Исследование влияния модели обучения 4C на креативность и усвоение знаний студентами в обучении робототехнике: исследование действием

Почему важно обучение с роботами

По мере того как современные проблемы — от чистой энергии до стареющих обществ — становятся всё более сложными, университеты испытывают давление, чтобы научить студентов мыслить творчески сразу в нескольких областях. Это исследование рассматривает, как обучение с использованием образовательных роботов может помочь в этом. Авторы разработали новый подход к занятиям, называемый моделью 4C, чтобы помочь студентам перейти от простого следования инструкциям при сборке робототехнических наборов к созданию собственных «умных» устройств. В течение трёх лет они тестировали и дорабатывали эту модель в университетском курсе по робототехнике, чтобы выяснить, действительно ли она повышает креативность, командную работу и практические навыки проектирования, не перегружая студентов.

Новый способ учиться с роботами

Модель 4C разбивает изучение робототехники на четыре повторяющихся шага: работать с кластерами похожих проектов, выявлять ключевые идеи, устанавливать связи между этими идеями и, наконец, преобразовывать их во что‑то новое. На первом этапе студенты начинают с трёх версий простого гаджета «Скучный ящик», который необычно открывает и закрывает крышку. В духе обратного инжиниринга они разбирают, ремонтируют и слегка улучшают эти коробки. Это даёт им практические навыки работы с аппаратурой, датчиками и кодом, но в пределах чётко определённых, безопасных рамок, которые снижают фрустрацию и делают умственные усилия управляемыми.

Поиск идей, скрытых в проектах

Когда студенты восстановили несколько коробок, они переходят к более рефлексивным этапам. Их направляют замечать, что у проектов общего и называть лежащие в основе идеи — такие как петли обратной связи, случайность и влияние рычагов и углов на движение. Они обсуждают, как эти понятия пересекают науку, технологии, инженерное дело и математику. Затем студенты строят концептуальные карты, связывая эти идеи между собой. Этот шаг призван помочь им выйти за рамки мышления «этот провод идёт сюда» и сформировать более глубокое понимание поведения систем, чтобы затем перенести полученные знания на новые ситуации.

От копирования коробок к изобретению машин

На заключительном этапе студентам предлагают спроектировать и собрать полностью новое устройство на базе роботов, сильно отличающееся от исходных коробок — например, «умное» мусорное ведро для сортировки отходов или автоматический игровой аппарат. Здесь преподавание смещается в сторону более открытого проектного формата. Студенты должны выбрать дополнительные датчики, спланировать реакции устройства на окружение и отладить как конструкцию, так и код. Преподаватели по‑прежнему дают обратную связь и структурную поддержку, но основная ответственность за решения ложится на студентов. Исследователи считают этот переход — от похожих, направляемых задач к очень отличающимся, самостоятельным — сердцем креативности: использование прежнего опыта для решения незнакомых задач.

Что происходило в классе

Авторы проводили цикл 4C три раза в период с 2021 по 2023 год с группами студентов направления «образовательные технологии». Они измеряли изменения в креативности, понимании междисциплинарных идей, качестве инженерного проектирования, командной работе и субъективной воспринимаемой умственной нагрузке. В начале приросты в креативности и навыках проектирования были умеренными. Это побудило команду изменить способы формирования пар студентов, порядок и ротацию ролей, а также критерии оценки творческих результатов. С каждой итерацией результаты улучшались. К третьему циклу студенты демонстрировали заметный прогресс в творческом мышлении, овладении ключевыми концепциями, навыках проектирования и сотрудничестве — хотя задачи по‑прежнему ощущались как умственно требовательные, особенно при создании финального открытого проекта.

Что это означает для будущего обучения

Для широкой аудитории вывод таков: просто дать студентам наборы для роботов и сказать «быть креативными» недостаточно. Исследование показывает, что креативность развивается, когда обучение тщательно балансирует структуру и свободу: сначала давать студентам похожие задачи, чтобы нарастить уверенность и общий язык, затем помогать извлекать и связывать фундаментальные идеи, и лишь после этого просить придумать нечто новое. Модель 4C предлагает практическую дорожную карту для преподавателей, которые хотят, чтобы курсы по робототехнике развивали не только технические навыки, но и междисциплинарную, командную креативность, востребованную в реальных проблемах. Вместе с тем авторы показывают, что такие амбициозные формы обучения остаются умственно напряжёнными; для того чтобы студенты могли расширять мышление без перегрузки, требуется больше времени и поддержки.

Цитирование: 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

Ключевые слова: образование в области робототехники, креативное мышление, STEM-преподавание, инженерное проектирование, междисциплинарное обучение