Проєктний метод у STEM-освіті із застосуванням програмно-апаратної платформи Arduino
Вантажиться...
Дата
2023
Назва журналу
Номер ISSN
Назва тому
Видавець
Анотація
Формулювання проблеми. Одним із перспективних методів навчання у STEM-освіті є метод проєктів. Проєктний метод у STEM- освіті обумовлює актуальність і дослідницький характер теми проєкту, забезпечення взаємозв’язку теоретичних знань із практикою, практичне втілення результатів проєкту. Проєкт, як засіб реалізації STEM-освіти, дозволяє інтегрувати знання з різних предметних галузей під час розв'язання реальних задач, створення діючих макетів, що обумовлює їх практичне використання.
Матеріали і методи. Використано методи аналізу та систематизації науково-педагогічної літератури; узагальнення результатів вітчизняного і зарубіжного досвіду щодо використання проєктного методу у STEM-освіті із застосуванням програмно- апаратної платформи Arduino. Наведено експериментальну методику створення діючого фізіотерапевтичного лазерного пристрою для лікування нежитю. Застосовано програмне комп’ютерне моделювання для імітації роботи пристрою з розробкою коду для плати Arduino UNO.
Результати. На прикладі виконання STEM-проєкту «Розробка фізіотерапевтичного лазерного пристрою для лікування нежитю» показано як можна інтегрувати низку різнорівневих, дидактичних і дослідницьких завдань. Наведено узагальнений опис основних структурних елементів плати Arduino Uno. Сформульовано типовий алгоритм ознайомлення з роботою плати Arduino. Вказано основні розділи курсу фізики, знання яких є базовими для реалізації проекту. Показано як використання бітової матриці станів лазера дозволяє створювати циклічні режими опромінення, що періодично змінюють один одного. Наведено приклад коду з обробкою бітової матриці станів лазера. Скетч керує режимами напівпровідникового лазера, відображає час опромінення на рідкокристалічному дисплеї та подає звуковий сигнал по закінченню часу опромінювання, що задається потенціометром. Подано фрагмент симуляційного моделювання фізіотерапевтичного пристрою в середовищі Tinkercad Circuits.
Висновки. Практичний досвід використання проєктного методу в STEM-освіті показав, що він дозволяє студентам активно досліджувати реальну проблему, застосовувати отримані знання на практиці, розвивати навички співпраці, комунікації та критичного мислення. Виконання проєкту сприяє поєднанню різних видів діяльності, таких як пізнавальна, творча, практична, дослідницька, а також розвитку навичок мислення, мотивації та відповідальності за свою діяльність. Впровадження проєктного методу дає можливість забезпечити якісну підготовку фахівців з природничих наук, здатних ефективно застосовувати свої знання та навички у практичних ситуаціях та сприяти подальшому розвитку STEM-галузей в Україні.
Formulation of the problem. One of the promising methods of training in STEM education is the method of projects. The projected method in STEM education determines the relevance and research nature of the topic of the project, ensuring the interconnection of theoretical knowledge with practice, practical implementation of the results of the project. The project, as a means of implementing STEM education, allows you to integrate knowledge from different subject industries when solving real tasks, the creation of existing layouts, which causes their practical use. Materials and methods. Methods of analysis and systematization of scientific and pedagogical literature were used; generalization of the results of domestic and foreign experience in the use of a prose method in the STEM education using the ARDUino software and hardware platform. The experimental method of creating an active physiotherapy laser device for treatment of the runny nose is presented. A software modeling is used to simulate a device with the design of the Arduino Uno board. Results. The example of the implementation of the STEM project "Development of a physiotherapeutic laser device for the treatment of runny nose" demonstrates how it is possible to integrate many different- level, didactic, and research tasks. A generalized description of the main structural elements of the Arduino Uno board is given. A typical algorithm for familiarizing yourself with the operation of the Arduino board is formulated. The main sections of the physics course are indicated, the knowledge of which is fundamental for implementing the project. It is shown how using a bit matrix of laser states allows the creation of cyclic irradiation modes that periodically change each other. An example of a code processing a bit matrix of laser states is provided. The sketch controls the modes of the semiconductor laser, displays the exposure time on the liquid crystal display, and emits a sound signal at the end of the exposure time set by the potentiometer. A fragment of the simulation modeling of a physiotherapy device in the Tinkercad Circuits environment is presented. Conclusions. The practical experience of using the project method in STEM education has shown that it allows students to investigate a real problem actively, apply the acquired knowledge in practice, and develop cooperation, communication, and critical thinking skills. Implementation of the project contributes to the combination of various activities, such as cognitive, creative, practical, and research, as well as the development of thinking skills, motivation, and responsibility for one's actions. Implementing the project method makes it possible to provide high-quality training for specialists in natural sciences who can effectively apply their knowledge and skills in practical situations and contribute to the further development of STEM fields in Ukraine.
Formulation of the problem. One of the promising methods of training in STEM education is the method of projects. The projected method in STEM education determines the relevance and research nature of the topic of the project, ensuring the interconnection of theoretical knowledge with practice, practical implementation of the results of the project. The project, as a means of implementing STEM education, allows you to integrate knowledge from different subject industries when solving real tasks, the creation of existing layouts, which causes their practical use. Materials and methods. Methods of analysis and systematization of scientific and pedagogical literature were used; generalization of the results of domestic and foreign experience in the use of a prose method in the STEM education using the ARDUino software and hardware platform. The experimental method of creating an active physiotherapy laser device for treatment of the runny nose is presented. A software modeling is used to simulate a device with the design of the Arduino Uno board. Results. The example of the implementation of the STEM project "Development of a physiotherapeutic laser device for the treatment of runny nose" demonstrates how it is possible to integrate many different- level, didactic, and research tasks. A generalized description of the main structural elements of the Arduino Uno board is given. A typical algorithm for familiarizing yourself with the operation of the Arduino board is formulated. The main sections of the physics course are indicated, the knowledge of which is fundamental for implementing the project. It is shown how using a bit matrix of laser states allows the creation of cyclic irradiation modes that periodically change each other. An example of a code processing a bit matrix of laser states is provided. The sketch controls the modes of the semiconductor laser, displays the exposure time on the liquid crystal display, and emits a sound signal at the end of the exposure time set by the potentiometer. A fragment of the simulation modeling of a physiotherapy device in the Tinkercad Circuits environment is presented. Conclusions. The practical experience of using the project method in STEM education has shown that it allows students to investigate a real problem actively, apply the acquired knowledge in practice, and develop cooperation, communication, and critical thinking skills. Implementation of the project contributes to the combination of various activities, such as cognitive, creative, practical, and research, as well as the development of thinking skills, motivation, and responsibility for one's actions. Implementing the project method makes it possible to provide high-quality training for specialists in natural sciences who can effectively apply their knowledge and skills in practical situations and contribute to the further development of STEM fields in Ukraine.
Опис
Ключові слова
проєктний метод, STEM-освіта, платформаArduino, програмування, інженерне мистецтво, project method, STEM education, Arduino platform, programming, engineering art
Бібліографічний опис
Воронкін О. Проєктний метод у STEM-освіті із застосуванням програмно-апаратної платформи Arduino [Текст] / О. Воронкін, С. Лущин // Фізико-математична освіта : науковий журнал / Міністерство освіти і науки України, Сумський державний педагогічний університет імені А. С. Макаренка, Фізико-математичний факультет ; [редкол.: М. П. Вовк, М. Гр. Воскоглу, Т. Г. Дерека та ін.]. – Суми : [СумДПУ імені А. С. Макаренка], 2023. – Вип. 4 (38). – С. 24–30. – DOI: 10.31110/2413-1571-2023-038-4-003