STEM подходът като средство за формиране на геометрични представи у ученици от първи и втори клас

Настоящата статия разглежда теоретичните аспекти за прилагане на STEM подхода като съвременна образователна парадигма и неговия потенциал за развитие на пространствено-геометрични умения у учениците в първи и втори клас. Анализират се психолого-педагогическите особености на учениците при формиране на геометричните представи. Акцентът е върху необходимостта от целенасочено и диференцирано обучение, съобразено с възрастовите и когнитивните особености на децата в ранна училищна възраст. Подчертава се ролята на STEM подхода за по-ефективно усвояване на геометричните понятия чрез игра, дейности и междупредметна интеграция. Изведени са предимствата на STEM образованието в контекста на съвременното дигитално общество и възможностите за по-добро разбиране на геометричните зависимости чрез проектно-базирано учене и експериментални дейности. Статията представя перспективите пред началното образование чрез прилагане на интегрирани подходи и насърчава използването на STEM модели за формиране на базисни математически компетентности.

Съвременното образование е изправено пред предизвикателството да подготви ученици не само с устойчиви знания, но и с умения за решаване на реални проблеми, критично мислене и творчески подход. В този контекст особена актуалност придобива STEM подходът, който интегрира области на знанието – наука, технологии, инженерство, изкуства и математика. Интеграцията на тези дисциплини подпомага изграждането на логически и пространствени умения още в начална училищна възраст, като особено важен аспект в този процес е формирането на геометрични представи.

Началното образование, като фундамент на всички бъдещи образователни постижения, играе ключова роля в създаването на основни математически понятия и структури.

Геометрията и психолого-педагогическите особености на учениците от първи и втори клас

Геометрията е съществен компонент от математическата подготовка на учениците още от най-ранна възраст. Представите за основни геометрични фигури като триъгълник, квадрат, кръг, правоъгълник и отсечка се изграждат още в първи и втори клас. Тези представи полагат основите на пространственото и абстрактното мислене и имат пряко отношение към развитието на логическите и аналитичните способности на учениците.

Изучаването на геометричните фигури в начален етап изисква съобразяване с възрастовите и психолого-педагогическите особености на децата. Учениците от първи и втори клас се намират във важен етап от когнитивното си развитие. Преходът от игра към учебна дейност, от конкретно-образно към наченки на абстрактно мислене, изисква внимателен и адаптиран дидактически подход. Децата възприемат най-добре чрез действия, наблюдение и манипулация с реални обекти. Развитието на пространственото мислене при децата в тази възраст се осъществява чрез разпознаване по външни белези, описание, съпоставяне, сравнение, сортиране, изграждане на конструкции, апликации и рисунки. Те имат нужда от множество повторения в различни контексти, както и от използване на богат речник, свързан с геометричните понятия.

Усвояването на абстрактни понятия, каквито са геометричните фигури, преминава през няколко етапа: от манипулация с реални обекти до осъзнаване на техните свойства и отношения. В този процес особено важни са:

• визуалното възприятие, което подпомага различаването на форми;
• пространственото разсъждение, развивано чрез практически дейности;
• езиковото развитие, необходимо за описване и анализиране на фигури.

Обучението по геометрия

Геометричните представи са основополагащи за формирането на пространствено мислене, ориентиране в заобикалящата среда и изграждане на логически връзки. Те подпомагат изграждането на умения за абстракция, категоризация и визуализация, които са в основата на математическата грамотност. Развитието на тези представи в началния етап на обучение допринася за по-нататъшното обучение по математика, физика, технологии и инженерни дисциплини. Геометричните знания са свързани както с академичните постижения, така и с ежедневната ориентация и дейност на ученика.

Обучението по геометрия в първи и втори клас се гради върху основни дидактически принципи: нагледност, достъпност, действеност, игрови подход и интегративност.

Игровата дейност все още има водеща роля. Запазва своята значимост и в началното училище и може да бъде ефективно интегрирана в обучението чрез подходи като обучение чрез игра, разказване на истории, манипулации с обекти и визуализация на понятия. Тя не само мотивира, но и облекчава когнитивния товар, като позволява на учениците да откриват закономерности, без да усещат натиск от формално оценяване.

Заложени са дейности като чертане в квадратна мрежа, апликиране, изрязване, работа с геометрични шаблони и фигури, разделяне и групиране, анализиране и трансформиране на пространствени обекти и отношения.

Геометричните знания се въвеждат в единство с останалия учебен материал по математика. Понятието за триъгълник например се въвежда чрез връзка с числото три – три страни, три върха. Правоъгълникът се отличава чрез броене и съпоставяне на страни и ъгли. Трудностите, които се наблюдават, включват: объркване между подобни фигури (например квадрат и правоъгълник), слаб речников запас, недостатъчна пространствена ориентация и липса на практически опит. Когато се преподават в изолация и с ниска степен на практическа приложимост, се затруднява устойчивото формиране на пространствено мислене и коректни представи за геометрични фигури. Това води до нисък интерес, по-слаба концентрация и затруднения в запаметяването.

В допълнение, съвременната образователна среда поставя нови изисквания към методите на преподаване, акцентирайки върху междупредметната интеграция, практическата насоченост и използването на технологии. Именно тук се разгръща потенциалът на STEM подхода.

STEM подходът – теоретични основи и принос за изграждане на геометрични представи

Терминът STEM (Science, Technology, Engineering, Mathematics) възниква в САЩ в края на XX в. като отговор на нуждата от повишаване на интереса към точните и природните науки. Основната идея е да се преодолее фрагментарността на учебното съдържание и да се създаде холистичен модел на обучение, крепящ се на реални житейски ситуации и практическо приложение на знанията.

STEM обучението е насочено към развиване на умения за сътрудничество, изследване, моделиране и конструиране. То предполага активно участие на ученика и поставянето му в центъра на образователния процес чрез използване на проектно-базирано учене и експерименти.

STEM подходът се утвърждава като иновативен модел, който подпомага развитието на ключови умения у учениците: аналитично мислене, творчески способности, способност за решаване на проблеми и работа в екип. STEM образованието като интердисциплинарен подход може да се използва за формиране на геометрични представи у най-малките ученици. Неговите основни характеристики са:

♦ Решаване на реални проблеми
Учениците прилагат знанията си в практически, житейски или проектно ориентирани ситуации, дава се възможност на децата не само да разпознават и назовават геометрични фигури, но и да разбират тяхната роля и приложение в реалния свят – в архитектурата, техниката, дизайна и ежедневието.

♦ Учене чрез преживяване
Учениците се нуждаят от конкретни образи и манипулации с реални обекти, развиват пространствена ориентация чрез движение и игра, изграждат понятията за форма, големина, разположение, симетрия и др., преминават от интуитивно към осъзнато познаване на геометричните свойства.

♦ Междупредметност
Интеграция на дисциплините STEM обучението позволява свързването на математиката с природните науки, техническите умения и творческото инженерно мислене. При изучаване на геометрични фигури могат да се използват примери от природата (симетрия при листа), инженерството (конструкции с триъгълници) или технологиите (софтуери за чертане).

♦ Експериментиране и моделиране
Децата могат да изследват свойства на фигури чрез манипулативи, измервания, създаване на фигури с различни материали – така се формира интуитивно разбиране на концепции като обиколка, лице, ъгъл, симетрия.

♦ Проектно-базирано обучение
Проектните дейности развиват способностите на учениците да планират, моделират и реализират обекти с конкретни геометрични характеристики – изграждането на мост, къща или градина с геометрични форми обединява всички STEM елементи и прави ученето смислено и мотивиращо.

♦ Работа в екип и социално учене
STEM стимулира кооперативното учене, което подпомага споделяне на идеи, наблюдение на различни стратегии и развитие на комуникативни и социални умения, това също допринася за по-дълбоко усвояване на геометрични понятия.

Чрез тях знанието се изгражда активно от учащия, при взаимодействие със заобикалящата среда. Особено релевантни са принципите на „учене чрез действие“, „учене чрез игра“ и „учене чрез изследване“, приложими в начална възраст.

STEM подходът подпомага изграждането на пространствено мислене, визуализация и аналитични умения, насърчава работа в екип, творческо мислене и самооценка.

В контекста на началното образование STEM се прилага посредством:

• използване на реални обекти и материали (блокчета, картонени фигури);
• интерактивни дигитални ресурси (образователни игри, програми за рисуване);
• работа по проекти и задачи за изследване;
• създаване на модели и мини-изследвания от учениците.

Интегрирането на STEM подход в обучението по геометрия в начален етап има редица предимства:

• изгражда положителна нагласа към ученето;
• формира функционална математическа грамотност;
• подпомага усвояването на абстрактни понятия чрез конкретни действия;
• подкрепя учениците с различни стилове на учене;
• насърчава интегрирано мислене и свързване на знанията от различни области.
• увеличава мотивацията чрез игрови и изследователски дейности за учене чрез
  преживяване;
• стимулира креативността и въображението;
• развива пространствено и логическо мислене;
• развива ключови умения – критическо мислене, комуникация;
• прилагат се междупредметни връзки (с изобразително изкуство, технологии и
• предприемачество, родинознание, компютърно моделиране);
• преодоляват се затруднения чрез визуализация и манипулация;
• подготовка за бъдеща учебна и професионална реализация в технологично ориентирана среда.

Пространственото мислене, което лежи в основата на геометрията, се развива чрез дейности, характерни за STEM:

• научно наблюдение на форми в природата и техниката;
• използване на технологии за визуализиране и моделиране на фигури;
• инженерно проектиране на конструкции с конкретни геометрични изисквания;
• математическо измерване и чертане на обекти в реален мащаб.

Въпреки потенциала на STEM подхода, прилагането му в началния етап среща и редица предизвикателства:

• недостатъчна подготовка на учителите за STEM методика;
• недостиг на учебни ресурси и технологии в някои училища;
• трудности при интеграция на учебното съдържание;
• ограничено време за проекти в рамките на учебната програма.
• необходимост от подкрепа от страна на институциите и родителите.

Перспективите за развитие на STEM модели в началното образование са значителни, особено при наличие на институционална подкрепа, обучение на преподаватели и разработване на адаптирани методически инструменти.

За да бъде успешно приет и устойчив, STEM подходът трябва да бъде подкрепен от адаптирани учебни програми, ясна визия на институционално ниво и системна квалификация на учителите. Те не са просто преподаватели, а мотиватори, които напътстват и подкрепят учениците в процеса на откривателско учене. Отчитат личния напредък и развиват интерес към науките и технологиите. Създават подходящо учебно пространство за експерименти, проекти и наблюдения. Наблюдават процесите на учене, анализира постиженията и насърчават рефлексията. Свързват различни учебни дисциплини и показват тяхната взаимовръзка. Компетентните и вдъхновяващи учители умело балансират между ръководенето и свободата на действие, като предоставят възможности за творческа изява и самостоятелност на учениците.

Формирането на геометрични представи е основен компонент от математическата и общата когнитивна грамотност на учениците в начална възраст. STEM подходът предоставя солидна теоретична и педагогическа основа за развитие на тези представи чрез интеграция на знание, опит и дейност.

Теоретичният анализ сочи, че STEM не просто допринася за по-добро разбиране на геометричните понятия, но също така изгражда трайни умения за решаване на проблеми и аналитично мислене. В условията на съвременното образование той се очертава като необходимост, а не като алтернатива. STEM подходът представлява ефективна методология за формиране на геометрични представи в начален етап. Чрез практически, преживелищни и интегрирани дейности учениците развиват не само знания за форми, но и умения за наблюдение, анализ, моделиране и решаване на проблеми. Това допринася за тяхното цялостно развитие и формиране като мислещи и дейни личности.

STEM подходът е ефективно средство и предоставя богати възможности за изграждане на геометрични представи у учениците от първи и втори клас чрез интегрирано, преживяващо и практическо обучение. При създаването на проекти, експерименти, изследователска дейност и междупредметни връзки, учениците не само усвояват геометрични понятия, но и ги прилагат в реални контексти. Подходът насърчава активно участие, критическо мислене и креативност още в най-ранна възраст. Това води до по-дълбоко и трайно усвояване на геометричните понятия – не като изолирани факти, а като приложими знания. Чрез използването на материали, технологии, природни обекти и двигателна активност, учениците изграждат конкретни представи за формата, големината и разположението на обектите в пространството.

Не на последно място STEM подходът стимулира екипната работа и комуникацията, което е особено важно за децата в начална училищна възраст. При съвместно решаване на задачи и създаване на проекти се изграждат умения за социално взаимодействие, споделяне на идеи и приемане на различни гледни точки – все умения, които имат не само образователна, но и социално-възпитателна стойност.

На основата на теоретичния анализ в настоящата статия се налага изводът, че STEM подходът представлява ценен инструмент за усъвършенстване на учебния процес по математика в първи и втори клас, особено в частта за геометричните знания. Той съчетава научната достоверност с игрови и изследователски елементи, които са в съзвучие с възрастовите особености на малките ученици. Приложението му води до по-висока степен на ангажираност, разбиране и интерес у децата, което в дългосрочен план съдейства за изграждане на стабилни основи за математическа грамотност и успешно бъдещо обучение в STEM направления.