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: Roman Frąckowiak

Przedmiot wiodący:

• informatyka

Filary metodologii STEM realizowane w ramach zajęć:

(S) przedmioty przyrodnicze

• fizyka

(T) technologie

• informatyka

(E) inżynieria

(M) matematyka

Etap edukacyjny:

III etap - szkoła ponadpodstawowa

• liceum ogólnokształcące

• technikum

Pracownia STEM wspierana przez scenariusz:

• P3: Pracownia przyrodnicza

Czas potrzebny na realizację zajęć:

• 90 minut (2 godziny lekcyjne)

Sugerowany sposób organizacji czasu:

• zajęcia realizowane w całości w sposób ciągły

Krótki opis zajęć

Lekcja wprowadza uczniów w podstawy programowania w języku opartym o C/C++ na platformie Arduino. Uczniowie poznają strukturę programu, działanie funkcji setup i loop oraz sposób sterowania prostym układem elektronicznym. W części praktycznej podłączają diodę LED i programują jej miganie, a następnie dodają przycisk i wykorzystują instrukcje warunkowe do kontroli działania układu. Ostatnim etapem jest odczyt temperatury z czujnika analogowego i reagowanie na przekroczenie progu. Po zajęciach uczniowie potrafią tworzyć proste programy, odczytywać dane z czujników i sterować elementami wykonawczymi.

Tytuły i odnośniki do e‑materiałów z ZPE, na podstawie których  przygotowane są zajęcia

• Arduino – Hello World w elektronice

• Arduino – termometr

• Arduino – wyświetlacz LCD

• Operacje wejścia i wyjścia w języku C++

Cel ogólny zajęć:

Celem lekcji jest wprowadzenie uczniów w podstawy programowania platformy Arduino Uno w języku opartym o C/C++ oraz rozwijanie umiejętności tworzenia prostych programów sterujących działaniem elementów elektronicznych poprzez odczyt danych z czujników i reagowanie na nie za pomocą instrukcji warunkowych.

Cele operacyjne w sferze kognitywnej zgodnie ze zrewidowaną taksonomią Blooma

Z zakresu pamiętania informacji
(przywoływanie istotnych informacji).

Uczeń:

•  wymienia podstawowe elementy zestawu opartego o platformę Arduino i podaje ich funkcje (m.in. platforma Arduino np. Arduino Uno, dioda LED, rezystor, przycisk, czujnik temperatury)

• podaje kluczowe parametry diody LED i czujnika temperatury (np. napięcie zasilania, wymagany rezystor, zakres pomiarowy czujnika);

• rozpoznaje podstawowe instrukcje programu Arduino w języku C/C++ (instrukcje pinMode, digitalWrite, digitalRead, analogRead, funkcje setup() i loop());

• identyfikuje zapis prostej instrukcji warunkowej if oraz pętli (np. fragment programu migającego diodą);

• określa, jakiego rzędu wartości (zakres) zwraca funkcja odczytu analogowego z przetwornika (0–1023) oraz jakie jednostki mają zmierzone wielkości (stopnie Celsjusza dla temperatury).

Z zakresu rozumienia informacji
(wyjaśnienie istotnych informacji).

Uczeń:

• wyjaśnia, jak działa prosty obwód z diodą LED i rezystorem oraz dlaczego zastosowanie rezystora ogranicza prąd w obwodzie (chroniąc diodę);

• opisuje, w jaki sposób mikrokontroler Arduino odczytuje stan cyfrowy przycisku (stan wysoki 5V lub niski 0V) i jak wykorzystuje instrukcję warunkową do podjęcia decyzji na podstawie tego stanu

• tłumaczy różnicę między sygnałem analogowym a cyfrowym na przykładzie czujnika temperatury (ciągła zmiana napięcia na wyjściu czujnika vs. dwa stany przycisku)

• interpretuje fragment kodu programu Arduino zawierający instrukcję warunkową sterującą diodą LED (np. decydującą o zapaleniu diody w zależności od temperatury).

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

Uczeń:

• montuje prosty obwód elektroniczny na płytce stykowej według schematu, podłączając prawidłowo diodę LED, rezystor, przycisk oraz czujnik do odpowiadających im pinów Arduino

• zapisuje program w środowisku Arduino IDE realizujący miganie diody LED z zadanym interwałem czasowym (wykorzystując funkcje pinMode, digitalWrite oraz delay)

• stosuje instrukcję warunkową if...else do sterowania działaniem diody w reakcji na stan przycisku (np. włącza diodę po naciśnięciu przycisku, wyłącza po zwolnieniu)

• wykorzystuje funkcję analogRead do odczytania wartości z czujnika analogowego i przelicza otrzymany odczyt na wartość fizyczną (temperaturę) zgodnie z podanym wzorem

• tworzy program używający pętli (np. głównej pętli programu w funkcji loop() lub pętli for) do ciągłego monitorowania stanu czujników i aktualizowania na bieżąco stanu diody LED (ciągłe próbkowanie czujnika w odstępach czasu).

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 schemat połączeń układu oraz kod programu Arduino w poszukiwaniu błędów (np. nieprawidłowe wpięcie przewodu, brak średnika w kodzie) i proponuje poprawki umożliwiające prawidłowe działanie układu;

• porównuje różne podejścia do odczytu sygnału z czujnika (np. zapalenie diody według progu vs. wyświetlanie dokładnej wartości temperatury) i dobiera odpowiednie rozwiązanie do postawionego zadania;

• modyfikuje przykładowy kod programu, aby rozszerzyć jego funkcjonalność – na przykład wprowadza dodatkową diodę LED sygnalizującą inny zakres temperatur lub zmienia logikę tak, by dioda zapalała się po jednokrotnym naciśnięciu przycisku (zapas pamięci stanu);

• projektuje własny prosty układ oparty na Arduino, rozwiązujący postawiony problem – np. „automatyczna lampka nocna” (zapalenie LED po wykryciu ciemności) lub „alarm temperaturowy” (sygnalizacja przekroczenia zadanej temperatury);

• ocenia poprawność działania zrealizowanego układu na podstawie testów – sprawdza, czy dioda reaguje zgodnie z założeniami (na przycisk lub zmianę temperatury), oraz wyciąga wnioski na temat dokładności odczytu czujnika (np. porównując wskazania z termometrem wzorcowym).

Sposób realizacji zaplanowanych celów przez nauczyciela

Nauczyciel wyjaśnia podstawy elektroniki i działania programu, zadając uczniom pytania naprowadzające. Następnie pokazuje działanie przykładowego układu Arduino i omawia kod źródłowy, aby uczniowie zrozumieli zależność między połączeniami a programem.

W części praktycznej uczniowie pracują w parach, montują układ i wspólnie piszą pierwszą wersję programu. Każdy uczeń następnie samodzielnie uzupełnia lub rozszerza fragment kodu na swoim komputerze, aby utrwalić nowe umiejętności. W trakcie pracy uczniowie eksperymentują z parametrami programu i czujników, obserwując ich wpływ na działanie układu, co wspiera myślenie analityczne.

W razie problemów uczniowie pracują w małych grupach, ustalają przyczyny błędów i konsultują rozwiązania. Zajęcia kończą się wspólną dyskusją, podczas której omawiane są wyniki, najważniejsze wnioski i przykłady praktycznych zastosowań Arduino, co pozwala osiągnąć wszystkie cele lekcji.

Realizowane punkty podstawy programowej kształcenia ogólnego dla danego przedmiotu

Przygotowanie nauczyciela

• Nauczyciel przygotowuje komputery z dostępem do Internetu i aktualnym środowiskiem Arduino IDE
• Przygotowuje stanowiska z kompletnymi zestawami np. Arduino Uno, kablem USB, płytką stykową oraz podstawowymi elementami (LED, rezystory, przyciski, czujnik temperatury). Upewnia się, że wszystko działa.
• Przygotowuje krótkie wprowadzenie teoretyczne o podstawach elektroniki i składni Arduino C/C++, w tym funkcjach setup() i loop().
• Korzysta z materiałów ZPE – diagramów, schematów i przykładów kodu, które pokazuje uczniom na początku zajęć.
• Opracowuje przykładowe programy (Blink, odczyt temperatury z zapalaniem diody), które posłużą jako demonstracja.
• Przygotowuje zadania praktyczne w formie kart pracy lub fragmentów kodu do uzupełnienia.
• Udostępnia uczniom linki do dodatkowych materiałów: filmów o projektach Arduino i symulacji w Tinkercad.

Co zrobić, aby zajęcia były dostępne dla wszystkich uczniów?

• Zapewnić ergonomiczne stanowiska i możliwość pracy na większych ekranach. Uczniowie mają dostęp do większych elementów oraz alternatywnych urządzeń wskazujących, jeśli tego potrzebują.
• Materiały przygotować w kilku formach: tekst, grafika, film i audio. Kod na rzutniku ma duży kontrast i wyraźną czcionkę. Polecenia są podzielone na proste etapy.
• Zastosować zróżnicowane metody pracy: montaż układu, obserwacja działania diody i praca w parach. Uczniowie mogą wybrać formę prezentacji efektów.
• Zadania mają różne poziomy trudności. Chętni dostają rozszerzenia, a uczniowie potrzebujący wsparcia mają uproszczone wersje oraz możliwość wydłużenia czasu.
• Nauczyciel używa prostego języka, wspiera polecenia przykładami i dba o to, by wszyscy zrozumieli instrukcje.
• W razie potrzeby zajęcia są konsultowane ze specjalistą, a uczniowie mogą liczyć na pomoc asystenta.
• Atmosfera sprzyja współpracy, błędy są traktowane jako element nauki, a uczniowie zachęcani są do wzajemnego wsparcia.
• Uczniowie mogą korzystać z Tinkercada, symulatorów i narzędzi blokowych, które ułatwiają programowanie i testowanie układów.

Przygotowanie uczniów

• Zapoznać się z krótkim materiałem o mikrokontrolerach, podstawowych elementach elektronicznych oraz przykładach projektów Arduino.

• Obejrzeć także krótki film demonstrujący  działanie prostego układu, aby zobaczyć praktyczne zastosowanie omawianych treści.

• • Rozwiązać quiz online sprawdzający znajomość podstawowych komponentów

• Sformułować krótką refleksję na temat sposobu działania i programowania urządzeń   

• Uruchomić w domu opcjonalny projekt testowy Blink w programie Arduino IDE (dla chętnych). 

• Zabrać na lekcję zeszyty oraz – w miarę możliwości – własne laptopy i płytki Arduino. Pozostali skorzystają ze sprzętu szkolnego. 

• Zweryfikować poprawne działanie Arduino IDE, instalację sterowników lub dostęp do konta Tinkercad. 

• Powtórzyć zasady bezpiecznej pracy z niskim napięciem i zasady porządku na stanowisku.

Kluczowe zasady bezpieczeństwa podczas zajęć

Bezpieczeństwo pracy przy komputerze
Uczniowie dbają o prawidłową postawę, robią krótkie przerwy i trzymają porządek w kablach. Często zapisują kod i ostrożnie podłączają USB, aby nie uszkodzić portów ani płytki.

Bezpieczeństwo pracy z elektroniką
Zawsze odłączają zasilanie przed zmianą połączeń, stosują rezystory i sprawdzają schemat przed uruchomieniem. Dbają o to, by nie dotykać niepotrzebnie metalowych elementów w działającym układzie.

Cyberbezpieczeństwo
Korzystają wyłącznie z oficjalnych źródeł oprogramowania, nie otwierają podejrzanych linków i nie udostępniają haseł. Unikają przypadkowych pendrive’ów i zabezpieczają swoje konto w chmurze.

Praca zespołowa
W grupach jasno ustalają role, komunikują zmiany w układzie i wspólnie analizują błędy. Nauczyciel pilnuje równomiernego udziału obu osób.

Bezpieczeństwo korzystania z oprogramowania
Uruchamiają tylko kod z zaufanych źródeł i regularnie tworzą kopie zapasowe projektu. Nie kasują plików bez potrzeby i w razie problemów proszą o pomoc.

Porządek na stanowisku
Utrzymują porządek, odkładają elementy do pudełek i nie jedzą przy stanowisku. Przed zakończeniem lekcji sprawdzają, czy nic nie zostało podłączone lub rozsypane.

Bezpieczeństwo psychiczne
Nauczyciel buduje atmosferę akceptacji, podkreśla że błędy są częścią nauki i zachęca do zadawania pytań. Ważny jest wysiłek i współpraca, a nie rywalizacja.

Faza wprowadzająca

Faza realizacyjna

Faza podsumowująca

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

1. Mini‑projekt podsumowujący – własny układ z Arduino
   Uczniowie samodzielnie tworzą prosty projekt wykorzystujący diody, przyciski i czujniki. Mogą pracować na realnym zestawie lub w symulatorze Tinkercad. Przykładowe pomysły: automatyczna lampka z fotorezystorem, prosty alarm łączący przycisk i czujnik temperatury, gra reakcyjna z dwoma przyciskami.
   Celem jest praktyczne wykorzystanie zdobytej wiedzy, zaplanowanie działania programu i dobór elementów. Chętni mogą zaprezentować projekty na kolejnych zajęciach.

2. Mapa myśli lub infografika – „Arduino w pigułce”
   Uczniowie przygotowują krótką notatkę wizualną podsumowującą lekcję. Mogą zrobić ją w formie plakatu, mapy myśli lub slajdu. Powinna zawierać: schemat działania setup() i loop(), podstawowe elementy elektroniczne, listę poznanych komend, fragment przykładowego kodu i najważniejsze wnioski z eksperymentów.
   Celem jest uporządkowanie wiedzy i stworzenie prostej ściągi, która pomoże w dalszej nauce.

Propozycja ewaluacji lekcji i stopnia realizacji zaplanowanych celów edukacyjnych

1. Autoewaluacja uczniów
   Po lekcji uczniowie wypełniają krótką ankietę:
   • czego nauczyli się na zajęciach,
   • co było dla nich najtrudniejsze,
   • czego potrafią teraz dokonać, czego wcześniej nie umieli,
   • czy czują się gotowi wykonać podobne zadanie samodzielnie.
   Celem jest refleksja nad własnym postępem i wskazanie nauczycielowi, które elementy wymagają powtórzenia lub dodatkowych wyjaśnień.

2. Szybka karta
   Uczniowie zapisują trzy krótkie odpowiedzi:
   • jedna rzecz, którą dziś zrozumieli,
   • jedna rzecz, która ich zaciekawiła,
   • jedno pytanie, które nadal mają.
   Celem jest szybkie sprawdzenie zrozumienia materiału i zebranie pomysłów lub problemów, które warto omówić na kolejnych zajęciach.

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

Inne niezbędne środki i pomoce dydaktyczne

• Drukarka 3D;

• Zestaw długopisów 3D do prototypowania;

• Programowalne zestawy do nauki programowania;

• Programowalne kontrolery wraz z zestawem czujników.

Źródła literaturowe

• https://www.arduino.cc

• Przykładowy program

Kod programu Blink

void setup() {

pinMode(LED_BUILTIN, OUTPUT);

}

void loop() {

digitalWrite(LED_BUILTIN, HIGH);

delay(1000);

digitalWrite(LED_BUILTIN, LOW);

delay(1000);

}

Kod programu - dioda świeci 3 sekundy - gaśnie po 2 sekundach

void setup() {

pinMode(LED_BUILTIN, OUTPUT);

}

void loop() {

digitalWrite(LED_BUILTIN, HIGH);

delay(3000);

digitalWrite(LED_BUILTIN, LOW);

delay(2000);

}