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當機器人被應用在教學場域,將如何轉變國中小學童的教育模式?

112/11/30 瀏覽次數 2437
圖一:目前各國已積極導入教育機器人,期待藉此增強學生高層次思考能力、營造較為有利的學習環境,並提供學生參與和發展運算思維的機會。(影像來源:Pngtree)

圖一:目前各國已積極導入教育機器人,期待藉此增強學生高層次思考能力、營造較為有利的學習環境,並提供學生參與和發展運算思維的機會。(影像來源:Pngtree)

人工智慧(AI, Artificial Intelligence)與機器人已經漸漸改變人類生活,成為不可阻擋的科技浪潮,也讓未來許多工作受到極大挑戰。在基礎教育層面上,全球也開始因應這波科技浪潮,大力推動電腦科學、程式教育、STEAM 教育(意即科學、技術、工程、藝術與數學的跨領域學習)與 AI 素養教學在兒童科技教育領域中。其中「教育機器人(Educational Robotics)」已被各國積極導入在創新教學的環境,因為它除了可以訓練兒童電腦科學、機電整合與程式設計等技能,更被許多研究證實能增強學生高層次思考能力、協助解決複雜的問題、營造出較為有利的學習環境,以及提供學生參與和發展運算思維的機會。因此,教育機器人現今已經在全球科學教育上發揮重要作用。

臺灣教育機器人在教學場域的具體實踐

目前臺灣的教育機器人被應用在十二年國教總綱「科技領域」中的「生活科技」與「資訊科技」相關教學主題。在「生活科技」部份,國中階段運用教育機器人的重點在於讓學生具有基本電學概念,以及認識常用的電子零件,例如杜邦線、電阻、麵包板以及一些實用的感測器元件,並且進行簡易的電子電路設計。在高中階段,主要則以機電整合設計與應用為主,著重以電子硬體、電腦程式或軟體對機械進行控制。

圖二:國中學生將機電整合設計應用於製作履帶型機器人坦克車的實例。(影像來源:國立臺北商業大學數位多媒體設計系歐陽芳泉副教授/羅治民副教授)

圖二:國中學生將機電整合設計應用於製作履帶型機器人坦克車的實例。(影像來源:國立臺北商業大學數位多媒體設計系歐陽芳泉副教授/羅治民副教授)

在「資訊科技」部份,國中階段主要的教學重點在於讓學生瞭解資料形態、變數、輸入/輸出、算術運算和邏輯運算的基礎,以及結構化程式設計,例如循序、選擇、重複的程式結構。在國中以下,通常以積木程式(指所有指令皆以視覺化的積木呈現,只要像組合積木一樣,就可以完成一個程式)作為程式撰寫工具,以降低記憶文字指令負荷,並強調運算邏輯能力的培養。在高中階段的教學重點,開始著重文字式程式設計的概念與實作,以及對資料結構的理解應用。

圖三:國中以下的學生可以運用視覺化積木程式培養基本運算邏輯能力,並設計機器人的功能。(影像來源:國立臺北商業大學數位多媒體設計系歐陽芳泉副教授/羅治民副教授)

圖三:國中以下的學生可以運用視覺化積木程式培養基本運算邏輯能力,並設計機器人的功能。(影像來源:國立臺北商業大學數位多媒體設計系歐陽芳泉副教授/羅治民副教授)

在國小階段,由於身體發育與認知能力的限制,因此較適合使用已經完整組裝,具有聲、光與互動功能的人型或輪型機器人,主要則以支持學習與引發動機為主,增強電腦科學及資訊科技技能為輔。

機器人為兒童教育帶來的 4 大提升

近年全球教育方法著重在培養孩子解決問題、批判思考與創造力思考等高層次思考能力,並強調做中學習、探究實作的體驗學習方式。高層次思考能力也和我們這幾年常聽到的「素養導向教學」相呼應,也就是強調「活用所學」而不是硬記死背書本知識。目前應用教育機器人於兒童教學,已經有許多研究證實具有下列 4 項好處:

提升兒童的認知技能:教育機器人的實作任務可以深化兒童對於基礎電子電路、機械結構、物理運動學、運算思維或程式撰寫的認知技能。

培養高層次思考能力:教育機器人容易和生活應用結合,因此適合作為積極學習工具,提升兒童的主動參與度、發展批判性思考與解決問題的能力。

提供做中學習的機會:透過設計、組裝、操作教育機器人的過程,可以提供有效的做中學習機會,同時增強知識深化與跨領域整合應用能力。

促進社交與合作學習:教育機器人可以作為發展社交技能的工具,因為與機器人互動可能較同儕互動更不會讓人感到害怕,進而幫助兒童從中培養信心。

教育機器人未來的 2 大應用

電腦運算能力、自動化控制、高速網路、物聯網、人工智慧與電腦視覺圖形技術近年來快速發展,因此誔生可以自動駕駛的電動車、無人機、AI 機器人與送餐機器人等等。機器人的發展已經朝向類似人類各項感官功能,也就是有了眼睛(攝影機)可以觀看、有了耳朵(麥克風)可以聆聽、有了嘴巴(喇叭)可以說話,再加上具有行動能力(機械手或腳、輪子),以及一顆可以連接到網際網路獲取全球知識、做決策的大腦(AI),這些功能可以逐漸替代人類完成許多勞力密集且高危險性的工作。

我們可以預測教育機器人未來在教學場域有二項主要應用方向:第一是仍作為學生發展高層次思考、STEAM 技能的最佳實踐工具;第二則是成為可以輔助教師、陪伴兒童的最佳學習夥伴。然而不論是哪一種教學模式,可以肯定的是未來教育機器人都會與 AI 科技密切結合。

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