התערבות באמצעות רובוטים חינוכיים על יכולות ניהוליות
בקרב ילדי גן: מחקר פיילוט

 Di Lieto, M. C., Inguaggiato, E., Castro, E., Cecchi, F., Cioni, G., Dell’Omo, M., … & Dario, P. (2017). Educational Robotics intervention on Executive Functions in preschool children: A pilot study. Computers in human behavior, 71, 16-23.

תוקצר מאנגלית לעברית ע"י הסטודנטיות:
תמיר ירקוני וורד ברזילאי

במסגרת סמינריון: קידום תפקודים ניהוליים באמצעות טכנולוגיות סיוע
התואר השני בטכנולגיה בחינוך, סמינר הקיבוצים

לחצו לקישור לאתר של הרובוט המדובר

חינוך רובוטי  Educational Robotic (ER) הוא מונח רחב המתייחס למגוון של ידע הנדרש מתלמידים לתכנת, לעצב, ליצור או להרכיב רובוטים. במשך שנים רבות, משתמשים ברובוטים ER כמסייעים בהוראה ולמידה (Leroux, 1999). בכל העולם משתמשים בהם ללימוד ידע ומיומנויות אקדמיות. כמה מחקרים הראו כי ל ER יש השפעה חיובית על הלמידה, במיוחד ביחס לתחומים של  "STEM" (Science, Technology, Engineering, and Mathematics), מדע, טכנולוגיה, הנדסה, ומתמטיקה. במסגרת זו, מספר מחקרים הציעו פעילויות עם רובוטים לשיפור ההישגים במתמטיקה. חוסיין ועמיתיו הציעו לימודי רובוטי  LEGO  למשך שנה לילדים בגילאי 12 עד 16: במקום שהילדים יעשו משימות אקדמיות סטנדרטיות, הילדים עובדים קטנים קבוצות, עם רובוטים מסוג  LEGO במהלך הפעילות בבית הספר. התוצאות הראו שיפור במתמטיקה אצל התלמידים הלומדים אימון LEGO בהשוואה לקבוצה הביקורת שלמדה ללא רובוטים. ממצא זה תומך בהשערה כי ER עשוי לספק סביבת למידה פעילה, שבה ילדים יכולים "לבנות" גם את הידע האקדמי שלהם (Hussain et al., 2006).  במחקר אחר, Lindh and Holgersson (2007) מצאו שונות גבוהה בהשפעה של ה- ER על הלמידה במתמטיקה: ההשפעות של שילוב רובוטים במשך שנה נבדקו בקרב תלמידים בני 11-16 בהשוואה לקבוצת ביקורת והתוצאות הראו כי האימון היה יעיל לפתרון בעיות ומיומנויות לוגיות-מתמטיות רק עבור חלק מתת-קבוצות של תלמידים.

La Paglia ועמיתיו לימדו במעבדת רובוטיקה במשך 20 שעות במהלך שנת הלימודים, בהשתתפות שלושים ילדים בני 10 עד 12 כדי לבחון את יעילות ה- ER במיומנויות מטה-קוגניטיביות הקשורות במתמטיקה. הפעילויות היו כרוכות בבניית רובוט ותכנות עם משימות של קושי עולה. התוצאות הראו כי, בהשוואה לקבוצת ביקורת, רובוטיקה יכולה לשפר את היכולת לשקף ולפקח על משימות מתמטיות (La Paglia, Rizzo, & La Barbera, 2011).

גם אם רוב המחקרים שנערכו היו על ילדים בגיל טרום גיל ההתבגרות, ברס ועמיתיו מציעים להתחיל את הפעילויות עם הרובוטים בגיל הרך  (Bers, Flannery, Kazakoff, & Sullivan, 2014). רובוטים בצורת חיות מחמד שימשו בכיתות גן ככלי להעשרת סביבת הלמידה וכדי לקדם תשומת לב  ללמידה (Yamamoto, Tetsui, Naganuma, & Kimura, 2006). יתרה מזאת, במקום להיות מכוון להישגים אקדמיים, בפעילויות של ילדים לפני גיל הגן, מוצעות פעילויות להעמקת תנאי הלימוד על ידי עידוד יצירתיות באמצעות עיצוב רובוט, וקידום היכולת לפתרון בעיות בתכנון תהלכי הרובוט.

במחקר נוסף, 53 ילדי גן השתתפו בקורס רובוטיקה, שנקרא "רובוטיקה מוחשית ", שם הפעילויות היו כרוכות בבניית רובוטים ותכנות כדי להשיג מטרות מסוימות. נצפה שיפור בחשיבה חישובית של הילד, לפי הערכה של מדד "ליקרט" המודד מיומנויות אנליטיות ובעיות לפתרון בעיות, לאחר ההדרכה ברובוטים, דבר המצביע על כך ש- ER יכול להיות שימושי בהעצמת תנאי הלימוד המוקדמים (Bers et al., 2014) .

לאור זאת, ניתן ללמוד מהספרות הקיימת על כך ש- ER יכול להיות כלי להגברת מיומנויות פתרון בעיות, גמישות קוגניטיבית מטקוגניציה בילדות המוקדמת והמאוחרת (Mioduser & Levy, 2010 ; Sullivan, 2008) . הרקע התיאורטי של המחקר מבוסס על תורת הקונסטרוקטיביזם: מחנכים טוענים שהתנסות "רובוטית" מאפשרת למושגים מופשטים להפוך לפעולות קונקרטיות וניתנות לאימות, ולקדם נקודות מבט חדשות לחשיבה ופיתוח של מיומנויות לפתרון בעיות (Alimisis, 2013, Benitti, 2012) . במובן זה, הפעילות עם רובוט מניעה את הילד יותר מאשר טכנולוגיות פסיביות אחרות, במשימות מאתגרות והקשרים יוצאי דופן (Papert, 1980). בנוסף, פעילות ה – ER מתבצעת במסגרת קבוצתית, עידוד שיתוף פעולה, עבודת צוות ולמידה חברתית. לכן, ניתן להניח כי לפעילות יש השפעה הן על החלטות ועל בקרה קוגניטיביות מלמעלה למטה, על מטה-קוגניציה מחד ועל סוציאליזציה וצוות מאידך גיסא.

עם זאת, בספרות ה – ER חסרים מחקרים מהימנים, שכן לעיתים קרובות אין קבוצות בקרה , משתנים אחדים משתנים בו זמנית, מדדי התוצאה נוטים להתבסס על נתונים תצפיתיים ואיכותיים, וקיימות מגבלות גיל של אוכלוסיית היעד (Alimisis, 2013, Benitti, 2012).  כדי לסייע בתוצאה של ER נדרשים מחקרים קפדניים יותר וכן הגדרה טובה יותר של המבנה הקוגנטיבי הבסיסי המשפיע על EF.

על פי הפסיכולוגיה ההתפתחותית, מיומנויות של פתרון בעיות, גמישות קוגניטיבית ומטאקוגניציה הם תחום של פונקציות ניהוליות (EF). פונקציות ניהוליות (גם מתייחסים כאל ביצוע בקרה או שליטה קוגניטיבית) מתייחסים למשפחה של הסתגלות, מונחה מטרה, מלמעלה למטה, תהליך הנדרש כאשר אתה צריך להתמקד והתגובה האוטומטית לא תהיה מספקת  (Burgess & Simons, 2005, pp.

211e231; .(Garon, Bryson, Smith, 2008  ההתייחסות היא לשלושת היכולות הניהוליות EFs (Miyake et al., 2000): עיכוב (selfcontrol תשומת לב סלקטיבית), זיכרון עבודה (ושימורו עדכון מידע בזיכרון לטווח קצר) וגמישות קוגניטיבית (הסטה, גמישות מנטלית, יצירתיות).

לפי המודל ההתפתחותי רכיבי היכולות הניהוליות , EF מתפתחים במסלולי התפתחותיים שונים: עיכוב מתגלה לראשונה במהלך השנים המוקדמות לפני בית הספר ואחריו זיכרון עבודה וגמישות (Usai, Viterbori, Traverso, & De Franchis, 2013). צורות מוקדמות של יכולות ניהוליות EF, כגון רגולציה עצמית, מנבאים הבדלים אישיים (E)  (Friedman, Miyaki, Robinson, Hewitt, 2011) .

בנוסף, פונקציות ניהוליות חוזות מספר אבני דרך קוגניטיביות למוכנות בית הספר בילדות המוקדמת

(Clark, Pritchard, Woodward, 2010; Garon et al., 2008 בפרט, אצל ילדים בגיל הגן, עיכוב יכולת חיזוי של יכולות לפתרון בעיות (Senn, Espy,& Kaufmann, 2004) ותנאים סוציאליים, כגון רכישה של תיאוריית התודעה (Carlson, Moses, & Breton, 2002). יתר על כך, היבטים מסוימים של EFs יכולים לחזות מיומנויות במתמטיקה ואוריינות גן ילדים (Blair and Raza, 2007).

שאלת המחקר:

האם ניתן באמצעות התערבות הכוללת רובוט חינוכי דמוי דבורה לשפר את הפונקציות הניהוליות זיכרון עבודה ועכבה בקרב ילדי גן?

מטרות המחקר והשערותיו:

מטרת המחקר הנוכחי הייתה להעריך לראשונה את ההשפעות קצרות הטווח בקרב ילדי גן באמצעות למידה אינטנסיבית הכוללת רובוט חינוכי על תפקודים ניהוליים.

יש להניח כי ER מאפשר לילדים לשלב כמה כוחות אימון EF, כגון:

1. משימות מאתגרות נוספות על בסיס פרדיגמה הסתגלות.
2. עבודה עם אובייקטים מרתקים אמיתיים.

• הגדרות הקבוצה.

לפיכך, התערבות פעילה בילדות מוקדמת עשויה לשפר את שני רכיבי ה- EF העיקריים, כלומר עכבה וזיכרון עבודה, באמצעות פעילויות המעודדות ילדים לשמור על מידע ולעדכן מידע, לעכב תגובה אוטומטית ולפתור בעיות.

מחקר זה נועד להשיב על היעדר ראיות מחקריות כיצד הרובוטיקה יכולה להגדיל את הישגי הלמידה אצל התלמידים, בגיל צעיר, על ידי מתן נתונים כמותיים על השפעת ה- ER. בפרט, היא העריכה באופן אובייקטיבי, לראשונה, את ההשפעות של למידה אינטנסיבית של ER על התפתחות EF בקרב ילדים בגיל הגן.

מהלך וממצאי המחקר:

במחקר השתתפו 12 ילדים בריאים (7 בנות, 5 בנים, טווח גילאים 6-5  שנים) בגן ילדים בפיזה (איטליה). במחקר נעשה שימוש ברובוט דמוי דבורה הנקרא " “Bee-Bot אשר השתמשו בו בעבר במחקרים איכותיים (Highfield, 2010;2008 , Janka). הרובוט הינו ידידותי לילדים ונשלט על ידי רצף של הוראות פשוטות של תנועה או סיבוב, באמצעות שבעה לחצנים צבעוניים. הרובוט מספק משוב פשוט למשתמש על ידי משחק מנגינה ומיצמוץ בעיניו.

הילדים לקחו חלק ב"מעבדה רובוטית" ER-Lab  במשך 13 מפגשים פעמיים בשבוע באימון של 75 דקות (6 שבועות).  הילדים הוערכו שלוש פעמים (בתחילת המחקר, במהלך ואחרי ER-Lab)

יכולות הילדים  נמדדו על ידי צוות רב תחומי בעזרת מבדקים תקפים (לדוגמא מבחן BVN, פיפו אומר, מבחן NEPSY-II ועוד) 3 פעמים כאשר המבדק הראשון היה לפני ההתערבות.

במעבדה חולקו הילדים לקבוצות קטנות (שלושה או ארבעה ילדים לכל קבוצה), ולכל ילד ניתנה דבורה-בוט. פעילויות קבוצתיות ומשחקים עם Bee-Bot תוכננו בהקשר נרטיבי, אשר תמיד שונה בכל מפגש, על מנת לעורר תשומת לב, מוטיבציה ויכולות יחסיים. פעילויות ER הנערכו במעבדת ה ER- התמקדו בעיקר בעכבות תגובה, בקרת הפרעות, זיכרון עבודה וגמישות קוגניטיבית.

מטרת 3 המפגשים הראשונים היתה היכרות ושימוש עם דבורה- בוט. במהלך הפגישות הללו, Bee-bot הוצג בפני הילדים, הוסברו להם מאפייני תכנות, הכפתורים העיקריים והקשר הנרטיבי של הפעילויות. הילדים התבקשו להעביר את ה- Bee-Bot בחלל, אשר תחום על ידי שטיח, המייצג מפת עיר, כדי להגיע למטרה מסוימת מקרוב לנקודת ההתחלה.  הפעילות של המפגשים 4 עד 7 הופנתה לזיכרון עבודה, גמישות קוגניטיבית ותכנון ויזואלי-מרחבי. שלבי התכנות ואורך הנתיב הורחבו בהדרגה, ודרשו מהילד יכולת מורכבת יותר לתכנון ויזואלי-מרחבי  Bee-Bot צריך להגיע למסעדה אבל קודם כל זה צריך להגיע לתחנת הדלק על המפה. ששת המפגשים האחרונים (8 עד 13) התמקדו בחיזוק הכישורים שנרכשו ובשיפור העכבה. לדוגמה, Bee-Bot צריך להגיע למעגל הכחול אבל לא יכול לעבור על המשולשים; או Bee-Bot צריך למלא את הפקודה שניתנה אם היא נכתבה על קרטון ירוק ולבצע פקודה הפוכה אם היא נכתבה על קרטון אדום.

בסוף כל מפגש שני מעריכים מילאו שאלון עבור כל ילד. ארבעה יכולות חברתיות או התנהגותיות הוערכו:  1. תשומת לב ומוטיבציה (תשומת לב מתמשכת במהלך מושב, השתתפות פעילה, כיבוד); 2.  קשר עם ילדים אחרים (שיתוף פעולה); 3. שליטה התנהגותית (תיקון עצמי, כבוד שלטון, סובלנות לתסכול); 4.  יכולת עכבה (עיכוב של תגובות אוטומטיות).

ממצאי המחקר הראו כי כל הילדים שיפרו את היכולות שלהם מלבד ילד אחד שהחסיר את הערכת המעקב. התוצאה העיקרית של מחקר זה תומכת בהשערה כי תפקידים ניהוליים בגנים בגיל הגן עשויים להשתפר על ידי אימון אינטנסיבי, אם כי קצר, ER. במדגם נצפתה, עלייה משמעותית, בתחום יכולות ניהוליות, ובפרט, בזיכרון עבודה ועכבה.

דיון ומסקנות המחקר:

בתחום הספרות, מחקר זה מספק, לראשונה, גישה המבוססת על ראיות ונתונים כמותיים להערכת ההשפעות של ER-Lab על תפקודים קוגניטיביים רוחביים ברמה גבוהה אצל ילדים בגיל הגן.

הגישה במחקר זה היתה רלוונטית לא רק כדי לבחון את הכדאיות של ER בגיל הגן, אלא גם כדי למדוד את השפעת ER על אותם מיומנויות קוגניטיביות, כגון יכולות ניהוליות, אשר עשויה לחזות התפתחות קוגניטיבית בעתיד האקדמי של ילדים אלו (Diamond et al., 2007).

ההתערבות המוצעת במחקר זה נראית מבטיחה לשיפור מוקדם של יכולות ניהוליות. תכנות פעולות הרובוט דורש, לכל צעד, ציפייה נפשית של הפעולה, בחירה של הפקודה המתאימה ועדכון מתמשך של התכנות על מנת להשיג את המטרה. מעגל זה של תהליכים קוגניטיביים עשוי להעצים תכנון, עיכוב וזיכרון עבודה.

למרות נתונים אלה, מחקר זה צריך להיחשב רק מחקר פיילוט בגלל מספר מדגם קטן ויש צורך במעקב נתונים נוספים. אף על פי כן, תוצאות ראשוניות אלו מבטיחות ומציעות יישום אפשרי לילדים להעצמה של יכולות ניהוליות ועשויות להוות השפעות חיוביות על מספר תחומים .

להלן קישור לתקציר מחקר שנערך בתחום קידום יכולת זיכרון עבודה באמצעות רובוט KIBO:
ד"ר בטי שרייבר ומירי סגל