Η Ρομποτική στην Εκπαίδευση

Η ρομποτική στην εκπαίδευση

Εισαγωγή

Η ενσωμάτωση της ρομποτικής στην εκπαίδευση δεν είναι και τόσο καινούργιος τομέας όπως κάποιος θα μπορούσε να θεωρήσει. Συγκεκριμένα, υπάρχει βιβλιογραφία η οποία αναφέρεται σε χρήση της ρομποτικής και σε διάφορα παραδείγματα ενσωμάτωσης της ρομποτικής στη διαδικασία διδασκαλίας και μάθησης τα τελευταία 20 χρόνια (Miglino, Lund, & Cardaci, 1999; Papert, 1980). Όμως θα μπορούσε υποστηριχτεί ότι σημαντικά βήματα και η επανάσταση στο τομέα της ρομποτικής στην εκπαίδευση έχει επιτευχθεί την τελευταία πενταετία με την ρομποτική να ξεφεύγει από το περιβάλλον του εργαστηρίου και να εισέρχεται στην πραγματικότητα, στο σχολικό περιβάλλον και συγκεκριμένα στη σχολική τάξη (Chambers, & Carbonaro, 2003). Τα υλικά (που μπορούν να θεωρηθούν ως παιχνίδι) αλλά και οι δραστηριότητες που μπορούν να σχεδιαστούν μέσα στα πλαίσια της ρομποτικής φέρνουν ακόμη πιο κοντά τα παιδιά με την τεχνολογία αλλά επίσης «προκαλούν» και τη σχέση τους με αυτή (Chambers & Carbonaro, 2003), παρά το γεγονός ότι οι μαθητές έχουν πλέον εντάξει καθημερινά την τεχνολογία στη ζωή τους για διάφορους σκοπούς (Hendler, 2000).

Δυο πολύ γνωστά πακέτα ρομποτικής που χρησιμοποιούνται ευρέως από τα παιδιά για περισσότερο από 20 χρόνια (συγκεκριμένα εμφανίστηκαν από το 1998) είναι το MINDSTORMS και το RoboLab (Portsmore, 1999).  Τα 2 αυτά πακέτα ρομποτικής έχουν δημιουργηθεί μετά από έρευνα από την εταιρεία LEGO σε συνεργασία με το Πανεπιστήμιο MIT .  Το  MINDSTORMS σχεδιάστηκε κυρίως για το λιανικό εμπόριο, ενώ το  RoboLab δημιουργήθηκε κυρίως για την εκπαίδευση και συγκεκριμένα με σκοπό να εξυπηρετήσει τις ανάγκες του αναλυτικού προγράμματος, των δασκάλων και των μαθητών (Chambers, & Carbonaro, 2003; Portsmore, 1999).

Τα τελευταία χρόνια οι εκπαιδευτικές δραστηριότητες ρομποτικής κερδίζουν όλο και περισσότερο έδαφος στον εκπαιδευτικό τομέα. Επιτυχημένα παραδείγματα εκπαιδευτικών χρήσεων της ρομποτικής είναι οι διάφοροι τοπικοί και διεθνής διαγωνισμοί ρομποτικής (e.g., FIRST LEGO League, 2007; RoboFesta, 2007; The RoboCup, Federation, 2007), όπως επίσης καλοκαιρινά εργαστήρια και κατασκηνώσεις για μαθητές αλλά και διάφορα εκπαιδευτικά προγράμματα ενίσχυσης τα οποία διδάσκονταν ως κάτι έξτρα από τα επίσημα αναλυτικά προγράμματα των διαφόρων εκπαιδευτικών συστημάτων. Μέσα στα πλαίσια των πιο πάνω πρωτοβουλιών λάμβαναν μέρος μαθητές από 6-17 χρονών. Διάφορες έρευνες εισηγούνται ότι η χρήση της ρομποτικής για εκπαιδευτικούς σκοπούς είναι μια αποτελεσματική μέθοδος διδασκαλίας, όμως περισσότερη έρευνα χρειάζεται για να δώσει τις βάσεις για την εφαρμογή των κατάλληλων πρακτικών και στρατηγικών με σκοπό το σχεδιασμό τέτοιων μαθησιακών περιβαλλόντων (Williams, & Prejean, 2010). Ερευνητές όπως ο Papert (1993) υποστηρίζουν ότι εάν οι ασκήσεις ρομποτικής χρησιμοποιηθούν κατάλληλα έχουν τη δυνατότητα να βελτιώσουν και να ενισχύσουν σημαντικά τη διδασκαλία. Τέλος, η ρομποτική μπορεί να θεωρηθεί ως ο τομέας που θα φέρει κοντά τους τομείς της Εκπαίδευσης και της Μηχανικής όπως επίσης και να μειώσει το χάσμα μεταξύ τους (Bauerle, & Gallagher, 2003).  Οι Williams και  Prejean (2010) υποστηρίζουν θερμά ότι η μηχανική είναι παντού και μας περιτριγυρίζει και έτσι είναι ιδιαίτερα σημαντική η ένταξη της στην εκπαίδευση και η κατανόηση τη σημαντικότητας της από τους μαθητές και τους εκπαιδευτικούς.

Ενσωμάτωση στην εκπαιδευτική πράξη

Κυριαρχεί η αντίληψη ότι η χρήση της ρομποτικής στην εκπαίδευση γίνεται στη δευτεροβάθμια εκπαίδευση. Αυτός ο μύθος καταργείται έχοντας υπόψη διάφορες εκπαιδευτικές εφαρμογές  που έρχονται να αναθεωρήσουν αυτή την άποψη δίνοντας παραδείγματα πειραμάτων και εφαρμογών που έγιναν στη δημοτική εκπαίδευση (Eguchi, 2007)  ακόμη και στην προδημοτική, δηλαδή με παιδιά 3 και 4 χρόνων! (Bers, Ponte, Juelich, Viera, & Schenker, 2002).

Η ρομποτική μπορεί να ενσωματωθεί σε διάφορα γνωστικά αντικείμενα όπως κάποιος θα μπορούσε να σκεφτεί στα Μαθηματικά, Επιστήμη, Φυσική, Βιολογία, Σχεδιασμός και Τεχνολογία (Williams, & Prejean, 2010).  Επίσης, ερευνητές υποστηρίζουν ότι θα μπορούσε να ενισχύσει την αντίληψη μας όσον αφορά την βιολογική πραγματικότητα και την πραγματικότητα των διαφόρων ζωντανών οργανισμών του πλανήτη μας με το να γίνει αναπόσπαστο μέρος των μαθημάτων της Επιστήμης, Βιολογίας, Τεχνολογίας, και Ψυχολογίας (Miglino, Lund, & Cardaci, 1999). Όμως θα μπορούσε ακόμη να χρησιμοποιηθεί και στο μάθημα Ελληνικών και συγκεκριμένα στη διδασκαλία παραμυθιού σε συνδυασμό με Μαθηματικά (Ma, Williams, Prejean, & Ford, 2008). Τέλος, η ρομποτική στην εκπαίδευση θα μπορούσε να ενσωματωθεί σε πληθώρα μαθησιακών περιβαλλόντων τυπικής και άτυπης μάθησης (Williams & Prejean, 2010).

Επίσης εκτός από τη δευτεροβάθμια και πρωτοβάθμια εκπαίδευση, το μάθημα της ρομποτικής εντάσσεται και στην τριτοβάθμια εκπαίδευση. Συγκεκριμένα, για να μπορούν οι εκπαιδευτικοί πρωτοβάθμιας και δευτεροβάθμιας εκπαίδευσης να εντάξουν τη ρομποτική στις εκπαιδευτικές τους δραστηριότητες είναι απαραίτητο να εκπαιδευτούν ανάλογα μέσα στα πλαίσια των προγραμμάτων σπουδών τους. Με βάση το πιο πάνω, υπάρχουν μαθήματα σε Κλάδους Δημοτικής εκπαίδευσης σε προπτυχιακό πανεπιστημιακό επίπεδο όπου οι μελλοντικοί εκπαιδευτική δημοτικής προετοιμάζονται και εκπαιδεύονται για να χρησιμοποιήσουν τη ρομποτική ως εργαλείο στη διαδικασία διδασκαλίας και μάθησης (Chambers & Carbonaro, 2003; Sullivan & Moriarty, 2009).

Πρώτος ο Jonassen (2000) έδωσε το έναυσμα, το θεωρητικό υπόβαθρο και το κίνητρο για την ενσωμάτωση της ρομποτικής σε πανεπιστημιακά προγράμματα προετοιμασίας εκπαιδευτικών (Σχολές Εκπαίδευσης). Το επιχείρημα του ότι η τεχνολογία και τα διάφορα τεχνολογικά μέσα μπορούν να θεωρηθούν ως νοητικά εργαλεία (cognitive tools) ή “Mindtools” (επικράτησε αυτός ο χαρακτηρισμός για διάφορα τεχνολογικά μέσα όπως ο ηλεκτρονικός υπολογιστής, το Διαδίκτυο), τα οποία ενισχύουν και εμπλουτίζουν την εκπαιδευτική διαδικασία, ήταν η βάση για να ξεκινήσει η ενσωμάτωση της τεχνολογίας ως εργαλείο στην εκπαιδευτική διαδικασία σε διάφορα επίπεδα (Chambers & Carbonaro, 2003).

Η προετοιμασία των εκπαιδευτικών δημοτικής και προ-δημοτικής εκπαίδευσης για τη χρήση της ρομποτικής στην εκπαιδευτική πράξη είναι ιδιαίτερα σημαντική. Πολλοί από τους εκπαιδευτικούς πιστεύουν ότι η ρομποτική στην εκπαίδευση έχει ιδιαίτερη αξία ως εργαλείο στη διαδικασία διδασκαλίας και μάθησης. Από την άλλη όμως δεν μπορούν να κατανοήσουν τη συχνή χρήση και ένταξη της στο αναλυτικό πρόγραμμα και το καθιερωμένο μαθησιακό περιβάλλον. Το αντιλαμβάνονται ως επιπλέον (έξτρα) μάθημα το οποίο θα μπορούσε να διδαχτεί ως σε λέσχες επιστήμης, υπολογιστών ή και ακόμη ως μάθημα εξειδίκευσης (Chambers & Carbonaro, 2003), αλλά όχι ως μέσο διδακτικής μεθοδολογίας.

Οι Σχολές Εκπαίδευσης έχουν σημαντικό ρόλο να διαδραματίσουν εκπαιδεύοντας κατάλληλα τους μελλοντικούς εκπαιδευτικούς δευτεροβάθμιας, δημοτικής και προ-δημοτικής εκπαίδευσης. Είναι απαραίτητο μέσα από το πρόγραμμα σπουδών τους να ανακαλύψουν και να κατανοήσουν τις δυνατότητες και ευκαιρίες ενσωμάτωσης της ρομποτικής στην εκπαιδευτική πράξη, ως ένα μέσο να γεφυρώσουν τις έννοιες του αφηρημένου και συγκεκριμένου, της θεωρίας και πράξης, όπως επίσης και να κατανοήσουν βιώνοντας τα πλεονεκτήματα χρήσης τεχνολογικά πλούσιων εργαλείων με μαθητές μικρής ηλικίας αλλά και εφήβους (Bers, Ponte, Juelich, Viera & Schenker, 2002).

Ανάπτυξη δεξιοτήτων, γνώσεων και ικανοτήτων

Έρευνες έχουν δείξει ότι η ενσωμάτωση της ρομποτικής στην εκπαιδευτική διαδικασία βοηθά στην ανάπτυξη ανώτερων δεξιοτήτων και ικανοτήτων των μαθητών όπως επίλυση προβλημάτων (problem solving), εξερεύνηση, ομαδικότητα, λήψη αποφάσεων, όπως επίσης και στο εφαρμόσουν και να δοκιμάσουν το προγραμματισμό, το σχεδιασμό μηχανικής και κατασκευών, τη φυσική, την κίνηση και τη μουσική και όλα αυτά μέσα σε ένα ενεργό, δημιουργικό και απολαυστικό περιβάλλον (Chambers & Carbonaro, 2003; Payne, 1999).  Επίσης, η ρομποτική στο μαθησιακό περιβάλλον βοηθά τους μαθητές να αναπτύξουν βαθύτερη κατανόηση για το πώς λειτουργούν και εργάζονται διάφορα  φυσικά αντικείμενα, πως μπορούν να τα ελέγξουν και τέλος να μπορέσουν να κάνουν τη σύνδεση μεταξύ αφηρημένου και συγκεκριμένου (Chambers  & Carbonaro, 2003). Ακόμη μέσω των διαφόρων δραστηριοτήτων ρομποτικής μπορούμε να διδάξουμε τη χρησιμότητα και σημαντικότητα της τεχνολογίας, όπως επίσης και να εντάξουμε τους μαθητές μας στον πολλά υποσχόμενο κόσμο της τεχνολογίας (Bers,  Ponte, Juelich, Viera & Schenker, 2002; Resnick, Berg, & Eisenberg, 2000).

Η ρομποτική έχει συνδεθεί με την έννοια του κονστρακτιβισμού (constructivism).  (Bauerle  & Gallagher, 2003; Williams, Ma & Prejean, 2010). Ο κονστρακτιβισμός (constructivism), όπως τον έχει συζητήσει και παρουσιάσει ο Papert και συγκεκριμένα η θεωρία διδασκαλίας και μάθησης που περιγράφει τον κονστρακτιβισμό, υπογραμμίζει την εκπαιδευτική αξία τέτοιων ασκήσεων όπως αυτών που μπορεί να προσφέρει η ενσωμάτωση της ρομποτικής στην εκπαιδευτική πράξη. Τέτοιου είδους ασκήσεις επικεντρώνονται στη φιλοσοφία «μαθαίνουμε φτιάχνοντας» ως το κύριο χαρακτηριστικό του μαθησιακού περιβάλλοντος. Χρησιμοποιώντας τη ρομποτική ως εκπαιδευτικό εργαλείο, το πιο πάνω μπορεί να επιτευχθεί και τα αντικείμενα (τελικό προϊόν) που δημιουργούνται από τους μαθητές γίνονται «αντικείμενα σκέψης», δηλαδή αντικείμενα τα οποία βοηθούν τους μαθητές να σκέφτονται (Kafai & Resnick, 1996; Papert, 1993; Harel, & Papert, 1991; Papert, 1986). Η ρομποτική μπορεί να προμηθεύσει τους μαθητές με απτά μέσα τα οποία μπορούν να αξιολογήσουν και κατ’επέκταση να αλλάξουν, να επανασχεδιάσουν και να επαναδημιουργήσουν (Puntambekar & Kolodner, 2005). Μέσα στα πλαίσια ενός κονστρακτιβιστικού περιβάλλοντος οι μαθητές έχουν την ευκαιρία να διαχειριστούν τη μάθηση τους, όπου είναι ελεύθεροι να ανακαλύψουν, να αποφασίσουν, κάνοντας διάφορες επιλογές για το πώς θα προχωρήσουν. Επίσης, δίνεται στους μαθητές η ευκαιρία να μάθουν την πολύπλευρη εικόνα της επίλυσης προβλημάτων  και  να την ίδια στιγμή να καλλιεργήσουν μαθηματικές και επιστημονικές δεξιότητες (Chambers & Carbonaro, 2003). Τα 4 βασικά χαρακτηριστικά του κονστρακτιβισμού είναι: μάθηση μέσω σχεδιασμόυ (learning by design), χειρισμός διαφόρων αντικειμένων τα οποία διεγείρουν τη των μαθητών (manipulating computational objects to think with), διερεύνηση δυναμικών/ισχυρών ιδεών (the exploration of powerful ideas), και κατανόηση σημαντικότητας αυτό-αξιολόγησης (self-evaluation). Επίσης, μέσα από τη διαδικασία ενσωμάτωσης της ρομποτικής στην εκπαιδευτική πράξη τόσο οι εκπαιδευτικοί όσο και οι μαθητές εμπλέκονται στον ενεργό σχεδιασμό διαφόρων δραστηριοτήτων και ασκήσεων. Οι εκπαιδευτικοί μπορούν να σχεδιάσουν τέτοιες δραστηριότητες ενσωμάτωσης της ρομποτικής οι οποίες βοηθούν τους μαθητές να διερευνήσουν νέες έννοιες και νέους τρόπους σκέψης (Chambers, & Carbonaro, 2003).

Οι μαθητές μπορούν να σχεδιάσουν και να κτίσουν διαδραστικά αντικείμενα χρησιμοποιώντας υλικά από τον κόσμο της μηχανικής όπως εργαλεία, μηχανές, και αισθητήρες. Μέσω αυτών των δραστηριοτήτων οι μαθητές εμπλέκονται στη διαδικασία κατασκευής διαφόρων αντικειμένων αναπτύσσοντας τον τεχνολογικό τους αλφαβητισμό αλλά και δεξιότητες μηχανικής (Bers, Ponte, Juelich, Viera & Schenker, 2002). Επίσης, η κατασκευή τέτοιων αντικειμένων βοηθά τους μαθητές να αναπαραστήσουν την πραγματικότητα. Είναι μέσα στα πλαίσια αυτού του ενεργού ρόλου που παίρνουν οι μαθητές όπου μπορούν να κατανοήσουν τη σύνδεση θεωρίας και πράξης, τη σύνδεση του αφηρημένου και του συγκεκριμένου, όπως επίσης και τη σύνδεση αυτών που μαθαίνουν με το φυσικό κόσμο, την πραγματικότητα (Miglino, Lund, & Cardaci, 1999; Sullivan & Moriarty, 2009).

Κάποιες πρόσφατές έρευνες (Talaiver & Bowen, 2010; Williams, & Prejean, 2010)  υποστηρίζουν ότι η ρομποτική είναι εργαλείο το οποίο μπορεί να βοηθήσει στην ανάπτυξη των γνώσεων και ικανοτήτων του 21^ου αιώνα που χρειάζονται οι μαθητές μας για να επιβιώσουν στη συνεχώς μεταβαλλόμενη Κοινωνία της Τεχνολογίας, Πληροφοριών και Επικοινωνίας.  Τέλος, ενσωματώνοντας τη ρομποτική στη μαθησιακή διαδικασία δίνονται ευκαιρίες στους μαθητές να εξερευνήσουν το μαθησιακό περιβάλλον και την ίδια στιγμή τους ενθαρρύνουν να ακολουθήσουν τη διαδικασία της επιστημονικής διερεύνησης.

Συμπεράσματα

Όσο εξελίσσεται η τεχνολογία και εντάσσεται ακόμη περισσότερο στις επαγγελματικές, προσωπικές και εκπαιδευτικές δραστηριότητες των ανθρώπων τόσο μεγαλύτερες γίνονται και οι προοπτικές για ενσωμάτωση της ρομποτικής στην εκπαιδευτική πράξη. Διάφοροι εκπαιδευτικοί και μαθητές παρουσιάζονται ενθουσιασμένοι κάτω από το πρίσμα αυτής της προοπτικής. Διάφορα αποτελέσματα έχουν δείξει ότι η ρομποτική μπορεί να έχει θετική επίδραση στους εκπαιδευτικούς τομείς της επιστήμης, μηχανικής και τεχνολογίας δίνοντας στοιχεία για την αποτελεσματικότητα της ρομποτικής στην εκπαίδευση (Barker & Ansorge, 2006; Wagner, 1999; Williams et al., 2007). Παρά το πλούσιο θεωρητικό υπόβαθρο που υπάρχει όσον αφορά την εκπαιδευτική ρομποτική, μειωμένη έρευνα έχει γίνει όσον αφορά παραδείγματα χρήσης, εκπαιδευτικό υλικό αλλά και μοντέλα μάθησης και διδασκαλίας.

Γενικά επικρατεί ένα θετικό κλίμα αντιμετώπισης μεταξύ των εκπαιδευτικών και των μαθητών όσον αφορά την χρήση της ρομποτικής (Nourbakhsh et al., 2005; Robinson, 2005). Όμως πολύ σημαντική είναι η εκπαίδευση και καθοδήγηση των εκπαιδευτικών έτσι ώστε να μπορούν να σχεδιάζουν και να ενσωματώνουν στη διαδικασία διδασκαλίας και μάθησης ασκήσεις ρομποτικής.  Περισσότερη εμπειρική έρευνα χρειάζεται για να μπορέσει να δώσεις τις καλύτερες πρακτικές, τεχνικές και μοντέλα διδασκαλίας για σχεδιασμό και εφαρμογή ασκήσεων ρομποτικής (Williams, Ma & Prejean, 2010). Η Ρομποτική μπορεί να δώσει μια τελείως διαφορετική προσέγγιση στο μάθημα. Θεωρείται ως ένα αξιόλογο εκπαιδευτικό εργαλείο το οποίο μπορεί να συνδυάσει παιχνίδι και την ανάπτυξη ανώτερων γνώσεων και δεξιοτήτων των μαθητών, όπως επίσης και την ενεργή συμμετοχή τους στην εκπαιδευτική διαδικασία. Σε συνέχεια με αυτά που προαναφέρθηκαν δεν υπάρχει εκτεταμένη βιβλιογραφία και μελέτες οι οποίες να αποδεικνύουν την αποτελεσματικότητα και αποδοτικότητα ενσωμάτωσης της ρομποτικής στην εκπαιδευτική διαδικασία και στην επίτευξη των μαθησιακών στόχων (Barker & Ansorge,2006; Williams, D., Ma, Y. & Prejean, 2010).  

Με βάση τα πιο πάνω περισσότερη έρευνα χρειάζεται στο να αναπτυχθεί εκπαιδευτικό υλικό, να αναπτυχθούν μοντέλα μάθησης και διδασκαλίας όπως επίσης και προγράμματα εκπαίδευσης εκπαιδευτικών για να μπορεί να γίνεται αποτελεσματική και επιτυχής ενσωμάτωση της ρομποτικής ως εργαλείο στην εκπαιδευτική πράξη. Μέσω του ερευνητικού προγράμματος στο οποίο εργαζόμαστε, θα προσπαθήσουμε εμείς να βάλουμε το δικό μας λιθαράκι για να καλύψουμε μέρος του κενού που υπάρχει στη βιβλιογραφία και στην εμπειρική έρευνα.

Πηγή:

Βιβλιογραφική Ανασκόπηση μέσα στα πλαίσια του ακόλουθου ερευνητικού προγράμματος που χρηματοδοτείται από το Ίδρυμα Προώθησης Έρευνας (ΙΠΕ): Μοντέλα Ρομποτικής για τη Διδασκαλία "Ελέγχου Συστημάτων"  στο Μάθημα Σχεδιασμός και Τεχνολογία (Robotics’ Models for Teaching “Systems Control” within the Design and Technology course )