A Study on the Use of Virtual Robotics and Design Thinking to Support Learning in K-12 Education

Abstract

Vårt moderne og teknologiske samfunn er i økende grad avhengig av nye kompetanser, ofte referert til som “ferdigheter for det 21. århundret”. Herunder nevnes blant annet egenskaper som samarbeid, problemløsing, kritisk tenking og kreativitet. Samfunnsmessige endringer stiller nye krav til utdanning, som bør etterstrebe å imøtekomme disse endringene for å ruste fremtidige generasjoner for en framtid som er under stadig endring. Dessverre kan det tyde på at formell utdanning som følger tradisjonelle og prosedyremessige læringsmetoder ikke fremmer disse egenskapene i tilstrekkelig grad. Gjennom aktiv bruk av læringsmetoder som per definisjon er mer kreative, åpne og tettere knyttet til realistiske situasjoner, kan utdanning i større grad forberede elever på suksess i det moderne jobbmarkedet. Denne masteroppgaven undersøker \emph{hvordan elever oppfatter læring i et virtuelt robotikk-miljø som følger en design thinking-tilnærming}. En plattform ble utviklet og brukt i en empirisk studie som strakk seg over to enkelttimer på Vestsiden Ungdomsskole i Kongsberg. Åpen kildekode ble klonet og videreutviklet for å produsere en plattform som kunne besvare forskningsspørsmålet, og studien benyttet en design thinking-tilnærming. Datainnsamling ble gjort gjennom datalogging, spørreundersøkelser, artefakter, samt intervjuer.

Denne oppgaven fremhever fordeler med design thinking i kombinasjon med virtuell robotikk. Blant disse er de mest fremtredende det brede læringsutbyttet, som ofte dekker mer enn planlagt pensum, og hvordan design thinking brukt i denne konteksten kan hjelpe elever i de spesifikke prosessene de trenger det mest. Vi fremhever også betydningen av motivasjon og innstilling, og gir en vurdering av plattformen og studiet som er gjennomført.

The increasing societal reliance on new competencies, often referred to as ”21st century skills”, impose new and rapidly changing requirements on education. In particular, skills like collaboration, problem-solving, critical thinking and creativity has become progressively more important to acquire. Alas, these skills are seldom acquired through formal education when adhering to traditional, procedural teaching methods. Through application of teaching methods that are inherently more creative, open-ended and generally applicable to real-world situations, the problem-solving in the classroom can better equip learners for success in the modern workforce. This study sought to examine how students perceive learning in an educational virtual robotics environment with a design thinking approach. An open-source virtual robotics platform called ”Gears” was forked, further developed and used in an empirical study spanning two one-hour sessions with a Norwegian secondary school to address this problem. A design thinking approach was followed in the empirical study. Interviews were conducted, and data was collected through log data, questionnaires and artefacts.

This thesis highlights key advantages of using design thinking in combination with virtual robotics. Chief among the advantages are the broad learning that often exceeds curriculum, and the way design thinking, when used in this context, can aid different students in the specific processes they need most. We also highlight the impact of motivation and attitude, and provide an evaluation of the platform and the study.