訳注：roboticsはロボット工学と訳さず、ロボティックスとします。世界大百科事典の第２版の解説は以下の通り。
「従来，ロボットの設計･製作･制御に重点がおかれていたため，ロボット工学を指す場合が多いが，近年，産業面以外の応用の議論が盛んになされ，ロボットに関連したさまざまな科学研究を総じて〈ロボティクス(ロボット学)〉と呼ぶ傾向が強くなってきている。現在，工場などで利用されている産業用ロボットは，一般大衆がイメージするロボットから程遠く，後者は主に大学や研究所などで〈自律ロボット〉として研究対象となっている。」
訳注：アフォーダンス(AFFORDANCES)とは、環境が動物に対して与える「意味」のこと
ROBOTICS PROBLEM SPACES
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Computational thinking (CT) is an integral aspect of learning and work in the science, engineering, technology, and mathematics (STEM) fields (Lee et al. 2020). Indeed, the Next Generation Science Standards (NGSS) (2013) have defined mathematics and CT as one of the eight core disciplinary practices of science activity. Robotics is a robust learning environment that supports the development of CT and science literacy (Sullivan 2008; Sullivan and Heffernan 2016). Foundational to robotics learning is integrated interaction in the three problem spaces typical of all robotics learning environments, including the device itself, the screen-based programming environment, and the actual physical environment in which students are testing their robotic device. This chapter begins with a description of each of the problem spaces, individually, and proceeds with examples of student learning drawn from fifteen years of research on the topic. Specifically, I discuss student engagement in both science literacy practices (e.g., systems thinking, inferential reasoning) and CT practices (e.g., abstraction, creative problem solving, and algorithmic thinking) as both are supported by engagement in robotics learning. The chapter concludes with thoughts for future research directions. These observations derive from both cognitive and sociocultural viewpoints, with early work grounded in task analysis and mental representations (Roth 2001), and later work grounded in a socio-cultural framework (Vygotsky 1978).
計算論的思考（CT）は、サイエンス、工学、テクノロジー、数学の（STEM）分野における学習と研究(原文:work)に不可欠な側面です（Leeら2020）。実際、次世代サイエンス・スタンダート（NGSS）（2013）は、数学とCTをサイエンスの活動の8つの中核的な学問的実践の1つとして定義しています。ロボティックスは、CTと科学リテラシー（訳注参照）の発達をサポートする強固な学習環境と言われています（Sullivan 2008; Sullivan and Heffernan 2016）。ロボティックスの学習の基礎となるのは、すべてのロボティックスの学習環境に典型的に見られる3つの問題空間(原文:problem spaces、訳注参照)における統合した相互作用です。これには、装置自体、画面ベースのプログラミング環境、そして生徒がロボット装置をテストする実際の物理環境があります。本章では、まず、それぞれの問題空間について説明し、15年にわたるこのテーマに関する研究から得られた生徒の学習の事例を挙げます。具体的には、科学リテラシーの実践（システム思考、推論による論理的思考(原文:inferential reasoning)など）と CTの実践（抽象化、創造的問題解決、アルゴリズム思考など）の両方への生徒の関与について説明します。どちらもロボティクス学習への関与によってサポートされているためです。本章は、将来の研究の方向性についての考察で締めくくられています。これらの観察結果は、初期の研究ではタスク解析と心的表象(原文:mental representations)に基づき(Roth 2001)、後の研究では社会文化的枠組み(原文:socio-cultural framework)に基づいて(Vygotsky 1978)、認知的および社会文化的(原文:sociocultural)な観点から導き出されたものです。
訳注：科学リテラシー(science literacy)とは「個人としての意思決定、市民的・文化的な問題への参与、経済の生産性向上に必要な、科学的概念・手法に対する知識と理解」 訳注：問題空間(problem spaces)とは、種々の要素間の相互作用の解析に使用することができる状態及び特定の問題を解決するに当たり,考慮される操作のすべてによって定義される概念的又は形式的領域 訳注：心的表彰(mental representations)とは、外界の情報の心の中における表現形式のこと
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THE FIRST PROBLEM SPACE: THE ROBOTIC DEVICE
We have focused primarily on using the LEGO Mindstorms robotics kit with students. Therefore, in this chapter, I describe this device as the first problem space. However, any robotic device that includes the same elements as the LEGO kits will support student learning in the same way. A micro-computer, called a brick, is at the heart of the LEGO Mindstorms kit; the brick was developed at the MIT Media Lab in the mid-1990s (Resn ick et al. 1996). This brick, which is in its third iteration, is currently called the EV3. The EV3 is a device that can fit into the palm of an adult’s hand (see figure 10.1). The brick has four ports in which output devices, such as servo motors, can be plugged in with connecting wires, and another four ports in which input devices, such as digital sensors, can be connected.
私たちは、主にLEGO Mindstormsロボットキットを生徒と一緒に使用することに重点を置いてきました。したがって、この章では、このデバイスを最初の問題空間として説明します。しかし、LEGOのキットと同じ要素を含むロボット装置であれば、どんなロボット装置でも、同じように生徒の学習をサポートします。ブリックと呼ばれるマイクロコンピューターは、LEGO Mindstormsキットの心臓部です。ブリックは、1990年代半ばに MITメディアラボで開発されました (Resnick et al. 1996)。このブリックは、現在3代目(原文:its third iteration)となる「EV3」と呼ばれています。EV3は、大人の手のひらに収まる大きさのデバイスです（図10.1参照）。ブリックには、サーボモーターなどの出力装置を接続ケーブルを差し込める4つのポートと、デジタルセンサーなどの入力デバイスを接続できる別の4つのポートがあります。
There are three motors that come with the kit, two large motors and one small motor. The larger motors are typically used when children are building a vehicular robot. Once the vehicular robot is constructed, the motors are attached to wheels, and as the motor spins, so do the wheels. The third, smaller motor can be used to operate a robotic arm that may be affixed to the vehicular robot. While building a robotic vehicle is a popular approach, many other types of machines can be built with the materials.
キットには、大型のモーター2個と小型のモーター1個の3つのモーターが付属しています。大型のモーターは、通常、子供が車両型ロボットを組み立てる際に使用されます。車両型ロボットを組み立て、モーターに車輪が取り付けられると、モーターが回転し、車輪も回転します。3つ目の小型のモーターは、車両用ロボットに取り付けられたロボットアームを動かすために使います。ロボットの乗り物を作るのが一般的ですが、この材料を使って他の種類の機械も作ることができます。車両型ロボットを組み立てるのが一般的なアプローチですが、この材料を使ってさまざまな種類のマシンを作ることができます。
In addition to the brick and the motors, each robotic kit comes with several digital sensors, including a color sensor, a touch sensor, and an ultra sonic sensor. These sensors can be used in one of two ways (both of which are important for science inquiry and are discussed in greater detail later). The first mode is a data collection and display mode; the second is a wait for mode that can trigger a specific event, once a threshold has been met or crossed. The kit also includes a number of LEGO pieces, called Technics, which fit together around the brick and the motors to create any number of structures or vehicles.
ブリックとモーターに加えて、各ロボットキットには、カラーセンサー、タッチセンサー、超音波センサーなど、いくつかのデジタルセンサーが付属しています。これらのセンサーは、次の2つの方法で使用することができます（両方とも、科学的探究にとって重要であり、後でさらに詳しく説明します）。1つ目のモードはデータ収集と表示モード、2つ目は閾値を超えたら特定のイベントをトリガーすることができる待機モードです。また、このキットには「Technics」と呼ばれるLEGOの部品が多数含まれており、ブリックとモーターの周りに組み合わせて、さまざまな構造物や乗り物を作ることができます。