[论文解读] Building ArtBots to Attract Students into STEM Learning

Francis wyffels, Willem Van de Steene+3 more|arXiv (Cornell University)|Aug 11, 2016

Art Education and Development参考文献 3被引用 5

一句话总结

本文介绍了ArtBots项目，这是一个面向中学生、为期四天的国际性机器人与艺术工作坊，通过将艺术融入STEM教育，提升学生参与度，尤其吸引女性及社会经济地位较低的学生群体。通过引导学生以开放式、探究式项目方式设计并制作原创机器人艺术家，该项目成功培养了学生的专业技术能力、跨文化协作能力以及学生主导的STEM倡导能力。

ABSTRACT

There is an increasing worldwide demand for people educated into science and technology. Unfortunately, girls and underprivileged students are often underrepresented in Science, Technology, Engineering and Mathematics (STEM) education programs. We believe that by inclusion of art in these programs, educational activities might become more attractive to a broader audience. In this work we present an example of such an educational activity: an international robotics and art week for secondary school students. This educational activity builds up on the project-based and inquiry learning framework. This article is intended as a brief manual to help others organise such an activity. It also gives insights in how we led a highly heterogeneous group of students into learning STEM and becoming science and technology ambassadors for their peers.

研究动机与目标

• 通过将艺术融入机器人教育项目，解决STEM教育中女性及弱势学生群体代表性不足的问题。
• 创建一个包容性的项目制学习环境，促进创造力、协作能力与专业技术能力的发展。
• 通过动手实践、开放式机器人设计与制作，培养学生作为同伴STEM倡导者的潜力。
• 证明将艺术与工程结合，可使STEM教育对多元学习者更具可及性与吸引力。

提出的方法

• 为来自不同背景的中学生群体组织了一场为期四天的国际性机器人与艺术工作坊（ArtBots）。
• 采用开放式、探究式学习框架，让学生自主设计并制作能够创作艺术的原创机器人。
• 强调动手实践、无约束的机器人制作，使用基础工具与材料，使学生自主决策设计与技术方案。
• 通过学生主导的问题解决、同伴协作及导师指导开展学习，不设置严格的课程结构。
• 融入反思与反馈循环，学生通过独立获取知识（如网络搜索、向同伴请教）进行学习，导师则根据观察到的挑战动态调整支持策略。
• 在当代艺术博物馆举办最终展览，以正式认可学生作品，并促进公众对STEM的参与与关注。

实验结果

研究问题

• RQ1 在机器人教育中融入艺术，是否能提升代表性不足学生群体在STEM中的参与度？
• RQ2 开放式、探究式机器人学习对学生动机、协作能力及专业技术能力获取有何影响？
• RQ3 学生在多大程度上可通过动手实践、富有创造性的机器人项目成为有效的STEM倡导者？
• RQ4 减少结构化指导在提升STEM教育中创造力与个性化学习方面发挥何种作用？
• RQ5 教育者如何在多样化、非传统学习环境中有效搭建复杂技术任务（如编程、传感器使用）的学习支架？

主要发现

• ArtBots项目成功吸引了来自不同背景的中学生，包括女性及社会经济地位较低的学生，使其深度参与STEM学习。
• 学生通过开放式、创造性的探究式问题解决展现出高度的动机与参与度，尤其在个人艺术愿景的引导下表现更为突出。
• 缺乏刚性结构的环境鼓励学生主动作为、积极提问并独立寻求知识，从而显著提升探究式学习的成效。
• 导师能够实时获取学生认知误区与兴趣点的反馈，实现动态支持，并为未来项目设计提供依据。
• 在当代艺术博物馆举办的最终展览有效认可了学生作品，显著增强了学生的自信心与成就感。
• 将艺术融入机器人教育不仅扩大了项目的吸引力，也帮助学生将技术视为一种创造性与表达性媒介，而不仅限于技术工具。