Η αξιοποίηση της ρομποτικής στην πρωτοβάθμια εκπαίδευση

Abstract

The aim of this doctoral dissertation is to explore the use of two different robotic systems within the context of Educational Robotics: a ground-based wheeled robotic system (LEGO) and an aerial robot (drone), implemented through a STEM educational scenario, in order to examine primary school students’ usability perceptions, technology acceptance, learning motivation, and programming knowledge. At the same time, the study addresses a significant research gap concerning the comparative use of ground-based and aerial Educational Robotics in school settings. The intervention was implemented under authentic classroom conditions with fifth- and sixth-grade students, who participated in a STEM educational scenario on wildfire suppression, based on the Engineering Design Process. Different groups of students interacted with the LEGO Spike Essential and the DJI Tello EDU drone through construction, control, and visual programming activities aimed at solving authentic problems. Quantitative data were collected using the Technology Acceptance Model (TAM), the Reduced Instructional Materials Motivation Survey (RIMMS), and the System Usability Scale (SUS), while qualitative data were derived from semi-structured interviews, classroom observation, and analysis of students’ visual programming code based on the Hierarchical Assessment Model of Programming Knowledge. Data analysis included descriptive and inferential statistics, tests of differences, and the investigation of relationships among variables, as well as thematic analysis of qualitative data. The findings indicate that both robotic systems were evaluated positively in terms of technology acceptance, learning motivation, and usability, with variations depending on the type of robot, gender, and grade level. In addition, strong associations emerged between technology acceptance factors and learning motivation, alongside differences in the structure and complexity of the developed code. Overall, the dissertation provides novel findings and contributes to addressing research gaps related to the comparative study of groundbased and aerial Educational Robotics in Primary Education, offering evidence-based pedagogical directions for their systematic integration into school practice.

Σκοπός της παρούσας διδακτορικής διατριβής είναι η αξιοποίηση δύο διαφορετικών ρομποτικών συστημάτων, στο πλαίσιο της Εκπαιδευτικής Ρομποτικής: ενός επίγειου τροχοφόρου ρομποτικού συστήματος (LEGO) και ενός εναέριου ρομπότ (drone), μέσω ενός σεναρίου STEM, με στόχο την εξέταση της ευχρηστίας, της αποδοχής, των κινήτρων μάθησης και των γνώσεων προγραμματισμού μαθητών/τριών της Πρωτοβάθμιας Εκπαίδευσης. Παράλληλα, η έρευνα καλύπτει ένα σημαντικό ερευνητικό κενό που αφορά τη συγκριτική αξιοποίηση της επίγειας και της εναέριας Εκπαιδευτικής Ρομποτικής στο σχολικό περιβάλλον. Η παρέμβαση υλοποιήθηκε σε πραγματικές συνθήκες τάξης με μαθητές/τριες Ε΄ και Στ΄, οι οποίοι/ες συμμετείχαν σε εκπαιδευτικό σενάριο STEM με θέμα την κατάσβεση πυρκαγιάς, βασισμένο στη Διαδικασία Μηχανικού Σχεδιασμού (Engineering Design Process). Διαφορετικές ομάδες μαθητών/τριών αλληλεπίδρασαν με το LEGO Spike Essential και το DJI Tello EDU drone, μέσω δραστηριοτήτων κατασκευής, χειρισμού και ανάπτυξης οπτικού κώδικα για τα ρομπότ, με σκοπό την επίλυση αυθεντικών προβλημάτων. Τα ποσοτικά δεδομένα συλλέχθηκαν μέσω του Μοντέλου Αποδοχής της Τεχνολογίας (Technology Acceptance Model – TAM), του Συνεπτυγμένου Ερωτηματολογίου Κινήτρων Μάθησης (Reduced Instructional Materials Motivation Survey – RIMMS) και της Κλίμακας Ευχρηστίας Συστήματος (System Usability Scale – SUS), ενώ τα ποιοτικά δεδομένα προέκυψαν από ημιδομημένες συνεντεύξεις, από παρατήρηση και από την ανάλυση του μαθητικού οπτικού κώδικα βάσει του μοντέλου Ιεραρχικής Αξιολόγησης Γνώσεων Προγραμματισμού. Η ανάλυση των δεδομένων περιλάμβανε περιγραφική και επαγωγική στατιστική, ελέγχους διαφορών και διερεύνηση σχέσεων μεταξύ μεταβλητών, καθώς και θεματική ανάλυση ποιοτικών δεδομένων. Τα αποτελέσματα δείχνουν ότι και τα δύο ρομποτικά συστήματα αξιολογούνται θετικά ως προς την αποδοχή, τα κίνητρα μάθησης και την ευχρηστία, με διαφοροποιήσεις ανάλογα με τον τύπο του ρομπότ, το φύλο και την τάξη φοίτησης. Παράλληλα, αναδεικνύεται ισχυρή σχέση μεταξύ παραγόντων της τεχνολογικής αποδοχής και των κινήτρων μάθησης, καθώς και διαφοροποιήσεις στη δομή και την πολυπλοκότητα του αναπτυσσόμενου κώδικα. Η διατριβή παρέχει νέα ευρήματα και συμβάλλει στην κάλυψη ερευνητικών κενών ως προς τη συγκριτική μελέτη της επίγειας και της εναέριας Εκπαιδευτικής Ρομποτικής στην Πρωτοβάθμια Εκπαίδευση και παρέχει τεκμηριωμένες παιδαγωγικές κατευθύνσεις για τη συστηματική ενσωμάτωσή τους στη σχολική πράξη.