ロボット工学への挑戦: STEM専攻の高校生向け課外活動
Keith N.
Graduate of UC Berkeley & UC Santa Cruz
Summary
高校でロボット工学に参加する方法はたくさんあり、ロボット工学は多くの個人的、教育的、社会的、そしてキャリアの利益と機会を提供する課外活動です。
最近参加した高校のロボット競技会では、ロボット工学の課外活動に参加することのすべての利点が完全に示されていました。この投稿では、ロボット工学について深く掘り下げます。読者には、ロボット工学が壮大な課外活動として際立っている理由を知ってもらいたいです。これは、同じ志を持つ仲間と一緒にSTEM学習を楽しく刺激的に探求したい高校生にとって理想的な方法です。
この特定の種類のロボットに技術的な名前があるかどうかは本当にわかりませんが、確信はありません。ただ、私はそれをEPICと呼んでいます！
- Emily, Captain, Galileo High School Robotics Team, FIRST Robotics Regional Competition初めてのロボット競技会への挑戦
実際に体験することで、その見方が変わることがあります。私は最近、初めてロボット競技会に参加し、興奮した高校生のロボット学生たちと話すことができました。中には世界の反対側から来た学生もいました。このイベントは、バークレー高校で開催されたFIRST Robotics East Bay Regional Robotics Competitionで、象徴的なUCバークレーキャンパスから数ブロックの場所にありました。
STEMが私の好みではないとしても、周囲の伝染するような興奮に巻き込まれずにはいられませんでした。: 工作、チームワークとチームの友情、ロボットができることへの驚き、学生自身の工学的成果、そして学生たちが巻き込まれている非常に目に見える楽しさと興奮。
この場合、学生たちはロボットの課外活動を次のレベルに引き上げました — 地域のチーム競技会 — 彼らのロボットの作品を何百人もの観客の前でテストするだけでなく、カリフォルニア中、さらにはインド、トルコ、オーストラリアなど世界中から来たティーンエイジャーと交流しました。
イスタンブールの公立高校のEMONER Robotics Teamの学生であるエゲメンは、チームと一緒にアメリカを訪れることに明らかに興奮していました。エゲメンにとっては2回目のアメリカ訪問であり、チームにとっては4回目の訪問でした。
エゲメンにイベントに参加して何が一番良かったかを尋ねたところ（彼のチームはアリーナを出たばかりでした）、「YES！」と彼は言いました。「ここ、今、これをやっていること[彼の周囲を指し、次に私を指し、次に彼のロボットを指して]、そしてあなたと話すこと、これが一番の部分です！」
これらの学生とイベントを共有することで、ロボット工学は高校の課外活動において最大の機会を提供することが明らかでした — 科学学習と探求を構築する本当に楽しくエキサイティングな方法を提供し、参加者にとって真に壮大で未来を見据えた学問的およびキャリアの利点を得るための優れた機会を提供します。
教育者として観察した、私が高校生のためのロボット工学のファンになったいくつかの特質を以下に示します:
- 学生は現実の未来的な革新の舞台で最前列の席を楽しむ
- 常にやることがある: 発明、修理、トラブルシューティング、テスト…ほとんどが直接的な手作業の工作とデザインの課題を含む
- 自分で考えることができるが、常に同じ志を持ち、好奇心旺盛な仲間とのチームコラボレーションで交流するので、社会的に報われ、活力を得る
- 本物で豊富な機会を提供し、探求し、STEMの概念を適用することができ、探偵のような好奇心と実験を伴う絶えず進化する組み合わせで
左から右へ: イスタンブール、トルコのエモナーロボティクスチームのポイラズとエゲメン、FIRSTロボティクスコンペティション、カリフォルニア州バークレー、2024年4月6日。
ロボティクスの素晴らしい利点 — 教育的および個人的
STEMに興味があるなら、ロボティクス以外にも参加できる課外活動があります。それは理解しています！
エンジニアリングクラブやロケット製作活動、コーディングワークショップや競技会、リモートコントロールカーやドローン、数学教室、さらには素晴らしい望遠鏡を使った天文学プログラムなど、さまざまな選択肢があります…
したがって、最適な課外活動を選ぶには、常に難しい決断が伴います…もちろん、それはあなたの選択ですが、私がロボティクスが際立っていると思う6つの理由を、高校生にとって素晴らしい利点を持つ課外活動の中から紹介します：
- 数学と科学のスキルを強化するクロスディシプリナリーな応用: ロボティクスは数学と科学の実践的な応用を提供し、STEM学習に命を吹き込み、理解と記憶を向上させる方法を提供します。また、数学、コーディング、電子工学、コンピュータプログラミング、ハードウェア設計、機械工学など、多様なSTEM概念の創造的で新しい応用を日常的に要求する分野です。STEM分野の境界が曖昧になる中、ロボティクスは次世代の革新者にとって理想的な活動です。
- キャリアと職場スキル: ロボティクスクラブやチームでは、技術的なスキル以上のものを学びます。プロジェクト管理、チームワーク、コミュニケーション、問題解決のスキルは、どのキャリアにおいても重要です。
- 大学準備: カリフォルニア州バークレーでのFIRSTロボティクス競技会で出会ったエミリーやエゲモンのような学生は、経験が名門大学やグローバルネットワークへの扉を開くことが多いです。ガリレオ高校のシニアであるエミリーは、STEM分野を専攻し、MITやカーネギーメロンのような優れたSTEM大学に転校する計画を持っていると話してくれました。実際、FIRSTロボティクスは参加者の92%が大学進学を希望していると報告しており、ロボティクスの課外活動は、学業やキャリアの目標を共有する仲間とのつながりを見つけ、築く素晴らしい機会です。
- 実世界の技術応用: ロボティクスを通じて、技術の実世界での課題と応用を垣間見ることができます。たとえば、VEXロボティクス競技会では、学生が自律型ロボティクスの開発と構築に関連する課題に取り組むことが求められ、実世界のエンジニアリングの最前線での課題、応用、機会を体験できます。
- グループ活動は楽しい: ロボティクスは孤独な取り組みではありません。クラブやチームと協力し、アイデアを共有し、共通の目標に向かって取り組み、努力の成果として具体的な達成があります。そして、競技会に参加すると、次のレベルに進み、他の学校や場所からの学生とつながることができます（「ねえ、WhatsAppのハンドルは何？」）。
- 業界とその中の人々とのつながり: ロボティクスはまだ新興産業であるため、ロボティクスの課外活動に真剣に取り組むことは、実践的なキャリアと業界の洞察、ネットワーク、つながりを得る素晴らしい方法です。競技会、ワークショップ、ゲスト講演を通じて、業界の専門家と出会い、学ぶことができます。たとえば、エンジニアリングデザインラボは、タフツ大学の高校生向けのプレカレッジプログラムで、エンジニアリング、ロボティクス、計算を学ぶだけでなく、ゲストスピーカーが自身の研究開発や実世界で直面する問題について話す機会を提供しています。
最近のカリフォルニア州中央部でのVEXロボティクスによるロボティクス競技会では、学生たちはこの種の課外活動から得られるさまざまな利点について話しました：
- 他の人々と出会い、学び、つながりを作ること…
- ドライバーの使い方を学ぶこと！…
- 高校を諦めないこと…
- 友達と一緒に、自分の手で機械的なものを作る方法を考えること…
- 試行錯誤や失敗から学ぶ方法を学ぶこと…
ロボティクスは、楽しく冒険的なプロジェクト駆動型のクラブやチームの経験を提供しながら、学生をSTEM学習の最前線に立たせ、将来のキャリアの機会を提供します。これらの利点により、ロボティクスはSTEM学習、社会的ネットワークの拡大、大学のプロフィールの向上など、他に類を見ない課外活動となっています。
遊び方はたくさん: 最も一般的なロボティクスの課外活動
- クラブとチーム: 正直なところ、アメリカにはどれだけのロボティクスクラブやチームがあるのか、ましてや世界にはどれだけあるのかはわかりませんが、ほとんどの学生がロボティクスの課外活動に参加するための準備が整っているほど多数存在します。例えば、FIRST Roboticsは、国際的に3,500以上のチームとネットワークを構築し、86,000人以上の学生にリーチしています。ロボティクス教育＆競技財団は、国際的にVEX Robotics競技を調整し、約20,000のチーム（中高生）と50以上の異なる国からの提携を誇っています。このようなクラブやチームは、他の学生とつながりながらロボティクスを学ぶ楽しい方法です。
- 高校の授業: 一部の学校では、カリキュラムの一部としてロボティクスを提供しています。これらの授業は、入門コースから、ロボットを作成しプログラムするプロジェクトベースの学習コースまでさまざまです。ほとんどのロボティクスの授業は、さまざまなSTEM分野からの学習を組み合わせる可能性が高いですが、進んだ数学やソフトウェアコーディングを強調するものも見つかるかもしれません。より多くのオプションが必要な場合は、トップランクのCrimson Global Academyが提供するオンライン高校コースを検討してください。
高校ロボティクスコースの説明
ロボティクスエンジニアリング (P)(CTE) 年間 · 10単位
ロボティクスの授業は、特定のタスクを実行するように設計されたロボットを構築、プログラム、操作するプロセスを通じて、学生の創造性と技術的な知識を発展させるためのハンズオンプロジェクトベースのコースです。コースは、センサーとモーターを使用した簡単な実験から始まります。より複雑なタスクでは、センサーを使用してデータを収集し、コンピュータ言語コード（Robot C）を使用してこのデータを処理し、コンピュータ制御のモーターで簡単な機械を操作してタスクを実行する統合プロトタイプデバイスを構築します。学生はチームでデバイスを開発し、チームの目標を達成するために特定の方法を選んだ理由を伝える責任があります。これは、エンジニアリングノートブックの維持、ウェブサイト/ブログ/ポスターのデザイン、プレゼンテーションの作成など、さまざまな方法で行われます。このコースは協力的な相互作用を促進し、技術的な企業の社会的および現実世界の応用を強調します。前提条件: なし。
- 高校の職業＆技術プログラム: 一部の高校には、ロボティクスや関連技術のキャリア指向の指導を含む専門的な職業訓練プログラムや同様のオプションがあります。あなたの高校に職業プログラムがあるが、ロボティクスがない場合、プログラムコーディネーターにロボティクスコースを立ち上げる手助けをしてもらえるかもしれません！
- 大学のブリッジおよびプレサマープログラム: 高校のブリッジ学生として地元の大学に入学することで、ロボティクスコースや関連するSTEMコースにアクセスできるかもしれません。または、プレカレッジコースやサマープログラムを調査することもできます。多くの大学は、高校生向けにSTEMの指導やプロジェクトを含むサマープログラムやワークショップを提供しています。オンラインでも、Nasaのロボティクスアライアンスプロジェクトを通じて提供される多くのコースや、以下にリストされている他のコースを見つけることができます。
タフツ大学のエンジニアリングデザインラボプレカレッジサマープログラム
MITESサマー — MITのSTEMサマープログラム
- その他の機会: 正式な教育プログラムは豊富ですが、ロボティクスは学校の設定に限定されているわけではありません。地元のメーカーフェア、コミュニティクラブ、オンラインプラットフォーム、またはロボティクス活動を提供する可能性のある民間の非営利団体を探してください。
- インターンシップ: 実際の経験を積みたい人には、ロボティクスに焦点を当てた企業や研究所での高校生向けのインターンシップが、貴重な洞察とプロフェッショナルな露出を提供します。高校生向けのロボティクスインターンシップをオンラインで検索すると、このような機会が見つかります。
高校生向けロボティクスサマーインターン
アナログデバイセズ、ビーバートン、オレゴン
時給18ドル –フルタイム
高校生インターン (STEM@GTRI)
ジョージア工科大学、アトランタ、ジョージア
ロボティクスに適した学生とは？
- STEMへの興味、好奇心、問題解決: 自然と科学、技術、工学、数学（STEM）に興味を持つ学生は、ロボティクスに特に魅力を感じるでしょう。数学、問題解決、機械設計や開発の課題に対して多くの好奇心を持っているなら、ロボティクスはあなたにとって理想的な課外活動かもしれません。
- 実践的な学習を好む人: 数学や工学の理論的な側面があまり好きでなくても、実践的な工作や製作、‘メイカー’文化に情熱を持っているなら、ロボティクスプロジェクトに積極的に貢献し、それを非常にやりがいのあるものと感じるかもしれません。これはまた、より高度な数学や工学のコースワークに深く取り組む準備ができているかどうかを考える機会にもなるでしょう。
- チームプレイヤーと協力者: 協力を楽しんだり、協力のスキルを強化したいと思っているなら、ほとんどのロボティクスの課外活動、特にロボットデバイスの設計、製作、操作、テストに焦点を当てたプログラムは非常に協力的でチーム志向であることがわかるでしょう。
- 学校との再接続を目指す人: 日々の授業や宿題が「これの意味は何だろう？」と感じさせるなら、ロボティクスでの実践的な問題解決や製作が、学習を再び楽しくし、より大きな学問的およびキャリアの目標に再接続する方法になるかもしれません。
- イニシアティブを取る人と冒険者: イニシアティブを取る挑戦に挑みたい、学業生活にもう少し冒険を求めている、または組織、リーダーシップ、協力のスキルを持っている、または開発したいと思っているなら、ロボティクスはこれらすべてを提供する可能性が高いです！
ガリレオロボティクスチームは完全に学生主導です — 誰も私たちに何をすべきか、または機械をどのように設計するかを指示しません。必要な動作が設計を導くのですが、すべて自分たちで行います。
- Emily, Captain of the Galileo HS Robotics Team, San Francisco, California
エミリー、チームキャプテン、ガリレオ高校ロボティクスチームの他のメンバーと共に、FIRSTロボティクスコンペティション、カリフォルニア州バークレー、2024年4月6日。
あなたの性格に合ったロボティクスの課外活動はどれ？
ロボティクスの世界は、独自の魅力と機会を持つさまざまな道を提供しています。初心者であれ、関与を深めたいと思っているのであれ、あなたの興味に合ったものを見つける方法は次のとおりです：
クラブ： ロボティクスクラブは、自分のペースで学べるリラックスした環境を提供します。クラブではグループプロジェクトが多く、コーディングから構築までさまざまな役割やスキルを探求できます。また、ロボティクスへの情熱を共有する友人を作るのにも最適です。
クラスとコース： より構造化された学習体験を求めるなら、ロボティクスのクラスに参加することを検討してください。これらのコースは、ロボット設計の基本からより高度なプログラミングまで、包括的なカリキュラムを提供することが多いです。段階的な学習アプローチを好む学生に最適です。
チーム： ロボティクスチームに参加することは、特に挑戦や競争を楽しむ場合、刺激的な体験となります。チームは通常、特定の目的のためにロボットを構築しプログラミングすることに焦点を当てており、地域、全国、または国際的な競技会に向けて準備を進めます。この環境は、プレッシャーの中で成長し、協力的で目標指向のプロジェクトを楽しむ学生に最適です。
次のレベルでの関与：インターンシップと競技会
インターンシップ： ロボティクスの分野に本格的に没頭するには、インターンシップを追求することを検討してください。インターンシップは、プロの環境で実践的な経験を提供し、スキルを応用し、分野の専門家から学ぶことができます。履歴書を構築し、業界への洞察を得て、貴重なつながりを作るための優れた方法です。
競技会： ロボティクス競技会に参加することは、ゲームチェンジャーとなる可能性があります。FIRST Robotics Competition、VEX Robotics World Championship、RoboCupのようなイベントは、実際のシナリオでスキルを応用することを求められます。競技会は勝つことだけが目的ではなく、戦略を立て、適応し、プレッシャーの中で協力することを学ぶ場です。また、世界中の同じ情熱を持つ仲間と出会う素晴らしい方法でもあります。
写真提供: Suvan Ravi, FIRST Robotics
自分のロボティクスクラブやチームを始める
もしあなたの学校にロボティクスクラブやチームがないなら、自分で始めてみませんか？以下は基本的なロードマップです：
- 興味を確認する: クラスメートや先生に話して、ロボティクスに興味がある人がどれくらいいるか確認しましょう。ロボットに魅了されているけれど、この分野を探求する機会がなかった学生が意外と多いかもしれません。
- メンターを見つける: 特にロボティクスに不慣れな場合は、クラブを指導してくれる先生やスタッフを探しましょう。メンターはクラブの運営において貴重な洞察とサポートを提供してくれます。
- リソースを確保する: ロボティクスクラブを始めるには多くのリソースが必要です。作業スペースや道具、材料が必要になります。資金調達、学校の助成金、地元企業からのスポンサーシップがこれらの費用をカバーするのに役立ちます。
- 目標を設定する: クラブやチームが何を達成したいのか決めましょう。基礎を学ぶことに集中するのか、楽しみのためにロボットを作るのか、競技会の準備をするのか。明確な目標はクラブの活動を導くのに役立ちます。
- 計画と組織化: 会議やセッションのスケジュールを作成しましょう。メンバーの関心を維持するためには一貫性が重要です。また、学習セッションから実践的な製作やプログラミングの日まで、活動を計画しましょう。
- クラブを宣伝する: 学校のアナウンス、ポスター、ソーシャルメディアを通じて広めましょう。メンバーが多様であればあるほど、学習体験は豊かになります。
- 粘り強く、工夫する: 学校に既に提供されていない場合、ロボティクスクラブやチームを始めることは最良の選択肢かもしれませんが、現実的であることも重要です。クラブを始めることは挑戦的であると同時にやりがいがあります。 サンフランシスコのガリレオ高校ロボティクスチームのキャプテンであるエミリーは、ロボットを作って競技に参加することは非常にやりがいがあるが、常に多くのサポートがあるわけではないと語っています：
今年のロボットはより堅固なデザインで、壊れにくく、より多用途ですが、私のような学校がロボティクスクラブをもっと支援してくれたらと思います。私たち[学生]はほとんどすべてを自分たちで行っています。
最後の考え
では、何を待っているのでしょうか？ STEMに興味があるなら、ロボティクスに参加することで得られるすべての利点を提供しない課外活動に妥協する必要はありません。
さらに、将来的にトップの大学を目指しているなら、時間を賢く使い、学業的にも個人的にも本当にプラスになる一流の課外活動に参加し、高校生活をより楽しく充実させ、選んだ専攻で本当に前進できる大学への道を切り開くことが重要です。
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