The use of drones in education in the context of mobile learning and STEM education

Η αξιοποίηση των drones στην εκπαίδευση στο πλαίσιο της κινητής μάθησης και STEM εκπαίδευσης

The use of drones in education in the context of mobile learning and STEM education

Sivenas, Tryfon

Σιβένας, Τρύφων

PhD Thesis

2023

The aim of this study is the examination on the use of drones and mobile learning applications from in service teachers, that relies on a STEM-based scenario. Furthermore, usability, self-efficacy, spatial presence as well as simulator sickness of drones for teaching and learning were examined. The sample consisted of 176 in-service primary and secondary education teachers that prior to participating in the study, attended an educational seminar regarding the drone’s technological and educational use cases. The STEM-based scenario was developed based on Engineering Design Process and included solving a real-world problem. Two pre-assembled quadcopter drones were used in the study, namely DJI Tello educational drone as well as DJI Avata First-Person view drone kit. The STEM-based scenario required that the teachers fly the later drone using its dedicated joystick and head mounted displays in order to collect data and find the optimal route. Then, the teachers had to use a tablet and the mobile application droneblocks to create a block-based code for the Tello drone in order to complete the STEM-based scenario. Quantitative data was collected using four scales namely Systems Usability Scale, Self-Efficacy in Human Robot Interaction, Temple Presence Inventory Spatial Presence and lastly Simulator Sickness Questionnaire. Additionally, qualitative data was collected with 39 semi-structured interviews and participant comments to an open-ended question. Lastly, data was collected from the block-based code that was developed. Results from both quantitative and qualitative analyses revealed that the teachers do in fact recognize both drones’ usability and spatial presence and they also feel confident in using the drone on their own. Simulator Sickness scored low on both drones and based in SOLO analysis most of the teachers managed to successfully code the drone. These findings will contribute to a better understanding of the educational value of drones for STEM teaching and, at the same time, provide a base-layer for future research in using drones for educational purposes.

Ο σκοπός της παρούσας έρευνας είναι η διερεύνηση της αξιοποίησης των drones στη διδακτική πράξη με έμφαση στην εκπαίδευση STEM, ως προς την ευχρηστία τους, την αντίληψη της αυτό-αποτελεσματικότητας, της χωρικής παρουσίας καθώς και των συμπτωμάτων δυσφορίας κατά τη διάρκεια της χρήσης τους. Το δείγμα αποτέλεσαν 176 εκπαιδευτικοί πρωτοβάθμιας και δευτεροβάθμιας εκπαίδευσης, οι οποίοι ενεπλάκησαν στο σενάριο εφόσον πρώτα επιμορφώθηκαν στις τεχνολογικές και εκπαιδευτικές δυνατότητες των drones. To σενάριο διαμορφώθηκε βασιζόμενο στην Προσέγγιση Μηχανικού Σχεδιασμού (Engineering Design Process) που περιλάμβανε την επίλυση ενός προβλήματος της καθημερινότητας. Για τον λόγο αυτό χρησιμοποιήθηκαν, δύο προ-συναρμολογημένα τετρακόπτερα drones, το εκπαιδευτικό DJI Tello drone καθώς και το DJI First-Person view drone (Avata FPV). Το σενάριο αρχικά απαιτούσε από τους εκπαιδευτικούς να πραγματοποιήσουν πτήση με το Avata FPV drone και να φορούν στο κεφάλι τους γυαλιά αναμετάδοσης καταγραφόμενου περιεχομένου (Head Mounted Displays) με σκοπό να εντοπίσουν και να συλλέξουν δεδομένα για τη βέλτιστη διαδρομή. Ακολούθως, έπρεπε να χρησιμοποιήσουν σε μια συσκευή κινητής τεχνολογίας (tablet) την εφαρμογή droneblocks για τη δημιουργία κώδικα οπτικού προγραμματισμού για το Tello drone ώστε να ολοκληρώσουν συγκεκριμένη δραστηριότητα στο σενάριο STEM. Τα δεδομένα συλλέχθηκαν μέσω της Κλίμακας Ευχρηστίας Συστήματος (Systems Usability Scale), της Κλίμακας Αυτό-αποτελεσματικότητας στην Αλληλεπίδραση Ανθρώπου-Ρομπότ (Self-Efficacy in Human Robot Interaction), της Κλίμακας Χωρικής Παρουσίας (Temple Presence Inventory Spatial Presence) και τέλος της Κλίμακας που εξετάζει τη Δυσφορία (Simulator Sickness Questionnaire). Επιπρόσθετα, συλλέχθηκαν δεδομένα μέσω 39 ημι-δομημένων συνεντεύξεων και από σχόλια των εκπαιδευτικών. Τέλος, συλλέχθηκαν δεδομένα από τον κώδικα οπτικού προγραμματισμού που δημιουργήθηκε για την πτήση του Tello drone, ο οποίος ερμηνεύθηκε μέσω της SOLO ανάλυσης. Τα αποτελέσματα τόσο από τη στατιστική ανάλυση των ποσοτικών δεδομένων όσο και από τη θεματική ανάλυση των ποιοτικών δεδομένων δείχνουν πως οι εκπαιδευτικοί θεωρούν και τα δύο drones εύχρηστα στο πλαίσιο του STEM, με το Tello drone να είναι πιο αποτελεσματικό για τη διδασκαλία. Επίσης, οι εκπαιδευτικοί θεωρούν πως το Avata FPV drone τους προσφέρει μεγαλύτερη αντίληψη χωρικής παρουσίας, καθώς και ότι και τα δύο drones παρουσιάζουν χαμηλά σκορ αίσθησης δυσφορίας. Αναφορικά με την αυτό-αποτελεσματικότητα, οι εκπαιδευτικοί θεωρούν ότι έχουν τις κατάλληλες γνώσεις ώστε να χρησιμοποιήσουν τα drones στη διδασκαλία τους. Τέλος, η πλειοψηφία των εκπαιδευτικών κατάφερε να προγραμματίσει επιτυχώς το Tello drone ώστε να ολοκληρώσει το σενάριο STEM. Τα ανωτέρω ευρήματα θα μπορούσαν να αποτελέσουν τη βάση για την κατανόηση της διαδικασίας ενσωμάτωσης της εναέριας ρομποτικής και της κινητής μάθησης στο πλαίσιο του STEM στην εκπαίδευση καθώς και να εξεταστεί περαιτέρω η προστιθέμενη εκπαιδευτική αξία που έχουν στη διδασκαλία και τη μάθηση.

Κοινωνικές Επιστήμες ➨ Εκπαίδευση ➨ Επιστημονικοί τομείς της εκπαίδευσης

Κοινωνικές Επιστήμες ➨ Εκπαίδευση ➨ Εκπαίδευση και Έρευνα της εκπαίδευσης

Επιστήμες Μηχανικού και Τεχνολογία ➨ Επιστήμη Ηλεκτρολόγου Μηχανικού, Ηλεκτρονικού Μηχανικού, Μηχανικού Η/Υ ➨ Ρομποτική

Επιστήμες Μηχανικού και Τεχνολογία ➨ Επιστήμη Ηλεκτρολόγου Μηχανικού, Ηλεκτρονικού Μηχανικού, Μηχανικού Η/Υ ➨ Μηχανική και συστήματα επικοινωνιών, Τηλεπικοινωνίες

Επιστημονικοί τομείς της εκπαίδευσης

Εκπαίδευση και Έρευνα της εκπαίδευσης

Διδασκαλία

Primary and secondary education teachers

Stem

Robotics

Teaching

Επιστήμες Μηχανικού και Τεχνολογία

Communication engineering and systems, Telecommunications

Education

Εκπαιδευτικοί πρωτοβάθμιας εκπαίδευσης

Education and Educational Research

Μηχανική και συστήματα επικοινωνιών, Τηλεπικοινωνίες

Education, Scientific Disciplines

Social Sciences

Εκπαιδευτικοί δευτεροβάθμιας εκπαίδευσης

Επιστήμη Ηλεκτρολόγου Μηχανικού, Ηλεκτρονικού Μηχανικού, Μηχανικού Η/Υ

Εφαρμογές κινητής μάθησης

Electrical Engineering, Electronic Engineering, Information Engineering

Εκπαίδευση

Εναέρια ρομποτική

Aerial robotics

STEM

Engineering and Technology

Mobile learning applications

Ρομποτική

Κοινωνικές Επιστήμες

Drones

Greek

National and Kapodistrian University of Athens

Εθνικό και Καποδιστριακό Πανεπιστήμιο Αθηνών (ΕΚΠΑ)

Εθνικό και Καποδιστριακό Πανεπιστήμιο Αθηνών (ΕΚΠΑ). Σχολή Επιστημών Αγωγής. Τμήμα Παιδαγωγικό Δημοτικής Εκπαίδευσης. Τομέας Μαθηματικών και Πληροφορικής

National Documentation Centre (EKT)

National Archive of PhD Theses

Συλλογή ΕΑΔΔ