Nauczanie robotyki i przedmiotów ścisłych (STEM) za pomocą robota edukacyjnego i drukarek 3D

Używanie drukarek 3D do druku osprzętu dla robotów edukacyjnych i części do ich naprawiania podczas zajęć z robotyki w technikum może pomóc uczniom w rozwijaniu rzeczywistych umiejętności z zakresu nauk ścisłych.

Długotrwałym wyzwaniem związanym z nauczaniem nauk ścisłych (oznaczanych także skrótem STEM) za pomocą robotów przemysłowych jest to, że gdy części się psują lub trzeba je wymienić, często oznacza to zakup droższych komponentów do i tak już drogiego produktu.

Krzysztof Szyliński, nauczyciel w Centrum Kształcenia Zawodowego i Zespole Szkół nr 1 w Stargardzie, nie martwi się o to, co może się zdarzyć podczas zajęć. Dzieje się tak dlatego, że stanowiska edukacyjne, z których korzystają jego uczniowie, oprócz robotów edukacyjnych są wyposażone w drukarkę 3D z myślą o naprawach.

– Studenci mogą sami dokonywać pomiarów uszkodzonych elementów, a następnie modelować je w CAD i drukować – mówi Szyliński. „Wykonane pomiary nie wystarczą, uczeń powinien jeszcze dokonać obliczeń matematycznych. Projektowanie rozwija więc wyobraźnię przestrzenną, a efektem jest wydruk gotowego, pasującego elementu.”

Szyliński i jego koledzy podzielili się wskazówkami dotyczącymi nauczania robotyki w połączeniu z drukiem 3D, aby wspierać sukces uczniów i ich edukację zawodową w zakresie STEM.

Nauczanie z wykorzystaniem robotów: pozwól uczniom decydować

Robotyka, podobnie jak wiele przedmiotów z zakresu nauk ścisłych STEM, musi być praktyczna dla uczniów. Dlatego Paweł Derwich z Zespołu Szkół Elektrycznych i Elektronicznych w Toruniu radzi, aby nie rozwiązywać problemów, które pojawiają się przed uczniami.

„Pomóż im tyle, na ile jest to potrzebne, ale daj im możliwość samodzielnego wymyślenia różnych rozwiązań” – mówi Derwich. „Najważniejszą rzeczą dla ucznia jest tworzenie własnych algorytmów w programach i wyciąganie wniosków ze wszelkich niepowodzeń”. Dodaje, że należy przypomnieć uczniom, że popełnianie błędów na tym etapie jest rzeczą do przewidzenia i jest kluczowym elementem procesu uczenia się.

Sławomir Szymanowski zgadza się z tym stwierdzeniem. – Musimy zadbać o to, by uczniowie nie akceptowali biernie technologii i rozwiązań inżynierskich – mówi Szymanowski, nauczyciel w Zespole Szkół Technicznych w Ostrowie Wielkopolskim. „Chcemy, aby byli twórcami, aby mogli tworzyć nie tylko programy dla robota czy sterownika PLC, ale także części maszyn czy elementy zrobotyzowanych linii produkcyjnych.”

Korzyści z edukacji w zakresie druku 3D

Nauczyciele uważają, że włączenie druku 3D do edukacji robotyki w szczególności, a już na pewno do edukacji STEM w ogóle, oferuje uczniom wiele możliwości nabywania nowych kompetencji.

– Modelowanie przestrzenne rozwija wiele umiejętności i kompetencji – mówi Szymanowski. „Oprócz pracy zespołowej i rozwijania kreatywności, druk 3D uczy technicznego podejścia do wielu dziedzin życia, m.in. tych związanych z robotyką czy szeroko pojętą automatyką przemysłową.”

I dodaje: „Kiedy opracowujemy nawet najprostszy element do druku, najpierw musimy go sobie wyobrazić. Modelowanie 3D rozwija umiejętności przestrzenne i wizualizację przestrzenną. Kiedy rekonstruujemy elementy maszyny, musimy ją rozebrać, przeanalizować, zmierzyć, a przynajmniej określić wielkość i proporcje detali.

Szkolenia w rzeczywistych miejscach pracy i nie tylko

Połączenie lekcji robotyki z lekcjami druku 3D pomaga uczniom rozwijać umiejętności, które dadzą im szybszy start na rynku pracy. Ważne jest jednak, aby te lekcje były zaprojektowane z myślą o obecnych i stale zmieniających się potrzebach branży.

– Nauczyciele powinni być otwarci na współpracę z firmami, w których uczniowie znajdą zatrudnienie w przyszłości – mówi Szyliński. „Ważne jest, aby kształcić kadrę, która nie tylko posiada ogólną wiedzę na temat produktów, ale także uwzględnia potrzeby lokalnego rynku pracy”. Dodaje, że nie zawsze jest to łatwe. „Wyzwaniem dla mnie, jako nauczyciela robotyki, jest sprostanie oczekiwaniom dotyczącym procesu kształcenia oraz odpowiednie przygotowanie uczniów do wymagań rynku pracy i Przemysłu 4.0.”

Ze swojej strony Szymanowski dodaje jeszcze, że jednym ze sposobów na osiągnięcie celów jako nauczyciel robotyki jest przyjęcie koncepcji STEM uczenia się przez odkrywanie. – Takie zajęcia bardzo aktywizują uczniów i dają im dużo radości, gdy mogą samodzielnie tworzyć i odkrywać – mówi. „Nie uczestniczą biernie w procesie nauczania i uczenia się, ale wręcz go tworzą i do pewnego stopnia nawet nim kierują”.

Źródło: Erik Ofgang. Teaching Robotics And STEM With The Help Of 3D Printers, 30.10.2024

Wypowiedzi nauczycieli zebrała, tekst przetłumaczyła i zredagowała Joanna Kowalkowska.