https://doi.org/10.53656/math2026-3-5-sar

Резюме. Статията представя модел на урок по информационни технологии с интегрирани STEM елементи, реализиран чрез ролеви игри и изкуствен интелект (AI). Поставените задачи на учениците включват работа с AI чатботове, които симулират известни учени, за да развият изследователски умения и критично мислене. Описани са методика, инструменти, критерии за оценка, резултати и ограничения на модела.

Ключови думи: STEM; изкуствен интелект; AI; ролеви игри; междупредметни връзки и дигитална грамотност.

1. Въведение

Изкуственият интелект трансформира образованието чрез персонализирани AI учители, адаптивни модели и прецизна диагностика на учебния напредък, като подпомага развитието на критично мислене и изследователски умения, но същевременно поставя нови етични и социални предизвикателства (Khan, 2024).

В същото време, съществуват рискове като зависимости, пристрастия, дезинформация и подкопаване на творчеството, които изискват предпазни механизми, а успешната интеграция на AI изисква балансиран подход, съчетаващ технологични възможности с внимание към социалните и етичните предизвикателства.

В допълнение, Bauer et al. (2025) отбелязват, че бързото развитие на технологиите за AI оказва значително влияние върху учебния процес, особено в областта на информационните технологии. Интегрирането на AI в обучението разкрива широк спектър от възможности за подобряване на когнитивните процеси и усвояване на нови знания и умения, като позволява обучение със собствено темпо, намалява стреса и повишава мотивацията.

Инструменти като ChatGPT се използват за ролеви игри, интерактивни упражнения и екипни проекти, което стимулира междупредметната интеграция и развитието на дигитални и аналитични компетенции (Zhong et al., 2024). В контекста на STEM обучението AI се превръща в ключов инструмент, позволявайки на учениците да видят как различните науки – математика, информационни технологии, химия, биология и физика – се свързват в реалния живот (Chehlarova et al., 2024).

Въпреки нарастващия брой изследвания върху използването на AI в STEM обучението, липсват достатъчно описания на приложими модели за краткосрочни, проектно ориентирани уроци по информационни технологии, базирани на ролеви игри.

Към настоящия етап в българската образователна система съдържанието, свързано с AI, се разглежда основно в рамките на учебния предмет информационни технологии, като се предвижда неговото поетапно интегриране и в други предметни области след утвърждаването на проектите за обновяване на учебните програми.

Представеният урок, реализиран в рамките на два учебни часа, обединява интерактивно пътешествие, стимулиращо критично мислене и изследователски умения.

Цели на урока и изследването:

• запознаване и формиране на умения за критична работа с AI в обучението по информационни технологии;

• развиване на изследователски умения и умения за анализ на научна информация чрез междупредметни задачи;

• изследване на ефективността на AI като инструмент за интеграция на STEM елементи в обучението по информационни технологии; • подобряване на екипните и комуникативните умения.

Целите отразяват както педагогическите, така и изследователските аспекти на интеграцията на AI в STEM обучението и са насочени към представяне и анализ на модел на STEM урок, интегриращ ролеви игри и AI в обучението по информационни технологии.

2. Методология

Настоящото изследване има описателно-експлораторен характер и цели представяне и анализ на модел на проектно ориентиран STEM урок с използване на AI. В изследването участват 72 ученици от IX клас (13 – 14 години), от паралелки с професионални направления „Дизайнер“ и „Танцьор“. Участниците проявяват силен интерес към художествено-творческите дисциплини, докато информационните технологии, математиката и природните науки са второстепенни в техните приоритети, което създава интересна среда за интегриране на STEM задачи.

Характеристиките на групата позволяват да се изследва въздействието на AI върху ученици с по-нисък първоначален интерес към STEM дисциплините и знания и умения за работа с AI в клас.

2.1. Организация и инструменти

Урокът е структуриран в проектно ориентиран подход с работа в екип и ролеви игри. Използваните инструменти включват:

• персонален (преносим) компютър за всеки ученик;

• достъп до AI чатбот (ChatGPT) за симулация на известни учени, анализ, синтез и обобщение на научна информация;

• Google Docs за водене на интервю с велики учени;

• Google Slides за обобщена презентация;

• Google Classroom за организация на ресурсите;

• работни листове с тематични задачи.

Чатбот ChatGPT е избран поради широката си достъпност, поддръжката на естествен език на български, възможността за ролеви симулации и познатостта му сред учениците. Целта е да се изследва използването на AI сред учениците като помощно средство при въвеждане на нови понятия и знания, изграждане на умения за обобщаване на информация, синтезиране и представяне на научен материал пред аудитория.

2.2. Структура на урока

Урокът е реализиран в рамките на два учебни часа, по 45 минути всеки, с конкретни цели и дейности, които интегрират STEM задачи чрез взаимодействие с AI.

2.2.1. Първи учебен час – ролеви игри

Учениците влязоха в ролята на млади изследователи и посетиха „Международна академия по наука“. С помощта на AI те „се срещнаха“ с велики учени и научиха как техните открития променят света.

В първата част учениците бяха разделени на екипи и изпълняваха различни научни мисии в рамките на 20 – 25 минути, като всеки екип работеше с AI чатбот, симулиращ ролята на известен учен.

• Екип „Математика“ – Карл Фридрих Гаус: изследва как математиката подпомага откриването на планети и GPS навигацията.

• Екип „Информационни технологии“ – Алън Тюринг: анализира как изчисленията и алгоритмите променят съвременния свят.

• Екип „Химия“ – Мария Кюри: проучва как химичните елементи и радиацията се използват в медицината.

• Екип „Биология“ – Чарлз Дарвин: изследва как биологичните открития влияят върху съвременната генетика и медицина.

• Екип „Физика“ – Алберт Айнщайн: проучва как физиката стои в основата на енергията, светлината и съвременните технологии.

Проектните дейности включваха:

1. Формулиране на инструкции към AI, така че той да отговаря от името на конкретен учен и да обяснява своите открития. 2. Подготовка на 3 – 5 въпроса с нарастваща сложност за разкриване на ключовото откритие на учения и приложението му в съвременния живот.

3. Попълване на споделен документ „Интервю с велики учени“, включващ таблица за въпроси и отговори.

4. Формулиране на кратък извод след всяко интервю.

Резултатите бяха обобщавани чрез обща презентация, като всеки екип представяше по един слайд. Въпросите за обсъждане включваха:

• Какво е ключовото откритие на учения?

• Какви изводи можем да направим от интервюто?

• Как се прилага това знание в съвременния живот?

В края на първия учебен час учениците обсъждаха взаимодействието между различните науки и влиянието на научните открития върху ежедневието, с акцент върху връзката между STEM областите.

2.2.2. Втори учебен час – приложение в съвременния живот

По време на втория учебен час учениците решаваха практически задачи с помощта на AI, който симулираше известни учени в съответните STEM области.

• Математика (Карл Фридрих Гаус): моделиране на маршрути на градски транспорт и изчисляване на най-късия път между спирки чрез приложение на теорията на графите в Google Maps.

• Информационни технологии (Алън Тюринг): създаване на алгоритъм за автоматизирано поливане в „умна оранжерия“.

Учениците разработиха програмни кодове на Python, тестваха ги и оптимизираха ефективността чрез критични заявки към ChatGPT.

• Химия (Мария Кюри): изследване на радиоактивни изотопи и техните медицински приложения. Чрез задаване на подробни заявки учениците създадоха уеб страница с интерактивен калкулатор за изчисляване на полуживота на изотопите.

• Биология (Чарлз Дарвин): анализ на еволюционните промени при птиците и влиянието на околната среда върху видовете. Учениците разработиха уеб страница за изследване на промени в човката на птиците и връзката им с адаптациите към средата.

• Физика (Алберт Айнщайн): приложение на теорията на относителността върху GPS технологията. Учениците създадоха уеб страница за експериментиране с потенциалната позиционна грешка (в метри), породена от натрупана разлика във времето.

За реализирането на всички задачи учениците използваха ChatGPT, като отправяха критични и конструктивни заявки към него, за да постигнат конкретните цели по всеки проект. Тези дейности позволиха на учениците да усвоят умения за критично и осъзнато използване на AI в учебния процес и да се запознаят с практическото приложение на научните открития в съвременния свят.

2.3. Резултати и анализ

Тук ще разгледаме и сравним резултатите от анкетно проучване, включващо самооценка на учениците от взаимодействието си с AI, както и самодокументираните им наблюдения от проведения урок. В края на втория учебен час учениците попълваха „Дневник на изследователя“, в който документираха своите изследвания, взаимодействието с учените и научените уроци. Анализът на резултатите показва висока ефективност на междупредметния подход: 76% от участниците напълно разбират връзката между различните науки, а 84% считат, че използването на AI е подпомогнало усвояването на нови знания. Само 4% от учениците се чувстват несигурни, вероятно поради необходимостта от повече време или допълнителни примери за свързване на научните дисциплини.

Анализът на ученическите рефлексии разкрива висока степен на ангажираност и осмисляне на междупредметните връзки, като най-значими са отчетени виртуалното взаимодействие с учени и разкриването на практическите приложения на научните открития в съвременните технологии. Отговорите подчертават възприемането на науката като неразделна част от ежедневието и средство за решаване на реални проблеми, както и развитието на критично мислене и технологична грамотност. Работата в екип е идентифицирана като ключов фактор за подобряване на комуникацията и съвместното вземане на решения, а рефлексивните коментари сочат стремеж към усъвършенстване на проектните резултати чрез по-богати визуални и съдържателни елементи.

След приключване на проекта беше проведено анонимно анкетно проучване сред участниците с цел изследване на тяхното възприятие и използване на AI в обучението и ежедневието. Анкетното проучване е реализирано чрез Google Forms. Почти всички анкетирани (95,8%) са чували за AI, като най-разпознаваеми са чатботовете (95,8%) и гласовите асистенти (91,7%), следвани от игри с AI (87,5%) (фиг.1).

Данните сочат, че 77,8% използват AI често в ежедневието си, а 81,9% го прилагат за учебни цели. Особено показателно е, че 86,2% са използвали AI често или понякога при изготвяне на домашни работи или есета, докато 70,8% го оценяват като определено полезен за обучението. Най-високо оценени са функциите за структуриране и корекция на текстове (86,1%) и за персонализирано обучение (79, 2%) (фиг. 2).

Въпреки това, 50,7% от учениците посочват риск от неточна информация, което подчертава необходимостта от педагогическо посредничество. Предишни изследвания относно използването на AI от учащи в страната също констатират критичност при използването на подобни чатботове, имайки предвид достоверността и точността на информацията, получавана от тях (Yoshinov et al., 2024). Над половината от учениците (57,7%) се чувстват в голяма степен уверени при използването на AI в учебния процес, което потвърждава резултатите от „Дневник на изследователя“ (фиг. 3).

Като цяло, нагласите към бъдеща интеграция на AI в обучението са силно положителни (90,3%), а етичните оценки остават разнородни, което предполага нужда от целенасочено обсъждане на темата в образователен контекст.

Получените резултати кореспондират с наблюденията от „Дневник на изследователя“, като потвърждават, че учениците възприемат AI като значим ресурс за учене, при условие че той е интегриран чрез добре структурирани дейности, насърчаващи осмислянето на междупредметните връзки. 2.4. Педагогически наблюдения и отчетени ефекти

Изводите в тази точка се основават на педагогически наблюдения на преподавателя по време на учебния процес, анализ на ученическите продукти и рефлексиите, отразени в „Дневник на изследователя“. Реализацията на проектните дейности показа, че учениците:

• подобряват уменията си за работа с технологии, включително AI;

• развиват креативността и експерименталните способности чрез формулиране на въпроси и кратки изводи;

• усъвършенстват критичното и аналитично мислене чрез анализа на научни открития и техните приложения;

• обогатяват дигиталните компетенции чрез работа с документи, таблици и презентации;

• овладяват социално значими умения за ефективно общуване, работа в екип и представяне на резултатите.

3. Насоки за бъдещи изследвания

Към настоящия момент няма внедрена задължителна дисциплина „Изкуствен интелект“ в професионалните направления „Дизайнер“ и „Танцьор“. Подходящо е да се инициират подобни STEM уроци и в други дисциплини от учебния план. Бъдещи изследвания биха могли да разширят настоящия модел чрез включване на по-разнообразни извадки, използване на контролни групи и дългосрочно проследяване на ефектите от интеграцията на AI в STEM обучението.

Препоръчителни направления включват:

• дългосрочно наблюдение на развитието на критично мислене и дигитална грамотност у ученици в следващи класове;

• включване на контролни групи и разнообразни ученически извадки със STEM характер;

• сравнителна оценка на различни AI модели и инструменти за обучение в рамките на обучителния процес.

4. Препоръки

Представените задачи могат да се интегрират в учебния процес при изучаване на теми като програмиране, AI, компютърни мрежи и обработка на информация. Подходящо е:

• учениците да бъдат разделени на екипи по предметни области за по-ефективна работа;

• проектните дейности да се структурират като ролеви игри, състезания или дискусии, стимулиращи активно участие и критичен анализ; • използването на дигитални инструменти и AI да подпомага систематизирането и анализа на информация;

• проектите за домашна работа да бъдат обогатени с допълнителни факти, визуални материали и примери за съвременно приложение на научните открития.

5. Заключение

Получените резултати от изследвания на самооценка на учениците и някои наблюдения на преподавателя показват висока степен на ангажираност и положителни нагласи към използването на AI като инструмент за учене, особено когато той е интегриран в структурирани, междупредметни и практически ориентирани дейности. Данните потвърждават, че ролевите игри и STEM задачите, подпомогнати от AI, улесняват осмислянето на връзките между различни научни области и подпомагат развитието на критично мислене и изследователски умения. По този начин резултатите кореспондират пряко с поставените в увода цели за ефективна и осъзната интеграция на AI в обучението по информационни технологии.

Анализът на резултатите от анкетата показва висока степен на информираност и активно използване на AI сред учениците. Резултатите потвърждават ефективността на междупредметния подход и показват потенциала на AI за подпомагане на обучението. В същото време, използването на AI в образованието поражда опасения относно намаляване на критичното мислене и прекомерна зависимост от готови отговори, което може да подкопае способността на учениците да решават проблеми самостоятелно и да анализират информация (Vieriu & Petrea, 2025).

Това подчертава необходимостта от внимателно педагогическо планиране, контролирано използване на AI и насърчаване на активно участие на учениците. Представеният модел на урок демонстрира едновременно положителното влияние на AI върху усвояването на междупредметни знания и практическото приложение на научни концепции, като предлага рамка за етично и ефективно включване на технологиите в учебния процес. Чрез ролеви игри, екипна работа и взаимодействие с AI учениците развиват изследователски умения, критично мислене, цифрова грамотност и способности за убедително представяне на информация.

REFERENCES

Bauer, E., Greiff, S., Graesser, A. C., Scheiter, K., & Sailer, M. (2025). Looking beyond the hype: Understanding the effects of AI on learning. Educational Psychology Review, (37), 45.

https://doi.org/10.1007/s10648-025-10020-8

Chehlarova, T., Chehlarova, K., & Chehlarova, N. (2024). Snowflake in the Context of STEAM Education or Overcoming a Misconception. Science Series “Innovative STEM Education”, (6), 64 – 75.

https://doi.org/10.55630/STEM.2024.0606

Khan, S. (2024). Brave new words: How AI will revolutionize education (and why that’s a good thing) . Viking.

Vieriu, A., & Petrea, G. (2025). The impact of Artificial Intelligence (AI) on students’ academic development. Education Sciences, 15(3), 343. https://doi.org/10.3390/educsci15030343

Yoshinov, R., Kotseva, M., Madzharov, A., & Chehlarova, N. (2024). Skills and attitudes towards using AI based chatbots. Environment. Technology. Resources. Proceedings of the International Scientific and Practical Conference, (2), 138 – 142.

https://doi.org/10.17770/etr2024vol2.8064

Zhong, T., Zhu, G., Hou, C., Wang, Y., & Fan, X. (2024). The influences of ChatGPT on undergraduate students’ demonstrated and perceived interdisciplinary learning. Education and Information Technologies, 29, 23577 – 23603. https://doi.org/10.1007/s10639-024-12787-9