Робототехніка та STEM: Arduino, LEGO та конструювання для педагогів

Можливості підвищення кваліфікації Робототехніка та STEM: Arduino, LEGO та конструювання для педагогів

Суб’єкт підвищення кваліфікації:

Інформація про розробника (розробників):

Руснак Станіслав Маріянович, software розробник з 4 річним комерційним досвідом, інженер з машинного навчання (Ai), інженер з автоматизації, вчитель інформатики

Особа (особи), які виконують програму:

Руснак Станіслав Маріянович

Напрями підвищення кваліфікації:

цифрові технології педагогічної діяльності на рівні базової середньої освіти(ГХЗВ)
мовленнєва, комунікаційна компетентність
цифрова компетентність

Форма (форми) підвищення кваліфікації:

онлайн-навчання

Види підвищення кваліфікації:

курси (навчання за програмами підвищення кваліфікації)

Цільова група:

Вчитель закладу загальної середньої освіти
Вчитель
Керівник гуртка

Перелік професійних стандартів:

«Вчитель закладу загальної середньої освіти» (2024)

Складники системи освіти та рівні освіти:

повна загальна середня освіта
базова середня освіта

Професійні компетентності за професійними стандартами педагогічних працівників:

А2. Предметно-методична компетентність
АЗ. Інформаційно-цифрова компетентність
Г1. Прогностична компетентність
Д1. Здатність до навчання впродовж життя
Д1.З. Здатність до інноваційної діяльності
Керівник ЗЗСО. ГЗ. Проектувальна компетентність

Технічна підтримка: безстроковий доступ до оновлюваних матеріалів курсу на платформі Mentorium (Перейти за покликанням ). У разі оновлення середовища Arduino IDE або виходу нових версій ПЗ для LEGO, інструкції будуть актуалізовані.
Методичні консультації: можливість отримати фідбек від автора курсу щодо розроблених планів уроків або технічних схем через спеціальну форму зворотного зв'язку або закриту спільноту (Telegram/Viber).
Інформаційна розсилка: отримання повідомлень про актуальні робототехнічні змагання, грантові програми для шкіл та новинки у сфері STEM-освіти в Україні.

Програма модуля 1: Основи робототехніки та Arduino

Загальний обсяг модуля: 12 годин (0.4 кредити ЄКТС).

Теорія (читання матеріалів): 3 год.

Практичні роботи (прототипування та кодування): 6 год.

Самостійна робота (пошук рішень, тестування): 3 год.

Тема 1.1. Робототехніка в освіті: від концепції до класу (3 год)

Зміст: Робототехніка як інструмент реалізації STEM-підходу. Зв'язок із Державним стандартом базової середньої освіти. Форми організації навчання (гуртки, інтеграція в інформатику та фізику). Огляд платформ: LEGO vs Arduino. Бюджетне планування STEM-лабораторії.

Результати навчання: Слухач знає нормативну базу впровадження робототехніки; вміє обирати оптимальну платформу під бюджет закладу; розуміє різницю між STEM та STEAM.

Тема 1.2. Платформа Arduino: апаратна частина та середовище розробки (3 год)

Зміст: Будова мікроконтролера Arduino (Uno/Nano). Призначення пінів, макетної плати та базових компонентів (LED, резистори, сенсори). Встановлення та налаштування Arduino IDE. Структура скетчу: функції setup() та loop().

Практична робота: Налаштування зв'язку «комп'ютер-плата», запуск першого проєкту «Blink» (мигання вбудованим світлодіодом).

Тема 1.3. Створення інтерактивних систем: від світлодіода до сенсорів (6 год)

Зміст: Керування цифровими та аналоговими виходами. Робота з ШІМ (плавна зміна яскравості). Використання послідовного порту (Serial Monitor) для діагностики. Робота з бібліотеками.

Практичні кейси:

Проєкт «Світлофор»: Логіка послідовних процесів.

Проєкт «Ехолокація»: Вимірювання відстані за допомогою HC-SR04 (інтеграція з курсом фізики).

Проєкт «Метеостанція»: Робота з датчиком температури та вологості DHT11.

Проєкт «Механіка руху»: Керування сервомотором SG90 (основи маніпуляторів).

Результати навчання: Слухач вміє складати електричні схеми на макетній платі; пише та відлагоджує код на C++ (Arduino); зчитує дані з навколишнього середовища через сенсори.

Програма модуля 2. LEGO-конструювання та доступні матеріали

Загальний обсяг модуля: 12 годин (0.4 кредити ЄКТС).

Теорія (методики та огляди): 3 год.

Практичні роботи (проектування та макетування): 6 год.

Самостійна робота (розробка кейсів та планів уроків): 3 год.

Тема 2.1. Екосистема LEGO Education та методика 4C (3 год)

Зміст: Огляд лінійки LEGO: від WeDo 2.0 (початкова школа) до SPIKE Prime та Mindstorms (середня та старша ланка). Методологія 4C: Connect (З’єднай), Construct (Збудуй), Contemplate (Обміркуй), Continue (Продовж). Перехід від візуального блочного програмування до текстового Python. Підготовка команд до міжнародних змагань FIRST LEGO League (FLL).

Результати навчання: Слухач володіє алгоритмом побудови уроку за методикою 4C; орієнтується в лінійці продуктів LEGO; знає умови участі у змаганнях FLL.

Тема 2.2. Мейкерство та «Low-cost» робототехніка (4 год)

Зміст: Використання вторинної сировини та підручних матеріалів (картон, палички, пластик) як конструктивної основи. Створення механізмів без електроніки: гідравлічні системи на шприцах (закон Паскаля в дії). Поєднання Arduino з саморобними корпусами.

Практична робота: Розробка ескізу та креслення робота-машинки з гофрокартону. Проєктування гідравлічного маніпулятора (STEM-кейс для 5–7 класів).

Тема 2.3. STEM-проєктування: від ідеї до робочого прототипу (5 год)

Зміст: Інтеграція природничих наук, технологій, інженерії та математики в одному проєкті. 7 етапів інженерного процесу. Кейси: «Розумна теплиця», «Сонячний трекер», «Автоматична годівничка». Використання датчиків вологості ґрунту, реле та помп.

Практична робота: Створення алгоритму автоматичного поливу (скетч для Arduino). Опис повного циклу інженерного проєкту за обраною темою (від визначення проблеми до презентації результату).

Програма модуля 3. Практикум та впровадження

Загальний обсяг модуля: 6 годин (0.2 кредити ЄКТС).

Теорія (організація та змагання): 2 год.

Практична робота (симуляція та проектування): 4 год.

Тема 3.1. Організація гуртка та віртуальне середовище Tinkercad (2 год)

Зміст: Алгоритм створення гуртка робототехніки: від нормативного планування до закупівлі обладнання. Використання онлайн-симулятора Tinkercad Circuits для дистанційного навчання та економії ресурсів. Стратегія «Симуляція → Фізична збірка».

Практична робота: Створення віртуальної схеми «Світлофор» у Tinkercad та тестування коду без наявності обладнання. Розробка листа-обґрунтування для адміністрації школи щодо відкриття STEM-лабораторії.

Тема 3.2. Змагальна робототехніка та командна робота (2 год)

Зміст: Огляд змагань в Україні: FIRST LEGO League (FLL), WRO, сумо-боти та хакатони. Структура підготовки команди: Robot Design, Innovation Project та Core Values. Базові змагальні алгоритми: слідування за лінією та автономний лабіринт.

Результати навчання: Слухач вміє готувати учнів до технічних конкурсів; знає правила базових категорій змагань на Arduino; розуміє принципи командної динаміки.

Тема 3.3. Підсумковий проєкт: розробка STEM-уроку (2 год)

Зміст: Методика підготовки підсумкової роботи. Вимоги до структури уроку: предметна інтеграція, інженерний процес, технічна документація та критерії оцінювання учнів. Рефлексія та стратегії подальшого розвитку.

Підсумкова атестація: Захист розробленого STEM-уроку або проєкту (наприклад, «Розумна теплиця» або «Робот-помічник»), адаптованого під реальні умови школи.

Підсумкова інформація для форми реєстрації:

Загальна кількість годин: 30 годин.

Кількість кредитів ЄКТС: 1.0.

Форма контролю: Підсумкове тестування (мін. 60% успіху) + захист випускного проєкту.

Список літератури та джерел:

Державний стандарт базової середньої освіти, затверджений Постановою КМУ від 30.09.2020 №898.
Arduino. Офіційна документація та приклади: Перейти за покликанням .
Tinkercad Circuits. Онлайн-симулятор: Перейти за покликанням
FIRST LEGO League. Офіційний сайт: Перейти за покликанням .
FIRST Ukraine. Координатор в Україні: https://firstukraine.org.
LEGO Education. Навчальні ресурси: Перейти за покликанням .
Margolis M. (2020). Arduino Cookbook, 3rd Edition. O'Reilly Media.
Martinez S.L., Stager G. (2019). Invent To Learn: Making, Tinkering, and Engineering in the Classroom. Constructing Modern Knowledge Press.
Blikstein P. (2013). Digital Fabrication and "Making" in Education: The Democratization of Invention. FabLabs: Of Machines, Makers and Inventors.
STEM-освіта в Україні. Інститут модернізації змісту освіти: Перейти за покликанням .

Очікувані результати підвищення кваліфікації:

Слухачі будуть знати:

нормативно-правову базу впровадження STEM-освіти та робототехніки відповідно до Державного стандарту базової середньої освіти;
архітектуру та принципи роботи мікроконтролерів Arduino (Uno/Nano) та лінійку продуктів LEGO Education;
методику 4C (Connect, Construct, Contemplate, Continue) та 7 етапів інженерного проєктування;
правила та регламенти основних робототехнічних змагань (FLL, WRO, сумо-боти).

Слухачі будуть вміти:

проєктувати та створювати електронні схеми на базі Arduino з використанням сенсорів та виконавчих механізмів;
писати, налагоджувати та модифікувати програмний код на мові C++ (у середовищі Arduino IDE) та засобами візуального програмування;
використовувати онлайн-симулятор Tinkercad для моделювання STEM-проєктів у дистанційному форматі;
створювати робочі прототипи систем («Розумна теплиця», метеостанція, робот-маніпулятор) з використанням підручних матеріалів;
розробляти плани інтегрованих STEM-уроків та програми гурткової роботи.

Слухачі будуть володіти:

навичками організації командної проєктної діяльності учнів;
методами оцінювання результатів технічної творчості за допомогою рубрик та критеріїв;
інструментами бюджетного планування та технічного оснащення шкільних STEM-лабораторій.

Розподіл годин за видами діяльності:

Самостійна робота - 5,00
Практичні заняття - 5,00
Онлайн-курс - 20,00

Рецензенти: Пантя Ірина Назарівна – директор Тисовецького ЗЗСО І-ІІ ступенів, учитель математики, спеціаліст вищої категорії, учитель-методист. Назмєєв Богдан Олександрович – вчитель інформатики і математики Тисовецького ЗЗСО І-ІІ ступенів.

Завдання підвищення кваліфікації: – Теоретичні: Ознайомити педагогів із роллю робототехніки в сучасній STEM-освіті, архітектурою мікроконтролерів Arduino та можливостями конструкторів LEGO Education. – Практичні: Навчити базовим навичкам програмування в середовищі Arduino IDE, роботі з сенсорними системами та сервоприводами, а також основам 3D-моделювання для створення деталей роботів. – Методичні: Опанувати методику інтеграції робототехніки у предмети природничо-математичного циклу та розробити алгоритм створення STEM-проєктів з використанням доступних (підручних) матеріалів. – Організаційні: Надати інструменти для створення та управління шкільним гуртком робототехніки, підготовки команд до змагань та оцінювання результатів технічної творчості учнів. – Проєктні: Забезпечити умови для розробки власного плану STEM-уроку або проєкту, адаптованого під реальні потреби закладу освіти.

Система та критерії оцінювання результатів: Оцінювання результатів навчання здійснюється за 100-бальною шкалою (або у відсотковому співвідношенні) та базується на виконанні обов'язкових елементів програми. 1. Поточний контроль: – Перевірка виконання практичних вправ (робота з кодом для Arduino, створення схем або методичних напрацювань для LEGO-уроків); – Самостійна робота з навчальними матеріалами. 2. Підсумковий контроль (Тестування): – Слухачі проходять підсумкове онлайн-тестування, що охоплює теоретичний та методичний блоки курсу; – Критерій успішного складання — 60% і більше правильних відповідей. Критерії видачі сертифікату: – Опрацювання всіх модулів програми (теоретична частина); – Успішне складання підсумкового тестування (мін. 60%). Шкала оцінювання: Підсумкова шкала: 90–100 – відмінно; 75–89 – добре; 60–74 – задовільно; 0–59 – незадовільно (не зараховано).