Розроблення компетентнісно-орієнтованогo STEM-проєкту “Розумний клас майбутнього”

ПІБ слухача:

вчитель НУШ

Предмет / напрям:

Інформатика / STEM

Назва STEM-проєкту:

«Розумний клас майбутнього: IoT для безпеки, комфорту та інклюзії»

Клас / вікова група учнів:

9 клас (14–15 років)

Орієнтовна тривалість проєкту:

2–3 тижні (4–6 навчальних годин)

Складник

Що саме використовуємо / створюємо

Роль у розв’язанні проблеми

Робототехніка / електроніка (датчики, мікроконтролери, виконавчі механізми)

Плати мікроконтролерів (Arduino, ESP32, micro:bit); сенсори: , температури, руху, освітленості, QR/NFC-зчитувачі; виконавчі механізми: сервоприводи вікон/жалюзі, реле ламп, світлодіоди (LED), зумер (buzzer).

Збір фізичних параметрів приміщення (вхідні дані / input) та здійснення автоматичного фізичного впливу (вихідні дані / output: провітрювання, регулювання світла, подача сигналів тривоги).

Програмування (мова, середовище, алгоритм)

Середовище кодування та симуляції Wokwi, алгоритмічні структури розгалуження та повторення, робота зі змінними, зчитування сигналів сенсорів та керування портами.

Реалізація алгоритмічної логіки «якщо [умова] то [дія]» (наприклад: якщо рівень , задіяти сервопривід вікна).

Штучний інтелект (класифікація, розпізнавання, прогнозування; етичні аспекти)

Алгоритми комп'ютерного зору для розпізнавання облич на базі модуль-камери; аналіз етичних питань приватності та витоку персональних даних.

Автоматична фіксація присутності учнів у класі без витрати часу вчителя; обговорення ризиків стеження та цифрового сліду.

Наука і математика (закони, величини, розрахунки)

Фізичні величини (освітленість у люксах, концентрація газу в ppm, температура в \(^\circ\text{C}\)); математичні функції порівняння та пропорційного розрахунку.

Обчислення порогових значень для спрацювання датчиків, калібрування сенсорів та розрахунок показників економії електроенергії.

Група компетентностей

Що учень навчиться / зможе робити (Очікувані результати за програмою О. Пасічник)

Спосіб оцінювання

Предметні / STEM

• Пояснює функціональне призначення, характеристики та взаємозв'язок складових інформаційних систем і пристроїв Інтернету речей [9 ІФО 3.1.2-1].• Будує схему послідовності виконання процесів і взаємодій в інформаційній системі [9 ІФО 1.2.1-2].• Будує, тестує, змінює інформаційну модель для дослідження систем реального світу [9 ІФО 1.3.1-5].

Оцінювання схем у Tinkercad/Wokwi, перевірка відповідності 3D-моделі технічним вимогам.

Цифрова

• Обирає, поєднує і налаштовує програмні і технічні засоби відповідно до потреб і наявних обмежень [9 ІФО 3.2.1-3].• Висловлює припущення щодо реальних та імовірних інформаційних загроз, вразливості цифрових пристроїв i сервісів [9 ІФО 4.1.2-2].• Аргументовано обирає ліцензію для створених продуктів [9 ІФО 4.3.2-4].

Захист проєкту, аналіз таблиці ризиків конфіденційності та безпеки даних.

Математична

• Переводить значення величин, визначає точність і похибку вимірювань сенсорів [9 ІФО 1.2.3-5, зміст].• Досліджує економічні аспекти та здійснює розрахунки ефективності застосування IoT [9 ІФО 1.1.1-3, зміст].

Перевірка розрахунків у паспорті пристроїв та таблиці економічної користі.

Ключові (співпраця, критичне мислення, ініціативність)

• Генерує ідеї, пояснює їх цінність, експериментує з технологіями [9 ІФО 1.1.1-3].• Виявляє наполегливість, адаптивність та відкритість до творчого експерименту під час розробки проєктів [9 ІФО 2.2.2-4].• Розробляє правила роботи групи і дотримується їх [9 ІФО 2.5.1-2].

Спостереження вчителя за командною роботою у Trello, само- та взаємооцінювання за чек-листом співпраці.

Етап діяльності

Що роблять учні (дії, ролі)

Роль учителя

Результат етапу

1. Занурення в проблему, постановка мети

Обговорюють проблеми звичайного класного кабінету (шум, задуха, якість світла, безпека, інклюзивність); об'єднуються у команди та розподіляють ролі у Trello.

Фасилітатор: моделює дискусію, допомагає сформулювати проблемне питання проєкту.

Сформована командна дошка задач у Trello; чітко сформульована мета проєкту.

2. Дослідження та збір даних

Аналізують архітектуру IoT (сенсори, контролери, хмара, інтерфейси); вивчають готові симуляції пристроїв у Wokwi.

Консультант: спрямовує пошук інформації, надає інструкції до аналізу симуляцій.

Складений перелік з 5–7 IoT-пристроїв із зазначенням типу даних та їх джерел.

3. Проєктування рішення (ескіз, схема, алгоритм)

Створюють ескіз макету класу; розробляють алгоритми взаємодії пристроїв за принципом «сенсор контролер актуатор».

Ментор: перевіряє реалістичність схем, сумісність пристроїв та дотримання принципів інклюзивності.

Графічна схема розташування пристроїв у кабінеті; блок-схеми алгоритмів.

4. Створення прототипу (збирання, програмування)

Моделюють 3D-макет класу в Tinkercad / SketchUp; складають віртуальні електричні схеми та пишуть код у Wokwi.

Тьютор: консультує з синтаксису коду, допомагає усувати помилки в програмах.

Готовий 3D-макет «Розумного класу» та діючі програмні скрипти симуляції.

5. Тестування та вдосконалення

Проводять тестові запуски алгоритмів у Wokwi; перевіряють зручність інтерфейсів та аналізують ризики кібербезпеки та витоку даних.

Експерт: ставить провокаційні запитання щодо захищеності даних та можливих збоїв.

Налагоджена система; заповнений паспорт пристроїв з розділом «Конфіденційність та безпека».

6. Презентація та рефлексія

Оформлюють презентацію в Canva / Google Slides; виступають із захистом (3–5 хв), проводять командну рефлексію.

Модератор захисту: оцінює результати за критеріями, надає конструктивний зворотний зв'язок.

Опублікована презентація; заповнені картки само- та взаємооцінювання.

Виклик

Рішення в моєму проєкті

Різні пристрої та операційні системи (Windows, macOS, Android, iOS)

Використання виключно кросплатформенних вебхмарних сервісів (Tinkercad, Wokwi, Canva, Google Workspace, Trello), які працюють у браузері будь-якого гаджета.

Обмежена потужність / малий екран смартфона

Розподіл обов'язків у команді: зі смартфонів зручно керувати завданнями у Trello, редагувати текст у Google Docs або шукати інформацію; 3D-моделювання у Tinkercad виконується на ноутбуках чи ПК комп'ютерного класу.

Відсутність пристрою в окремих учнів

Робота у малих гетерогенних групах (по 3–4 особи), забезпечення індивідуального робочого місця за шкільними комп'ютерами під час практичних уроків.

Доступ до інтернету та безпека даних

Використання шкільної мережі Wi-Fi із фільтрацією контенту; авторизація в сервісах через захищені шкільні акаунти Google Workspace.

Спільна робота та зберігання результатів

Створення єдиної спільної папки команди на Google Диску для всіх макетів, скріншотів, кодів та документації.

Питання

Відповідь

Чим замінити фізичне обладнання?

Застосування повнофункціонального браузерного симулятора Wokwi (моделювання Arduino/ESP32 з датчиками) та сервісу Tinkercad замість фізичних плат і сенсорів.

Що виконується синхронно, а що асинхронно?

Синхронно: брейнштормінг, захист проєктів, консультації вчителя (Zoom/Google Meet). Асинхронно: написання коду, 3D-моделювання, оформлення слайдів та заповнення дошки Trello.

Як організована командна робота онлайн?

Через хмарний розподіл обов'язків у Trello, роботу над спільними Google-документами та мультикористувацький режим редагування у Canva.

Як учитель відстежує прогрес і дає зворотний зв'язок?

Перегляд статусу карток у Trello, аналіз історії редагувань у Google Docs/Canva та надання коментарів під час асинхронних етапів.

Як забезпечено доступність та інклюзію?

Надання текстових інструкцій із можливістю екранного зчитування, використання субтитрів під час відеозустрічей та адаптований темп виконання для дітей з особливими освітніми потребами.

Рівень

Завдання для учнів

Підтримка учителя / ресурси

Базовий

Скласти графічну схему розміщення 5 IoT-пристроїв у Canva; підготувати текстовий опис готових симуляцій із сервісу Wokwi (що вимірює кожен сенсор); підготувати 1–2 слайди презентації.

Детальна покрокова інструкція, готові шаблони слайдів у Canva, опорні картки з описом сенсорів.

Середній

Розробити 3D-макет «Розумного класу» у Tinkercad; налаштувати віртуальну схему в Wokwi (наприклад, алгоритм увімкнення світла чи провітрювання за допомогою умови «якщо... то»); описати ризики конфіденційності даних.

Приклади коду алгоритмів у Wokwi, чек-лист перевірки 3D-моделі.

Просунутий (творче / дослідницьке розширення)

Програмувати комплексний сценарій взаємодії декількох IoT-пристроїв через API/хмару; розробити концепцію інклюзивного IoT-модуля (наприклад, звукова/візуальна навігація для осіб з порушеннями зору/слуху); провести оцінку економічної ефективності впровадження системи.

Консультації з розширеного програмування, матеріали щодо IoT-архітектури та API-протоколів.