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

• chemia

• fizyka

• (M) matematyka

• (T) technologie

  • informatyka

Etap edukacyjny:

III etap - szkoła ponadpodstawowa

• liceum ogólnokształcące

• technikum

• szkoła branżowa

Pracownia STEM wspierana przez scenariusz:

• P1: Projektowanie i prototypowanie

Czas potrzebny na realizację zajęć:

• 90 minut (2 godziny lekcyjne)

Sugerowany sposób organizacji czasu:

• zajęcia podzielone na odrębne jednostki lekcyjne

Krótki opis zajęć

Zajęcia poświęcone są analizie i praktycznemu zastosowaniu drugiej zasady dynamiki Newtona w kontekście interdyscyplinarnych działań STEM. Uczniowie, pracując zespołowo, łączą wiedzę z fizyki, matematyki i chemii z wykorzystaniem narzędzi pracowni STEM: drukarki 3D, długopisów 3D i zestawów robotycznych. Celem lekcji jest zrozumienie zależności między siłą, masą i przyspieszeniem poprzez eksperymentowanie i projektowanie rozwiązań technicznych. Uczniowie budują i testują modele, analizują wyniki oraz formułują wnioski, rozwijając kompetencje badawcze, techniczne i analityczne. 

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

• II zasada dynamiki

• Druga zasada dynamiki Newtona

• Podsumowanie wiadomości z dynamiki

Cel ogólny zajęć:

Zrozumienie i praktyczne zastosowanie drugiej zasady dynamiki Newtona poprzez samodzielne badanie zależności między siłą, masą i przyspieszeniem

Cele operacyjne w sferze kognitywnej zgodnie ze zrewidowaną taksonomią Blooma

Z zakresu pamiętania informacji
(przywoływanie istotnych informacji).

Uczeń:

• wyjaśnia treść drugiej zasady dynamiki Newtona

• zapisuje wzór      

• określa jednostkę siły (1 N) 

Z zakresu rozumienia informacji
(wyjaśnienie istotnych informacji).

Uczeń:  

• wyjaśnia, co oznacza w  praktyce zależność między siłą, masą  a przyspieszeniem

• opisuje, dlaczego przy stałej masie zwiększenie siły powoduje większe przyspieszenie, a przy stałej sile — większa masa daje mniejsze przyspieszenie

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

Uczeń:

• rozwiązuje standardowe zadania obliczeniowe: np. obliczyć siłę potrzebną, by nadać ciału przyspieszenie, albo obliczyć przyspieszenie, jeśli siła i masa są znane

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

Uczeń:

• projektuje prosty eksperyment (np. z wózkiem / robotem), by zweryfikować zależność (F = m a)

• zbiera dane empiryczne, analizuje je (np. wykres siła — przyspieszenie), porównuje z modelem teoretycznym

• ocenia swoje wyniki, wskazuje błędy / niedoskonałości metody, proponuje ulepszenia (np. zmiana konstrukcji, zmniejszenie tarcia)

Sposób realizacji zaplanowanych celów

Metody nauczania:

•  wykład informacyjny (krótki, wprowadzający)

• pokaz multimedialny

• burza mózgów

• analiza pomysłów

• projekt

Formy pracy:

• praca indywidualna

• praca w grupach

Realizowane punkty podstawy programowej kształcenia ogólnego dla danego przedmiotu

FIZYKA

Cele kształcenia – wymagania ogólne

II. Rozwiązywanie problemów z wykorzystaniem praw i zależności fizycznych.

Zakres podstawowy
Treści nauczania – wymagania szczegółowe

I. Wymagania przekrojowe.
Uczeń:
7) wyodrębnia z tekstów, tabel, diagramów lub wykresów, rysunków schematycznych lub blokowych informacje kluczowe dla opisywanego zjawiska bądź problemu; przedstawia te informacje w różnych postaciach.

II. Mechanika.
Uczeń:
6) stosuje zasady dynamiki do opisu zachowania się ciał.

Zakres rozszerzony
Treści nauczania – wymagania szczegółowe

I. Wymagania przekrojowe.
Uczeń:
7) wyodrębnia z tekstów, tabel, diagramów lub wykresów, rysunków schematycznych lub blokowych informacje kluczowe dla opisywanego zjawiska bądź problemu; przedstawia te informacje w różnych postaciach.

II. Mechanika. Uczeń:
13 ) stosuje zasady dynamiki do opisu zachowania się ciał.

CHEMIA

Cele kształcenia – wymagania ogólne: I. Pozyskiwanie, przetwarzanie i tworzenie informacji. 

Uczeń: 1) pozyskuje i przetwarza informacje z różnorodnych źródeł;  2) korzysta z technologii informacyjno‑komunikacyjnych do wyszukiwania, przetwarzania, selekcji, agregacji, weryfikacji i wykorzystania danych;  3) ocenia wiarygodność uzyskanych danych; 4) konstruuje wykresy, tabele i schematy na podstawie dostępnych informacji.

MATEMATYKA

I. Sprawność rachunkowa. Wykonywanie obliczeń na liczbach rzeczywistych, także przy użyciu kalkulatora, stosowanie praw działań matematycznych przy przekształcaniu wyrażeń algebraicznych oraz wykorzystywanie tych umiejętności przy rozwiązywaniu problemów w kontekstach rzeczywistych i teoretycznych.

INFORMATYKA

Zakres podstawowy
I. Uczeń:

1.   Planuje kroki rozwiązania problemu, wykorzystując podstawowe etapy myślenia komputacyjnego, takie jak: identyfikowanie istoty problemu, podział zadania na mniejsze części, określanie kolejności działań oraz przewidywanie skutków wykonania poszczególnych kroków.

2.   Programuje algorytmy o prostej strukturze, obejmujące instrukcje warunkowe i iteracyjne, potrafiąc zapisać je w sposób poprawny logicznie i zgodny z zasadami wybranego języka programowania.

IV. Rozwijanie kompetencji społecznych

Zakres podstawowy

Uczeń:

1.    Aktywnie współpracuje w zespołach projektowych, komunikując swoje pomysły, dzieląc zadania i przyjmując odpowiedzialność za realizację wybranych elementów projektu.

2.    Korzysta z zasobów platform edukacyjnych i repozytoriów kodu, wyszukując informacje, materiały, przykłady kodu oraz narzędzia wspierające proces nauki i pracy programistycznej.

Przygotowanie nauczyciela

Środki dydaktyczne i wyposażenie stanowiska

• Komputer/ laptop i internet, by móc otworzyć materiały ZPE i pobrać pliki.

• Zestaw programowalnych robotów / mobilnych wózków (np. zestawy edukacyjne — Arduino, LEGO, mBot, Makeblock itp.) z czujnikami prędkości, akcelerometrami, możliwością pomiaru ruchu.

• Tor (lub powierzchnię) do jazdy robota/wózka — najlepiej płaska, możliwie gładka, minimalne tarcie; alternatywnie — tor powietrzny (jeśli dostępny).

• Zestaw ciężarków / obciążników (różne masy) + bloczek / linkę / system, by siłę przenosić na wózek.

• Drukarka 3D + filamenty (różne: PLA, PETG itp.) + zestaw długopisów 3D do wydruków pomocniczych (np. uchwytów na ciężarki, adapterów).

•  Narzędzia: miarka, taśma, taśma pomiarowa, linijka, stoper albo czujniki pomiarowe (czujnik czasu / enkoder / akcelerometr).

• Środki BHP: okulary ochronne przy drukowaniu / składaniu, rękawice, instrukcja BHP, zapewniona wentylacja przy drukarce 3D, stabilne stanowiska pracy.

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

Przed lekcją uczniowie zapoznają się z materiałami wprowadzającymi :

• ZPE „Druga zasada dynamiki Newtona” — przeczytać tekst wstępny 

•  (opcjonalnie) Zapoznać się z podsumowaniem wiadomości z dynamiki           (powtórka definicji, wzorów) dostępnym na stronie: Podsumowanie wiadomości z dynamiki

• Przygotowują kartę eksperymentu (do wydruku), arkusz do zapisu wyników, tabelę pomiarową

• Przygotowują własne pytania / problemy, które  można zbadać eksperymentalnie

Kluczowe zasady bezpieczeństwa podczas zajęć

• Przy drukarce 3D — kontrola nad temperaturą, używanie rękawic i okularów ochronnych przy obsłudze świeżo wydrukowanych elementów; dobra wentylacja pomieszczenia, szczególnie jeśli drukujemy filamentami, które mogą wydzielać opary

• Przy pracy z robotami / wózkami i ciężarkami: zabezpieczenie linki / bloczka, stabilne mocowanie ciężarków, upewnienie się, że nikt nie stoi pod ciężarkami — by uniknąć urazów

• Dbałość o czystość stanowisk, uważność przy przewodach elektrycznych,  wyłączenie urządzeń po zajęciach

Faza wprowadzająca

Faza realizacyjna

Faza podsumowująca

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

• Napisać krótki raport (2–3 strony) opisujący przebieg eksperymentu, wyniki, wykresy, wnioski, propozycje ulepszeń.

• Wykonać samodzielnie (lub w parach) dodatkowe doświadczenie domowe: np. zmierzyć, jak zmienia się przyspieszenie na powierzchni o większym tarciu (np. zamiast gładkiego toru – surowy blat, dywan), opisać różnice.

• Rozwiązać zestaw 5–10 zadań obliczeniowych (znanych z typowego podręcznika lub  z Internetu), korzystając z II zasady dynamiki (z naciskiem na jednostki, obliczenia siły, masy, przyspieszenia).

•  (Opcjonalnie) Zaprojektować prosty model 3D (używając oprogramowania CAD) uchwytu lub obciążenia, wydrukować, przetestować.

Propozycja ewaluacji lekcji i stopnia realizacji zaplanowanych celów edukacyjnych

• Zapisz treść drugiej zasady dynamiki. Co oznaczają poszczególne symbole we wzorze?             

• Jakie były główne źródła błędu w doświadczeniu? Co byś zmienił, gdybyś powtarzał doświadczenie?

• Dlaczego wartość przyspieszenia przy danej sile zmienia się z masą? Co to mówi  o bezwładności ciał?

• W jaki sposób wykorzystanie drukarki 3D i konstrukcji własnych uchwytów/elementów pomogło w badaniu zasady?

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

Inne niezbędne środki i pomoce dydaktyczne

• dostęp do komputera / laptopa i internetu, by otworzyć materiały ZPE i pobrać pliki

• zestaw programowalnych robotów / mobilnych wózków (np. zestawy edukacyjne — Arduino, LEGO, mBot, Makeblock itp.) z czujnikami prędkości, akcelerometrami, możliwością pomiaru ruchu

• drukarka 3D + filamenty (różne: PLA, PETG itp.) + zestaw długopisów 3D do wydruków pomocniczych (np. uchwytów na ciężarki, adapterów)

• narzędzia: miarka, taśma, taśma pomiarowa, linijka, stoper albo czujniki pomiarowe (czujnik czasu / enkoder / akcelerometr)