Robotiikkaa kouluille – Herätetään koodi henkiin IO4

 Suuntaviivoja päätöksentekoon

Toimintasuunnitelma päätöksentekijöille, opettajille ja koulujen edustajille. Yhteenveto ruotsiksi/suomeksi/viroksi.

Johdanto

Viimeisten kahden vuosikymmenen aikana ympäri maailmaa tapahtunut yhteiskuntien digitalisoituminen on muokannut taloutta, logistiikkaa ja kommunikaatiota sellaisella voimalla, että ihmiskunta käy läpi teolliseen vallankumoukseen verrattavissa olevaa muutosta. Oppilaat, jotka aloittavat koulutiensä vuonna 2016, astuvat työelämään vuoden 2035 paikkeilla. Työllisyysnäkymät seuraaville 20 vuodelle tulevat olemaan erilaiset, kuin mitä ne ovat vuonna 2016. Oxfordin yliopiston tutkijat esittävät, että vuoteen 2035 mennessä lähes puolet nykyisistä työpaikoista korvautuu tietokoneilla tai roboteilla. (Fray & Osborne 2013; MIT 2013a; MIT 2013b.)

Euroopassa päätöksentekijät ovat tunnistaneet nämä haasteet ja ovat huolissaan Euroopan maiden suorituskyvystä tulevaisuudessa. Vuoteen 2020 mennessä EU:ssa tulee olemaan pulaa 800 000:sta uusien teollisuudenalojen, kuten esineiden internetin parissa työskentelevästä ICT-alan osaajasta. (European Schoolnet 2015.) Tätä varten on käynnistetty erilaisia hankkeita ja esimerkiksi ohjelmoinnin ja algoritmisen ajattelun opettaminen on nykyään otettu osaksi kansallisia opetussuunnitelmia 18:a EU:n jäsenvaltiossa. (ibid. 2015)

Perustelut robotiikan opetukselle

Kuten yllä esitettiin, robotiikka ja automatisaatio uudistavat työmarkkinoita. Robottien ajatellaan yleensä olevan osa raskasta teollisuutta, mutta robotit ja automatisoidut systeemit ovat kiihtyvällä tahdilla siirtymässä teollisuudesta jokapäiväiseen elämään. Pölynimurirobotit, automatisoidut ruohonleikkurit ja logistiset robotit apteekeissa ovat vain muutamia esimerkkejä ja robotit alkavatkin jo olla arkea monissa kotitalouksissa. Näiden lisäksi itseohjautuvat autot, paketteja kuljettavat lennokit, sydäninfarktipotilaiden defibrillaattorit ja vanhuksille seuraa pitävät humanoidirobotit ovat vain pieni pilkahdus siitä, miten robotit tulevat olemaan osa päivittäistä elämäämme tulevina vuosikymmeninä. (TechCrunch 2016; MIT 2013a; MIT 2013b.)

Robotit voidaan määritellä ”sensori-ohjain-toimilaite-systeemiksi”, jossa robotit ovat vuorovaikutuksessa ympäristönsä kanssa sensoriensa ja ohjaintensa kautta. Robotit ovat yleensä itsenäisiä toimijoita, jotka tekevät päätöksiä perustuen ajamaansa koodiin. Koodin suunnittelijoina toimivat ihmiset ja robotit vain toteuttavat ihmisten niille antamia käskyjä. Sell & Altinin (2015) mukaan ”[…] robotteja […] voidaan verrata ihmiseen. Meillä on aisteja; haistamme nenällämme, tunnemme kosketuksen ihollamme, näemme silmillämme, kuulemme korvillamme ja maistamme kielellämme. Robotin aisteja kutsutaan sensoreiksi. Robottien ja ihmisten tapauksessa, sensorit ja aistit ovat ainoa tapa havainnoida ympäristöä. Roboteilla on ohjaimia, ihmisellä aivot. Se on meidän ohjainkeskuksemme – informaatio välittyy sensoreista ja aisteista ohjaimeen/aivoihin. Aivot taas tekevät päätöksen saamiensa tietojen perusteella. Päätöksen lopputuloksena voi olla esimerkiksi liike, johon käytämme lihaksiamme. Robotin lihaksina toimivat sen toimilaitteet, kuten esimerkiksi moottorit, jotka täydentävät sensori-ohjain-toimilaite-systeemin.” (Sell & Altin, 2015)

Opetuksen ja oppimisen näkökulmasta robotiikka voidaan nähdä keinona oppia tulevaisuuden taitoja. Tulevaisuuden taidot ovat niitä taitoja, joita pidetään olennaisina tulevaisuuden työmarkkinoiden kannalta ja yhteiskunnassa yleisesti. Näissä taidoissa korostuvat muun muassa luova ja kriittinen ajattelu, ongelmanratkaisu, kommunikaatio, yhteistyö, sekä ICT-lukutaito (European Schoolnet 2015; Griffin et al. 2012). Tutkija Alimisis on todennut seuraavasti: ”Robotiikan käyttäminen opetuksessa tähtää sellaisiin oppimistilanteisiin, jotka aktiivisesti osallistavat oppilaita kokeiluun, tutkimiseen ja autenttiseen ongelmanratkaisuun.” (Alimisis, 2012). Robotit sinällään ovat vain työkaluja joiden avulla nämä opetus- ja oppimismenetelmät tuodaan käytäntöön, mutta koska niissä yhdistyvät sekä tekemällä oppiminen, että yhdessä toimiminen, ne tukevat tulevaisuuden taitojen opetusta. (European Schoolnet 2015; Alimisis 2012; Galvan et al. 2006; Järvinen 1998; Martin 1996; Haapala et al. 1996.) Tämän lisäksi oppilaat oppivat miten heidän suunnittelemansa koodi määrittelee koneen tai robotin toiminnan. Robotit siis ”herättävät koodin henkiin”.

---

Robotiikka ja ohjelmointi Euroopassa

<>Tämä raportti tarjoaa lyhyen yhteenvedon ohjelmointi- ja robotiikkahankkeista suomalaisissa, virolaisissa, ruotsalaisissa ja brittiläisissä kouluissa.

---

Suosituksia robotiikan opetuksen aloittamiseen

Kuviossa 2 esitetään arvioitu laskelma siitä, miten paljon koulun tulisi investoida jotta robotiikan opetus voitaisiin aloittaa puhtaalta pöydältä. Laskelma perustuu kokemuksiin robotiikan opetuksesta Virossa ja se pitää sisällään LEGO:n robotiikkasarjoja, sekä Raspberry Pi-rakennussarjoja edistyneemmälle robotiikalle. Alla esitelty kokoonpano voi myös sisältää muita robotiikkasarjoja, kuten esimerkiksi VEX-robotiikkaa, Arduino-alustoja tai Beeboteja alakoulun tasolle. On myös hyvä huomioida, että Robotics for Schools ERASMUS+-projekti tarjoaa koulujen käyttöön tehtäviä, joiden tekemiseen ei vaadita teknologisia laitteita, joten robotiikan opettelu voidaan aloittaa matalan kynnyksen toimintana (www.roboticsforschools.eu).

Kuvio 2. Robotiikan opetuksen aloittamisen kustannukset, arviolaskelma

Kuviossa 3 esitetään arvio niistä kustannuksista, joita koituisi yhden opettajan päivän mittaisesta täydennyskoulutuksesta Suomessa. Koska paikallisesti ja kouluissa järjestettävä opettajien koulutus on kallista, tulisi koulutusta tarjoavien organisaatioiden, lähinnä yliopistojen, huomioida robotiikan opetuksen merkitys omissa opetusohjelmissaan. Myös uudenlaiset lähestymistavat opettajien täydennyskoulutukseen saattaisivat helpottaa prosessia. Esimerkiksi MOOC:it (massiiviset avoimet verkkokurssit) voivat helpottaa tiedonvälitystä robotiikkaan ja ohjelmointiin liittyen. Johtuen siitä, että robotiikka perustuu tekemällä oppimiseen, tulisi robotiikan opetuksessa huomioida MOOC:ien tarjoaman tiedonvälityksen lisäksi myös tosielämän ohjauksen, sekä erityisesti laitteiston merkitys perusasioita opeteltaessa. Tapauskuvaus ohjelmoinnin MOOC:ista on kuvattuna ”Parhaat käytännöt”-dokumentissa (Sell et al. 2015).

Virolainen malli toimii hyvänä kehyksenä muille valtioille ja kouluille, kun ne suunnittelevat robotiikan ja ohjelmoinnin opetustaan. Onnistuakseen robotiikan ja ohjelmoinnin opetuksessa, päätöksentekijöiden ja koulun toimijoiden tulee olla tietoisia näistä vaatimuksista, jotta robotiikan opettaminen olisi vankalla ja pedagogisesti kestävällä pohjalla. Kokemukset osoittavat, että robotiikan täydennyskoulutusta opettajille voidaan järjestää yhteistyössä yliopistojen, kansalaisjärjestöjen ja yksityisen sektorin kanssa. Ohjelmoinnin ja robotiikan opetusta tukevia hankkeita on lueteltuna liitteissä (appendix 1; European Schoolnet 2015).

---

Yhteenveto

Työmarkkinat muuttuvat kiihtyvällä tahdilla käsin tehtävästä työstä abstraktimpiin tehtäviin ja automaatio, sekä yhteistyö robottien kanssa on sitä tulevaisuutta, jonka vuonna 2016 koulutiensä aloittavat oppilaat tulevat kohtaamaan.

Miten valmistamme oppilaamme kohtaamaan nämä muutokset ja mukautumaan muuttuviin työmarkkinoihin heidän valmistumisensa jälkeen? Mitä taitoja oppilaiden tulisi oppia kouluvuosiensa aikana?

Robotiikan opetus on hyvä tapa edistää tulevaisuuden taitojen opettelua, sillä siinä yhdistyvät niin luovuus, yhteistyö, ongelmanratkaisu, looginen ajattelu, kuin ohjelmointikin.

Robotiikka tuo merkityksellisyyttä koulun ohjelmointiin, sillä robotit ovat konkreettisia olentoja jotka toteuttavat abstraktia koodia.

On tärkeää välttää stereotypioita opetuksessa ja käyttää oppilaskeskeisiä ympäristöjä, joissa oppilaat ratkovat tosielämän ongelmia vaihtelevissa arkipäivän yhteyksissä.

Päätöksentekijöiden ja koulun edustajien tulisi huomioida, että opettajien täydennyskoulutukseen on varattu riittävästi resursseja ja että se on oikein koordinoitua.

Paikallinen yhteistyö on paras tapa hankkia robotteja. Esimerkiksi robotiikkasarjojen kierrättäminen koulujen ja alueiden välillä laskee niiden hankintakustannuksia.

Monet Euroopan maat ovat tuomassa tietojenkäsittelyoppia takaisin opetussuunnitelmiinsa, mutta prosessia tukemaan tarvitaan myös täydennyskoulutusta.

Robotics for Schools ERASMUS+-projekti on tuottanut käyttövalmiita materiaaleja ja tehtäviä, joiden avulla koulut ja vanhemmat voivat helpottaa robotiikan opetuksen aloittamista.

Robotiikan opettelun aloittaminen on helppoa; alkeistasolla suurin osa tehtävistä voidaan toteuttaa ilman robotteja (esim. ihmiset toimivat robotteina)

Alussa kaikki oppilaat ja opettajat tarvitsevat päättäväisyyttä, käyttövalmiita materiaaleja, luovuutta ja opettajien koulutuksen tuomaa tukea. Tämän jälkeen kaikessa muussa on enää kyse loogisesta ajattelusta ja koodin ”henkiin herättämisestä”.