Abstract:The current paper presents methodological guidelines for integrating a programmable toy (Bee Bot) in the process of teaching mathematics in preschool age as part of the STEALM approach in education. It also includes examples of games related to developing children’s mathematical knowledge and skills of working with the programmable toy.

Интензификацията на педагогическия процес в предучилищна възраст изисква оптимална ефективност на приложение на нови подходи и средства, приобщаващи детето към съвременната реалност. Идеята за СТЕМ (STEM) подхода в обучението намира своето приложение не само в учебно-възпитателния процес в училище, но успешно предлага модели за интегриране и в предучилищното образование.

СТЕМ (STEM) е акроним на английските думи за наука, технологии, инженерство и математика. Като подход се появява и развива през 90-те години на миналия век, но в последните години придобива все по-широка популярност и привлича вниманието на педагогическата общност. По своята същност СТЕМ подхода в обучението представлява интегриране и отчитане на непрекъснатия напредък на технологиите, променящ начина, по който децата учат, свързват се с другите и взаимодействат по между си.

С по-широкото приложение на СТЕМ подхода се надгражда и интегриращия му обхват. Въвежда се STEALM обучението като към акронимът се добавя А (Arts) – изкуство и дизайн и L (Languages) – езици. Отчита се фактът, че творческото мислене и заложби, в основата на художествения дизайн, са важна част от СТЕМ подхода в обучението с оглед развитието на иновациите.

Проучването на изследвания и публикации в областта на СТЕМ подхода в обучението в предучилищна възраст показва нарастващ интерес на педагогическата общност към неговото успешно интегриране в детската градина.

STEALM подходът има за цел да даде на обучаемите необходимата компетентност, знания и интердисциплинарна гледна точка към проблемите чрез премахване на бариерите на конвенционалната образователна система. Вместо да въвежда съдържание и да очаква от обучаемите да разбират връзките с практиките в реалния живот, чрез STEALM подходът обучението интегрира свързани дисциплини в един урок или единица, която зависи от връзките между темите и реалния живот. По този начин може да бъде възможно децата да изложат своите теоретични знания, продуктови и иновативни изобретения на практика (Aktürk, 2017: 758).

В учебно-възпитателния процес интегрирането на STEALM подхода би довело до формирането и развитието на т. нар. „меки умения“  у подрастващите, необходими за успешната им бъдеща адаптация в развиващата се технологична среда във всички области на реализация. Компетентностите, които се асоциират с овладяването на „меките умения“, са комуникация, толерантност, търпимост, взаимопомощ, съпричастност, екипност, лидерство, вземане на решения, креативност и др. и кореспондират с характерните за STEALM подхода в обучението умения за общуване,  критичен анализ, работа в екип, инициатива, проява на творческо мислене и др.

Интегративният STEALM подход в предучилищното образование

Предучилищната възраст се характеризира с ускорено психо-физическо развитие на децата. Съдържанието и формите на всяка дейност, в която участва детето, трябва да съдействат за комплексното му формиране. Целият педагогически процес, с всички видове дейности за обучение и възпитание, следва да се конструира и реализира като единен процес за възприемане, формиране на умения и проява на творчество (Petrova et al, 1995). Л. Кац[1] разглежда два вида учене, които се отчитат в предучилищна възраст: академично и интелектуално. Според нея академичните цели са тези, които се занимават с придобиване на малки дискретни части от разсеяна информация, обикновено свързани с умения за предграмотност, които трябва да се упражняват, както и други видове дейности, предназначени да подготвят децата за по-късно обучение по грамотност и смятане. Акцентира се върху факта, че в академичната учебна програма се разчита до голяма степен на запаметяването и до голяма степен резултатите се свеждат до даване на учителя на правилните отговори, които децата знаят, че очаква.

От друга страна интелектуалните цели и свързаните с тях дейности се отнасят до „живота на ума“ в пълния му смисъл. Официалната дефиниция на понятието интелектуален подчертава разсъжденията, хипотезите, прогнозирането, търсенето на разбиране и предположения, както и развитието и анализа на идеите. Подходящата учебна програма за малки деца следва да се фокусира върху подпомагането на техните вродени интелектуални нагласи, например нагласата да осмислят възможно най-добре собствения си опит и собствената си среда. Да насърчава и мотивира децата да търсят овладяване на основни академични умения  в услуга на своите интелектуални занимания. Децата трябва да могат да усетят целенасочеността на усилията си за овладяване на различни академични умения и да оценят тяхната полезност и различните им цели.

Тези интелектуални занимания включват целия набор от знания, разбиране, умения и разположение, свързани с целите на STEALM подхода в обучението.

STEALM подходът и обучението по математика в детската градина

Целта на обучението по математика в детската градина е да формира елементарни представи за основни математически понятия, които ще се изучават по-късно в училище и ще послужат като основа за развитие на детския интелект. Педагогическият процес по математика в детската градина е насочен и към развитие на общата познавателна дейност на децата, към овладяване на обобщени способи за възприемане и оценяване на математическите характеристики на околния свят. Изграждат се основите на логико-математическото мислене, развиване на сензорните способности, овладяване на сензорните еталони, обогатяване на речника. Съдържанието на образователно направление Математика включва конкретни количествените, пространствени, времеви и геометрични представи. Овладяването на знания и умения в областта на математиката се организира в разнообразни дейности и форми, както в задължителните педагогически ситуации, така и в допълнителните форми на педагогическо взаимодействие и други режимни моменти.  В държавния образователен стандарт за предучилищно образование се акцентира върху развиващото обучение, което трябва да започне още в първа възрастова група. „Задачите за възпитанието и социализацията на децата да се реализират на базата на конкретен образователен материал, който е основа за формиране на похватите за умствена дейност. Важното е не просто натрупване на знания, а овладяване на умения за прилагането им. За да се развият умствените способности на детето, то трябва да бъде научено да отделя основните параметри на обекта и неговите отношения. Затова работата на учителя е да насочва децата към: систематизация на обектите по техните външни свойства; точно възприятие на самите обекти и откриване в тях на прилики и разлики; решаване на мисловни задачи за установяване на количествени, пространствени и времеви връзки, откриване на причинни зависимости, описване на свойствата и отношенията“[2]. Играта и игровия характер на педагогическото взаимодействие също са основен акцент в обучението по математика в детската градина. Според А. Велева „игрите с правила също съдействат за развитие на умението за регулация на поведението… в игровия процес се развива волята на детето. … Играта има предимство като школа за преднамерено поведение пред другите дейности.“ (Veleva, 2019: 116) Играта, както отбелязва авторката, е от важно значение и за емоционалното, моралното и социалното развитие на децата. Интегрирането на дидактични игри с програмируема играчка, като част от STEALM подхода в обучението, в педагогическите ситуации по математика в детската градина и в допълните форми на взаимодействие, ще спомогне за овладяването на знаковата функция на съзнанието и формиране на предпоставки за развитие на логическото мислене.

Цел на настоящата разработка е да предложи методически насоки за интегриране на програмируема играчка (Bee Bot) в обучението по математика в предучилищна възраст като част от STEALM подхода в обучението. Функционалното естество на програмируемите играчки дава възможност за активизиране на детското участие в образователния процес. Този вид интерактивен дидактичен оперативен ресурс спомага за развитие на редица умения у децата като например:

• умения за упражняване на контрол на обекти;
• умения за работа в екип;
• развитие на социалните и езикови умения чрез комуникация и игра в групи;
• развитие на логическото мислене и др.

Конкретно в обучението по математика ползите от използването на програмируемите играчки се откриват в подпомагане на развитието на пространственото мислене на децата, в броенето, в откриването, следването и създаването на алгоритми и алгоритмични поредици, които стимулират детските разсъждения и развиват способностите за обобщение.

В методиката на формиране на елементарни математически представи алгоритмичната дейност се разглежда като базисна основа за развитие на умения за спазване на правила или последователност от действия, необходими за прилагане в различни житейски ситуации. Според Д. Гълъбова за алгоритмичната дейност не се изисква творчество и изобретателност, а е нужно предписанията да се предават на достъпен за детето език и форма. Важно е как се представят алгоритмите на децата и средствата за представяне (моделите), които могат да бъдат словесни, графични, аудио-визуални, компютърни. (Galabova, 2009: 254)

Интегрирането на програмируемата играчка в обучението по математика в детската градина изисква едновременното използване на умения за броене, за  спазване на алгоритмична последователност и ориентиране в разчертана мрежа. В трета и четвърта възрастова група могат да се поставят задачи, свързани с пространствено-схематичното мислене. На тази възраст децата вече владеят словесната система, която отразява пространствените отношения. Въвеждането на задачи за ориентиране в квадратни и координатни мрежи предполага определяне мястото на обект в колони и редици и развива уменията за ориентиране в равнина. Работата с програмируемата играчка развива и уменията на децата да се ориентират в двумерното пространство като сменят точката на отчет.

Придвижването на програмируемата играчка в квадратна мрежа обединява уменията на децата едновременно да откриват, следват и създават поредици и да се ориентират в посоките на квадратната мрежа. Методическите насоки за запознаване и използване на роботизираната играчка следват общодидактическите принципи за нагледност, достъпност, системност и последователност.

Първоначално децата следва да се запознаят с функциите на роботизираната играчката Bee Bot. Пчелата програмируема играчка може да изпълни следните команди: ↑ (напред), ↓ (назад), → (надясно), ← (наляво). Всяка зададена команда за движение се запаметява като инструкциите може да се наслагват и могат да бъдат най-много 40. Бутоните „GO“ и „Х“ съответно стартират движението на пчелата и изчистват зададената инструкция. Бутонът „ІІ“ пауза позволява да се спре движението на играчката при необходимост. За улеснение на децата бутоните са оцветени в зелено и синьо. Програмируемата играчка разполага със звуков и светлинен индикатор за всеки ход на движение.

Въвеждането на Bee Bot изисква педагогът да поясни значението и функциите на бутоните като демонстрира пред децата как се задава инструкция на пчелата-робот чрез натискане на бутон в избраната посока. Започва се с придвижване на програмируемата играчка с един ход в основните посоки „напред“, „назад“. На децата следва да се предостави възможност да повторят демонстрираното от педагога. При въвеждане на пчелата-робот и разучаване на функцията ѝ в по-малките възрастови групи не се използва квадратната мрежа докато децата разучават функцията й. С оглед  системното й използване в образователния процес и привикването на децата да работят с нея, програмируемата играчка може да се използва всеки път при запознаване на децата с ново число, като инструктират пчелата-робот да се придвижва толкова на брой ходове напред. Подаването на инструкцията упражнява умението на децата да отброяват определен брой ходове по зададено число.

Първите игри-упражнения с пчелата-робот с по-малките деца (първа и втора възрастова група) в детската градина следва да са съобразени с възрастовите им особености и възможности за пространствено ориентиране и следване на указания. Би могло да се предложат упражнения с обекти подредени в колонка, като децата първоначално използват само бутона „напред“, за да придвижват програмируемата играчка. Препоръчително е децата да са застанали зад Bee Bot при изпълнение на задачата, отчитайки факта, че те все още не могат да възприемат чужда гледна точка. Вариант на подредени обекти могат да бъдат цветя, по които Bee Bot да се придвижва, за да „събира прашец“ или животни, с които „да се запознае“. При работа с геометричните фигури би могло да се използва следното упражнение: педагогът подрежда в колонка кръг, триъгълник, квадрат, кръг триъгълник, квадрат, а детето следва да инструктира Bee Bot по указан брой ходове от педагога (например 3 хода), след което да назове фигурата, до която пчелата е стигнала. В колонката от повтарящи се елементи може да има липсващ елемент, до който пчелата да стигне и да „отгатне“ в какъв цвят например трябва да е последния кръг (Фигура 1).

 

След затвърдяване на уменията на децата да задават команди на движение на пчелата в двете основни посоки се въвежда използването на бутоните „ляво“ и „дясно“. Това предполага завъртане на пчелата в указаната посока. Важно е да се поясни на децата, че при задаване на команда „завъртане“ в една от двете посоки, пчелата-робот не прави ход, а се завърта на място. Децата следва да бъдат оставени свободно да експериментират със завъртането в определена посока, за да достигнат сами до заключения относно тази функция на пчелата-робот.

На следващ етап, в помощ на децата, се предоставя квадратна мрежа с пиктограми на знаци за движение (стрелки). Уточнява се, че всеки ход на Bee Bot е еквивалентен на дължината на едно квадратче. Целта е ориентиране в квадратна мрежа. Децата се учат да задават команди на Bee Bot отброявайки ходовете в съответното направление. Последователно се упражнява първо движението само в една посока, а после и завъртането на пчелата-робот наляво или надясно. Обръща се внимание, че когато се използва карта със стрелки, указваща движението на Bee Bot със смяна на посоката (ляво и/или дясно) с определен брой ходове, трябва да се вземе предвид и символът, който указва завъртането на Bee Bot (Фигура 2). Децата трябва да съобразят: посоката на движение, броя на подадените команди и мястото  за завъртане. Те трябва да се ориентират следвайки стрелките, нарисувани в квадратната мрежа. Упражненията е необходимо да се прилагат докато децата придобият увереност в откриването на необходимостта от смяната на посоката на програмируемата играчка и задаването на съответната команда.

В последствие се въвеждат карти с код за движение, по които децата следва да се ориентират и програмират движението на Bee Bot в квадратната мрежа. Картите съдържат символи на стрелки и символ за завъртане. След изграждане на увереност у децата за боравене с картите, символът за завъртане в картата-код може да отпадне, като се изисква децата да предвидят в умствен план, че ще е необходимо да подадат команда на Bee Bot да се завърти в определената посока. Постепенно се усложняват задаваните инструкции като отново първо педагогът демонстрира, а децата повтарят показаното.

Когато се използва символизация каквито са картите със зададен код със стрелки, указващи посоката на движение, е необходимо е да се спазят следните методически изисквания по модел на дидактичната игра „Познай какво говорят стрелките“ (Vaneva, 2002: 229):

• първо педагогът моделира пътечка от стрелки, а децата трябва да отбележат на квадратната мрежа пътя. След като имат вече начертания път следва да подадат команда на Bee Bot като се ориентират по броя ходове в определената посока. Важно е да се акцентира върху смяната на посоката на движение при изпълнение на поредността от ходове (Фигура 3);

• педагогът подрежда стрелките една до друга, а децата следва самостоятелно да начертаят пътеката, по която пчелата-робот трябва да премине (Фигура 4);

• педагогът записва код в комбинация от цифри и стрелки, по който децата трябва да се ориентират и отбележат пътя на придвижване на пчелата (Фигура 5).

Работата в квадратна мрежа по указан код съдейства за развитието на пространствено-схематичното мислене на децата и уменията им за разгадаване смисъла на символи за пространствени отношения.

На следващ етап от работата с Bee Bot децата получават само словесни указания за придвижването й в мрежата. Обозначени са началната и крайната точка на поредицата от ходове. Педагогът задава устно инструкцията, а детето я трансформира в команда чрез натискане на бутоните за движение на пчелата-робот.

 

Квадратните мрежи, които се използват за работа с програмируема играчка, могат да бъдат с различни пиктограми. След усвояване алгоритъма на движението на Bee Bot децата мога самостоятелно да следват словесно указание или да се ориентират по карта със зададен код. Важно е да се създават възможности децата да проектират движението на играчката от точка А до точка Б в умствен план и/или съставят схема за движение.

Примерни игри с програмируемата играчка Bee Bot в обучението по математика.

Игри, свързани с развитие на геометричните представи.

1. Цел: да разпознава формата на обекти

Инструкция: Назовете каква форма имат предметите, които Bee Bot вижда по пътечката. Използвай бутона със стрелка „Напред“, за да придвижиш Bee Bot. Колко стъпки придвижи Bee Bot, за да вземеш лодката и т.н.?

2. Цел: да назовава и класифицира геометрични фигури

Инструкция: Какви фигури има в края на пътечката? Сложи всяка фигура в правилната кутия. Използвай бутона със стрелка „Напред“, за да придвижиш Bee Bot. Колко стъпки придвижи Bee Bot, за да стигнеш до фигурите?

3. Цел: да открива и следва повтарящи се алгоритми

Инструкции: Начертай квадрат с Bee Bot, като започнеш от фигура звезда. Опиши през кои фигури преминава, какви са цветовете им, повтарят ли се?

 

4. Цел: да се ориентира в квадратна мрежа; да анализира структурните елементи на геометричните фигури

Инструкция: Bee Bot трябва да премине по пътечка от фигури с четири върха. Открий пътечката в квадрата, преброй броя на всеки ход на Bee Bot от фигура до фигура. Не забравяй да използваш бутона за завъртане наляво и надясно. 

 

5. Цел: да съставя самостоятелно алгоритъм на движение

Инструкция: Задайте път, по който да мине Bee Bot през лабиринта от геометрични фигури като използвате всички бутони.

Интегрирането на програмируемата играчка в образователния процес по математика може да се осъществи в разнообразните форми на педагогическо взаимодействие в детската градина. В педагогическата ситуация по математика Bee Bot играчката може да намери своето приложение в различните й етапи – при актуализация на знанията, в основния ход или в заключителната част. Може да се използва както при индивидуална работа, така и при групова форма на организация на работата с децата. В допълнителните форми на взаимодействие при работата с Bee Bot робота може да се подчертае междупредметната му функция като се правят връзки между знанията и уменията на децата по отделните образователни направления, което от своя страна кореспондира с целите на STEALM подхода в обучението.

ЛИТЕРАТУРА

1. Ванева, В. (2002). Математическа активност в предучилищна възраст. ИК „ПАРНАС“. 229-230.
2. Велева, А. (2019). Проблеми на теорията на играта. Изд. Медиатех. Русе. 2019.
3. Гълъбова, Д. (2009). Теория и методика на формиране на математически представи у децата в детската градина. Изд. Слово. Велико Търново. 194-257.
4. Петрова, Е., Ф. Даскалова, Е. Русинова, М. Каменова, Е. Христова (1995). Предучилищна педагогика. Изд. „Св. св. Кирил и Методий“. 7-46.
5. Idil, S., I. Donmez. (2020). Ключови аспекти на STEM в етапа на ранното детско образование и включването на родителите на малки деца. Ръководство за детски учители. Българското издание е под редакцията на: Илиана Мирчева и Снежана Радева (Софийски университет „Св. Кл. Охридски“). София, Университетско издателство „Св. Климент Охридски“.
6. Aktürk, A. (2017). A Review of Studies on STEM and STEAM Education in Early Childhood. Ahi Evran Üniversitesi Kırşehir Eğitim Fakültesi Dergisi (KEFAD) Cilt 18, Sayı 2, Ağustos 2017, Sayfa 757-776.
7. DeJarnette, (2018). Implementing STEAM in the Early Childhood Classroom. European Journal of STEM Education, 3(3), 18
8. Dimitrova, K. (2018). Formation of soft skills in preschool and primary school age – an important factor for success in a globalizing world. KNOWLEDGE – International Journal Vol. 28.3 December.
9. Mengmeng, Z., Y. Xiantong and others. (2019). Construction of STEAM Curriculum Model and Case Design in Kindergarten. American Journal of Educational Research, 2019, Vol. 7, No. 7, 485-490.

REFERENCES

1. Vaneva, V. (2002). Matematicheska aktivnost v preduchilishna vazrast. Ruse: PARNAS. 229-230.
2. Veleva, V. (2019). Problemi na teoriyata na igrata. Ruse: Mediateh.
3. Galabova, D. (2009). Teoriya I metodika na formirane na elementarni matematicheski predstavi u decata v detskata gradina. Veliko Tarnovo: Slovo. 194-257.
4. Petrova, E., F. Daskalova, E. Rusinova, M. Kamenova, E. Hristova. (1995). Preduchilishna pedagogika. Veliko Tarnovo: „Sv. Sv. Kiril i Metodii “. 7-46.
5. Idil, S., I. Donmez. (2020). Klychovi aspekti na STEM v etapa na ranno detsko obrazovanie I vklyuchvaneto na roditelite na malki deca. Rukovodstvo za detski uchiteli. Sofia: “Sv. Kiliment Ohridski”
6. Aktürk, A. (2017). A Review of Studies on STEM and STEAM Education in Early Childhood. Ahi Evran Üniversitesi Kırşehir Eğitim Fakültesi Dergisi (KEFAD) Cilt 18, Sayı 2, Ağustos, Sayfa 757-776.
7. DeJarnette, N. (2018). Implementing STEAM in the Early Childhood Classroom. European Journal of STEM Education, 3(3), 18
8. Dimitrova, K. (2018). Formation of soft skills in preschool and primary school age – an important factor for success in a globalizing world. KNOWLEDGE – International Journal Vol. 28.3 December.
9. Mengmeng, Z., Y. Xiantong and others. (2019). Construction of STEAM Curriculum Model and Case Design in Kindergarten. American Journal of Educational Research, Vol. 7, No. 7, 485-490.

[1] Katz, L., STEM in the Early Years. (2010). SEED Papers: Published Fall 2010. https://ecrp.illinois.edu/beyond/seed/katz.html  (Accessed on 18.06.2021)

[2] НАРЕДБА № 5 от 03.06.2016 г. за предучилищното образование Обн. – ДВ, бр. 46 от 17.06.2016 г., в сила от 01.08.2016 г. (https://www.mon.bg/upload/27719/nrdb5-2016_PreducilisnotoObr_izm10092021.pdf)