  Σε ακόμα μία έρευνά τους οι Bers κ.ά. (2014) παρουσιάζουν ένα πρόγραμμα δραστηριοτήτων προγραμματισμού ρομποτικού συστήματος TangibleK Robotics Program όπου συνδυάζουν αναπτυξιακά κατάλληλα εργαλεία προγραμματισμού ρομπότ με ένα πρόγραμμα δραστηριοτήτων βασισμένο στην εποικοδομιστική προσέγγιση για να εμπλέξουν παιδιά προσχολικής ηλικίας σε διαδικασίες μάθησης υπολογιστικής λογικής, ρομποτικής, προγραμματισμού και επίλυσης προβλήματος. Οι ερευνητές συμπεραίνουν πως με αυτή τη μέθοδο τα παιδιά παρουσίασαν αυξημένο ενδιαφέρον αλλά και επιδόσεις στη μάθηση πολλών εννοιών από το χώρο της ρομποτικής, του προγραμματισμού, της υπολογιστικής λογικής.  Επιπλέον, τα αποτελέσματα άλλων ερευνών υποδεικνύουν πως οι εκπαιδευτικοί πέτυχαν να ενσωματώσουν επιτυχημένα  στη δουλειά τους με τα ρομπότ έννοιες μαθηματικών και γραμματισμού ενώ τα παιδιά ασχολήθηκαν και με τις τέχνες.  Παρ’ όλα αυτά, μελέτες επίσης επισημαίνουν τις δυσκολίες και τις προκλήσεις που πρέπει να ληφθούν υπ' όψη πριν εφαρμοσθεί ένα πρόγραμμα ρομποτικής σε τάξη προνηπίων, συμπεριλαμβανομένης της ανάγκης για ατομική βοήθεια από ενήλικες κατά την υλοποίηση των δραστηριοτήτων κατασκευής και προγραμματισμού.  Βιβλιογραφία Bers, M. U., Flannery, L., Kazakoff, E. R., & Sullivan, A. (2014). Computational thinking and tinkering: Exploration of an early childhood robotics curriculum. Computers & Education, 72, 145-157. Bers, M.U., Ponte, I., Juelich, C., Viera, A. & Schenker, J. (2002). Teachers as Designers: Integrating Robotics in Early Childhood Education. Information Technology in Childhood Education Annual, 2002(1), 123-145. Association for the Advancement of Computing in Education (AACE). Retrieved April 20, 2015 from http://www.editlib.org/p/8850. Coxon, S. & Chandler, K. (2009). LEGO WeDo. 

Coxon, S. V. (2009). Challenging neglected spatially gifted students with First Lego League. Addendum to Leading Change in Gifted Education. Williamsburg, VA: Center for Gifted Education.

Karim, M. E., Lemaignan, S., & Mondada, F. (2015, June). A review: Can robots reshape K-12 STEM education?. In Advanced Robotics and its Social Impacts (ARSO), 2015 IEEE International Workshop on (pp. 1-8). IEEE.

Demetriou, G.A. (2011). Mobile Robotics in Education and Research, Mobile Robots - Current Trends, Dr. Zoran Gacovski (Ed.), ISBN: 978-953-307-716-1, InTech.

Garcia, M. A., & Patterson-McNeill, H. (2002, November). Learn how to develop software using the toy Lego Mindstorms. In fie(pp. S4D7-10). IEEE.

Geeter, D. D., Golder, J. E., & Nordin, T. A. (2002). Creating engineers for the future. Proceedings of the 2002 American Society for Engineering Education Annual Conference & Exposition.  

Oppliger, D. (2002, November). Using first Lego league to enhance engineering education and to increase the pool of future engineering students (work in progress). In Frontiers in Education, 2002. FIE 2002. 32nd Annual (Vol. 3, pp. S4D-S4D). IEEE.

Petre, M., & Price, B. (2004). Using robotics to motivate “back door” learning. Education and Information Technologies, 9(2), 147-158.                         

Verner, I. M. (2004). Robot manipulations: A synergy of visualization, computation and action for spatial instruction. International Journal of Computers for Mathematical Learning, 9, 213-234.                                                                     

Wai, J., Lubinski, D., & Benbow, C. P. (2009). Spatial ability for STEM Domains: Aligning over 50 years of cumulative psychological knowledge solidifies its importance. Journal of Educational Psychology, 101(4), 817-835.        

Whitman, L. E., & Witherspoon, T. L. (2003). Using LEGOs to interest high school students and improve K12 stem education. Change, 87, 76.

Διονύσης Θωμόπουλος