Rube goldberg machines και εκπαιδευτική ρομποτική

Abstract

Η σχέση των ΤΠΕ με την εκπαίδευση ήταν ανέκαθεν στενή και, στα πρώιμα στάδια της ανάπτυξής τους, αλληλοεξαρτώμενη. Γι’ αυτό το λόγο, στο Θεωρητικό πλαίσιο (Κεφάλαιο 2), θεωρήσαμε απαραίτητη την εκτενή αναφορά στον τρόπο ένταξης και εισαγωγής τους στην εκπαιδευτική πραγματικότητα από τα αρχικά στάδια μέχρι σήμερα. Φτάνοντας στο παρόν περιγράφουμε τους στόχους των Προγραμμάτων Σπουδών για την Πληροφορική (δεκαετίες ’80 κι ’90) και τις ΤΠΕ (2003 και 2011). Η ιδιαιτερότητα του προγραμματισμού ως ξεχωριστή δραστηριότητα από το σύνολο των νοητικών δραστηριοτήτων περιγράφεται στο δεύτερο Κεφάλαιο της εργασίας όπου γίνεται επίσης αναφορά σε γλώσσες προγραμματισμού (LOGO, ROBO, Scratch), τα χαρακτηριστικά τους, τις ηλικίες στις οποίες απευθύνονται και τις δεξιότητες που στοχεύουν να αναπτύξουν. Επίσης γίνεται λεπτομερής αναφορά στην εισαγωγή του προγραμματισμού στο Πρόγραμμα Σπουδών του Δημοτικού σχολείου, τους στόχους και στα αναμενόμενα αποτελέσματα που αναμένεται από την ένταξή του. Το ενδιαφέρον μας επικεντρώνεται στα πλεονεκτήματα εκμάθησης του προγραμματισμού από μικρούς μαθητές τα οποία έχουν προκύψει από πολλές έρευνες εκπαιδευτικών και ψυχολόγων τις οποίες και αναφέρουμε. Η μεγάλη και ανεπαίσθητη διείσδυση ρομποτικών συστημάτων στην καθημερινή μας ζωή, η κατακόρυφη αύξηση στη χρήση τους για τη διεκπεραίωση ανθρώπινων εργασιών και η οικονομική ανάπτυξη που έχουν επιφέρει, έχει φέρει πλέον στα σχολεία πολλών χωρών την εκπαιδευτική ρομποτική. Η ρομποτική τεχνολογία έχει γίνει ένα δημοφιλές εκπαιδευτικό εργαλείο, αυξάνοντας μεταξύ των μαθητών το ενδιαφέρον για προγραμματισμό, τεχνητή νοημοσύνη και ρομποτική. Μέρος του δεύτερου Κεφαλαίου αφιερώνεται στις παιδαγωγικές προσεγγίσεις της εκπαιδευτικής ρομποτικής, στις ιδιαιτερότητες του προγραμματισμού των ρομποτικών κατασκευών, και τις δεξιότητες που μπορούν να αποκτήσουν οι μαθητές μέσα από την ενασχόλησή τους με αυτές. Η τετράδα των Επιστημών, της Τεχνολογίας, της Μηχανικής και των Μαθηματικών ως ισχυρός συνδυασμός για την ανάπτυξη και εξέλιξη της τεχνολογίας δημιούργησε την εκπαιδευτική προσέγγιση STEM την οποία πραγματευόμαστε στη συνέχεια του θεωρητικού πλασίου. Εξειδικεύουμε την έρευνά μας σε απόψεις που σε αυτό το τετράπτυχο εισάγουν και την Τέχνη για να ενθαρρυνθεί η δημιουργικότητα, να προαχθεί η «μάθηση μέσα από την πράξη» (learning by doing), η κριτική, η έκφραση και η κατανόηση περίπλοκων συστημάτων. Μέσα από αυτή τη διαδρομή καταλήγουμε στην διαχρονικά καινοτόμα μηχανή Rube Goldberg το χτίσιμο της οποίας καλλιεργεί γνώσεις μηχανικής, φυσικής, μαθηματικών, ρομποτικής και προγραμματισμού. Επίσης η ενασχόληση με αυτήν καλλιεργεί τη δημιουργικότητα, τη λεπτομέρεια στον σχεδιασμό, την ακρίβεια, την υπομονή και το ομαδικό πνεύμα. Στο Κεφάλαιο 3 ξεδιπλώνεται η μεθοδολογία της έρευνας, τα ερευνητικά ερωτήματα, τα κριτήρια επιλογής του δείγματος και ο τρόπος συλλογής των δεδομένων. Στη συνέχεια, στο τέταρτο Κεφάλαιο, περιγράφονται με συντομία οι δραστηριότητες που σχεδιάστηκαν για να μελετηθούν τα ερευνητικά ερωτήματα, οι οποίες αναλύονται εκτενέστερα με βάση τους στόχους και τα προσδοκώμενα αποτελέσματα στο πέμπτο Κεφάλαιο. Παρατίθενται επίσης φύλλα εργασίας και φωτογραφικό υλικό που συνελέχθησαν κατα τη διαδικασία υλοποίησης. Κλείνοντας την εργασία διατυπώνουμε τα αποτελέσματα των εκπαιδευτικών παρεμβάσεων και αντλούμε κάποια συμπεράσματα που θεωρούμε ότι προέκυψαν από αυτές.

Information and communications technology (ICT) have always had a close relationship with Education and at the early stages they were interdepended. For that reason, in our theoretical framework we considered it important that we write about their ways of integration and introduction in the educational reality from the early stages until nowadays. In the present we describe the targets of the ICT Curriculum from the '80s until 2011. The particularity of programming as a unique task from all the cognitive activities is described in the second chapter as well with programming languages like LOGO, ROBO and Scratch. A detailed report concerning the introduction of ICT in the Primary school Curriculum follows along with the goals and the expected outcomes from their integration. We especially focus on the benefits of learning how to program for primary school students. The great and subtle penetration of robotic systems in our daily life, a sharp increase in their use for processing human activities and economic development have led, has brought in many countries schools educational robotics. Robotic technology has become a popular educational tool, increasing the students' interest in programming, artificial intelligence and robotics. Part of the second chapter is devoted to pedagogical approaches to educational robotics, the particularities of the programming of robotic structures, and skills that can be acquired by pupils through their involvement with them. The quartet of Science, Technology, Engineering and Mathematics as a powerful combination for the development and evolution of technology has created the STEM educational approach which we discuss later on in the theoretical fold. We detail our research into opinions on this fourfold and introduce the art to stimulate creativity, promote “learning by doing”, critical thinking, expression and understanding of complex systems. Through this course we arrive at the innovative Rube Goldberg machine the building of which cultivates knowledge of engineering, physics, mathematics, robotics and programming. It also cultivates creativity, detail in design, accuracy, patience and team spirit. Chapter 3 unfolds the research methodology, research questions, sample selection criteria and the method of data collection. Subsequently, in the fourth chapter, we briefly describe the activities designed to study the research questions, which are extensively analyzed based on the objectives and the expected results in the fifth chapter. We also include worksheets and photographs that were collected during the implementation process. To conclude our essay, we express the results of educational interventions and draw some conclusions which we believe resulted from them.