Нова українська школа: використання інформаційно-комунікаційних технологій у 1-2 класах закладів загальної середньої освіти - Олена Антонова 2019

2.6. Практика реалізації STEM-проєктів у початковій школі
Розділ 2. Методика (практика) використання ІКТ в організації освітньої діяльності молодших щколярів

Останнім часом набуває популярності STEM-освіта. STEM-освіта - це об’єднання наук, що спрямоване на розвиток нових технологій та інноваційного мислення. Невід’ємною складовою організаційної роботи щодо ефективності впровадження напрямів такої освіти є створення всеукраїнської мережі STEM-центрів чи лабораторій. Ці освітні осередки створюються на базі вишів, загальноосвітніх і позашкільних навчальних закладів, наукових лабораторій, які мають відповідну матеріально-технічну базу, кваліфікованих фахівців, навчальні програми з природничо-математичних наук, технологій, програмування, робототехніки.

STEM — це абревіатура зі слів Science (з англ. — наука), Technology (з англ. — технології), Engineering (з англ. — інженерія) та Mathematics (з англ. — математика). Саме ці напрями лежать в основі STEM-освіти. Науку, технології, інженерію та математику учні вивчають не окремо, а комплексно. При цьому чи не найважливішу роль відіграє практичне застосування учнями отриманих знань: вони не просто ознайомлюються з новими напрямами розвитку точних наук та інженерії, а навчаються реалізовувати вивчене на практиці. Поєднувати можна різні навчальні предмети, тож STEM — це поле для творчості вчителя та учнів.

Ознайомимося з досвідом Анни Федорівни Савіцької, учительки початкових класів Червоноградської загальноосвітньої школи I—III ступенів № 1 Львівської області [31]. Досвід її роботи можна знайти на сайті https://annasavitska.jimdo.com/

Учителька працює над створенням так званого STEM-offlce-IoT («розумного» STEM-кабінету) та сайту з аналогічною назвою. ІоТ — абревіатура з англійської Internet of Things, що означає «інтернет речей».

ІоТ — концепція мережі фізичних предметів («речей»), оснащених вбудованими технологіями для взаємодії один з одним або із зовнішнім середовищем. ІоТ розглядає організацію таких мереж, як явище, здатне перебудувати економічні та суспільні процеси. Особливістю ІоТ є те, що для частини дій та операцій участь людини не потрібна.

Реалізація STEM-проєкту в початковій школі [31]

Учнями початкової школи реалізується проект «Школа SMART: Arduino& Raspberry Рі».

Завдання: створити фітокартини для кабінету інформатики.

Опис проекту

Як ми шукали «кисневі бомби»

Насамперед ми з учнями почали шукати інформацію про рослини, які не просто ростимуть у фітокартині, а й будуть так званими «кисневими бомбами». Адже в нас кабінет інформатики! Удома учні продовжували пошуки разом з батьками. Як результат — в учнів поліпшилися навички роботи з пошуковиками, а теоретичні знання з природознавства вийшли за межі стандартного підручника.

На етапі пошуку інформації про рослини учні дізналися про чимало інших матеріалів, які могли доповнити фітокартину. Для зберігання цих «знахідок» я створила спільну стіну в Padlet «Проект «Жива картина» у кабінеті інформатики».

Під час роботи з’ясувалося, що для фітокартини можуть підійти кілька видів домашніх кімнатних рослин, тож діти принесли їх з дому. Деякі ми придбали спільно з батьками. Були також рослини, які ми з дітьми виростили із замовленого через Інтернет насіння.

Наші досягнення:

✵ ІТ-грамотність — учні навчилися шукати інформацію в Інтернеті, купувати через Інтернет, чітко формулювати пошукові запити, застосовувати критичний підхід, аналітично мислити, набули дослідницьких навичок тощо;

✵ набули навичок роботи з онлайн-сервісом Padlet;

✵ залучили батьків до проекту.

Що нам дало пересаджування рослин

На наступному етапі науково-пошукову роботу (природознавство) ми поєднали з технологіями (трудовим навчанням).

Протягом деякого часу ми з учнями спостерігали за ростом рослин у домашніх посудинах у ґрунті. Та за нашим задумом для фітокартини потрібні були різнокольорові горщики. Коли ми їх придбали, перед учнями постало нове завдання — пересадити рослини, та не у простий, а в коко-ґрунт — кокосовий субстрат, придбаний в інтернет-магазині.

Брикети коко-ґрунту викликали справжній захват в учнів. Тож перш ніж почати використовувати за призначенням, ми його детально дослідили. Особливу увагу звернули на такі особливості:

✵ форма — брикет круглий;

✵ маса — об’ємний, але легкий;

✵ структура — шорсткий, сухий, волокнистий;

✵ щільність — твердий у сухому вигляді, але м’який, коли вологий;

✵ колір — жовтувато-коричневий у сухому вигляді;

✵ гігроскопічність і вологоємність — швидко вбирає вологу і збільшується в об’ємі — «росте», утримує вологу тощо.

Далі ми приступили до пересаджування рослин. Це також потребувало певних знань, тож учні спочатку підготувалися теоретично — знайшли інформацію про те, як правильно це робити.

Коко-ґрунт ми помістили в горщики, а далі діти самостійно:

✵ діставали зі звичайного ґрунту рослини, обтрушували їх;

✵ мили корінці водою у трьох окремих посудинах;

✵ підстригали кінчики корінців;

✵ поміщали рослини у зроблені заглибини у ґрунті.

Пересаджуючи рослини, діти мали змогу уважно роздивитися будову живих рослин, ознайомитися з їхніми кореневими системами, власноруч посадити, можливо, перші в житті рослини. Учні запам’ятали, що рослини «п’ють» воду і вона їм потрібна для життя постійно. І все це не просто картинка в підручнику! Це знання з природознавства, математики й трудового навчання. А ще — практичне вміння та новий життєвий досвід.

Як ми будували квітодім

Не обійшлося в роботі над проектом без інженерії. Так, ми з учнями тривалий час шукали компроміс щодо конструкції фітокартини. Адже вона мала виконувати не лише естетичну, а й дослідну функцію. У віці 6-10 років учні надзвичайно Engineering допитливі. Їм потрібно все бачити, до всього доторкатися руками. І дозволяти їм це робити — значить сприяти формуванню цілісних комплексних знань.

Реалізувати фітокартину ми вирішили у формі гри «Будівельна компанія». Ми зробили двоповерховий квітодім (назву вигадали діти). У ньому 4 двокімнатні «квартири» — по дві на кожному поверсі. Різнокольорові «квартири» ми розмістили так, щоб квітам було комфортно рости. Горщики можна міняти місцями вгору- вниз, праворуч-ліворуч.

Кожен горщик оснастили системою водопостачання та водовідведення: один резервуар із чистою водою та два для стічної води.

Щоб рослини швидше росли, ми їх підсвічували фітолампою.

У класному кабінеті фітокартину розмістили так, щоб кожна дитина мала змогу спостерігати за всіма процесами та змінами росту рослин.

Як ми спостерігали-рахували-обчислювали

Математика у проекті — скрізь і всюди. На кожному етапі роботи учні мали змогу додатково ознайомлюватися з базовими математичними поняттями та здобувати математичні знання.      

Так, перш ніж замовляти горщики, учні мали:

✵ визначитися з їхніми розмірами, масою, кількістю;

✵ з’ясувати, скільки паростків вони можуть посадити в один горщик, чи потрібні їм подвійні горщики тощо.

Коли ми обирали конструкцію для фітокартини, учні обчислювали:

✵ її оптимальні форми та розміри;

✵ кількість потрібних для конструювання матеріалів і їхню вартість;

✵ динаміку росту рослин — на скільки вони виросли за певний інтервал часу, скільки нових листків з’явилося тощо.

Як створити робота

Поливати кімнатні рослини діти можуть у своєму класному кабінеті чи вдома. А в кабінеті інформатики полив фітокартини автоматизований — це робить робот-поливальник. Як він працює? Автоматизація процесів у фітокартині відбувається за допомогою інформаційно-комунікаційних технологій (ІКТ).

Систему автополиву Arduino запрограмовано на роботу із сенсором вологості та підключено до електричної розетки. Систему водопостачання приєднано до помпи, що підключена до плати Arduino та має блок живлення. Сенсор вологості, поміщений у ґрунт з рослиною, під’єднано до плати Arduino та запрограмовано на роботу зі шкалою вологості ґрунту. «Лінійку-шкалу» зі світлодіодами запрограмовано на вловлювання сигналів сенсора та під’єднано до плати Arduino.

Робот-поливальник працює за такою схемою:

✵ сенсор вологості передає сигнал на шкалу вологості (є п’ять пар світлодіодів, кожна з яких згасає в міру зменшення вологості ґрунту);

✵ після того як остання пара світлодіодів згасла (3-5 днів), з плати Arduino на помпу надходить сигнал;

✵ помпа вмикається, і зі спеціального резервуара вгору по трубках, під’єднаних до кожного горщика, починає надходити вода;

✵ після сигналу сенсора вологості помпа припиняє подачу води.

Створення робота-поливальника можна вважати окремим STEM-проєктом, адже тут є і наука, і технології, і інженерія, і математика!

Шкільний проект «Фітокартина в кабінеті інформатики» утілено практично: учні мають змогу спостерігати за ростом рослин і роботою робота-поливальника, час від часу щось удосконалювати. Водночас ми реалізуємо й інші проекти з Arduino.

Творчий проект «Де народжуються ідеї?», реалізований у програмі S4A, утілив практично один учень мого класу — Юрій Тростянчин. Щоб показати застосування проекту в житті, він зробив з конструктора Lego «двійника» робота-спрайта з програми. Замість спрайта «лампочки» до голови робота ми під’єднали світлодіод, а спрайт «здобувати математичні знання» замінили батареєю живлення. (Переглянути відео цього проекту можна на каналі Анни Савіцької на youtube.com).

Мета проекту - показати, що всі геніальні думки, ідеї, відповіді на запитання тощо народжуються в головах людей, засвічуються як «лампочки». Звідси й назва.

Крім Arduino, мої учні ознайомилися з роботою одноплатного комп’ютера RaspberryPi. Підключивши RaspberryPi через Інтернет до сервісу ThingSpeak, щоденно учні, батьки та всі охочі мають змогу спостерігати за мікрокліматом у кабінеті інформатики - температурою, вологістю, освітленістю.

У задумах маю ще кілька проектів і впевнена, що разом зі своїми однодумцями - учнями - успішно їх утілю.

У 2017 році з результатами роботи над Всеукраїнським проектом «Школа SMART: Arduino&RaspberryPi» Анна Савіцька взяла участь і перемогла у двох міжнародних конкурсах — Stem Discovery Week 2017 Competitions ma «Аll-STEM, All-Stars» Competition (у двох номінаціях).

Анна Савіцька є членом європейських спільнот Scientix і StemAlliance. У червні 2018 року вона відвідала семінар у Брюсселі — 15th Science Projects Workshop in the Future Classroom Lab - і в грудні 2019 року знову збирається у Брюссель — ділитися досвідом і набувати нових знань.