Професионална гимназия по земеделие „Стефан Цанов“ в град Кнежа е иновативно училище с над 118-годишна история и традиция в областта на професионалното образование и обучение. Преподавателят Зорница Беленска работи от четири години в училището и преподава на ученици от 8 до 12 клас по предмети в областта на компютърните науки. Стреми се да използва иновативни и практически методи на обучение, които развиват логическото мислене, креативността и уменията за работа в екип на учениците си. Именно поради тази причина през изминалата учебна 2024-2025 година г-жа Беленска решава да съчетае обучението по компютърни науки с провокиране на екологичното самосъзнание на гимназистите. Така създава STEM практиката „Еко Интелект”.
Г-жа Беленска разкрива пред гимназистите си какво е приложението на машинното обучение в опазването на околната среда чрез интелигентна класификация на отпадъците. Като краен продукт учениците създадат модел, който автоматично разпознава различни видове отпадъци – пластмаса, хартия, стъкло, органични материали и др. Това се случва чрез анализ на изображения и предварително подготвени данни. „Обучението трябва да подготвя учениците за реалния свят.”, споделя преподавателката и вярва, че в резултат на практиката „Еко Интелект” гимназистите ѝ осъзнават, че иновациите могат да помогнат за създаването на по-зелена планета.
Основната цел на практиката на г-жа Беленска е да запознае ученици от 11. и 12. клас с възможностите на съвременните технологии за решаване на екологични проблеми, както и да развие умения за работа с данни и алгоритми, но и умения за работа в екип. В процеса по реализиране на практиката учениците разбират, че машинното обучение може да бъде използвано за класификация на отпадъци и оптимизация на процесите по сортиране и рециклиране, като и същевременно повишават своето екологично самосъзнание. Ето през какви конкретни стъпки преминава преподавателката заедно със своите ученици при реализацията на проекта “Еко Интелект”.
КАК ДА ПРИЛОЖИМ?
Стъпка 1: Въвеждане и запознаване с темата
Първата стъпка при провеждането на практиката е г-жа Беленска да представи темата пред своите ученици. Тя обяснява целите и значението на класификацията на отпадъците - да се осъществява бързо и ефективно рециклиране. Провежда дискусия с учениците за видовете отпадъци (хартия и картон, пластмаса, стъкло, метали, текстил, електрическо и електронно оборудване, батерии, акумулатори и органични отпадъци), тяхното негативно въздействие върху околната среда и важността на рециклирането. Преподавателката запознава гимназистите с основните термини: машинно обучение, класификация, база данни, алгоритъм. Поставя очакваните резултати - в края на практиката всяка група ученици да обучи модел, който да може да класифицира отпадъците за рециклиране само по снимка.
Стъпка 2: Събиране и подготовка на данни
Следващата стъпка е групирането на учениците и поставянето на първото задание. Гимназистите са разпределени в малки групи, като всяка група е смесена и има представители от 11. клас (специалност „Компютърни науки”) и от 12. клас (специалност „Растителна защита”). Всяка група има задача да събере база данни с изображения и характеристики на различните видове отпадъци за рециклиране. Учениците подготвят събраните данни за обработка: сортират, етикетират категориите отпадъци и правят проверка за точност. След това подреждат данните в CSV или SQL таблици, в които всяка колона съдържа име, материал, категория, свойства на отпадъка. Учениците попълват работен лист с данните, очаквания резултат и план за разработка.
Стъпка 3: Обучение на модел за класификация
На този етап г-жа Беленска демонстрира основни принципи на машинното обучение чрез примерен алгоритъм. Зaпознава учениците си с модела Decision Tree - модел, използван в машинното обучение и анализа на решения, който наподобява обърнато дърво или блок-схема. Прилага се именно при класифицирането - за разделяне на данни в категории. Учениците се обучават и в използването на модела K-Nearest Neighbors - един от най-простите и интуитивни алгоритми в машинното обучение, използван за класификация. След това гимназистите използват програмна среда (Teachable Machine ) за трениране на модела върху подготвените от тях данни.
- Провеждат тестове
- Проверяват точността
- Правят корекции
Стъпка 4: Анализ и визуализация на резултатите
При изпълнение на следващия етап от проекта групите анализират резултатите от класификацията. Търсят отговорите на следните въпроси:
- С каква точност моделът разпознава видовете отпадъците?
- Моделът прави ли грешки?
- Кои са най-трудните за разпознаване категории отпадъци?
След това създават графики и диаграми, които показват ефективността на модела, а накрая обсъждат как резултатите могат да се използват за практическо сортиране и рециклиране на отпадъци. При изпълнение на тази стъпка гимназистите попълват работен лист, който им помага да направят оценка на модела, анализ на резултатите и да запишат предложенията си за подобрение и научените уроци.
Стъпка 5: Представяне и дискусия
В предпоследния етап на практиката всеки екип представя своя модел и резултатите пред останалите ученици от 11 и 12 клас. Обсъждат се предизвикателствата, през които са преминали групите и провеждат дискусия за потенциални приложения на практиката в реалния живот. Учениците достигат до изводите, че е важно да насочат фокуса си към екологията и решават да инициират училищни кампании за разделно събиране на отпадъци и рециклиране. Стартират различни екологични проекти. Създават умен контейнер за отпадък - кошче за боклук с платки, мотори и сензори, което учениците програмират да се отваря автоматично, когато бъде приближено.
Стъпка 6: Рефлексия и заключение
В края на практиката г-жа Беленска провежда анкета с учениците си, за да провери до каква степен са се повишили техническите им умения, тяхното екологично самосъзнание и умението им за работа в екип. Преподавателката обобщава ключовите резултати от практиката, подчертавайки важността да се интегрира технологията в сферата на екологията.
Тези от вас, които проявяват засилен интерес към темата за рециклирането и искат да я обсъждат с учениците си, могат да се запознаят със следната тематична статия, качена на нашия сайт.
ЗАЩО ДА ОПИТАМЕ?
Който е стигнал до тази част на статията, вероятно си задава въпроса - дали след провеждането на практиката „Еко Интелект” г-жа Беленска забелязва положителни резултати в знанията, уменията и нагласите на гимназистите си? Отговорът на преподавателката е утвърдителен - тя е категорична, че учениците ѝ не само са усвоили нови знания за видовете отпадъци, тяхната класификация и влиянието им върху околната среда, но и са изучили основни принципи на машинното обучение и работата с бази данни. Гимназистите демонстрират разбиране как технологиите могат да бъдат използвани за решаване на екологични проблеми и как данните подпомагат процесите по сортиране и рециклиране.
От гледна точка на уменията, учениците не само подобряват техническите си компетенции (програмиране, работа с бази данни, обучение на модели за класификация и визуализация на резултатите), но и усъвършенстват аналитичното си мислене, способността да интерпретират данни и да правят изводи. Преподавателката наблюдава и повишена мотивация у учениците при работа в екип, споделяне на идеи, дискусии и съвместно решаване на проблеми.
Нагласите на учениците също се променят. Проявяват по-голям интерес към теми, свързани с устойчиво развитие, екология и възможностите технологиите да допринасят за по-зелена планета. Преподавателката споделя, че след проекта учениците са инициирали кампании за разделно събиране на отпадъци в училище и демонстрират желание да участват в екологични проекти.
А как би могла дейността да се адаптира? Макар практиката да е реализирана в професионална гимназия, в начален етап (например в часовете по компютърно моделиране) също би могло да се обърне внимание на темата - чрез игри, с които учениците се учат да разпознават видовете отпадъци.
Зорница Беленска планира да надгради практиката си „Еко Интелект” чрез интегриране на още по-широки междупредметни елементи като география (в кои части на света има кризи с боклука), история на рециклирането и социални науки. Това ще даде възможност да обсъди с учениците си как управлението на отпадъците се отразява на обществото и природата в различни региони.
Замислете се само - колко актуално звучи този проблем днес, дори и за живущите в столицата на България. Стискаме палци след години учениците на г-жа Беленска да бъдат сред свежите млади експерти, които ще съдействат за разрешаването на проблема с боклука в гр. София или в друго населено място у нас, а защо не и в чужбина.
