Scenariusz zajęć realizowanych zgodnie z metodologią STEM w oparciu o zasoby Zintegrowanej Platformy Edukacyjnej, opracowany w ramach rządowego programu wspierania organów prowadzących szkoły i placówki w rozwijaniu umiejętności cyfrowych dzieci i młodzieży na lata 2025‑2029 – „Cyfrowy Uczeń” (Dz.U.2025.1254)

Imię i nazwisko autora: Izabela Okrzesik - Frąckowiak

Przedmiot wiodący:

• fizyka

Filary metodologii STEM realizowane w ramach zajęć:

(S) przedmioty przyrodnicze

• fizyka

(T) technologie

• informatyka

(M) matematyka

Etap edukacyjny:

III etap - szkoła ponadpodstawowa

• liceum ogólnokształcące

• technikum

Pracownia STEM wspierana przez scenariusz:

• P2: Konstruowanie i programowanie robotów

Czas potrzebny na realizację zajęć:

• 90 minut (2 godziny lekcyjne)

Sugerowany sposób organizacji czasu:

• zajęcia podzielone na odrębne jednostki lekcyjne

Krótki opis zajęć

Zajęcia wprowadzają uczniów w świat drgań sprężynowych poprzez interdyscyplinarne działania STEM. Uczniowie analizują ruch ciężarka na sprężynie, poznają zależność okresu od masy i stałej sprężystości oraz przemiany energii. Wykorzystują e‑materiały ZPE, wykonują eksperyment, mierzą okres drgań i porównują wyniki z teorią. Projektują także elementy uchwytu w programie 3D i wykorzystują je w doświadczeniu. Lekcja rozwija umiejętność samodzielnego badania, analizy danych i tworzenia rozwiązań inżynierskich.        Na koniec uczniowie potrafią wyjaśnić działanie wahadła sprężynowego i ocenić poprawność własnych pomiarów. 

Tytuły i odnośniki do e‑materiałów z ZPE, w oparciu o które przygotowane są zajęcia

Jak obliczyć zależność okresu drgań ciężarka na sprężynie i wahadła matematycznego?PfrEgx9VDJak obliczyć zależność okresu drgań ciężarka na sprężynie i wahadła matematycznego?

Przemiany energii podczas drgań wahadła matematycznego i ciężarka na sprężyniePctcyvA6yPrzemiany energii podczas drgań wahadła matematycznego i ciężarka na sprężynie

Wyznaczanie okresu i częstotliwości drgań wahadła matematycznego i ciężarka na sprężyniePcdIV0UEsWyznaczanie okresu i częstotliwości drgań wahadła matematycznego i ciężarka na sprężynie

Przemiany energii podczas drgań: drgania ciała zawieszonego na sprężyniePcF0WCIzyPrzemiany energii podczas drgań: drgania ciała zawieszonego na sprężynie

Czy okres drgań ciężarka na sprężynie zależy od masy ciężarka?P17DAFpM3Czy okres drgań ciężarka na sprężynie zależy od masy ciężarka?

Energia potencjalna grawitacji i sprężystościPCWtrItpDEnergia potencjalna grawitacji i sprężystości

Cel ogólny zajęć:

Realizacja zajęć polega na samodzielnym badaniu ruchu wahadła sprężynowego przez uczniów z wykorzystaniem eksperymentu, symulacji ZPE oraz narzędzi pracowni STEM. Uczniowie analizują zależność okresu drgań od masy ciężarka i stałej sprężystości sprężyny, wykonują pomiary, obliczenia i interpretują wyniki w odniesieniu do modelu teoretycznego. Treści lekcji obejmują ruch drgający, okres i częstotliwość drgań, przemiany energii oraz zastosowanie projektowania 3D w badaniach fizycznych.

I. Wykorzystanie pojęć i wielkości fizycznych do opisu zjawisk oraz wskazywanie ich przykładów w otaczającej rzeczywistości.

II. Rozwiązywanie problemów z wykorzystaniem praw i zależności fizycznych.

Cele operacyjne w sferze kognitywnej zgodnie ze zrewidowaną taksonomią Blooma

Z zakresu pamiętania informacji
(przywoływanie istotnych informacji).

Uczeń:

• wyjaśnia wzór na okres drgań ciężarka na sprężynie i zależności od masy i stałej sprężystości                                                              

• wymienia rodzaje energii w drgającym układzie (kinetyczna, potencjalna sprężystości, potencjalna grawitacji)

Z zakresu rozumienia informacji
(wyjaśnienie istotnych informacji).

Uczeń:

• wyjaśnia, w jaki sposób energia przemienia się między kinetyczną a potencjalną sprężystości w wahadle 

• analizuje, dlaczego okres drgań nie zależy od amplitudy (izochronizm) w małym wychyleniu, i że w przypadku ciężarka na sprężynie okres zależy od masy i stałej sprężystości

Z zakresu zastosowania informacji
(rozwiązywanie problemów o zamkniętej strukturze, o jednoznacznym rozwiązaniu).

• Uczeń:  przeprowadza pomiary okresu drgań dla różnych mas obciążnika i oblicza częstotliwość

• wykorzystuje zaprojektowane i wydrukowane w 3D uchwyty lub haczyki, aby zamontować sprężynę eksperymentalnie i zmierzyć drgania

Z zakresu analizowania, oceniania i tworzenia informacji 
(rozwiązywanie problemów o otwartej strukturze, tworzenie własnych rozwiązań zadanych problemów, ocena dotycząca wartości idei lub materiałów).

Uczeń:                                                                                                                      

•  analizuje dane pomiarowe (okres drgań - masa, stała sprężystości) i ocenia, czy są zgodne z teorią, uwzględniając niepewności pomiarow

• projektuje własny prosty model drgającego układu w programie 3D (np. Tinkercad): projektuje sprężynę, uchwyt, miejsce zawieszenia ciężarka tak, by odzwierciedlać układ eksperymentalny

• proponuje nowe odmiany eksperymentu           

• uzasadnia, dlaczego zmiany mogą poprawić wiarygodność pomiarów

Sposób realizacji zaplanowanych celów

Metody nauczania:

• wykład informacyjny (krótki, wprowadzający)

• pokaz multimedialny

• dyskusja problemowa (analiza pomysłów uczniów)

Formy pracy:

• praca indywidualna

• praca w grupach

Realizowane punkty podstawy programowej kształcenia ogólnego dla danego przedmiotu

Przygotowanie nauczyciela

Środki dydaktyczne i wyposażenie stanowiska

• drukarka 3D, filamenty (np. PLA), zestaw długopisów 3D

• komputer z programem do projektowania 3D (np. Tinkercad / FreeCAD)

• materiały do eksperymentu: statyw, sprężyny o różnych stałych sprężystości, obciążniki o różnej masie, linijka, stoper, kamera/smartfon, ewentualnie interfejs pomiarowy 

• bezpieczne miejsce pracy, instrukcje BHP, okulary ochronne 

Dostosowanie zajęć do zróżnicowanych potrzeb uczniów (SPE)

Aby zajęcia były dostępne dla wszystkich uczniów, należy uwzględnić różnice w możliwościach poznawczych, sensorycznych i motorycznych oraz zapewnić różne sposoby odbioru i przetwarzania informacji.

Uczniowie z trudnościami wzrokowymi

• przygotowanie materiałów w powiększonej czcionce lub o wysokim kontraście,

• odczytywanie poleceń i wyników na głos,

• możliwość korzystania z danych w formie audio lub cyfrowej,

• elastyczny podział ról w grupie (np. większy udział w analizie danych zamiast odczytów wizualnych).

Uczniowie z dysleksją i trudnościami w czytaniu

• stosowanie krótkich, punktowanych instrukcji,

• udostępnienie materiałów w formie nagrań lub filmów (z napisami),

• ograniczenie ilości tekstu ciągłego na rzecz schematów i tabel.

Uczniowie z niepełnosprawnością ruchową

•  dostosowanie stanowiska pracy (wysokość stołu, dostępność sprzętu),

• możliwość wyboru roli w grupie (np. obsługa komputera, analiza danych),

• zapewnienie wsparcia przy czynnościach wymagających precyzji manualnej.

Uczniowie z trudnościami poznawczymi

• dzielenie zadania na mniejsze etapy (instrukcja krok po kroku),

•  udostępnienie wzorów obliczeń i przykładów,

• wydłużenie czasu pracy,

• częstsze wsparcie nauczyciela i pytania naprowadzające.

Uczniowie z lękiem lub niską pewnością siebie

• możliwość wyboru roli mniej obciążającej (np. obserwator, analityk),

• wcześniejsza demonstracja doświadczenia przez nauczyciela,

• budowanie poczucia bezpieczeństwa poprzez pracę w parach.

Organizacja i komunikacja

•  jasne przedstawienie celów i kryteriów sukcesu,

• stosowanie różnych form przekazu (ustna, wizualna, praktyczna),

• monitorowanie pracy uczniów i bieżące wsparcie.

Przygotowanie uczniów do zajęć (praca przed lekcją)

Przed lekcją uczniowie zapoznają się z materiałami wprowadzającymi :

• Strona „Przeczytaj — Jak obliczyć zależność okresu drgań ciężarka na sprężynie i wahadła matematycznego?DSERXmdgC„Przeczytaj — Jak obliczyć zależność okresu drgań ciężarka na sprężynie i wahadła matematycznego?

• Fragment: Film‑samouczekDF7pRm3W7Film‑samouczek

Kluczowe zasady bezpieczeństwa podczas zajęć

• Przed rozpoczęciem eksperymentu omów zasady bezpieczeństwa.

• Uczniowie muszą nosić okulary ochronne, pracować w stabilnej strefie, unikać gwałtownych ruchów.

• Przy druku 3D: przypomnij o wentylacji, bezpiecznym obchodzeniu się z gorącymi częściami drukarki, higienie pracy (umycie rąk po kontakcie z filamentem, itp.).

• Zaznacz, że projektowanie i montaż elementów 3D musi być zatwierdzone przez nauczyciela/operatora drukarki przed drukiem.

Faza wprowadzająca

Faza realizacyjna

Faza podsumowująca

Propozycja działań dla uczniów, które mają na celu integrację i utrwalenie zdobytej wiedzy

1.       Pytania podsumowujące dla uczniów:

• Dlaczego okres drgań zmienia się ze zmianą masy?

• Co wpływa na niepewność pomiaru i jak można ją zmniejszyć?

• Jak projektowany przez was element 3D mógł wpłynąć na dokładność pomiaru?

• Jakie inne układy drgające moglibyście zaprojektować i zbadać (np. sprężyny o różnych właściwościach, inne kształty masy)?

2.       Zadanie domowe / projekt rozszerzony:

• Polecamy uczniom zaprojektowanie innego typu układu drgającego (np. sprężyna pozioma, układ z tłumieniem) w programie 3D i przygotowanie symulacji lub projektu do wydruku.

• Uczniowie piszą krótki raport: porównaj dane eksperymentalne z teorią, przedstaw źródła niepewności, zaproponuj usprawnienia.

3.       Podsumowanie w większym kontekście STEAM / interdyscyplinarnym:

• Zorganizuj mini‑wystawę lub prezentację projektów uczniowskich (drukowanych elementów 3D, wykresów, raportów) – zaproś innych nauczycieli (np. z matematyki, informatyki).

• Zintegruj temat z chemią (np. materiał sprężyny, własności metali) – uczniowie mogą zbadać różne materiały sprężyn i porównać, jak zmienia się stała sprężystości w zależności od materiału.

Propozycja ewaluacji lekcji i stopnia realizacji zaplanowanych celów edukacyjnych

Ewaluacja lekcji przez nauczyciela:

• Przejrzyj zapisy ankiet/ocen uczniów (co poszło dobrze, co można poprawić).

• Oceń dane zebrane przez uczniów: czy wyniki były spójne? Jak dokładne były pomiary?

• Zastanów się, czy projektowanie 3D rzeczywiście pomogło w zrozumieniu fizyki i czy warto kontynuować takie podejście w przyszłych eksperymentach?

Szczegółowy wykaz elementów e‑materiałów z ZPE wykorzystanych do opracowania scenariusza

Inne niezbędne środki i pomoce dydaktyczne.

• drukarka 3D, filamenty (np. PLA), zestaw długopisów 3D

  komputer z programem do projektowania 3D (np. Tinkercad / FreeCAD)