Development of a low-cost robotic platform based on the exploitation of action research findings for STEM education and educational robotics

Abstract

STEM-based education faces several challenges when implementing it in practice since it requires the existence of an organized environment, the necessary logistical infrastructure (robotics - STEM educational platforms, specialized software, properly designed spaces, laboratories, etc.), and of course, the properly trained teachers who will be responsible for the coordination of the project; several publications have identified these.This study investigated whether action research can contribute to designing and developing an educational robotics platform for use in STEM education and Educational Robotics. For this reason, many surveys (Ν=14) were conducted to determine the robot's specifications and, evaluate the robot's construction and programming. Based on the research’s findings, the proposed robotic platform was effectively designed through action research, and the educational community contributed to its development. This assertion was supported by data collected in-person and online, questionnaires, interviews, observations, surveys, program analysis, and focus groups. During the design phase of the robotic platform, several ideas were formulated, and several prototypes were designed since the feedback from the educational community was rich and substantial.The researcher hopes this research will continue to produce something valuable and usable for the educational community with the ultimate goal of implementing it in STEM education and Educational Robotics. After all, action research -on which this research is based- has been characterized as research to solve practical problems and improve them.

Η εκπαίδευση STEM αντιμετωπίζει αρκετές προκλήσεις κατά την εφαρμογή της στην πράξη, καθώς απαιτεί την ύπαρξη ενός οργανωμένου περιβάλλοντος, την απαραίτητη υλικοτεχνική υποδομή (εκπαιδευτικές πλατφόρμες ρομποτικής - STEM, εξειδικευμένο λογισμικό, κατάλληλα διαμορφωμένους χώρους, εργαστήρια κ.ά.) και φυσικά τους κατάλληλα εκπαιδευμένους εκπαιδευτικούς που θα αναλάβουν το συντονισμό του προγράμματος.Η παρούσα μελέτη διερεύνησε κατά πόσον η έρευνα δράσης μπορεί να συμβάλει στο σχεδιασμό και την ανάπτυξη μιας πλατφόρμας εκπαιδευτικής ρομποτικής για χρήση στην εκπαίδευση STEM και την εκπαιδευτική ρομποτική. Για το λόγο αυτό, διεξήχθησαν πολλές έρευνες (Ν=14) για τον προσδιορισμό των προδιαγραφών του ρομπότ και, την αξιολόγηση της κατασκευής και του προγραμματισμού του ρομπότ. Με βάση τα ευρήματα της έρευνας, η προτεινόμενη ρομποτική πλατφόρμα σχεδιάστηκε αποτελεσματικά μέσω της έρευνας δράσης και η εκπαιδευτική κοινότητα συνέβαλε στην ανάπτυξή της. Ο ισχυρισμός αυτός υποστηρίχθηκε από δεδομένα που συλλέχθηκαν από διαζώσης και διαδικτυακά, ερωτηματολόγια, συνεντεύξεις, παρατηρήσεις, έρευνες, ανάλυση προγραμμάτων και ομάδες εστίασης. Κατά τη φάση σχεδιασμού της ρομποτικής πλατφόρμας, διατυπώθηκαν διάφορες ιδέες και σχεδιάστηκαν αρκετά πρωτότυπα, καθώς η ανατροφοδότηση από την εκπαιδευτική κοινότητα ήταν πλούσια και ουσιαστική.Ο ερευνητής ελπίζει ότι αυτή η έρευνα θα συνεχίσει να παράγει κάτι πολύτιμο και αξιοποιήσιμο για την εκπαιδευτική κοινότητα με απώτερο στόχο την εφαρμογή της στην εκπαίδευση STEM και την Εκπαιδευτική Ρομποτική. Άλλωστε, η έρευνα δράσης -στην οποία βασίζεται η παρούσα έρευνα- έχει χαρακτηριστεί ως έρευνα για την επίλυση πρακτικών προβλημάτων και τη βελτίωσή τους.

La educación basada en STEM enfrenta varios desafíos a la hora de implementarla en la práctica ya que requiere de la existencia de un ambiente organizado, la infraestructura logística necesaria (robótica - plataformas educativas STEM, software especializado, espacios debidamente diseñados, laboratorios, etc.), y por supuesto, los docentes debidamente capacitados que serán responsables de la coordinación del proyecto; varias publicaciones los han identificado. Este estudio investigó si la investigación-acción puede contribuir al diseño y desarrollo de una plataforma de robótica educativa para su uso en educación STEM y robótica educativa. Por esta razón, se realizaron muchas encuestas (Ν=14) para determinar las especificaciones del robot y evaluar la construcción y programación del robot. Con base en los hallazgos de la investigación, la plataforma robótica propuesta se diseñó de manera efectiva a través de la investigación-acción y la comunidad educativa contribuyó a su desarrollo. Esta afirmación fue respaldada por datos recopilados en persona y en línea, cuestionarios, entrevistas, observaciones, encuestas, análisis de programas y grupos focales. Durante la fase de diseño de la plataforma robótica se formularon varias ideas y se diseñaron varios prototipos ya que la retroalimentación de la comunidad educativa fue rica y sustancial. El investigador espera que esta investigación continúe produciendo algo valioso y útil para la comunidad educativa con el objetivo final de implementarlo en la educación STEM y la Robótica Educativa. Al fin y al cabo, la investigación acción -en la que se basa esta investigación- se ha caracterizado como investigación para resolver problemas prácticos y mejorarlos.