فصلنامه علمی

نوع مقاله: مقاله پژوهشی

نویسندگان

1 گروه علوم تربیتی، پردیس آیت اله خامنه‌ای، دانشگاه فرهنگیان استان گلستان، گرگان، ایران

2 گروه علوم تربیتی، دانشکده علوم تربیتی، دانشجوی کارشناسی ارشد دانشگاه آزاد واحد تهران مرکز، ایران

3 گروه ریاضی، دانشکده علوم پایه، دانشجوی دکتری دانشگاه آزاد واحد علوم و تحقیقات تهران، ایران

چکیده

پیشینه و اهداف: پیشرفت روزافزون تکنولوژی سبب پیدایش ماشین­هایی به نام ربات شده، به طوری­که امروزه رباتیک ابعاد مختلف زندگی بشر را تحت تأثیر قرار داده است. رباتیک یکی از جدیدترین فناوری‌های جهان امروز است که امروزه نقش آن در صنعت بسیار زیاد بوده و به تدریج در حال گسترش در تمام زندگی بشری است. رباتیک ابزار نوینی است که می‌تواند بسیاری از نیاز‌های انسان را برطرف نماید و بر نگرش‌ها و تفکرات آدمی به خصوص نوجوانان، تأثیر بگذارد و رفتار آن­ها را تحت تأثیر خود قرار دهد، زیرا نوجوانان علاقه دارند که تجربه‌های جدیدی را بدست آورند و تکنولوژی، به دلیل اختراعات جدید مانند رباتیک، این نیاز آنان را رفع می­کند. دانش‌آموزان با تکنولوژی و رباتیک احساس راحتی بیشتری می‌کنند، چون این فناوری، حس کنجکاوی آ‌ن‌ها را برطرف می‌کند. دنیای رباتیک، تلفیقی از الکترونیک، مکانیک، نرم­افزار و سخت­افزار می‌باشد که همواره در حال پیشرفت است. به عبارت دیگر، رباتیک یک دستگاه الکترومکانیکی یا یک نرم‌افزار هوشمند برای جایگزینی با انسان، با هدف انجام وظایف گوناگون است. یک ماشین که می‌تواند برای عمل به دستورات گوناگون برنامه‌ریزی گردد یا یک سری کارهای ویژه را انجام دهد، به خصوص آن دسته از امور که فراتر از توانایی‌های طبیعی و سرشتی بشر باشند. رباتیک، به علت داشتن ماهیت بین رشته‌ای، دارای رویکرد جذابی در آموزش است، زیرا نیازمند تخصص در رشته‌های ریاضیات و زیباشناسی است که ریاضیات سبب تقویت تفکر حل­مسئله و زیباشناسی سبب تقویت تفکر خلاق می‌گردد. بنابراین می‌توان بیان کرد که رباتیک بر تفکرات حل­مسئله و خلاق دانش‌آموزان مؤثر است.  هدف پژوهش حاضر تأثیر آموزش رباتیک بر مهارت‌های حل­مسئله در درس فیزیک دانش‌آموزان دوره­ی متوسطه اول می‌باشد.
روش‌ها: این پژوهش نیمه­آزمایشی و از نوع علی-مقایسه‌ای است و جامعه­ی آماری آن شامل تمامی مدارس عضو طرح آموزشی رباتیک شهر تهران می­باشد. به روش نمونه‌گیری خوشه‌ای، از بین 5 منطقه­ی تهران، یک منطقه و سپس به طور تصادفی از بین مدارس آن، 6 مدرسه با 173 دانش­آموز انتخاب و به صورت هدفمند تعداد 120 دانش‌آموز از بین آن­­ها انتخاب شدند. ابزار پژوهش شامل پرسشنامه­ی محقق­ساخته‌ی سنجش مهارت‌های ­حل­مسئله و بسته­ی آموزش سازه‌های رباتیک در درس فیزیک بوده است که روایی آن با روش روایی محتوایی توسط متخصصین رباتیک و اساتید آزمون‌ساز تأیید و پایایی آن با استفاده از آلفای کرونباخ، 95/0 بدست آمد. جهت تجزیه ‌و ‌تحلیل­ داده‌ها ازSPSS  در دو سطح آمار توصیفی (شاخص­های مرکزی و پراکندگی) و آمار استنباطی (آزمون تی (t) مستقل، تحلیل واریانس و تحلیل کواریانس) استفاده شد.
یافته‌ها: پژوهش نشان داد که بین آموزش رباتیک و مهارت‌های­ حل­مسئله­ی دانش‌آموزان رابطه­ی معنادار و مثبتی وجود دارد. همچنین رابطه­ی معناداری بین تأثیر آموزش رباتیک و مهارت‌های حل­مسئله در بین دانش‌آموزان دختر و پسر وجود نداشته و تفاوتی بین آن­ها مشاهده نمی­شود.
نتیجه‌گیری: آموزش رباتیک بر مهارت‌های حل مسأله دانش‌آموزان تأثیر مثبت و معناداری دارد. پژوهش حاضر همانند هر پژوهش دیگر با محدودیت‌هایی همانند استفاده­ی تنها از یکی از ابزار‌های تحقیق، یعنی پرسشنامه و عدم استفاده از سایر ابزارها و محدودیت‌هایی جغرافیایی و دوره­ی تحصیلی و هزینه‌های آموزشی و ساخت ربات، نیازمندی به تجهیزات کارگاهی پیشرفته، در دسترس نبودن نرم­افزارهای اصل و استاندارد مواجه بود. بنابراین پیشنهاد می‌شود که پژوهش حاضر در سایر مناطق جغرافیایی و در دوره های تحصیلی مختلف و در مکان‌های با امکانات پیشرفته­ی مهندسی عملیاتی گردد تا قدرت تعمیم یافته‌ها افزایش یابد. براساس یافته‌های حاصل از این پژوهش، پیشنهاد می‌شود ترتیبی داده شود تا در زمینه­ی تأثیر رباتیک بر انگیزه و یادگیری دانش‌آموزان، تحقیقات بیشتری صورت گرفته و بتوان با کسب اطلاعات ‌دقیق راهکار‌هایی در جهت استفاده­ی صحیح از آموزش رباتیک ارائه داد. علاوه بر این پیشنهاد می­گردد، شیوه‌های آموزش رباتیک در کشور‌های دیگر جهت ارتقای تأثیرگذاری آموزش رباتیک بر دانش‌آموزان مورد توجه قرار گیرد.

کلیدواژه‌ها

موضوعات

عنوان مقاله [English]

The Effect of Robotic Education on Problem-Solving Skills of High School Students in Physics

نویسندگان [English]

  • A. Badeleh 1
  • N. Nosrat 2
  • V. Soleymani Rad 3

1 Pardis Dr Shariati Sari. Farhangian University, Mazandaran, Iran

2 MA Student, Tehran Markaz, Islamic Azad University, Tehran, Iran

3 Phd Student, Department of Mathematics, Science and Research Branch, Islamic Azad University, Tehran, Iran

چکیده [English]

Background and Objective: Increasing development of technology has led to appearance of machines calls robots which have influenced different dimensions of human life. Robotics is one of the newest technologies in today’s world that has a great role in industry today and is gradually expanding throughout human life. Robotics is a new tool that can meet many human needs and influence the attitudes and thoughts of people, especially adolescents, and influence their behavior, because adolescents are interested in gaining new experiences and technology, due to new inventions such as robotics, this need is met. Students feel more comfortable with technology and robotics, because this technology quenches their curiosity. The world of robotics is a combination of electronics, mechanics, software and hardware that is constantly evolving. In other words, a robot is an electromechanical device or intelligent software to replace humans, with the aim of performing various tasks. A machine that can be programmed to execute various commands or perform a series of special tasks, especially those that are beyond the natural capabilities of men. Robotics, due to its interdisciplinary nature, has an attractive approach to education, because it requires expertise in the fields of mathematics and aesthetics, while mathematics strengthens problem-solving thinking and aesthetics strengthens creative thinking. Therefore, it can be said that robotics is effective on students' problem-solving and creative thinking. This study aims to evaluate the effect of robotic education on problem-solving of junior-high school students in physics.
Method and Materials: This is a semi-experimental and causal-comparative study. The statistical population includes all schools participating in the robotics training program in Tehran. Using cluster sampling, from 5 districts of Tehran, one district was chosen, and then randomly from its schools, 6 schools with 173 students were selected and 120 students were randomly selected among them. Research tools included a researcher-made questionnaire of problem-solving measurement and an educational package of robotic structures in physics. Its validity was confirmed by content validity method by robotics experts and testers and its reliability was achieved 0.95 using Cronbach's alpha. For data analysis, SPSS software was used in two levels of descriptive statistics (indexes of centrality and frequency) and deductive statistics (independent t-test, variance analysis and covariance analysis).
Findings: The findings show there is a significant relationship between educational robotic and problem-solving skills, and also, there is no significant relationship between the effect of robotic education on the level of problem-solving skills among girls and boys students.
Conclusion: Robotic education has a significant effect on problem solving skills of high school students. The present study, like any other research, has certain limitations such as using only one research instrument, i.e. questionnaire and not using other instruments and geographical and curricular limitations and training costs and robot construction, and need for advanced workshop equipment. There was a lack of original and standard software. Therefore, it is suggested that the present study be conducted in other geographical areas and in other courses and in places with advanced engineering facilities to increase the probability of generalizations. Based on the findings of this study, it is suggested that arrangements be made to investigate the effect of robotics on students' motivation and learning, and to provide accurate information to provide solutions for the correct use of robotics training. In addition, it is suggested that robotics training methods in other countries be considered to promote the effectiveness of robotics training on students.

کلیدواژه‌ها [English]

  • Robotic education
  • problem-solving skill
  • physics
  • students

[1] Alami M, GhaziSa'idi M, Meghdari A, Zandovakili M, Karimian A. [The impact of assistant social robots on English language teaching classes in Iranian schools]. Journal of Mechanical Engineering. 2016; 3(1): 64-57. Persian.

 [2] Hosein Khani S, Arbab Tafti M, Peyganeh, GH. [Use virtual reality technology and a haptic robot to teach students blind]. Quarterly Journal of Educational Technology. 2014; 9(4): 272-265. Persian.

 [3] Ahmadi GH. Comparison of the Effectiveness of Physical Education Course Dynamics Training with Problem Solving and Traditional Teaching Methods on the Academic Achievement of Secondary School Students of Secondary High Schools of Malayer City in the Year 1394-2012. [Master's thesis]. Faculty of Psychology and Educational Sciences: Islamic Azad University, Malayer Branch, Iran; 2016.

 [4] Man Fishani T. Creativity and Innovation in People and Organizations. Tehran: Terme; 1998. Persian.

 [5] Safavi A. General Methods and Techniques Teaching Teacher Training Center, Ministry of Education Publications; 2010. Persian.

 [6] Nusrat A, Parsafar A. The Effect of Problem-Based Methods on Students' Critical Thinking at Saravan Higher Education Institutions.National Conference on Psychology and Social Injury Management: Chabahar, Iran.

 [7] Homayesh Mukhak Pak M, Ejjulu S, Khalkhali H. [The Effect of Learning Based on Problem Solving on Nursing Students' Critical Thinking Skills]. Journal of Research and Development Center of Yazd University of Medical Sciences. 2014; 9, 1(14), 33-24. Persian.

 [8] Shaalizadeh M, Dehghani S, Bani Hashim S, Rahimi, A. [Designing and implementing integration of teaching problem solving model with constructivist principles and studying its impact on creative learning and thinking]. Scientific Journal Innovation Research and Creativity in the Humanities. 2014;3, 83-117. Persian.

 [9] AlamalHoda, S. New Strategies in Math, Publishing Practices; 2012. Persian.

 [10] Mahzounzadeh Bushehri F. [The Relationship between Problem Solving Skills and Students' Creativity with the Role of Academic Self-Esteem Intermediation: Modeling Structural Equations]. Quarterly Journalism and Creativity in the Humanities, 2017; 6(4), 27-50. Persian.

 [11] Saeed, Y. The effect of problem solving training on reducing test anxiety and increasing student self-esteem. Thesis Master of Psychology. [Master's thesis]. Islamic Azad University of Ahvaz, Iran; 1995.

 [12] Thamas R, Flowers G, Karl A. Teaching problem solving, computing, and information technology with robots. Gossett Department of Electrical Engineering and Computer Science United States Military Academy West Point; 2002. NY 10996 (845). p. 446-2100.

 [13] Serin N, Saygılı B. The effect of educational technologies and material supported science and technology teaching on the problem solving skills of 5th grade primary school student. Social and Behavioral Sciences, 2009; 1(1), 665-670.

 [14] McCormick R. Issues of learning and knowledge in technology education. International Journal of Technology and Design Education, 2004; 14(1), 21–44.

 [15] Siegler R.S. Piaget's theory of development. Piaget's theory of development, in children's thinking.  Prentice Hall, Englewood Cliffs: New Jersey; 1986. p. 21-61.

 [16] Papert S. What's the big idea? Toward a pedagogy of idea power, IBM Systems Journal, 2000; 39(3&4), 720-729.

 [17] Lough T, Fett C. Robotics education: Teacher observations of the effect on student attitudes and learning. TIES Magazine, 2002.

 [18] Wagner S.P. Robotics and children:Science achievement and problem solving. Journal of Computing in Childhood Education. 1998; 9(2): 149-192.

 [19] Causo A, Vo G.T., Chen I, & Yeo, S.H. Design of robots used as education companion and Tutor. Robotics and Mechatronics. 2016; 37: 75-84.

 [20] Cooper M, Keating D, Harwin W, Dautenhahn K. Robots in the classroom -tools for accessible education. In: Assistive Technology on the Threshold of the New Millennium, Assistive Technology Research Series, IOS Press; 1999. p.448-452.

 [21] Chang, C.-W., Lee, J.-H., Chao, P.-Y., Wang, C.-Y., & Chen, G.-D. Exploring the Possibility of Using Humanoid Robots as Instructional Tools for Teaching a Second Language in Primary School. Educational Technology & Society, 2010; 13(2), 13–24.

[22] Daghighi Khodashahri A, Pooshneh K, Jafari AH. A Trial Study on the Impact of Robot on Improving Autistic Children's Social Skills. The first National Conference on Cognitive Science Findings in Education: 2011 November 23-24: Mashhad, Iran.

[23] Mubin O, Stevens CJ, Shadid S, AlMahmud A, Dong JJ. A review of the applicability of robots in education. Technology for Education and Learning, 2013; Vol. 1, p. 1-7.