Edukacja STEAM to określenie pochodzące z języka angielskiego, oznacza połączenie różnych obszarów w edukacji: Nauki (Science), Technologii (Technology), Inżynierii (Engineering), Sztuki (Arts) i Matematyki (Mathematics). STEAM stawia na naukę projektową, rezygnację z podawania wiedzy na rzecz jej aktywnego odkrywania przez uczniów i zdobywania nowych umiejętności, gdyż najwięcej informacji przyswajamy i zapamiętujemy dzięki własnym doświadczeniom.
Klasa ósma to czas, kiedy uczniowie stają przed wyborem dalszej ścieżki kształcenia. Ważne jest, żeby podczas nauki w szkole podstawowej mogli sprawdzić się w różnych obszarach edukacji po to, żeby stwierdzić, co ich najbardziej interesuje i pociąga. Pozwoli im to podjąć bardziej świadomą decyzję w kwestii wyboru dalszej ścieżki nauczania. Dlatego kiedy moja szkoła w ramach ogólnopolskiego programu „Laboratoria Przyszłości” zakupiła zestawy do nauki podstaw programowania i mechatroniki „BeCreo” oraz drukarkę Banach 3D, postanowiłam wykorzystać te pomoce do przeprowadzenia zajęć w oparciu o sposób kształcenia STEAM. Chciałam, żeby moi podopieczni podczas zajęć poczuli się trochę jak inżynierowie. Problem, przed którym stanęła moja młodzież na pierwszy rzut oka wydawał się niezbyt skomplikowany. Należało stworzyć za pomocą dostępnych w zestawie „BeCreo” modułów sygnalizację świetlną, dla której powinien zostać przygotowany program sterujący, a następnie zaprojektować w programie Tinkercad prostą obudowę dla sygnalizacji świetlnej – sygnalizator, który później miał być wydrukowany na drukarce 3D.
Naszą pracę, po podziale na grupy i podaniu tematu badań, rozpoczęła analiza świateł, które sterują ruchem na przejściach dla pieszych. Początkowo skupiliśmy się na przygotowaniu wersji uproszczonej, czyli takiej, gdzie po świetle czerwonym zapala się żółte, później zielone, znów następuje żółte i na końcu wracamy do czerwonego. Uczniowie całkiem sprawnie poradzili sobie z połączeniem dostępnych w zestawie BeCreo diod z płytką Arduino na kolorowej imitującej ulicę podkładce pochodzącej z tego samego pakietu mechatronicznego. Przygotowanie programu w wersji podstawowej również nie sprawiło im większych problemów, ponieważ w dedykowanej dla zestawu aplikacji można programować w środowisku zbliżonym do Scratcha. Kolejnym etapem było zastanowienie się i poszukanie w Internecie, w jaki sposób tak naprawdę zmieniają się światła w ruchu drogowym. I tu pojawiła się niespodzianka. Uczniowie odkryli, że światło czerwone nie gaśnie, gdy zapala się żółte. Oba te światła gasną w momencie, gdy pojawia się światło zielone. Wiedza ta skłoniła młodzież do modyfikacji swoich programów. Moment ten był impulsem dla uczniów. Wielu z nich przypomniało sobie, że oprócz świateł warto wykorzystać głośniczek generujący dźwięk, po to, żeby osoby niedowidzące lub niewidome wiedziały, że zapaliło się zielone światło. Niektórzy z nich zaczęli eksperymentować z przyciskiem, który uruchamiałby cykl świateł, jeszcze inni próbowali uaktywnić wyświetlacz po to, żeby pojawiały się napisy – np. STOP, IDŹ itp. Byłam bardzo zaskoczona, bo pamiętam, z jaką niechęcią niektórzy z nich programowali w języku Scratch czy Pythonie, a teraz w sposób niemal naturalny stosowali strukturę pętli czy instrukcję warunkową.
Następnym etapem naszych prac było zaprojektowanie w programie Tinkercad prostego sygnalizatora świetlnego, który zostałby wydrukowany na drukarce 3D. Nie musiał stać na słupku ani posiadać np. daszków nad światłami. Ważne było to, żeby można w nim było umieścić trzy diody odpowiadające kolorom świateł. Na „pierwszy rzut oka” zadanie to wydawało się łatwe, przecież wystarczyło tylko pomierzyć rozstaw diod i stworzyć model 3D w kształcie prostopadłościanu. Bardzo szybko okazało się jednak, że ta pozornie łatwa czynność nastręczyła wiele problemów. Podczas kreowania modelu, uczniowie musieli pamiętać o wielu drobnych, lecz bardzo istotnych, szczegółach. Niektórzy z nich wydawali się początkowo bezradni, bo zupełnie nie wiedzieli od czego rozpocząć i jak podejść do problemu. Natomiast inni z niesamowitym zaangażowaniem zaczęli korzystać z linijek i ekierek, ustalając wymiary diod. Przez wiele lat byłam nauczycielem matematyki, ale nie pamiętam, żeby uczniowie z takim zapałem cokolwiek mierzyli na zajęciach. Pomysły były bardzo różne. Powstały modele modułowe, czyli składające się z trzech odrębnych prostopadłościanów, poprzez sygnalizatory będące jednym niepoprzedzielanym prostopadłościanem, aż po projekty poprzedzielanych prostopadłościanów i wreszcie sygnalizatory na słupku.
Prawdziwym sprawdzianem dla uczniowskich pomysłów był ostatni etap – wydruk na drukarce 3D. Tutaj w kilku przypadkach dobrze wyglądające na monitorze projekty nie spełniły swojego przeznaczenia, bo niektórzy uczniowie podczas modelowania pomylili centymetry z milimetrami. Pojawiły się także projekty, które wykraczały poza obszar roboczy drukarki. Prototypy, które udało nam się wydrukować zostały poddane testom. Uczniowie próbowali włożyć do swoich sygnalizatorów diody. Niestety ustalone wymiary nie zawsze odpowiadały rzeczywistym rozmiarom modułów z diodami. W niektórych modelach światła za bardzo wystawały, w jeszcze innych otwory na diody były wycięte w miejscach, w których nie były one widoczne. W prototypach stanowiących jeden prostopadłościan bez przegródek, moduły z ledami przemieszczały się. Najlepszy okazał się projekt dwóch dziewcząt – poprzedzielany prostopadłościan, ale i one podczas testowania swojej pracy, zauważyły, że mogły zużyć mniej filamentu i „odciąć” tył modelu poprzez zastąpienie w podstawie sygnalizatora kwadratu prostokątem. Gdybyśmy chcieli pracować zgodnie ze schematem cyklu inżynierskiego powinniśmy po testach ulepszać nasze prototypy. Niestety nie było już na to czasu. Zatrzymaliśmy się na wnioskach „na przyszłość”. Było to bardzo cenne doświadczenie, które pokazało jak ważne jest rozwiązywanie z pozoru łatwych problemów i jak kreatywni potrafią być nasi uczniowie. Wiem, że po tych zajęciach niektórzy z moich podopiecznych odkryli talenty do modelowania 3D lub zafascynowali się mechatroniką. Cały projekt „Sygnalizacja świetlna” trwał łącznie trzy godziny lekcyjne. Większość wydruków na drukarce 3D Banach School była realizowana poza zajęciami z klasami ósmymi.
____________________________________
Autorka: Anna Skrzypczak – Gniot – Nauczycielka matematyki i informatyki w Szkole Podstawowej nr 20 w Poznaniu. Od wielu lat skutecznie wdraża druk 3D na zajęciach lekcyjnych w szkole.