ВЪВЕДЕНИЕ

Непрекъснатите промени в образованието поставят изисквания към съвременния учител непрекъснато да усъвършенства своите знания, умения и компетенции, за да може да прилага в педагогическата си дейност иновативни методи и технологии. Използването на роботизирани играчки прави обучението привлекателно, ангажиращо и практически насочено към усвояване от децата и малките ученици на важни знания в сферата на математиката, природните науки и програмирането, и е предпоставка за формиране на ключови компетентности и умения, необходими за бъдещата им реализация като възрастни.

ИЗЛОЖЕНИЕ

Ключови компетентности

В „Европейската квалификационна рамка за учене през целия живот“[1] за пръв път се споменава за компетентности и по-специално за ключови компетентности в образованието. Рамката описва осем (групи от) ключови компетентности (между които и математически компетентности)  и „…извежда редица преносими, „меки“ умения (напр. инициативност, оценка на риска, креативност, критично мислене, контролиране на емоциите, работа в екип, решаване на проблеми, поемане на отговорност), които осигуряват свързаност между личната, социалната и професионалната изява на съвременния човек…“ (МОН, „Компетентности и образование“, 2019 : 6)[2].

Друг важен документ, в който ключовите компетентности са част от стратегическите цели и визия за развитието на образователната система, e Законът за предучилищно и училищно образование (ЗПУО). В чл. 77 от ЗПУО са посочени основните групи ключови компетентности, които трябва да бъдат обхванати от образователната подготовка, а именно:

• Компетентности в областта на българския език
• Умения за общуване на чужди езици
• Математическа компетентности основни компетентности в областта на природните науки и на технологиите
• Дигитална компетентност
• Умения за учене
• Социални и граждански компетентности
• Инициативност и предприемчивост
• Културна компетентност и умения за изразяване чрез творчество
• Умения за подкрепа на устойчивото развитие и за здравословен начин на живот и спорт

В т. 12 от Допълнителните разпоредби към ЗПУО ключовите компетентности се описват като „…комплекс от взаимно зависими знания, умения и нагласи или отношения, необходими за личностното развитие на индивида през целия живот…“ (ЗПУО, 2016)[3], а според Наредба 5 за общообразователната подготовка формирането им е обвързано с определени „близки“ по същност до тях учебни предмети. Според препоръките на Европейския съюз (ЕС) всички ключови компетентности могат да бъдат развивани чрез използването на междупредметни връзки. Основавайки се на подхода за изграждането на ключови компетентности, се променя традиционната предметна ориентираност  на образованието – към резултати, с акцент върху прилагането на знания в реални ситуации от живота.

В Европейската референтна рамка математическата компетентност е определена като „…способност за развиване и прилагане на математическо разсъждение при решаването на различни житейски проблеми…“ (МОН, „Компетентностите и референтните рамки“, 2019)[4]. Важна предпоставка за развитие на тази компетентност в детската градина и началното училище е решаването на разнообразни по своята тематика, сложност и педагогически цели математически задачи и използването на разнообразни методи, средства и дейности в образователния процес.

Математическата компетентност и основните знания в областта на природните науки и технологиите са пряко свързани с дигиталната компетентност. Дигитална компетентност включва: уверено, критично и отговорно използване на дигиталните технологии за учене, информационна и медийна грамотност, умения за създаване на съдържание, за безопасна работа в дигитална среда и др.

Интегриране на роботизирани играчки в STEM и STE(A)M – базирано обучение

STEM/ STE(A)M – базираното обучение се отличава от традиционното. То е учебна среда, позволяваща на децата да приложат научният метод в практическа ситуация.

Според К. Димитрова в съвременната образователна система математическата компетентност и основни знания в областта на природните науки и технологиите се развиват чрез STEM/STEAM концепцията. Авторката посочва, че „…STEM е учебен план, базиран на четири области – наука (Science), технологии (Technology), инженерство (Engineering) и математика (Mathematics). Обучението се осъществява чрез приложни и интердисциплинарни методи. Обучаемите се насърчават да споделят идеите си, да участват в екипни задачи и групови проекти, да прилагат наученото за решаване на специфични житейски задачи. В основата на концепцията е залегнал метода „учене чрез правене“. Целта на STEM обучението е да интегрира тези области в обща учебна програма с реални приложения извън класната стая, а не както досега да създава четири отделни, абстрактни учебни предмета. Това позволява на децата да разберат връзката между изучаваните дисциплини…“ (Димитрова, 2020 : 64)[5].

Използването на STEM/STEAM – базирано обучение и роботизирани играчки в часовете и заниманията по математика дава възможност да се включат редица дейности, базирани на събития и ситуации от реалния живот, за които децата и малките ученици трябва да намерят и предложат решение. Така се насърчава творчеството, иновациите, критичното мислене, работата в екип, умението за решаване на проблеми и др. В обучението чрез игра и симулиране на реални ситуации се акцентира върху ученето основано на проекти.

Роботиката е една от най-важните области на научно-техническия прогрес. Тя е наука, в която успешно се съчетават механиката и изкуствения интелект. Роботите имат процесор, сензори за възприемане на околната среда и двигатели, които да задвижват техните механизми. Те могат да бъдат програмирани да следват набор от инструкции и да взаимодействат с други роботи или околната среда чрез звуци, светлини и цветове. Роботите, които се използват в образованието за реализиране на STEM обучение, са образователните роботи. Комбинацията от задаване на указания (кодиране) и изпълнение на задачата (последващите действия) предоставя на децата и малките ученици възможност за проследяване на целия процес на работа на роботизирана играчка и незабавна обратна връзка. Тестването в реално време, лесното откриване на допуснатите грешки и възможността те да бъдат отстранени, води към постигане на желания краен резултат. Ползите от използването на образователни роботи за преподаване и учене са многоаспектни. Децата усвоят базисни знания свързани с информационната, медийната, технологичната и математическата грамотност и се научават да мислят творчески и критично, създавайки и проектирайки решения на проблеми от реалния свят. Използването на алгоритми в работата с роботизирани играчки създава предпоставки за усъвършенстване уменията на децата да следват и изпълняват конкретизирана последователност от действия. Според А. Велева „алгоритъмът е набор от точни правила, описващи последователността за извършване на дадени действия, които водят до решаването на определена задача (за постигането на конкретен резултат). Във всекидневието си хората непрекъснато използват алгоритми, т.е. действия изпълнявани в определен ред.“ (Veleva, 2021)

Според Brenton O’Brien, в зависимост от физическия дизайн, метода на кодиране и образователния метод, който може да се приложи при използването им, образователните роботи се разделят в четири категории (O’Brien, 2019)[6]:

1. Роботи, които учениците програмират с помощта на бутони (Bee-Bot, Blue-bot, Matatalab, Tale-Bot и др. ) или специални „кодиращи карти“ (Ino-Bot, Matatalab Lite, KUBO и mTiny Откривател и др.). Те са специално проектирани за малки деца и наподобяват играчка. Запознават малките ученици с основните концепции на програмирането и изпълняват елементарни задачи като следване на линия и избягване на препятствия. Основният метод за работа с децата е игровият. Те се програмират чрез натискане на бутони, поставени върху самия робот или карти.
2. Роботи, които се програмират с помощта на приложение, инсталирано на таблет/телефон или чрез джойстик и изпълняват по-сложни програмни структури, а не само обикновените последователни команди. Пример за робот с дистанционно управление е Botley; комбиниран (с джойстик, в който има вграден сензор-четец и „кодиращи карти“)-mTiny Откривател; с приложение за кодиране- Dash & Dot.

Отделяйки устройството за кодиране от физическия робот е важна стъпка за осмисляне от децата на начина, по който роботът работи. Отново основен метод за работа с децата е игровият, но може да се използва и методът базиран на задачи.

3. Компютърно програмируемите роботи се кодират с помощта на блокови езици за програмиране – Scratch, Snap, Blockly, Microsoft MakeCode и др. Такива са: Ino-Bot, Codey Rocky, Edison, Finch и др. Устройствата са напълно сглобени, имат по-голям набор от сензори и функционалности. Предназначени са за ученици 8-15 год. С опцията за „бърз старт“ и предварително зададени програми, в комбинация с възможностите на робота биха могли  да се извършат начални тестове.  Благодарение на своите сензори, компютърно програмируемите роботи имат повече възможности за вход-изход, т.е. да взаимодействат с околната среда. Всички основни концепции за кодиране (от последователност до алгоритми и променливи) могат да бъдат преподавани с помощта на тази категория роботи. Образователни методи за работа са: игровият, методът базиран на задачи, проектно-базирано обучение и др.
4. LEGO роботите са за деца, които имат интерес и опит в роботиката. Основен образователен метод, използван в работата с този вид роботи е проектно-базираното обучение.

Естествена възможност за интегриране на STEM подхода в обучението чрез използване на роботизирани играчки се създава чрез участие на учениците в eTwinning проектно-базирани дейности. Функцията на eTwinning платформата предпоставя сътрудничество и комуникация между учители и ученици в защитена среда. По този начин придобитият опит от планираните дейности се споделя взаимно и се създават условия за формиране и развитие на математическата компетентност на учениците от началното училище, както и преносимите умения за работа в екип, критично мислене, да слушаш и изслушваш, да приемаш обратна връзка  и др.

Целта на настоящата разработка е да предложи практически идеи за използване на съвременни образователни инструменти – роботизирани играчки, в eTwinning проектни дейности, като част от учебния процес, за повишаване интереса на децата към математиката и формиране на математически компетентности у тях.

След направено проучване на съществуващата практика у нас и в чужбина за използване на роботи, които се програмират с помощта на бутони (Bee-Bot, E.a.r.L., Blue-Bot и др.) в учебния процес, през учебната 2022/2023 година бе разработен и реализиран eTwinning проект „Curious Kids“. Основната цел на проекта бе насочена към формиране на математически и дигитални компетентности у децата чрез STEM – базирано обучение и използване на роботизирани играчки. Проектните дейности бяха интегрирани в учебната програма по математика и съобразени с възрастовите особености на децата.

За представяне на роботизираната играчката Bee-Bot( E.a.r.L.) и запознаване с функциите ѝ бяха подготвени поредица от планирани урочни и извънурочни дейности. Използваните методи в процеса на работа – показ, демонстрация, беседа и самостоятелна работа под контрола и ръководството на учителя, подпомогнаха успешното овладяване алгоритъма за работа с роботизираните играчки (програмиране – изпълнение на дейностите – отстраняване на бъгове – обратна връзка). Задачите бяха систематизирани по степен на сложност и в съответствие с принципите за нагледност, достъпност и индивидуалния подход. Поставената основна цел, използваните методи и средства целяха постигане на системност и трайност на знанията и уменията на малките ученици и създаване на интерес към математиката и програмирането. На всяко дете се оказваше своевременна помощ и подкрепа, променяха се дейностите в съответствие с темпото, с което те работят.

Овладяването на алгоритъма за работа с роботизираните играчки премина през три основни етапа:

1. Запознаване със значението и функциите на бутоните, звуковия и светлинния индикатор, движение и др. на робота чрез свободни манипулации с него.

На Фигура 1 са показани картите, чрез подреждането наE които, малките ученици се запознаха и осмислиха връзката между команда и последващо действие от програмируемата играчка. Създаването им беше наложено от възрастовите особености и възможности за пространствено ориентиране и следване на указания от децата. Задачите бяха систематизирани по сложност, а изпълнението им – индивидуално, съобразено с личното темпо за учене на всяко дете.

Фиг. 1 Карта с бутони за програмиране на Bee-Bot/ E.a.r.L

Фиг. 2 Задачи с различна сложност за усвояване на умения за програмиране на Bee-Bot

2. Осмисляне зависимостта: програмиране – изпълнение на дейности с използване на квадратна мрежа, самостоятелно или в група.

Децата усвоиха умения да програмират като с едната ръка докосват игралното поле, а с другата – натискат съответния бутон. Упражненията бяха насочени към затвърдяване умението за работа с пчелата, броене и ориентиране в пространството (игралното поле), съпоставяне на две множества. Постепенно част от учениците усвоиха умения да обхващат с поглед цялото табло, да проектират маршрута в умствен план или на специално подготвен лист и да го въведат като код на пчелата. С усложняване на задачите децата преброяваха еднаквите полета (стрелки) и толкова пъти натискаха съответния бутон. За постигане на положителен резултат предварително бяха подготвени, заложени и равномерно разпределени в учебната програма и в заниманията по интереси, дейности с роботизирани играчки. (Фигури 3 и 4).

Фиг. 3 Примерна задача с готов код за овладяване на умения за програмиране

Фиг. 4 Карта – Игра за броене със зарче и Bee-Bot(с предмети и с числа)

Примерни задачи, които могат да се изпълнят индивидуално от всяко дете или по двойки  са посочени във Фигури 5, 6 и 7. При допускане на грешка учителят дава точни указания, за да могат децата да я открият и коригират.

Фиг. 5 Примерна задача с готов код за овладяване на умения за програмиране на Bee-Bot

Фиг. 6 Примерна задача за написване на код с предварително очертан път за движение на Bee-Bot

Фиг. 7 Примерна задача за написване на код без предварително очертан път за движение на Bee-Bot

След овладяване на основните умения за програмиране на Bee-Bot, при работа по групи всяко дете имаше определена (променяща се) роля: дизайнер/ програмист( написва кода), навигатор (заедно с дизайнера програмира пчелата) и дебъгър (следи за грешки в кода). Така се стимулираше познавателния интерес и активното участие на учениците в учебния процес. При затруднение да се изпълни задачата се даваха точни указания, за да могат децата сами да открият и коригират грешката и да достигнат до правилното решение. Играта „Пътечка“ (Фигура 8)  създаде предпоставки за работа в група и затвърдяване уменията за ориентиране в квадратната мрежа.

Правилата на играта включват: играчът (индивидуално или по двойки) си изтегля карта, роботизираната играчка се поставя в полето с нарисуваното животно (предмет), което е първо в редицата и се проследява до кого ще го отведе пътечката от стрелки. От второто тесте с карти се взема картинката със съответното животно и се поставя в края на редицата.

Всички посочени задачи са примерни и те могат да се реализират по различен начин в зависимост от уменията на децата и опита на учителя за интегриране в учебната програма на допълнителни дейности.

Фиг. 8 Пътечка

3. Учебни задачи с роботизирана играчка.

Постепенно образователният робот промени своята роля – от обект стана образователен инструмент за формиране на математически компетентности у децата и учениците. За първокласниците бяха разработени работни листи със задачи – приключения: Геометрични фигури; Алгоритъм, откриване на грешки; В страната на числата (Приложения 1.1., 1.2., 1.3.) и за групови практически дейности с роботизирани играчки в часовете по математика (Приложения 2.1., 2.2., 2.3.).

ЗАКЛЮЧЕНИЕ

В резултат на реализираните eTwinning проектни дейности с роботизирани играчки в часовете по математика могат да бъдат направени следните изводи:

1. Усвояването на умения за начално програмиране превърна децата и малките ученици от пасивни в активни участници, за които технологията не е играчка, а инструмент за решаване на проблеми;
2. Използването на образователни роботи и прилагането на иновативни игрови методи и подходи направи ученето по-привлекателно и забавно;
3. Установи се положителна нагласа към активно участие в часовете по математика.
4. Приложеният модел спомогна за насърчаване „ученето чрез правене“ и работа в група;
5. Чрез платформата eTwinning дейностите с роботизираните играчки бяха споделени с партньорски училища като се създаде възможност да се обмени опит в тяхното приложение в различните класове в началните училища.

Реализираните дейности показаха, че роботизираните играчки могат да бъдат включени при изпълнение на отделни или група от задачи в часовете за упражнение, обобщаване и систематизиране на знанията. Чрез тях по лесен и забавен начин малките ученици усвояват както ключови компетентности, така и основите на кодирането. Те са средство за създаване на учебни игри, с подпомагаща роля при обучението.

ЛИТЕРАТУРА

1. Велева, А. (2021) Развитие на алгоритмичните умения в предучилищна възраст. Педагогически новости. ISSN 1314-7714. бр. 2021. с. 25-34.
2. Йонкова, К., Д. Тасева, Е. Бораджиева  (2013). Проектно ориентирано обучение: смисъл, технология, ефекти.  Психология 2013 / Състав. Велислава Чавдарова. – Велико Търново : Унив. изд. Св. св. Кирил и Методий, с. 7-23. 
3. Петрова, В. (2003). Работа по проект при запознаване с природната и обществената среда в I – IV клас. ИК „Кота“, Ст. Загора.
4. Симон, П. (2006). Практически наръчник за работа по проекти. Бит и Техника.
5. Georgieva. (2022). KEY COMPETENCES IN INITIAL PRESCHOOL TEACHER TRAINING – THE ROLE OF ETWINNING AND ERASMUS+. IN: Proceedings of EDULEARN22 Conference, Palma, Spain, IATED, pp. 9211-9217, ISBN 978-84-09-42484-9, ISSN 2340-1117

REFERENCES

1. Veleva, A. (2021) Razvitie na algoritmichnite umenia v preduchilishtna vazrast. Pedagogicheski Novosti. ISSN 1314-7714. no. 2021. pp. 25-34.
2. Yonkova, K., D. Taseva, E. Boradzhieva (2013). Proektno-orientirano obuchenie: smisal, tehnologia, efekti. Psihologia 2013 / Sastav. Velislava Chavdarova. – Veliko Tarnovo: Univ. izd. Sv. Sv. Kiril i Methodi, pp. 7-23.
3. Petrova, V. (2003). Rabota po proekt pri zapoznavane s prirodnata I obshtestvenata sreda v I-IV klas. IK „Kota“, St. Zagora.
4. Simon, P. (2006). Prakticheski narachnik za rabota po proekti. Bit I Tehnika.
5. Georgieva. (2022). KEY COMPETENCES IN INITIAL PRESCHOOL TEACHER TRAINING – THE ROLE OF ETWINNING AND ERASMUS+. IN: Proceedings of EDULEARN22 Conference, Palma, Spain, IATED, pp. 9211-9217, ISBN 978-84-09-42484-9, ISSN 2340-1117

[1] Национална стратегия за учене през целия живот 2014-2020 г., https://www.strategy.bg/StrategicDocuments/View.aspx?Id=880, (последно посетен на 14.08.2023 г.)

[2] МОН, „Компетентности и образование“, https://web.mon.bg/bg/100770, (последно посетен на 14.08.2023 г.)

[3] Закон за предучилищното и училищното образование (в сила от 01.08.2016 г.), https://web.mon.bg/bg/57, (последно посетен на 14.08.2023 г.)

[4] МОН, „Компетентностите и референтните рамки“, https://web.mon.bg/bg/100770, (последно посетен на 14.08.2023 г.)

[5] Димитрова, К.(2020). Компетентностния подход- проекции в образованието// Edu&Tech, Образование и технологии, vol.11/2020, с. 62-66 https://www.edutechjournal.org/wp-content/uploads/2020/12/1_2020_62-66.pdf , (последно посетен на 14.08.2023 г.)

[6] O’Brien, B. (2019). How to choose the right robot for your classroom, https://meetedison.com/how-to-choose-the-right-robot-for-your-classroom/, (последно посетен на 14.08.2023 г.)

Приложение 1

Работни листи за индивидуални задачи – приключения

Приложение 1.1.

Приложение 1.2.

Приложение 1.3.

Приложение 2

Работни листи за групови практически дейности с роботизирани играчки в часовете по математика

Приложение 2.1.

Приложение 2.2.

Приложение 2.3.

Приложение 3.1.

ТЕМА: Геометрични фигури и тела

Цели и задачи

• Затвърдяване знанията и уменията за разпознаване на изучените геометрични фигури.
• Затвърдяване знанията и уменията за измерване и чертане на отсечка по дадена дължина.

Компетентности като очаквани резултати

Учениците:

• разпознават изучените геометрични фигури.
• чертаят отсечка по дадена дължина.
• измерват отсечката и записват резултата от измерването в сантиметри.
• Сравняват сбор или разлика на именувани числа с именувано число.

Възпитателни задачи:

1. Провокиране на интерес и установяване на позитивно отношение към математиката и роботиката.
2. Осмисляне ролята на математиката в живота на хората.
3. Формиране на умение за работа в екип.

Интегрирани връзки: Родинознание

Предварителна подготовка на учителя:

1. Подготовка на материалите за урока;
2. Подготовка на мултимедийна презентация.

Методи и средства:

• Словесни: беседа, разказ, обяснение, демонстрация и др.
• Интерактивни методи: игра

Материали:

1. Bee-Bot/E.a.r.L./Blue-Bot
2. Подложки с цифри на числа, картинки по темата.

Описание на дейностите с роботизирана играчка

10 мин.	Поставяне темата на урока Актуализиране знанията на учениците по темата на урока. Припомняне правилата за работа с Bee-Bot/E.a.r.L./Blue-Bot и разпределението на ролите в екипа. Работен лист Геометрични фигури и тела Задача 1 ( работен лист за всяка група) Следвайте указанията и помогнете на пчелата да стигне до слона/ костенурката/ лисицата/ кокошката/други. През коя/кои геометрична фигура трябва да премине? Постройте алгоритъм (с карти) или нарисувайте със стрелки в квадратната мрежа.
15 мин.	Основна част Дейности на децата с Bee-Bot/E.a.r.L./Blue-Bot (10-12 мин.) Задача 2 Програмирай Bee-bot/ E.a.r.L./ Blue-Bot използвайки  бутоните и следвайки алгоритъма: През кои геометрични фигури премина пчелата? До кое животно достигна? *Работа с учебник и учебна тетрадка.
10 мин.	Заключителна част Обобщение Какво научихме днес? Домашна работа( указания за изпълнение). Какви проблеми възникнаха, докато програмирахме Bee-bot/ E.a.r.L./ Blue-Bot? На кого искаме да благодарим в нашата група? Защо?