DOI: https://doi.org/10.29333/ejmste/18107
تاريخ النشر: 2026-03-13
المؤلف: José Manuel Sáez López وآخرون
الموضوع الرئيسي: الروبوتات التعليمية والهندسة
نظرة عامة
تدرس هذه الدراسة تأثير أنشطة الروبوتات التعليمية الديناميكية والمبتكرة على 704 طالبًا في المدارس الابتدائية في الصفوف 4 إلى 6 عبر تسع مدارس في مدريد. شارك الطلاب في مشاريع تستخدم البرمجة المعتمدة على الكتل والروبوتات المعتمدة على المستشعرات، مما ساعدهم على فهم المفاهيم الحاسوبية أثناء مشاركتهم في مهام تعليمية متعددة التخصصات وبيئية. تم تقييم فعالية هذه الأنشطة باستخدام اختبار الروبوتات الحاسوبية، مع استخدام اختبار t لعينة مزدوجة واختبار ويلكوكسون للرتب الموقعة للتحليل.
أشارت النتائج إلى أن الطلاب أظهروا تحسنًا كبيرًا في فهمهم للمفاهيم الحاسوبية، لا سيما في مجالات مثل التسلسلات، والحلقات، والمستشعرات، والمحركات، بعد أن شاركوا في أنشطة الروبوتات. تعلموا بنجاح كيفية تجميع الروبوتات وأعربوا عن تعليقات إيجابية بشأن مشاركتهم في المشاريع البيئية والعلمية. ومع ذلك، لم تظهر مجالات المناهج الأخرى تحسنًا كبيرًا. بشكل عام، تشير النتائج إلى أن التنفيذ النشط للأنشطة الديناميكية والمتعددة التخصصات والبيئية في التعليم الابتدائي يعزز مشاركة الطلاب ويعزز بيئة تعلم أكثر نشاطًا، مما يبرز أهمية التلاعب، والترميز، والإبداع في الروبوتات التعليمية.
مقدمة
تؤكد مقدمة ورقة البحث على ضرورة مشاركة الطلاب بنشاط في تشكيل المشهد الرقمي وسط التقدم التكنولوجي المستمر. وتبرز أهمية نظام التعليم في تعزيز مهارات القرن الحادي والعشرين – الكفاءات العبرية والاستراتيجية مثل الإبداع، والاستقلالية، والتعاون، والابتكار، والتفكير النقدي، وحل المشكلات (De la Hoz et al., 2024; Chalmers, 2018; Coşkun & Filiz, 2023). ومن الجدير بالذكر أن التفكير الحاسوبي يُعتبر كفاءة حاسمة يجب دمجها في المناهج التعليمية، حيث تشمل مهارات معرفية متقدمة ضرورية لمعالجة المشكلات الواقعية من خلال تقنيات مثل تحليل المشكلة والتعرف على الأنماط (Carlborg et al., 2019; Misirli & Komis, 2023).
تؤكد الورقة أيضًا على أهمية التعلم القائم على STEM في تعزيز التفكير الحاسوبي من خلال نهج متعدد التخصصات يربط بين المفاهيم الأكاديمية والتطبيقات الواقعية (Richardo et al., 2023). تقوم العديد من الدول بمراجعة مناهج التعليم الابتدائي والثانوي لتضمين التفكير الحاسوبي بشكل صريح، كما يتضح في إطار الكفاءة الرقمية الأوروبية للمواطنة، الذي يعرفه على أنه القدرة على وضع تعليمات لحل المشكلات باستخدام أنظمة الكمبيوتر (المفوضية الأوروبية، 2022). بحلول نهاية التعليم الابتدائي، من المتوقع أن يكون الطلاب قد بدأوا في استخدام حلول رقمية بسيطة، مثل البرمجة المعتمدة على الكتل أو الروبوتات التعليمية، لمعالجة المشكلات بشكل إبداعي.
الطرق
تحدد قسم “المواد والطرق” في ورقة البحث التصميم التجريبي والإجراءات المستخدمة للتحقيق في فرضية البحث. توضح المواد المستخدمة، بما في ذلك الكواشف المحددة، والمعدات، وأي عينات بيولوجية، لضمان إمكانية تكرار الدراسة. تشمل المنهجية إعداد التجربة، بما في ذلك ظروف التحكم، وبروتوكولات العلاج، وتقنيات جمع البيانات، والتي تعتبر حاسمة للتحقق من صحة النتائج.
بالإضافة إلى ذلك، يتم وصف التحليلات الإحصائية المطبقة على البيانات، مع تحديد البرامج والاختبارات المستخدمة لتقييم الأهمية. يبرز هذا القسم صرامة النهج التجريبي، مما يوفر إطارًا واضحًا لفهم كيفية الحصول على النتائج وتفسيرها. بشكل عام، تم تصميم الطرق المستخدمة لضمان موثوقية وصلاحية نتائج البحث.
النتائج
في قسم النتائج، استخدمت الدراسة اختبار t لعينة مستقلة لتقييم فعالية تدخل ما على معرفة الطلاب بالمفاهيم الحاسوبية والروبوتات، كما تم قياسه بواسطة اختبار الجاهزية الحاسوبية (CRT). شمل التحليل 704 طالبًا، وكشف عن متوسط درجة الاختبار القبلي 5.6 ومتوسط درجة الاختبار البعدي 6.4. أشارت نتائج اختبار t إلى تحسن كبير في أداء الطلاب (t = 13.752؛ p = 0.001)، مما يشير إلى أن التدخل عزز بشكل فعال فهم الطلاب للبرمجة المرئية والروبوتات.
بالإضافة إلى ذلك، تم حساب حجم التأثير باستخدام d لـ Cohen، والذي أسفر عن قيمة 0.518، مما يشير إلى تأثير معتدل للتدخل على نتائج تعلم الطلاب. وهذا يشير إلى أن المشاريع المنفذة في الدراسة كانت مفيدة في تعزيز المعرفة والمهارات الحاسوبية بين المشاركين.
المناقشة
تؤكد قسم المناقشة في ورقة البحث على فعالية الروبوتات التعليمية في التعليم الابتدائي، لا سيما في تعزيز التعلم متعدد التخصصات وزيادة مشاركة الطلاب من خلال تجارب نشطة وعملية. مستندة إلى بناء بابيرت، تسهل الروبوتات التعليمية فهم المفاهيم المجردة من خلال السماح للطلاب بالمشاركة في أنشطة حل المشكلات التي تعزز التفكير الحاسوبي. لا تعزز دمج الروبوتات في المنهج التعلم في الرياضيات والعلوم فحسب، بل تحفز أيضًا الطلاب على اتخاذ دور نشط في تعليمهم. ومع ذلك، فإن التحديات مثل الصعوبات التقنية، والطرق غير المتسقة، وعدم كفاية تدريب المعلمين تحد من الإمكانات الكاملة للروبوتات التعليمية.
تساهم الدراسة بأدلة تجريبية حول دمج الروبوتات التعليمية مع التعلم القائم على المشاريع البيئية، باستخدام مجموعات micro:bit و Nezha على وجه التحديد. تشير النتائج إلى تحسينات كبيرة في فهم الطلاب للمفاهيم الحاسوبية، حيث أفاد الغالبية بتمتعهم بعملية التعلم. بينما أظهر الطلاب كفاءة في فهم الحلقات، والمستشعرات، والمحركات، تبرز الدراسة أيضًا مجالات للتحسين، لا سيما في تعزيز الإبداع والاستقلالية. تشير النتائج إلى أن التوجيه المنظم من المعلمين ضروري لتحقيق أقصى استفادة من الروبوتات في التعليم، ويجب أن تركز الأبحاث المستقبلية على تطوير أنشطة أكثر انفتاحًا تشجع على حل المشكلات بشكل مستقل والإبداع. بشكل عام، تؤكد النتائج على إمكانات الروبوتات التعليمية في تعزيز نتائج التعلم مع تعزيز الوعي البيئي والاستدامة في التعليم الابتدائي.
DOI: https://doi.org/10.29333/ejmste/18107
Publication Date: 2026-03-13
Author(s): José Manuel Sáez López et al.
Primary Topic: Educational Robotics and Engineering
Overview
This study investigates the impact of dynamic and innovative educational robotics activities on 704 elementary school students in grades 4 to 6 across nine schools in Madrid. Students engaged in projects utilizing block-based coding and sensor-based robotics, which facilitated their understanding of computational concepts while participating in interdisciplinary and environmental educational tasks. The effectiveness of these activities was assessed using a computational robotics test, employing a paired-samples t-test and a Wilcoxon signed-rank test for analysis.
Results indicated that students showed significant improvement in their grasp of computational concepts, particularly in areas such as sequences, loops, sensors, and actuators, following the robotics activities. They successfully learned to assemble robots and expressed positive feedback regarding their engagement with environmental and science projects. However, other curricular areas did not exhibit significant improvements. Overall, the findings suggest that the active implementation of dynamic, interdisciplinary, and environmental activities in elementary education enhances student engagement and fosters a more active learning environment, emphasizing the importance of manipulation, coding, and creativity in educational robotics.
Introduction
The introduction of the research paper emphasizes the necessity for students to actively engage in shaping the digital landscape amidst ongoing technological advancements. It highlights the importance of the education system in fostering 21st-century skills—transversal and strategic competencies such as creativity, autonomy, collaboration, innovation, critical thinking, and problem-solving (De la Hoz et al., 2024; Chalmers, 2018; Coşkun & Filiz, 2023). Notably, computational thinking is identified as a critical competency that should be integrated into educational curricula, as it encompasses advanced cognitive skills essential for addressing real-world problems through techniques like problem decomposition and pattern recognition (Carlborg et al., 2019; Misirli & Komis, 2023).
The paper further underscores the significance of STEM-based learning in promoting computational thinking through an interdisciplinary approach that connects academic concepts to real-world applications (Richardo et al., 2023). Many countries are revising their primary and secondary education curricula to explicitly include computational thinking, as reflected in the European digital competence framework for citizenship, which defines it as the ability to devise instructions for problem-solving using computer systems (European Commission, 2022). By the end of primary education, students are expected to have begun utilizing simple digital solutions, such as block-based programming or educational robotics, to creatively tackle problems.
Methods
The “Materials and Methods” section of the research paper outlines the experimental design and procedures employed to investigate the research hypothesis. It details the materials used, including specific reagents, equipment, and any biological samples, ensuring reproducibility of the study. The methodology encompasses the experimental setup, including control conditions, treatment protocols, and data collection techniques, which are crucial for validating the findings.
Additionally, statistical analyses applied to the data are described, specifying the software and tests used to assess significance. This section emphasizes the rigor of the experimental approach, providing a clear framework for understanding how the results were obtained and interpreted. Overall, the methods employed are designed to ensure the reliability and validity of the research outcomes.
Results
In the Results section, the study employed an independent samples Student’s t-test to evaluate the effectiveness of an intervention on students’ knowledge of computational concepts and robotics, as measured by the Computational Readiness Test (CRT). The analysis involved 704 students, revealing a mean pre-test score of 5.6 and a mean post-test score of 6.4. The t-test results indicated a significant improvement in student performance (t = 13.752; p = 0.001), suggesting that the intervention effectively enhanced students’ understanding of visual programming and robotics.
Additionally, the effect size was calculated using Cohen’s d, which yielded a value of 0.518, indicating a moderate effect of the intervention on students’ learning outcomes. This suggests that the projects implemented in the study were beneficial in fostering computational knowledge and skills among the participants.
Discussion
The discussion section of the research paper emphasizes the effectiveness of educational robotics in primary education, particularly in fostering interdisciplinary learning and enhancing student engagement through active, hands-on experiences. Grounded in Papert’s constructionism, educational robotics facilitates the understanding of abstract concepts by allowing students to engage in problem-solving activities that promote computational thinking. The integration of robotics into the curriculum not only enhances learning in mathematics and science but also motivates students to take an active role in their education. However, challenges such as technical difficulties, inconsistent methodologies, and inadequate teacher training limit the full potential of educational robotics.
The study contributes empirical evidence on the integration of educational robotics with environmental project-based learning, specifically using micro:bit and Nezha kits. Findings indicate significant improvements in students’ understanding of computational concepts, with a majority reporting enjoyment in the learning process. While students demonstrated proficiency in understanding loops, sensors, and actuators, the study also highlights areas for improvement, particularly in fostering creativity and autonomy. The results suggest that structured guidance from teachers is essential for maximizing the benefits of robotics in education, and future research should focus on developing more open-ended activities that encourage independent problem-solving and creativity. Overall, the findings underscore the potential of educational robotics to enhance learning outcomes while promoting environmental awareness and sustainability in primary education.