Faza wprowadzająca

10 minut

Nauczyciel prezentuje krótki fragment filmu „MX3D Printed Bridge Update 2018 – Anita Star” jako przykład współczesnej inżynierii opartej na automatyzacji, druku 3D i analizie danych konstrukcyjnych. Po obejrzeniu filmu nauczyciel kieruje rozmowę, zadając pytania otwarte: „Co w tej konstrukcji wydaje się innowacyjne?”, „Jak można matematycznie ocenić bezpieczeństwo takiego mostu?”, „Jakie dane inżynierowie muszą zebrać, aby dopuścić most do użytkowania?”. Zachęca uczniów do szukania powiązań między analizą danych, geometrią konstrukcji, testowaniem nośności a współczesną technologią druku 3D. Nauczyciel podkreśla, że inżynieria mostowa nie istnieje bez matematyki, a współczesne konstrukcje są testowane nie tylko fizycznie, ale również cyfrowo, poprzez symulacje i modele danych.

Uczniowie, już po obejrzeniu fragmentu filmu, dzielą się swoimi wrażeniami: próbują nazwać zastosowane technologie oraz zauważone przez siebie zalety i ograniczenia mostu drukowanego w 3D.

MX3D Printed Bridge przedstawia postępy w budowie jednego z pierwszych na świecie mostów wydrukowanych w technologii 3D, wykonywanego przez roboty spawalnicze w Amsterdamie. Film ukazuje zarówno aspekty inżynieryjne i projektowe mostu, jak i proces ciągłego testowania stabilności konstrukcji oraz analizowania danych, które potwierdzają bezpieczeństwo użytkowania.

Wprowadzenie kontekstu – Biologia Znaczenie teorii metapopulacji w ochronie przyrody (ZPE)

15 minut

Nauczyciel nawiązuje do tematu e‑materiału z biologii Znaczenie teorii metapopulacji w ochronie przyrody. W zależności od dostępnego czasu nauczyciel może: przedstawić materiał bezpośrednio na lekcji, korzystając z zasobów platformy ZPE, zaproponować uczniom samodzielne zapoznanie się z treścią w domu, nawiązać współpracę z nauczycielem biologii, zachęcając do wykorzystania materiału podczas zajęć przedmiotowych, co pozwala osadzić temat w szerszym kontekście biologicznym. Nauczyciel, nawiązując do wcześniejszych doświadczeń uczniów dotyczących obserwacji przyrody lub analizy danych populacyjnych, podkreśla, że działalność człowieka istotnie wpływa na funkcjonowanie populacji zwierząt. Fragmentacja siedlisk, urbanizacja, drogi, infrastruktura i zabudowa dzielą naturalne tereny na mniejsze części, utrudniając migrację, wymianę genów i dostęp do zasobów. W efekcie wiele gatunków zaczyna funkcjonować w strukturze metapopulacji, czyli zespołu mniejszych, odizolowanych populacji połączonych ograniczonym przepływem osobników. W takiej sytuacji niezwykle ważną rolę odgrywają korytarze ekologiczne – pasma terenu umożliwiające migrację zwierząt między fragmentami siedlisk, poprawiające ich szanse przeżycia, zwiększające wymianę genów i stabilność ekosystemów.

Uczniowie przechodzą do etapu twórczej eksploracji — zastanawiają się, gdzie podobne rozwiązanie mogłoby znaleźć praktyczne zastosowanie w ich otoczeniu lub w przestrzeniach projektowanych dla zwierząt. Proponują konkretne lokalizacje i sytuacje, w których most zaprojektowany według ich własnego pomysłu mógłby rozwiązać realny problem: ułatwić przemieszczanie się zwierząt, połączyć odizolowane fragmenty siedlisk, poprawić bezpieczeństwo przejść nad drogami lub przez tereny trudne do pokonania.

Materiał staje się punktem wyjścia do działań matematycznych: zbierania danych dotyczących liczby populacji gatunków w Polsce, analizy trendów, porównywania regionów, przygotowania tabel i wykresów oraz oceny wiarygodności źródeł.

1. Gromadzenie, ocena i analiza danych

15 minut

Nauczyciel proponuje uczniom poszukiwanie danych liczbowych dotyczących populacji dzikich zwierząt w Polsce lub – jeśli potrzebne – udostępnia wybrane przykładowe zestawienia statystyczne i raporty. Mogą one stanowić punkt wyjścia do pracy analitycznej, porównań lub weryfikacji wiarygodności źródeł. Przykładowe materiały: Raport o spadkach populacji wynikających z działalności człowieka: https://oko.press/na-zywo/na-zywo-relacja/populacja-dzikich-zwierzat-w-dol-o-73-proc-nie-radza-sobie-z-wplywem-czlowieka. Monografia i monitoring populacji gatunków chronionych: https://wbz.uwm.edu.pl/sites/default/files/uploads/WBZ/Dokumenty/Aktualnosci/MONOGrafie_ZALEWSKI/monografia_sp_1-monitoring_liczebnosci_sp_i_ed.pdf. Zestawienia statystyczne dotyczące wybranych gatunków prawnie chronionych: https://portalstatystyczny.pl/ochrona-zwierzat-w-polsce-populacja-wybranych-gatunkow-zwierzat-prawnie-chronionych/. Nauczyciel zachęca uczniów, aby samodzielnie analizowali dane, porównywali liczebności populacji oraz oceniali wiarygodność źródeł i jakość przedstawionych informacji.

Uczniowie pracują na danych liczbowych dotyczących populacji dzikich zwierząt w Polsce – np. wilków, rysi, bobrów, żubrów, łosi lub wybranych gatunków ptaków migrujących. Ich zadaniem jest zgromadzenie informacji o liczebności populacji, a następnie porównanie danych archiwalnych i aktualnych w celu określenia, jak fragmentacja siedlisk wpływa na dynamikę populacji. Uczniowie przygotowują tabele danych w arkuszu kalkulacyjnym, rejestrując wartości z różnych okresów, regionów lub źródeł. Przeprowadzają weryfikację danych, sprawdzając ich spójność i wiarygodność, korzystając z: - serwisów przyrodniczych i raportów naukowych,
- baz danych i statystyk środowiskowych,
- źródeł fachowych, instytucji ochrony przyrody,
- narzędzi AI jako dodatkowego sposobu testowania informacji (np. porównywanie danych, identyfikacja rozbieżności, wskazanie potencjalnych źródeł). 
Uczniowie ćwiczą selekcję informacji, ocenę jakości źródeł, identyfikowanie niepewności i błędów pomiarowych, a także formułowanie hipotez o przyczynach zmian populacji w zależności od dostępności siedlisk i stopnia ich fragmentacji.

Dane liczbowe umożliwiają rozwijanie kompetencji matematycznych, takich jak interpretacja wykresów, analiza trendów, średnie i mediana, estymacja populacji, proporcje, modelowanie zmian liczebności oraz porównanie danych z różnych regionów. Nauczyciel podkreśla, że matematyka w ekologii nie jest abstrakcją – pozwala podejmować decyzje dotyczące ochrony przyrody, identyfikować obszary zagrożone i planować inwestycje środowiskowe.

2. Projekt koncepcyjny

25 minut

Nauczyciel zachęca uczniów do przejścia od analizy danych liczbowych do projektowania przestrzennego. Wyjaśnia, że celem jest opisanie sytuacji gatunku nie tylko w tabelach, ale również w formie map i koncepcji przestrzennych, które pomogą zrozumieć zależność między liczebnością, siedliskiem i korytarzami ekologicznymi. Prosi zespoły o wybór jednego gatunku, opracowanie tabeli danych w arkuszu kalkulacyjnym oraz późniejsze połączenie wyników we wspólną bazę. Zachęca do nanoszenia danych na mapy – występowania, tras migracyjnych oraz istniejących lub projektowanych korytarzy ekologicznych. Nauczyciel udostępnia mapę referencyjną, np.: https://mapa.korytarze.pl/, i zadaje pytania naprowadzające: „Jakie obszary wymagają połączenia?”, „Które bariery antropogeniczne są największym zagrożeniem?”, „Jakie rozwiązanie mogłoby poprawić ciągłość siedliska?”. Nauczyciel zachęca uczniów do samodzielnego tworzenia projektu korytarza ekologicznego jako koncepcji przestrzennej rozwiązującej realny problem.

Uczniowie w małych zespołach wybierają jeden gatunek dzikiego zwierzęcia (np. wilk, ryś, bóbr, żubr, łoś lub gatunek ptaka migrującego). Zbierają wiarygodne dane dotyczące liczebności, lokalizacji populacji, trendów oraz czynników zagrożenia. Tworzą tabelę w Excelu, w której umieszczają informacje liczbowe (np. populacje na terenie województw, zmiany w czasie, powierzchnia siedlisk, zagrożenia antropogeniczne). Następnie wszystkie zespoły łączą dane we wspólną tabelę, tworząc wspólną bazę statystyczną klasy. W kolejnych krokach uczniowie wykonują mapę występowania gatunku w Polsce (na kartce lub w aplikacji cyfrowej), zaznaczają obszary siedlisk, kierunki migracji oraz istniejące i planowane korytarze ekologiczne. Korzystają z mapy odniesienia: https://mapa.korytarze.pl/, identyfikują bariery dla migracji (drogi szybkiego ruchu, zabudowę, obszary bezleśne) i wybierają jedno miejsce, w którym ciągłość ekologiczna jest szczególnie zagrożona. Na tej podstawie opracowują propozycję projektu korytarza ekologicznego, uwzględniając przebieg, szerokość, połączenia między siedliskami, rozwiązania redukujące konflikty z infrastrukturą oraz potencjalne ograniczenia środowiskowe. Projekt ma formę 2D szkicu koncepcyjnego – rysunek, legenda i opis matematycznie uzasadniający wybory (np. odległości, powierzchnie, parametry przestrzenne, skalowanie).

Aktywność rozwija umiejętność łączenia analizy danych z modelowaniem przestrzennym. Ważne jest, aby uczniowie sami decydowali, jak pozyskać i opracować dane, a mapa była interpretacją, nie odtworzeniem gotowego schematu. Warto podkreślić, że projektowanie korytarzy ekologicznych nie ma jednego „właściwego rozwiązania” — jest zadaniem otwartym, wymagającym uzasadnienia matematycznego, ekologicznego i logicznego. Uczniowie mogą korzystać z AI do wstępnego wyszukiwania informacji, ale kluczowym elementem pozostaje weryfikacja źródeł i jakość danych, co koniecznie trzeba monitorować.

Przyrodniczy spacer z VR

15 minut

Nauczyciel przygotowuje zestaw krótkich filmów lub spacerów VR przedstawiających środowiska naturalne, takie jak lasy, mokradła, tereny przyrodnicze, miejsca migracji zwierząt czy przykładowe korytarze ekologiczne. Wyjaśnia cel aktywności: „Obserwujemy, jak rzeczywiste środowiska kształtują potrzeby zwierząt i jak bariery przestrzenne wpływają na ich migracje”. Nauczyciel organizuje pracę tak, aby klasy liczące ok. 20–30 osób mogły korzystać rotacyjnie z dostępnych 6 zestawów VR – uczniowie pracują w małych zespołach (2–3 osoby), a pozostała część klasy wykonuje równolegle inne zadanie (np. analizę danych, mapy występowania, przygotowanie tabeli źródeł). Podczas spaceru VR nauczyciel zadaje pytania naprowadzające: „Co mogłoby utrudniać migrację zwierząt w tym środowisku?”, „Jakie elementy krajobrazu mogą pełnić rolę korytarzy ekologicznych?”, „Gdzie widzicie potencjalne bariery i przeszkody?”. Zachęca do obserwacji, zapisywania spostrzeżeń i fotografowania widoków VR, jeśli sprzęt na to pozwala.

Uczniowie, pracując rotacyjnie w grupach, zakładają okulary VR i odbywają wirtualną wyprawę przyrodniczą. Notują obserwacje: charakter środowiska, bariery przestrzenne, potencjalne miejsca migracji oraz elementy krajobrazu sprzyjające przemieszczaniu się zwierząt. Uczniowie, którzy nie korzystają w danym momencie z VR, pracują równolegle nad analizą danych, mapami występowania lub przygotowaniem wspólnej tabeli gatunków. Po zakończeniu spacerów wszystkie zespoły dzielą się obserwacjami i próbują określić, jak VR pomaga lepiej zrozumieć przestrzenny kontekst istnienia metapopulacji oraz projektowania korytarzy ekologicznych. Uczniowie zapisują swoje wnioski na pionowych tablicach lub w notatkach cyfrowych, aby łatwo porównywać obserwacje między grupami.

Warto podkreślić, że VR jest narzędziem obserwacyjnym – uczniowie uczą się patrzeć na przestrzeń jako na układ barier i połączeń, dokładnie tak, jak robią to projektanci korytarzy ekologicznych. Wprowadzenie VR zwiększa dostępność doświadczenia terenowego w warunkach klasy i wspiera uczniów, którzy uczą się lepiej poprzez obraz, przestrzeń i ruch. Rotacyjny model pracy umożliwia pełne wykorzystanie 6 urządzeń VR przy klasie 20–30 uczniów, a równoległe zadania zapewniają ciągłość aktywności i pełne zaangażowanie wszystkich osób.

Projektowanie 3D – ekologiczne rozwiązania przestrzenne

30 minut

Nauczyciel wprowadza zespoły w nową fazę pracy, podkreślając, że projektowanie 3D jest naturalnym przedłużeniem wcześniejszych analiz matematycznych i obserwacji VR. Wyjaśnia cel: „Na podstawie danych o gatunkach oraz map występowania zaprojektujecie rozwiązania przestrzenne w formie modeli 3D, które mogą wspierać migracje zwierząt – np. mosty dla dzikich zwierząt, przejścia nad drogami, zielone korytarze, ekodukty, system ciągów leśnych”. Nauczyciel prezentuje środowisko Tinkercad (lub inne narzędzie dostępne w pracowni STEM) i pokazuje przykładowe projekty, takie jak mosty ekologiczne, przejścia nad drogą czy przestrzenne modele krajobrazu. Zachęca uczniów do eksploracji narzędzia, korzystania z instrukcji systemowych i wymiany doświadczeń między zespołami. Zadaje pytania naprowadzające: „Jakie elementy środowiska musicie ująć w projekcie, aby korytarz był realny?”, „Co jest w waszych danych najważniejsze dla wyboru lokalizacji?”, „Które bariery przestrzenne należy uwzględnić: drogi, zabudowę, rzekę, infrastrukturę?”. Nauczyciel dba o to, aby każdy model miał uzasadnienie wynikające z danych, map i obserwacji VR, a nie był jedynie „estetycznym obiektem”. Pomaga w interpretacji danych, wspiera organizację pracy i udostępnia materiały instruktażowe do Tinkercad.

Uczniowie, pracując w zespołach, przenoszą swoje projekty koncepcyjne 2D do formy przestrzennej w Tinkercad. Na podstawie wcześniejszych danych dotyczących populacji, map występowania i analiz zagrożeń wybierają lokalizację, w której zaprojektują ekologiczne rozwiązanie: korytarz, ekodukt, przejście nad drogą, leśny „łącznik”, system zielonych wstęg lub inny model przestrzenny. Uczniowie konstruują model, korzystając z narzędzi podstawowych: brył, tras, zieleni, układów terenu. Dokumentują powiązanie modelu z wcześniejszymi analizami danych – uzasadniają, dlaczego dana lokalizacja została wybrana, jaka bariera ją warunkuje oraz jakie parametry ekologiczne i przestrzenne spełnia zaprojektowane rozwiązanie. Zespół tworzy krótką dokumentację cyfrową:
• opis projektu,
• źródła danych,
• zrzuty ekranu modelu,
• interpretację matematyczną lub przestrzenną,
• argumentację ekologiczną.
Model 3D nie musi być budowlą rzeczywistą, może być uproszczonym modelem ideowym – najważniejsze jest rozumienie zależności przestrzennych i ekologicznych. Uczniowie korzystają z zasobów platformy, filmów i instrukcji narzędziowych, wymieniają wskazówki między zespołami i uczą się technik projektowania 3D w sposób zadaniowy.

Ta aktywność rozwija trzy kluczowe kompetencje STEM jednocześnie: matematyczne (modelowanie przestrzenne, interpretacja danych, analiza zależności), informatyczne (obsługa narzędzi 3D, dokumentacja cyfrowa), inżynieryjne i ekologiczne (projektowanie przestrzenne, rozwiązywanie realnych problemów środowiskowych). Tinkercad umożliwia szybkie prototypowanie wielu wariantów i iteracje projektu – uczniowie mogą zmieniać parametry, kształty i układy. Warto podkreślić, że model nie jest celem samym w sobie – najważniejszy jest proces: analizowanie danych, uzasadnianie lokalizacji i wnioskowanie, jakie rozwiązanie jest najbardziej ekologiczne i przestrzennie sensowne. W efekcie każdy model łączy: dane, mapę, projekt przestrzenny, interpretację, ekologiczny sens rozwiązania. Inspiracje do projektowania można znaleźć w serwisie Tinkercad: https://www.tinkercad.com/ .

Przygotowanie projektu do druku 3D

5 minut

Nauczyciel przedstawia uczniom zasady przygotowania projektu 3D do druku: skalowanie, ustawienie orientacji, uproszczenie niektórych elementów oraz eksport do formatu drukowalnego (np. STL). Zwraca uwagę, że druk 3D nie jest natychmiastowy — wymaga zaplanowania czasu. Podkreśla, że część modeli może wymagać wydruku po zajęciach lub w kolejnych dniach, a planowanie produkcji jest naturalną częścią procesu STEM. Nauczyciel odnosi się do filmu MX3D Printed Bridge (Amsterdam) przypominając, że pełnowymiarowy most drukowany metodą addytywną wymagał wielu godzin pracy maszyny, logistyki, kosztów i iteracji projektowych.

Uczniowie przygotowują swoje projekty w narzędziu Tinkercad do eksportu, sprawdzając, czy model jest gotowy do wydrukowania. Uczniowie wykonują skalowanie obiektu, uczą się, jak uprościć jego geometrię, aby druk przebiegł bez konieczności stosowania nadmiernych podpór, a model był trwały i czytelny. Uczniowie przygotowują kolejkę wydruków: określają, które projekty będą drukowane jako pierwsze, dyskutują o priorytetach i możliwościach organizacyjnych pracowni STEM. Jeżeli nie wszystkie projekty mogą zostać wydrukowane w czasie lekcji, uczniowie ustalają, które modele zostaną wykonane po zajęciach. Każdy zespół dokumentuje proces przygotowania do druku, w tym: parametry eksportu, szacowany czas, skalę i interpretację. W efekcie uczniowie zaczynają rozumieć, że druk 3D to proces wymagający organizacji, planowania i cierpliwości — podobnie jak praca inżynierska lub działania edukacyjne wymagające długofalowego zaangażowania.

Ta faza ma bardzo wysoką wartość edukacyjną. Po raz pierwszy uczniowie dostrzegają, że zaprojektowanie obiektu to dopiero połowa pracy, a jego wykonanie wymaga zasobów, czasu, logistyki i kompromisów. Przygotowanie modelu korytarza ekologicznego do druku nie jest tylko czynnością techniczną — jest lekcją zarządzania projektem. Dobrze jest zaznaczyć, że czas wydruku niewielkiego obiektu może wynosić od kilkudziesięciu minut do kilku godzin, a w pełnowymiarowej skali – jak w przypadku mostu MX3D – druk trwał tygodnie i wymagał serii iteracji konstrukcyjnych. Ten kontekst pozwala uczniom zrozumieć, że planowanie ma znaczenie nie tylko w technologii, lecz także w działaniach życiowych – takich jak przygotowanie do matury, pisanie długiego projektu czy realizacja większego celu. Praca nad drukiem uczula na myślenie procesowe: najpierw jest koncepcja, potem model, później iteracje, następnie wykonanie i dopiero na końcu efekt końcowy. To wzmacnia konstruktywizm, rozumowanie komputacyjne i świadomość, że inżynieria wymaga strategii, cierpliwości i mądrego podziału zasobów.

Faza podsumowująca. Zakończenie - prezentacja wyników i dyskusja

10 minut

Nauczyciel zaprasza zespoły do zaprezentowania swoich modeli 3D na ekranie interaktywnym. Wyjaśnia, że część modeli będzie drukowana później ze względu na czas potrzebny na wykonanie — dlatego prezentacje projektów są równorzędnym elementem oceny i refleksji, a nie tylko wydruk fizyczny. Nauczyciel zachęca uczniów, by podczas prezentacji opowiedzieli nie tylko o wyglądzie obiektu, lecz także o decyzjach projektowych, wykorzystanych danych populacyjnych, analizach migracji i powodach, dla których właśnie ten korytarz ekologiczny został zaprojektowany w taki sposób, a nie inaczej. W trakcie dyskusji zadaje pytania refleksyjne i porównawcze.

Uczniowie przygotowują krótkie prezentacje swoich projektów, korzystając z ekranu interaktywnego — pokazują model 3D w Tinkercadzie, wizualizują kształt korytarza ekologicznego oraz opisują proces pracy: od analizy danych populacyjnych, przez mapę migracji, po decyzje konstrukcyjne w modelu 3D. Przedstawiają, jak wcześniej przygotowane modele 2D i dane liczbowe zostały przekształcone w obiekt przestrzenny. Każdy zespół dokumentuje swoje wnioski oraz proponowane udoskonalenia — również te, które nie zostały fizycznie wykonane, ale wynikają z refleksji i analizy procesu.

Prezentacja projektów 3D na ekranie pozwala zamknąć cały cykl pracy STEM, nawet jeśli druk fizyczny wymaga dodatkowego czasu. Dzięki temu uczniowie widzą wartość modelowania nie tylko w postaci gotowego obiektu, ale w postaci rozumowania: integrowania danych, wnioskowania, symulowania i argumentowania. Dyskusja między zespołami wzmacnia krytyczne myślenie, uogólnianie i porównywanie rozwiązań — a to kluczowe kompetencje matematyczne, przyrodnicze i inżynieryjne. Prezentacja ekranowa pozwala też utrzymać ciągłość procesu konstrukcyjnego, bez presji czasu druku, i zachęca uczniów do traktowania modelu jako żywego projektu, który można modyfikować, analizować i rozwijać, zanim stanie się fizycznym obiektem.

Odczytywanie danych statystycznych- Odkryj, zrozum, zastosuj...

https://zpe.gov.pl/a/odczytywanie-danych-statystycznych/P16GJNq6rP16GJNq6rhttps://zpe.gov.pl/a/odczytywanie-danych-statystycznych/P16GJNq6r

Przedstawianie danych statystycznych - Odkryj, zrozum, zastosuj...

https://zpe.gov.pl/a/przedstawianie-danych-statystycznych/PzTsWwiySPzTsWwiyShttps://zpe.gov.pl/a/przedstawianie-danych-statystycznych/PzTsWwiyS

Materiał ZPE: Biologia Znaczenie teorii metapopulacji w ochronie przyrody

https://zpe.gov.pl/b/znaczenie-teorii-metapopulacji-w-ochronie-przyrody/P13oTOIfNP13oTOIfNhttps://zpe.gov.pl/b/znaczenie-teorii-metapopulacji-w-ochronie-przyrody/P13oTOIfN