Badanie wpływu modelu nauczania 4C na kreatywność i uczenie się studentów w edukacji robotycznej: studium badań działań

Dlaczego nauczanie z wykorzystaniem robotów ma znaczenie

W miarę jak współczesne problemy — od czystej energii po starzejące się społeczeństwa — stają się coraz bardziej złożone, uczelnie są pod presją, by pomagać studentom myśleć twórczo w wielu dziedzinach jednocześnie. Niniejsze badanie analizuje, jak nauczanie z użyciem robotów edukacyjnych może to umożliwić. Autorzy opracowali nową metodę nauczania, nazwaną modelem 4C, która ma pomóc studentom przejść od biernego wykonywania instrukcji z zestawem robotycznym do wymyślania własnych inteligentnych urządzeń. Przez trzy lata testowali i udoskonalali ten model na kursie robotyki uniwersyteckiej, aby sprawdzić, czy rzeczywiście zwiększa kreatywność, umiejętność pracy zespołowej i praktyczne zdolności projektowe, nie przytłaczając przy tym studentów.

Nowy sposób nauki z robotami

Model 4C dzieli naukę robotyki na cztery powtarzalne kroki: pracę z klastrami podobnych projektów, wydobywanie kluczowych idei, łączenie tych idei oraz przekształcanie ich w coś nowego. W pierwszej fazie studenci zaczynają od trzech wersji prostego gadżetu „Nudne Pudło”, które otwiera i zamyka pokrywę w nieco dziwaczny sposób. W stylu inżynierii odwrotnej rozbierają, naprawiają i drobnie ulepszają te pudełka. Daje im to praktyczne doświadczenie z hardware’em, czujnikami i kodem, lecz w bezpiecznych, jasno określonych ramach, które ograniczają frustrację i utrzymują obciążenie poznawcze na poziomie możliwym do udźwignięcia.

Znajdowanie idei ukrytych w projektach

Gdy studenci złożyli kilka pudełek, przechodzą do bardziej refleksyjnych etapów. Są prowadzeni, by zauważyć, co projekty mają wspólnego i nazwać leżące u ich podstaw idee — takie jak pętle sprzężenia zwrotnego, losowość czy wpływ dźwigni i kątów na ruch. Omawiają, jak te koncepcje przecinają się z naukami ścisłymi, technologią, inżynierią i matematyką. Następnie rysują mapy pojęć łączące te idee. Ten etap ma pomóc studentom wyjść poza myślenie „ten przewód idzie tutaj” w kierunku głębszego zrozumienia zachowania systemów, aby później mogli przenosić nabytą wiedzę na nowe sytuacje.

Od kopiowania pudełek do wynajdowania maszyn

W fazie końcowej studenci mają zaprojektować i zbudować całkowicie nowe urządzenie oparte na robotyce, które będzie znacząco różne od pierwotnych pudełek — na przykład inteligentny kosz na śmieci sortujący odpady lub automatyczna maszyna do gier. Nauczanie przesuwa się tu w stronę projektów o otwartym charakterze. Studenci muszą wybrać dodatkowe czujniki, zaplanować reakcje urządzenia na otoczenie oraz debugować zarówno konstrukcję, jak i kod. Nauczyciele dalej oferują informację zwrotną i strukturę, ale to studenci biorą na siebie główną odpowiedzialność za decyzje. Badacze uznają ten skok — od podobnych, prowadzonych zadań do bardzo odmiennych, samodzielnie kierowanych projektów — za sedno kreatywności: wykorzystanie wcześniejszego doświadczenia do stawiania czoła nieznanym wyzwaniom.

Co wydarzyło się w klasie

Autorzy przeprowadzili trzy cykle 4C w latach 2021–2023 z grupami studentów kierunku edukacja technologiczna. Mierzyli zmiany w kreatywności, rozumieniu koncepcji interdyscyplinarnych, jakości projektów inżynierskich, pracy zespołowej oraz subiektywnym odczuciu obciążenia poznawczego. Na początku przyrosty w kreatywności i umiejętnościach projektowych były umiarkowane. Doprowadziło to zespół do zmiany sposobu parowania studentów, rotacji ról oraz kryteriów oceny wyników kreatywnych. Z każdą rundą udoskonaleń wyniki poprawiały się. Do trzeciego cyklu studenci wykazywali wyraźny postęp w myśleniu twórczym, opanowaniu kluczowych koncepcji, umiejętnościach projektowych i współpracy — chociaż zadania nadal były wymagające poznawczo, zwłaszcza przy budowaniu otwartego projektu końcowego.

Co to znaczy dla przyszłej edukacji

Dla czytelnika ogólnego najważniejsze jest to, że samo wręczenie studentom zestawów robotycznych i polecenie „bądźcie kreatywni” nie wystarcza. Badanie sugeruje, że kreatywność rozwija się, gdy nauczanie ostrożnie równoważy strukturę i swobodę: najpierw dając studentom podobne problemy, by zbudować pewność siebie i wspólny język, potem pomagając im wydobyć i połączyć leżące u podstaw idee, a dopiero potem prosząc o wynalezienie czegoś nowego. Model 4C oferuje praktyczną mapę drogową dla nauczycieli, którzy chcą, żeby kursy robotyki rozwijały nie tylko umiejętności techniczne, lecz także interdyscyplinarną, zespołową kreatywność wymaganą w realnych problemach. Jednak autorzy pokazują też, że takie ambitne uczenie pozostaje wymagające poznawczo; potrzeba więcej czasu i wsparcia, jeśli chcemy, by studenci rozwijali myślenie bez przeciążenia.

Cytowanie: Liu, X., Zhong, B. Investigating the effects of 4C teaching model on creativity and student learning in robotics education: an action research study. Humanit Soc Sci Commun 13, 564 (2026). https://doi.org/10.1057/s41599-026-06870-4

Słowa kluczowe: edukacja robotyczna, myślenie twórcze, nauczanie STEM, projektowanie inżynierskie, nauka interdyscyplinarna