Ozoboti na českých školách: zkušenosti učitelů základních škol

16. 4. 2021 Karel Picka

Tento článek přináší výsledky kvalitativního šetření mezi učiteli základních škol reflektující jejich zkušenosti s implementací robotické učební pomůcky Ozobot do výuky^[1]. Zaměřujeme se zde na důvody výběru této pomůcky, způsoby použití, problémy, které učitelé musí vyřešit, a výhody, které Ozobot přináší studentům ve vzdělávacím procesu. Výzkum zahrnoval devět učitelů. Výzkumná data byla získána prostřednictvím transkripce a následné kvalitativní analýzy rozhovorů.

Moderní robotika v posledních letech stále více vstupuje do sféry veřejného zájmu. V médiích můžeme najít zprávy o zapojení robotických pomůcek do pracovního prostředí v čím dál tím větším počtu odvětví, a to často i v souvislostech s pronikáním umělé inteligence a nahrazováním lidských pracovních sil, ať již softwarovou umělou inteligencí, nebo fyzickými roboty. Mnoho států, včetně České republiky, si tak začíná uvědomovat, že pokud se nechtějí propadnout na nižší příčky světové ekonomiky, je nutné investovat do vzdělání kvalifikovaných lidí, kteří nejen že nebudou těmito technologiemi nahrazeni, ale budou je schopni aktivně vyvíjet. Zapojování robotických pomůcek do vzdělávacího procesu je propojeno s posilováním návyků systematické práce, s rozvojem prostorového vnímání, kladením důrazu na vnímání času, vedením k chápání souvislostí mezi různými ději a procesy a ve svém důsledku je jedním ze zdrojů rozvoje matematické gramotnosti (Maněnová & Pekárková, 2020). V České republice můžeme tento posun ve vzdělávání aktuálně vidět v inovaci RVP informatiky nebo u vzniku nových učebnic se zaměřením právě na robotiku a programování, které vznikly jako výstup projektu PRIM (imysleni.cz).

Taková změna ovšem není jednoduchá. Kvalifikovaní lidé schopní pracovat v odvětvích dotýkajících se informačních technologií (IT) a moderní robotiky a obecně v STEM disciplínách (Science, technology, engineering and mathematics – česky pak věda, technologie, strojírenství a matematika), jsou dnes nedostatkovým zbožím. Je proto nutné, aby se tato témata daleko více akcentovala již v prostředí základních a posléze středních škol (Tai, Liu, Maltese, & Fan, 2006; Gomoll, Hmelo-Silver, Šabanović, & Francisco, 2016). V poslední době se objevuje čím dál více iniciativ a programů, které si kladou za cíl vzbudit u dětí a mladých lidí zájem o IT, zejména o programování. Jedná se například o projekty Hour of Code^[2], Code.org^[3] nebo projekt Scratch^[4], které směřují k tomu, aby už nejmladší žáky přivedli co nejdostupnější cestou k programování. Využívat lze i různé hry, jako je Minecraft^[5] (Picka & Stuchlíková, 2019) nebo jiné (Gürbüz et al., 2017). Výhodou těchto platforem je to, že k samotnému programování a práci s aplikací nepotřebuje žák nic jiného než počítač (nebo jiné zařízení) s připojením k internetu. Tím dnes disponuje drtivá většina domácností i škol.  Kromě těchto globálních snah vznikají i lokální mimoškolní kroužky, zájmové spolky a aktivity zaměřené na programování a robotiku (Kucuk & Sisman, 2020), kde se žáci učí například programovat létající drony (Voštinár, Horváthová, & Klimová, 2018).

Výzkumné studie potvrzují, že robotické didaktické pomůcky usnadňují přístupnost a motivují žáky k většímu zaměření na STEM disciplíny (Kucuk & Sisman, 2020; Kandlhofer & Steinbauer, 2016; Mead, Thomas, & Weinberg, 2012). Vytvářejí podmínky pro to, aby se této oblasti věnovali na vyšších stupních vzdělávání, což zakládá předpoklad, že je mohou využít ve svém budoucím pracovním zaměření (Chou & Su, 2017). Robotické didaktické hračky obsahují navíc důležitý prvek a tím je fyzická práce se samotným robotem. V případě robotických stavebnic se žáci seznamují s principy konstrukce robota, učí se programovat jeho funkce a porozumět jim při následném oživování. Didaktické robotické hračky, které nejsou konstrukčního charakteru, např. Ozobot, sice tuto fázi nemají, umožňují však žákům postup jimi vytvořeného algoritmu vnímat ve hmatatelné realitě a tím lépe chápat souvislost mezi „abstraktním“ kódem a realitou.

 

Co to vlastně je Ozobot a robotické hračky?

Na základních školách se začínají objevovat různé moderní robotické pomůcky určené k výuce robotiky, programování a algoritmizaci. Tento trend je některými datován již do 70. let 20. století, kdy se objevily první robotické didaktické pomůcky, jako je Logo Turtle^[6] (Yu & Roque, 2019). Pravý boom ve školství přichází až v poslední dekádě, v České republice spíše až v posledních pěti letech, a zahrnuje jak konstrukční, tak algoritmický přístup.

Obrázek 1

Obrázek 1. Didaktický robot Logo Turtle v roce 1969. Zdroj: https://cyberneticzoo.com/wp-content/uploads/historia-logo-turtle-01.jpg

Pro nejmladší žáky lze využít robotické hračky, například Bee-bot, který funguje bez počítače a programuje se pomocí několika směrových tlačítek přímo na těle robota. Tento robot je vhodný pro předškolní vzdělávání a pro první ročníky základní školy (Simbartl, 2018); pro MŠ jsou vhodní také roboti Cubetto nebo Bottley. Princip je u všech podobný – pomocí směrových tlačítek zadáme program pohybů po předem určeném plánu či dráze a ten je následně v zadaném sledu vykoná. Děti tedy vytvářejí program, který je následně interpretován pohyby robota.

Obrázek 2

Obrázek 2. Robotická didaktická pomůcka Bee-bot. Zdroj: https://www.teaching.com.au/

Pro vyšší stupeň vzdělávání je nabídka robotických pomůcek pro výuku programování a algoritmizace výrazně větší. Inspiraci můžeme hledat v českém kontextu i v řadě učebnic pro nové RVP na webu imysleni.cz, kde najdeme učební materiály na další robotické pomůcky.

Obrázek 3

     Obrázek 3. Ukázka učebnic pro základní a střední školy. Zdroj: https://imysleni.cz/ucebnice

 

Ozobot je robotická vzdělávací hračka – malý programovatelný robot se senzory. Jeho vzdělávacím cílem je především rozvoj logického myšlení, kreativity a algoritmického myšlení, jak potvrzuje např. italský výzkum (Benvenuti et. al., 2019).

Stejně tak je možné jeho prostřednictvím učit základy programování. Ozobot je určen pro děti od 6 let, horní věková hranice není stanovena. Je využíván zejména na základních školách, své uplatnění nachází i na středních školách a na univerzitách jako pomůcka k úvodu do programování. Programovat se dá dvěma základními způsoby.

Obrázek 4

Obrázek 4. Didaktický robot Ozobot. Zdroj: www.ozobot.com

První možností je programování pomocí barevných kódů, které říkají robotovi, co má dělat. Ozobot pomocí senzorů na spodní straně může sledovat nakreslenou nebo natištěnou čáru a pokud narazí na barevný kód, tzv. „ozokód“, přečte jej a vykoná příkaz. Příkazy jsou různé od změny směru pohybu přes nastavení rychlosti až po různé efekty. Tento způsob programování je vhodný pro děti od 5 let. K jeho provozu není potřeba žádný počítač nebo tablet, stačí Ozobot, fixy a papír.  

Obrázek 5

Obrázek 5. Ozocodes na papíře. Zdroj: www.jablickar.cz

Druhou možností je využití blokového programovacího jazyka OzoBlockly, který je vhodný na druhý stupeň základních škol. K programování je využito blokového jazyka vycházejícího z JavaScriptové knihovny Blockly (podobné např. jazyku Scratch). Snadnou formou skládání bloků vytvoříme program, který pak nahrajeme do Ozobota a spustíme.

Obrázek 6

Obrázek 6: Ukázka programovacího prostředí OzoBlockly. Zdroj: ozobot.com

 

Ozobot je k dispozici ve dvou variantách Ozobot Bit a Ozobot EVO. Oba Ozoboti disponují optickými senzory pro detekci čar a barev a LED světlem, které je možné také programovat. Novější Ozobot EVO přidává navíc Bluetooth konektivitu, více barevných LED diod, proximitní senzory, integrovaný reproduktor a kompatibilitu s připojením k iOS a Android^[7]. Nabíjení je řešeno pomocí microUSB portu. 

 

Metodologie výzkumného šetření

Na začátku práce na této studii byl proveden krátký pilotní předvýzkum mezi 58 učiteli, kteří využívají ve své výuce nějaké robotické pomůcky. Cílem předvýzkumu bylo ověřit, zda se Ozoboti opravdu na školách vyskytují a v jaké míře. Pilotní sonda byla provedena pomocí online dotazníků na základě dostupnosti. Tento předvýzkum odhalil, že nejpoužívanější robotickou pomůckou jsou Ozoboti (28) a Lego Mindstorms (24), popřípadě Bee-bot (10). Potvrdil se předpoklad, že Ozobot jako didaktická pomůcka se na českých školách vyskytuje a má smysl se jí výzkumně zabývat. Rovněž byly provedeny neformální rozhovory s některými učiteli, kteří mají s Ozoboty zkušenosti.

Na základě předvýzkumu byly formulovány výzkumné otázky:

1. Jakým způsobem učitelé zvolili pro využití ve výuce právě robotickou pomůcku Ozobot? 
2. Jakým způsobem učitelé robotickou pomůcku ve výuce využívají? 
3. Jaké problémy učitele provází při používání robotické didaktické pomůcky? 
4. Jaké výhody spatřují učitelé v nasazování Ozobotado výuky? 
5. Jaké další robotické pomůcky učitelé využívají?

 

Kvalitativní výzkumné šetření mělo několik kroků. V první fázi byly provedeny polostrukturované rozhovory. Rozhovory probíhaly v období od května do června 2020 a byly provedeny s devíti učiteli základních škol, buď formou osobního setkání, nebo s využitím programu pro vzdálenou komunikaci. Výběr respondentů byl na základě dostupnosti – bylo osloveno 453 učitelů prostřednictvím e-mailů získaných z webových prezentacích škol. Rovněž byly využity nejznámější internetové učitelské platformy na sociálních sítích. Osloveni byli ti učitelé, co již Ozoboty do výuky aktivně zapojovali, aby bylo možné zjišťovat reálné zkušenosti a dopady na výuku. Rozhovory trvaly přibližně 40 minut a ve formě transkripce převedeny do textové podoby. Transkripty rozhovorů byly následně analyzovány pomocí programu Atlas.ti.

Při analýze v programu Atlas.ti, bylo v první fázi vytvořeno několik témat v rámci tematické analýzy, které podléhaly výzkumným otázkám, popřípadě vystupovaly v rámci předvýzkumu. Následně byl každý rozhovor analyzován pomocí otevřeného kódování a kódy byly přiřazovány do jednotlivých kategorií. Přitom byla data také vizualizována pomocí myšlenkových map a schémat.

 

Respondenti

Výzkumného šetření se zúčastnilo devět respondentů, délka jejich učitelské praxe byla v rozmezí od 4 do 37 let. Respondenti vyučují různé předměty, nicméně nejčastěji se jedná o učitele informatiky na prvním stupni. Pro ochranu osobních údajů a z důvodu výzkumné etiky byla jména respondentů změněna a nahrazena náhodnými pseudonymy.

Jméno	Délka praxe	Vyučované předměty
Marek	20 let	přírodopis, informatika, zeměpis
Pavel	26 let	informatika, dílny, chemie
Martin	4 roky	informatika, tělocvik, dílny
Jan	15 let	matematika, fyzika, informatika
Kristýna	6 let	první stupeň, informatika
Jana	37 let	první stupeň
Veronika	28 let	první stupeň
Květa	31 let	první stupeň
Vladimír	10 let	dějepis, anglický jazyk, informatika

 

Z výzkumného šetření vyplynulo, že prvotní inspirace a seznámení s Ozobotem nejčastěji probíhá na učitelských konferencích, jako jsou letní školy pro učitele nebo jiné konference zaměřené na učitele základních, popřípadě středních škol. Začínají se objevovat i ti učitelé, kteří se s robotickými didaktickými pomůckami setkali při studiu na univerzitě, ať již při klasickém, nebo při pozdějším doplňkovém studiu. To však neznamená, že fakulty nemohou spolupracovat v tomto bodě se základními školami nebo konkrétními učiteli i mimo studium, a to jak v rámci běžné spolupráce, tak i v rámci spolupráce na projektech, například projekt PRIM. U některých učitelů pak šlo vyloženě o vlastní iniciativu, kdy si robota sami koupili domů, kde ho testovali například na vlastních dětech a následně tuto možnost představili na škole.

 

Financování robotických pomůcek a provozní záležitosti

V následující části textu se podíváme na pět kategorií, které popisují různé aspekty praxe s Ozobotem ve výuce. Tyto kategorie vyplynuly z výzkumných otázek a z reakcí respondentů. Popisujeme v nich různé pohledy na tento typ výuky počínaje financováním přes vliv na motivaci, problémy až po specifické výukové postřehy nebo vliv na práci s chybou.

Do kategorie označené jako Financování robotických pomůcek byly zařazeny primárně technické záležitosti, jako je financování, výběr dalších pomůcek nebo podpora a školení pedagogů k využívání Ozobotů či jiných didaktických robotických systémů. Z odpovědí respondentů je patrné, že financování si škola většinou zajišťuje sama z provozních peněz, nicméně učitelé dodávají, že se snaží shánět projekty, které by jim s financováním didaktických pomůcek pomohly. Některé ze škol nákupy robotických pomůcek řeší jen z projektových peněz, protože v provozním rozpočtu školy na ně nezbývají prostředky. Většina respondentů se tak shoduje na tom, že jakkoliv je rozšiřování inventáře v případě moderních didaktických pomůcek žádoucí, nedokážou odhadnout, zda a kdy k němu dojde, protože je to odvislé právě od možností financování: „My jako nepořizujeme všechno z nějakých projektů. Jako, když se to povede, tak se to povede, ale spoustu toho jsme pořizovali na vlastní náklady. A je to jenom způsobené tím, že se snažíme spoustu těch věcí kupovat tak nějak s rozumem,“ říká Martin.

I přes často problematické financování se na školách nacházejí i další robotické pomůcky. V případě našich respondentů se jednalo primárně o různé verze stavebnice Lego Mindstorms (potažmo Boost či WeeDo), programovatelné mikrokontrolery Arduino či Micro:bit. Na těch školách, které jsou lépe vybavené a disponují větší škálou těchto zařízení, dochází většinou k vytvoření návazného systému tak, aby jednotlivými moderními robotickými pomůckami pokryli co největší část celé školní docházky. Kromě pokrytí však jde i o princip „od jednoduššího ke složitějšímu“, kdy jsou na sebe jednotlivé systémy vrstveny tak, aby byly přiměřené svojí náročností i vytěžitelností ke zvolené věkové a dovednostní skupině. Je nicméně pozitivní, že ti z respondentů, kteří s Ozoboty – jakožto s jedinou pomůckou – pracují, jsou ochotní a rádi by do výuky začlenili i jiné robotické systémy, nicméně se shodují, že taková věc je primárně odvislá od financování.

Zajímavé je, že školy nijak zvlášť nevyhledávají externí školitele pro učitele v případě Ozobotů. To samozřejmě může vyplývat jak z nedostatku takových školících aktivit v soukromém i veřejném sektoru, tak i nutností ušetření nákladů. Většinou proto školení spočívá na bedrech pedagogů-inovátorů, kteří se o věc aktivně zajímají a zaškolují ostatní kolegy. Výjimkou není ani přímá podpora takových učitelů v hodinách jejich kolegů, kde jim v začátcích prakticky pomáhají i přímo ve výuce a nadále poskytují podporu při případných problémech nebo při rozšíření výuky: „Já jsem chodil třeba do hodin matematiky jiných učitelů na prvním stupni a nachystal jsem nějakou logickou úlohu na ty Ozoboty a oni to měli jako takový ozvláštnění té matematiky. Takže jsme učili ve dvou celou třídu, měli jsme tam krabici Ozobotů,“ říká Marek.

 

Problémy při zapojování Ozobotů do výuky

Problémy rozumíme jakékoliv obtíže, které byly generovány kvůli využití robotů – ať už se jedná o limity technologií, kázeňské problémy, nebo technické problémy jiného rázu. Bylo však překvapením, že nebyly nijak vážné a respondenti se zcela vyhnuli kázeňským problémům. Někteří dokonce dodávali, že vnímali zlepšení kázně v jinak spíše „problémových“ třídách, jak popisuje Jan: „Velmi často se stává, že ti učitelé sami jsou překvapeni, když tam vidí toho problematického žáka najednou v úplně jiné roli, že oni ho mají zafixovaného jako , pak najednou my tam máme ten projektový den a to dítě, to stejný, je tam 4 hodiny, sedí, maká a udrží tu pozornost, není tam v tom nějaká pauza a funguje to.“

Tradičním problémem inovativních a náročnějších forem výuky je čas. I zde byla nejčastěji vystupujícím problémem časová náročnost, a to jak na přípravu, tak i v hodinách. Specificky v hodinách informatiky je problém s celkovou časovou dotací pro tento předmět, jakékoliv náročnější ozvláštnění výuky pak tento problém prohlubuje, jak dokládá učitel Marek: „No, tak rozhodně teda časový. Jo, to je jasný, ta dotace na to naprosto nestačí.“

Je ovšem nutné dodat, že na druhou stranu jsou právě Ozoboti respondenty chváleni za jednoduchost aplikace do hodiny, například oproti Lego Mindstorms, kde je časová náročnost daleko větší: „... i když jasně, že jsou nějaký varianty pro ty menší i u toho Lega... ale přišlo mi to takový jednoduchý, na to používání ti Ozoboti, i třeba pro ostatní vyučující, kteří neučí informatiku, tak by to mohli zapojit do těch hodin jednodušeji,“ říká Vladimír.

S problémem času jistě souvisí i nutnost více diverzifikovat úkoly zadávané během výuky, což uvádí i někteří respondenti. Diverzifikace výuky je jistě potřeba v mnoha jiných situacích, ale někteří si toho hodně všímají právě při výuce podpořené Ozoboty, kdy schopnější žáci mají úkoly velice rychle hotové, zatímco ostatní potřebují až násobně více času. Je tak pro učitele nutné připravit na každou takovou hodinu různé škály úkolů pro různé výkonnostní skupiny studentů. Toto by se však dalo brát i jako dobrý nácvik pro učitele, kteří si tento princip osvojí právě při práci s Ozoboty, a větší diverzifikaci úkolů pak budou snáze aplikovat i v přípravách na jiné hodiny.

Zajímavým problémem, na který naráželi někteří respondenti, byl limit technologie Ozobota. Tento se projevoval tím, že robot nebyl zcela přesný při převedení naprogramovaných pokynů do reality (například neujel naprogramovanou vzdálenost zcela přesně). To se týká především programování robota pomocí blokového programování a následného převedení tohoto programu do pohybů a chování robota. Druhým častým technologickým limitem pak byla snížená schopnost čtení barevných kódů, kdy v některých případech Ozobot zcela ignoroval nebo chybně vyhodnotil nakreslený příkaz. Zde je samozřejmě nutné odlišit problémy způsobené špatně nakreslenými kódy, nicméně je to jedna z bariér, kterou učitelé vnímají v případě této technologie. „Tam jako ten limit mě přišel někde kolem šesté třídy, kde u těch složitějších úloh je tam obrovský problém, že otočit se do pravého úhlu je prakticky nemožný. Takže např. i úkol „objet telefon na stole“ už potom jako… ty děcka už sami chápou, že tam je ten limit té technologie a už je prostě potřeba přejít na něco vyššího,“ říká Jan.

Díky těmto problémům tak většina respondentů jen minimálně pracuje s blokovým programování pro robota (OzoBlockly) a zůstává u programování pomocí barevných kódů na papíře, čímž se efektivně snižuje šíře vytěžitelnosti této technologie v rámci základní školy. Vzhledem k tomu, že po světě vzniká relativně hodně výukových materiálů na programování Ozobotů (Žáček & Smolka, 2019), považujeme za důležité tento problém podrobněji zkoumat v budoucích výzkumných šetřeních. Ozoboti na školách jsou, je tedy důležité, aby byli používáni efektivně. Je zde ovšem vyžadován větší zkoumaný vzorek.

Stejně tak je OzoBlockly chápaný učiteli bez pozadí ve výuce informatiky (primárně učitelé prvního stupně v našem výzkumu) jako náročný, a bez hodně vysoké míry podpory se s ním bojí pracovat. Toto je navíc podpořeno tím, že u OzoBlockly je nutné mít k dispozici počítač, což je oproti práci s kódy na papíře výrazná vstupní bariéra pro přípravu hodiny. S tím souvisí i obava z nedostatku vlastních schopností učitele, kteří programování (i blokové) vnímají jako něco, co je nad jejich síly a možnosti, a tak se tomu snaží spíše vyhnout, jak přiznává Jana: „No tak ukázat možná víc jo, ale já už nevím… moje schopnosti už na to nestačí, jako nevím, co by se s tím jako dalo dělat a tak.“

Právě učitelé prvního stupně pak přidávají drobnější problémy, jako je například pravolevá orientace u některých žáků, popřípadě nízká úroveň grafomotorické zručnosti.

Pozitivem všech předložených problémů pak zůstává fakt, že se nikdo nesetkal s negativními reakcemi ani u vedení školy, žáků, ani u ostatních kolegů nebo rodičů. Každá z těchto skupin může při výraznější inovaci a změně koncepce výuky přinést do výukového prostředí určitou frikci či projevit nelibost nad změnou. U žádného z respondentů se však nic takového neprojevilo. Je však nutné dodat, že na rozdíl od jiných změn ve formě nebo metodě výuky Ozoboti vyžadují nákup zařízení od školy, a vzhledem k tomu, že respondenti tohoto výzkumu již Ozoboty ve škole mají, dá se předpokládat, že negativní reakce nebyla. V tomto smyslu by bylo nutné vést výzkumné šetření mezi pedagogy, kteří by takové pomůcky používat chtěli, nicméně je zatím na své škole nemají k dispozici.

 

Přednosti zapojení Ozobotů do výuky a motivace žáků i učitelů

Nejčastěji zastoupeným kódem v této kategorii a rovněž takřka v celé studii je nadšení žáků z používání Ozobotů v hodinách. Je to něco, co rezonovalo napříč všemi respondenty nezávisle na věku žáků nebo předmětu, ve kterém došlo k aplikaci. Rovněž není zřejmý útlum ani tam, kde respondenti využívají Ozoboty již více let. Je zde totiž logická obava, že po prvotním nadšení z novinky zaujetí a zájem žáků opadá. Z výpovědí respondentů nic takového nevyplývá – naopak, žáci jsou dle všech respondentů motivovaní prakticky po celou dobu práce s robotem, dle některých pracují i daleko soustředěněji, než je v dané třídě obvyklé. Nadšení navíc respondenti často spojují s faktem, že robot žáky „poslouchá“, tedy koná samostatně to, co mu zadají v příkazech. To se projevuje v delším horizontu i v tom, že žáci sami chtějí pracovat s robotem a dožadují se dalšího zapojení: „Jsou nadšení. Poslouchá je to. Je to prostě něco, co je poslouchá, to je prostě super. Děcka to baví hodně,“ jak říká Pavel.

Tato koncentrace na práci byla pro některé respondenty obzvláště viditelná hlavně u nejmladších žáků (například v 1. či 2. třídě), kde jsou žáci při soustavné práci rychleji unavení. Pro respondenty bylo fascinující pozorovat tyto mladé žáky při tak dlouhé souvislé práci bez ztráty koncentrace, jak potvrzuje Kristýna: „No motivovaní určitě, první dvě hodiny, co jsem jim to dala, tak ani nepípli, jenom dělali. Byli hrozně jako koncentrovaní na tu práci.“

To se potom odráží v dalším efektu, který vystupoval v průběhu rozhovorů, a tím je motivace učitelů, která díky aplikaci roste také, jak o tom hovoří Pavel: „V prvé řadě zapojené děti, ty děti jsou vlastně aktivní, dělají něco, co je baví a zároveň je posune někam dál. Já mám například vlastní zkušenost, to se mi na tom líbí, že spoustu věcí se naučím od dětí. Oni třeba udělají nějakou chybu a já si vlastně uvědomím, že jim to musím příště ukázat a říct jinak. V tom programování těch robotů třeba, řekli jsme jim problém a měl jsem v hlavě jedno řešení a ta děcka přišla na další dvě řešení, která byla originální, to znamená, že vás ta děcka tak nějak posouvají dopředu. To je vlastně ta motivace, proč mě to baví.“

Taková učitelská motivace logicky vyúsťuje i v ochotu nakupovat a učit se s dalšími robotickými pomůckami i aktivací kolegů, kteří vidí pozitivní výsledky. V některých případech pak i ve zvýšený zájem a podporu rodičů.

Tyto motivační elementy jsou usnadněny jednoduchou aplikovatelností Ozobota do výuky. Dle respondentů, kteří mají zkušenosti s více didaktickými robotickými systémy, je předností Ozobota právě jeho jednoduchá aplikace a tím přístupnost pro žáky, ale i relativně jednoduchá možnost zaškolení ostatních kolegů. S touto jednoduchostí také souvisí celkové množství práce před a po výuce, která je např. u Lego Mindstorms výrazně větší. Pro práci s Ozobotem navíc není nutné mít k dispozici počítač, což je například při práci na prvním stupni základní školy nesporná výhoda oproti jiným didaktickým robotickým pomůckám (podobná výhoda je pak například u Bee-bota, ten nicméně nenabízí tolik možností k práci jako Ozobot).

Všechny tyto jmenované aspekty práce s Ozoboty a s jejich přednostmi a vlivem na motivaci žáků pak vyúsťují v to, že dle respondentů není neobvyklé, že si žáci Ozoboty sami z vlastní iniciativy kupují domů a dále s nimi pracují, čemuž napomáhá i relativně nízká cena a dostupnost na velkých e-shopech.

 

 

Výuka s Ozoboty a jejich využití v hodinách

Ačkoliv je Ozobot pomůcka určená primárně k pochopení základů algoritmizace a výuce programování a jeho konceptů, našla mezi učiteli využití v poměrně široké škále předmětů. Někteří respondenti uvádí, že pro intenzivnější využití Ozobota ve výuce upravovali školní vzdělávací plány (ŠVP), popřípadě ho přidávali přímo do svých tematických plánů jednotlivých předmětů. Ne však všichni, někteří pracují s těmito pomůckami úplně mimo kurikulární dokumenty^[8].

Mimo informatiku, kde slouží jako pomůcka pro rozvoj algoritmického a logického myšlení, právě rozvoj algoritmizace a algoritmického myšlení je nejsilnějším tématem i kódem v celém výzkumném šetření. V návaznosti na rozvoj těchto druhů myšlení pak někteří respondenti uvádějí i důležitost přítomnosti robotiky na základní škole v tom smyslu, že robotika stále více prostupuje lidskou společnost v mnoha různých oborech. A tento trend roste. Je proto nutné, aby žáci chápali souvislosti fungování robotů a jejich obecný princip spolu s narůstající automatizací. To souvisí i s často zmiňovaným rozšířením znalostí žáků. Tu respondenti zmiňovali jak v souvislosti s předměty, kde Ozobot sloužil spíše jako médium, tak i v případech, kdy centrem pozornosti byl právě Ozobot. Kromě výše zmíněných věcí respondenti uvádí, že práce s robotem u žáků zvyšuje jejich celkové technické schopnosti a znalosti, především z oblasti algoritmizace, programování nebo chápání umělých inteligencí. Hlavně u mladších žáků lze prostřednictvím „hračky“ rozšířit jejich znalosti o to, co je to vlastně robot nebo co je to a jak funguje cyklus či jak se definuje příkaz. Často se pak u žáků zvyšuje zájem o techniku jako takovou, v tom vidí potenciál i Vladimír: „Podle mě to je, aby se naučili správně komunikovat s tou technikou. Správně dávat ty příkazy, aby roboti dělali to, co žáci chtějí. V současné společnosti to budou využívat čím dál tím víc, protože automatizace postupuje napříč všemi obory, takže i když se třeba nebudou věnovat programování, tak se může stát, že budou ve své práci potřebovat s takovým strojem pracovat.“

Takovéto zvyšování zájmu o technické obory pak může mít vliv i na profesní orientaci žáků směrem k technickým oborům a mělo by k tomu být přihlíženo i v rámci volby povolání, která se na základních školách řeší. Zcela jistě je to další potenciální směr budoucích výzkumů dopadu robotiky na výuku na základních školách. To samozřejmě neplatí jen pro Ozoboty, ale pro celkový vliv zapojování didaktických robotických pomůcek na profesní orientaci žáků.

Ozobot se rovněž uplatňuje například v matematice či fyzice, kde slouží jako pomůcka k výpočtům nebo fyzikálním jevům: „… třeba s matematikou, kdy ten Ozobot má možnost jet dvěma cestami, v jedné cestě je 2 + 1 a on musí třeba dojet k pětce, protože vedle bude třeba 2 + 3. Takže si musí spočítat žáci výsledek těch dvou cest a potom se rozhodnout a naprogramovat tu cestu,“ popisuje Martin.

Na prvním stupni, kde je Ozobot hojně využíván, se však jako nosné médium jiné vzdělávací látky využívá i v předmětech, jako je vlastivěda, prvouka, český jazyk, pracovní činnosti nebo výtvarná výchova. Příkladem může být slepá mapa České republiky, kdy žáci Ozobota správně naprogramují a ten se pak naviguje po různých městech, nebo projede dráhu, která obsahuje české krále a knížata ve správném chronologickém pořadí. K vidění jsou i dráhy, které učí dopravní výchovu a žáci musí Ozobota správně naprogramovat, aby dráhu projel v souladu s dopravním značením. V těchto případech dochází k rozvoji algoritmického myšlení samozřejmě také, už z principu fungování Ozobota, nicméně je zde využíván v rámci tématu daného předmětu jako didaktická pomůcka či zpestření výuky z pohledu žáků, ale z pohledu cílů výuky nese jeho použití právě obě roviny – jak obsahovou z konkrétního naukového předmětu, tak tu mezipředmětovou v rámci informatiky a algoritmizace.

Obecně pak můžeme říct, že Ozoboty jednotliví učitelé využívají několikrát do roka na konkrétní témata. Jak se jejich zkušenosti zvyšují, zapojují je ve více tématech. To se týká primárně neinformatických předmětů. V informatice je využití relativně konstantní, záleží spíše jestli konkrétní vyučující chce více využívat všechny možnosti Ozobota (OzoBlockly, tabletové aplikace), nebo zůstává pouze na papíře, který je nejpoužívanější mezi našimi respondenty. Kromě toho pak nacházejí využití na různých projektových dnech a jiných speciálních akcích škol. Při využívání v běžných hodinách se potom v drtivé většině práci s Ozobotem věnují celou hodinu, nebo třeba i více celých hodin po sobě.

 

Práce s chybou

Když v roce 2009 vydal Hattie^[9] svoji metaanalýzu (která se dočkala průběžné aktualizace) Visible Learning (Hattie, 2009), kde představil více jak sto proměnných, které určují úspěch žáků při učení, tak se proměnné, které se nějakým způsobem vztahovaly na práci s chybou, umisťovaly poměrně vysoko. Jednalo se o položky jako sebehodnocení své práce (pro jehož kvalitu musí žák svoji chybu aktivně řešit), dalšími položkami pak byly proměnné vztahující se k zprůhlednění či vyjasnění toho, co se mají žáci naučit, ale i toho, co se nedaří – tedy zviditelnění chyb. Práce s chybou přináší do procesu učení několik významných faktorů. Především je to fakt, že se se svojí chybou žáci učí pracovat, nikoliv ji zakrýt nebo za každou cenu napravit, ale pracují s ní, vytvářejí koncepty, jak problém vyřešit jinak a berou ji jako běžnou součást učení a práce. Ostatně i výzkumy pracující s „produktivním neúspěchem“ naznačují, že práce s chybnými prekoncepty, a tedy produkující chybné teorie, následně tvořily základ pro lepší budoucí výkony v tématu (Kapur & Bielaczyc, 2012). Práci s chybou popisuje i respondent Pavel: „… a pak to udělat správně a pak rozebíráme ty chyby. Třeba dneska jak jsem říkal, nejčastější problém byl, že vlastně ten kód, pokud mají tu dráhu opačným směrem, tak to napíšou obráceně, nejsou schopný to psát ve správném pořadí.“

U programování, a to i v případě cvičných programovacích prostředí nebo jazyků, je hledání a odstraňování chyb v programu (debugging) jednou ze stěžejních činností v průběhu celého postupu. Je tedy nasnadě, že práce s chybou se při práci s Ozoboty přímo nabízí, jak podotýká i Kristýna: „… tady třeba, ti žáci jako by přicházeli na to, že když jede po čáře, tak si uvědomili, že když kolem té čáry je neoddělená vymalovaná plocha, tak ten Ozobot na to najede a jezdí už pak jenom nekontrolovatelně po té zelené ploše. Takže to bylo fajn, že oni mě to říkali, že tady jsme to udělali špatně a tak. Takže i ta práce s chybou… co dělat jinak, nebo jak to vylepšit.“

Respondenti s žáky rozebírají jejich chybná řešení, snaží se kolektivně nacházet řešení funkční nebo lépe optimalizovaná. U mladších dětí to někteří respondenti využívají i přímo ve spojitosti s badatelským přístupem k práci, kdy žákům vysvětlí jen ty nejnutnější základy ovládání robota a nechávají je sami přijít si na problémy, na které je nutné si dávat pozor (například zakřivení čáry, velikost kódu na papíře, problémy s doprovodnou grafikou kolem dráhy a podobně). V některých případech, kdy to bylo možné, tak při chybě při konstrukci dráhy nedostali žáci hned nový papír, aby mohli začít znovu, ale byli motivováni k nalezení alternativního řešení pro již vytvořený program, který chybu obsahoval. Takto popisuje svoji praxi Kristýna: „Nebo práce s chybou, že když se jim něco nepovedlo, tak jsem jim nový papír hned nedala, museli na to nějak navázat.“

Taková práce s chybou v rámci využití programovatelných pomůcek je relativně snadná, a především pro žáky i mladšího věku dobře pochopitelná a viditelná. Pokud je robot naprogramován špatně, nedělá zadanou funkci, což je vidět na první pohled. Žákovským jazykem je to často vyjádřeno tak, že je robot „neposlouchá“. Rozdíl mezi nefunkčním (s chybou) a funkčním programem je tak jasně vizualizován v hmatatelném světe pomocí robota, a žák tak na chybu jednoduše reaguje, akceptuje ji a snaží se ji odstranit zcela přirozeně. Otevírá se zde poměrně efektivní nástroj k tomu, jak naučit pracovat žáky s chybou napříč předměty právě s využitím robotických pomůcek, a to i v momentě, kdy se učitel primárně nesnaží naučit žáky programovat pomocí tohoto nástroje. Využitelnost robotických didaktických pomůcek při práci s chybou je zcela jistě směr výzkumu, který by se měl do budoucna více prohloubit, aby se ze zakoupených pomůcek na školách dostalo co možná nejvíce hodnot pro žáky.

 

Závěr

Je zřejmé, že na základních školách v České republice se začínají robotické didaktické pomůcky objevovat i bez širší institucionální podpory. Učitelé s nimi pracují, sdílejí své zkušenosti na učitelských konferencích a vedení škol tento vývoj spíše podporuje. Náš výzkum ozřejmil, jakým způsobem jsou robotické pomůcky na základních školách využívány a s jakými problémy se učitelé setkávají. Ukázalo se, že učitelé většinou práci s Ozobotem věnují celé hodiny, popřípadě i vícehodinové bloky či projektové dny. Mezi nejvýraznější limity patří časová dotace hodin, nutnost diferenciace výuky a technologie Ozobota, což má vliv na efektivní využívání robota ve výuce, protože dochází k ignorování blokového programování pomocí OzoBlockly[10].

Zásadním přínosem je zjištění, že dle vyjádření respondentů jsou žáci z využití Ozobotů nadšení, je to pro ně účinná motivace. Zároveň respondenti uvádějí, že žáci se učí podstatné dovednosti a znalosti, ať už v rámci algoritmizace, programování a práci s roboty, nebo v rámci jiných učebních předmětů. U programování se díky robotickým pomůckám učí základům programátorských dovedností, ať už se jedná o pochopení posloupnosti algoritmů, začlenění cyklů, podprogramů, nebo např. i návaznosti jednotlivých částí kódu. To vše je díky robotickým pomůckám vizualizováno, robot provede žáky vytvořený program a tím se ověří jeho funkčnost či se zviditelní případná chyba. Právě tato vazba je velice podstatná, protože slučuje efektivní výuku s nadšením a motivací žáků, což je ideální stav v jakékoliv vzdělávací snaze.

Nárůst využívání robotických pomůcek na základních i středních školách ukazuje i stoupající frekvence těchto témat na učitelských konferencích a v učitelských komunitních skupinách, téma robotizace a robotických pomůcek se také stává pevnou součástí připravovaných inovací kurikulárních dokumentů. Proto je nutné dále se na tato témata vědecky zaměřovat, výstupy projektů (např. PRIM^[11] atd.) měřit, zhodnocovat a přinášet tak aktuální informace pedagogické obci. Pedagogický i technický výzkum se zaměřením na edukaci by měl úzce spolupracovat, aby výsledný efekt byl co možná nejpříznivější především pro koncové uživatele všech těchto snah, tedy pro žáky.

 

Literatura

Benvenuti, M., Giovagnoli, S., & Mazzoni, E. (2019). Using educational robot to enhance the potential of creative thinking in children. PsychoBit.

Gomoll, A., Hmelo-Silver, C. E., Šabanović, S., & Francisco, M. (2016). Dragons, Ladybugs, and Softballs: Girls’ STEM Engagement with Human-Centered Robotics [Online]. Journal Of Science Education And Technology, 25(6), 899-914. Dostupné z https://doi.org/10.1007/s10956-016-9647-z

Hattie, J. (2009). Visible learning: a synthesis of over 800 meta-analyses relating to achievement. London: Routledge.

Hrbáček, J., & Stuchlíková, L. (2019). Robotic Systems and Present. 2019 17Th International Conference On Emerging Elearning Technologies And Applications (Iceta), 250-256. Dostupné z https://doi.org/10.1109/ICETA48886.2019.9040041

Chou, P. -N., & Su, Y. -N. (2017). Using Educational Robotics to Support Elementary School Students’ Electrical Engineering Knowledge: A Preliminary Analysis. Emerging Technologies For Education, 409-412. Dostupné z https://doi.org/10.1007/978-3-319-71084-6_46

Kandlhofer, M., & Steinbauer, G. (2016). Evaluating the impact of educational robotics on pupils’ technical- and social-skills and science related attitudes [Online]. Robotics And Autonomous Systems, 75, 679-685. Dostupné z https://doi.org/10.1016/j.robot.2015.09.007

Kapur, M., & Bielaczyc, K. (2012). Designing for Productive Failure. Journal Of The Learning Sciences, 21(1), 45-83. Dostupné z https://doi.org/10.1080/10508406.2011.591717

Kucuk, S., & Sisman, B. (2020). Students’ attitudes towards robotics and STEM: Differences based on gender and robotics experience [Online]. International Journal Of Child-Computer Interaction. Dostupné z https://doi.org/10.1016/j.ijcci.2020.100167

Kucuk, S., & Sisman, B. (2020). Students’ attitudes towards robotics and STEM: Differences based on gender and robotics experience. International Journal Of Child-Computer Interaction, 23-24. Dostupné z https://doi.org/10.1016/j.ijcci.2020.100167

Maněnová, M., & Pekárková, S. (2020). Algoritmizace s využitím robotických hraček pro děti do 8 let. Univerzita Hradec Králové.

Mead, R. A., Thomas, S. L., & Weinberg, J. B. (2012). From Grade School to Grad School [Online]. Robots In K-12 Education, 302-325. Dostupné z https://doi.org/10.4018/978-1-4666-0182-6.ch015

Picka, K., & Stuchlíková, L. (2019). Digital Games in Primary and Lower Secondary Education Classes. 2019 17Th International Conference On Emerging Elearning Technologies And Applications (Iceta), 618-625. Dostupné z https://doi.org/10.1109/ICETA48886.2019.9040014

Simbartl, P. (2018). BEE-BOT AND ALGORITHMIC THINKING AT THE FIRST STAGE OF ELEMENTARY SCHOOL. Trends In Education, 11(2), 64-67. Dostupné z https://doi.org/10.5507/tvv.2018.012

Stork, M. G. (2020). Supporting Twenty-First Century Competencies Using Robots and Digital Storytelling. Journal Of Formative Design In Learning, 4(1), 43-50. Dostupné z https://doi.org/10.1007/s41686-019-00039-w

Tai, R. H., Liu, C., Maltese, A. V., & Fan, X. (2006). Planning Early for Careers in Scienc: Enhanced [Online]. Science, 312(5777), 1143-1144. Dostupné z https://doi.org/10.1126/science.1128690

Varela-Aldás, J., Miranda-Quintana, O., Guevara, C., Castillo, F., & Palacios-Navarro, G. (2020). Educational Robot Using Lego Mindstorms and Mobile Device. Advances And Applications In Computer Science, Electronics And Industrial Engineering, 71-82. Dostupné z https://doi.org/10.1007/978-3-030-33614-1_5

Voštinár, P., Horváthová, D., & Klimová, N. (2018). The Programmable Drone for STEM Education. Entertainment Computing – Icec 2018, 205-210. Dostupné z https://doi.org/10.1007/978-3-319-99426-0_18

Yu, J., & Roque, R. (2019). A review of computational toys and kits for young children. International Journal Of Child-Computer Interaction, 21, 17-36. Dostupné z https://doi.org/10.1016/j.ijcci.2019.04.001

Žáček, M., & Smolka, P. (2019). Development of Computational Thinking. Proceedings Of The 2019 3Rd International Conference On Education And E-Learning, 36-40. Dostupné z https://doi.org/10.1145/3371647.3371654

 

 

Mgr. Karel Picka vystudoval Pedagogickou fakultu MU, několik let působil jako učitel informatiky na základní škole. Nyní působí na Katedře technické a informační výchovy Pedagogické fakulty MU. Výzkumně se zabývá především využitím her a moderními technologiemi ve výuce.

 

^[1] Tento výzkum byl podpořen z projektu „MUNI/A/1329/2019 – Reflexe učitelského jednání v heterogenních kontextech (RUJ).

^[2] Velký mezinárodní projekt, který podporuje aktivity spojené s výukou základů programování pro začátečníky i mírně pokročilé. Snaží se o osvětu a je napojen i na velké technologické firmy, více na https://hourofcode.com/.

^[3] Další mezinárodní projekt, který je přeložen i do češtiny. Obsahuje kompletní interaktivní lekce algoritmizace a programování pro děti od 4 do 18 let. Pro zatraktivnění zapojuje i známé značky, jako jsou Angry birds, Star Wars či Minecraft nebo Frozen, více na https://code.org/.

^[4] Komplexní, ale přehledné blokové programovací prostředí pro děti. Určeno již od 1. stupně ZŠ. Neobsahuje vyloženě lekce, ale je volně dostupný a je v něm možné naprogramovat skoro cokoliv, počínaje jednoduchou interaktivní animací až po náročné multiplayerové hry, více na https://scratch.mit.edu/.

^[5] Minecraft je známá počítačová hra, jejímž základem je kreativita a stavění, podobně jako u Lega. Před několika lety projekt odkoupil Microsoft a nyní s ním dále pracuje ve vzdělávacím kontextu.

^[6] Logo Turtle byl jeden z prvních robotů určených pro základní školy na výuku základů robotiky již na přelomu 60. a 70. v USA. Více informací o Logo Turtle můžeme nalézt např. zde: http://cyberneticzoo.com/cyberneticanimals/1969-the-logo-turtle-seymour-papert-marvin-minsky-et-al-american/

^[7] Pro oba způsoby programování je navíc možné využít tablet, a to buď s přímo spuštěným OzoBlockly, aplikací Evo by Ozobot (kde kromě programování jsou různé další aktivity), nebo kreslením čar a kódů přímo na obrazovce tabletu, kdy bude robot jezdit po obrazovce namísto po papíru.

^[8] To by se ovšem mělo změnit s chystanou novelou RVP, kde bude na algoritmizaci a její podporu brán mnohem větší zřetel.  

^[9] John Hattie je novozélandský pedagog a pedagogický vědec, který se proslavil metaanalytickou studií, kterou vydává (aktualizuje) pod jménem Visible Learning. V této studii zpracovává tisíce výzkumných studií a na jejím základě představuje indikátory spolu s jejich vlivem na výukový proces.

[10] Provedený výzkum nepotvrdil, zda je to dáno výrobní nedokonalostí, kdy robot neplní přesně zadané úlohy, či to je způsobeno nepřesnou manipulací s robotem (pokud se robot nevydá na počátku přesně v požadovaném směru, tak s každým otočením se nepřesnost načítá), nebo snad neochotou učitelů pracovat s OzoBlockly a učit se jej. Proto by bylo třeba provést další šetření, které by na naznačené otázky odpovědělo. Jako další možný směr bádání se jeví zkoumání dopadu využívání Ozobota a jiných robotických pomůcek na další profesní orientaci žáků.

 

^[11] https://imysleni.cz/about-the-project