Спільні STEM-проєкти

Заклади загальної середньої освіти Запоріжжя разом із викладачами НУ «Запорізька політехніка» створюють спільні STEM-проєкти. Учні досліджують реальну проблему, проєктують, програмують, друкують деталі на 3D-принтері й представляють робочу модель, а викладачі університету проводять заняття, консультують команди та допомагають з обладнанням. Нижче — проєкти, які школи вже реалізували разом з університетом.

Розумний робот-козак на базі Arduino UNO

Ідея проєкту

У підземній школі ЗГ № 106 важливо контролювати температуру, вологість, атмосферний тиск та інші показники, щоб створити безпечні умови для перебування учнів під час освітнього процесу.

Розумний робот-козак відстежує мікроклімат і виводить показники на кольоровий LCD-дисплей. А ще з ним можна взаємодіяти, як зі справжнім козаком.

Завдання проєкту

• Ознайомитися з принципами роботи мікроконтролера Arduino.
• Вивчити датчики температури (DHT11/22), тиску (BMP280), освітленості (LDR).
• Зібрати електронну схему метеостанції.
• Написати програмний код для збору та виведення даних.
• Розробити 3D-модель корпусу.
• Надрукувати на 3D-принтері всі складові корпусу.
• Провести тестування та аналіз отриманих результатів.
• Розробити сайт для фіксування отриманих даних.
• Оформити результати у вигляді презентації або інтерактивного звіту.

Результати

Розроблено повністю автономного людиноподібного робота-козака на базі Arduino Uno та ESP8266. Проєкт поєднує 3D-друк (власні деталі), мікроелектроніку (TFT-дисплей, датчики руху, відстані, освітлення, клімату), аудіосистему та кінематику (керування рукою із шаблею через сервопривід). Реалізовано стабільну схему живлення від вбудованого павербанка для безперебійної роботи всіх компонентів.

Результат — діючий 3D-надрукований корпус у формі робота-козака, всередині якого змонтована та підключена робоча електронна схема на базі Arduino з усіма датчиками, екраном та живленням.

«Школа майбутнього»

Ідея проєкту

«Школа майбутнього» — це екологічний, технологічний та безпечний простір, де поєднуються інновації, природа та турбота про здоров’я учнів. Простір, у якому навчання стає захопливою подорожжю, а учні — активними творцями свого майбутнього.

Завдання проєкту

• розвивати уяву, здатність формулювати власні ідеї та висловлювати їх у письмовій формі;
• навчити учнів використовувати штучний інтелект і графічні редактори для візуалізації своїх задумів;
• розвивати вміння застосовувати знання з природничих і технічних дисциплін на практиці;
• виховувати екологічне мислення, відповідальність і прагнення до створення безпечного освітнього простору;
• формувати навички публічного виступу, презентації проєкту та командної взаємодії.

Результати

Створено віртуальну модель школи майбутнього, що охоплює:

• енергоефективну школу;
• архітектурну модель;
• екологічну модель — зелену школу майбутнього;
• інформаційну грамотність;
• психологічний комфорт.

Літературні образи: створення 3D-моделей та медіаконтенту з використанням ШІ

Ідея проєкту

Інтегрувати штучний інтелект у гуманітарну сферу, відкрити нові можливості для творчості та сучасної інтерпретації літературних образів.

Завдання проєкту

• Опрацювання літературних творів.
• Створення медіаконтенту.
• Створення буктрейлера, коміксів тощо.
• Створення 3D-моделей персонажів.

Результати

Опрацьовано літературні твори, визначено ключові образи, створено 3D-моделі персонажів. Викладачі НУ «Запорізька політехніка» провели серію уроків з 3D-моделювання та підготували відеоматеріали, щоб учні могли самостійно опрацювати теми.

Підсумок роботи — тематичні мініпроєкти, цифрова галерея 3D-персонажів, медіаконтент і мультимедійні матеріали: відеопрезентації, постери, короткі ролики.

Модель епохи: Дніпрогес — від ідеї до STEM-реалізації

Ідея проєкту

Створити діючу модель Дніпровської гідроелектростанції (ДніпроГЕС), що демонструє перетворення кінетичної енергії води на електрику.

Завдання проєкту

• Історія. Огляд історичних процесів, що передували створенню ДніпроГЕС:
  • від водяного колеса до турбіни (Стародавність — XIX століття);
  • перші гідроелектростанції (1870–1880-ті роки);
  • епоха гігантів (XX століття), одним з яких став ДніпроГЕС.
• Фізика. ГЕС — ідеальний приклад закону збереження енергії в дії: проєкт показує, як енергія змінює форму, переходячи з однієї стадії в іншу. Основні фізичні закони: закон збереження і перетворення енергії, закон електромагнітної індукції, закон Бернуллі, коефіцієнт корисної дії.
• Екологія. Позитивний і негативний вплив роботи ГЕС на навколишнє середовище.
• Дизайн. Створення тривимірної моделі ГЕС.
• Інженерія. Створення робочої моделі електростанції з генератора, турбіни та допоміжного устаткування.

Результати

Створено детальну об’ємну модель Дніпрогесу та змістовну презентацію-виступ. Етапи розробки та ключові технічні рішення зафіксовано в підсумковому відеоролику. Результати демонструють поєднання інженерного підходу, творчості та високого рівня підготовки учнів Запорізької гімназії № 89.

Біомеханіка руху: інженерія людини

Ідея проєкту

Поєднати знання з біології із сучасними технологіями та інженерією.

Завдання проєкту

• Визначити, чому важливо розуміти біомеханіку руху людини.
• Вивчити анатомію суглобів і м’язів, типи рухів, принцип важеля.
• Провести експеримент: виміряти силу м’язів динамометром.
• Обчислити момент сили в ліктьовому суглобі.
• Провести групові дослідження.
• Створити власні дослідницькі проєкти про протезування.
• Конструкторський етап: ознайомитися з роботою 3D-сканера та методом фотограмметрії.
  • сканування частин тіла учасників проєкту;
  • створення тривимірних моделей за результатами сканування в середовищі SolidWorks;
  • підготовка програми для 3D-друку та обладнання;
  • 3D-друк і фінішна обробка надрукованих моделей;
  • створення бази комп’ютерних 3D-моделей частин тіла.

Результати

• Учні створили власну модель рухомої частини тіла.
• Створено моделі шийного хребця людини та його рухомого кріплення, а також моделі хребців за результатами сканування.

Моделювання аеродинамічних профілів крила

Завдання проєкту

• Розробити CAD-моделі 2–3 основних профілів із варіаціями (зміна товщини, кривизни, кута атаки).
• Підготувати STL-файли й налаштувати 3D-принтер.
• Побудувати або підготувати міні-аеродинамічну трубу.
• Виконати серію експериментів: для кожної моделі виміряти підйомну силу та силу опору (або їхні проєкції), побудувати графіки.
• Проаналізувати похибки вимірювань.
• Обробити дані та зробити висновки.

Результати

Завершено цикл цифрового моделювання аеродинамічних профілів крила в різних CAD-середовищах. Створено та опрацьовано кілька варіантів профілів із різною кривизною, товщиною й геометрією, підготовлених у форматі STL.

Наступний крок — 3D-друк отриманих моделей та їх випробування в аеродинамічній трубі. Конструкція труби зараз у стадії збирання, тож незабаром розпочнеться експериментальна частина проєкту: оцінка ефективності створених профілів у реальному потоці повітря.

EcoSmart Bin: технології чистого майбутнього

Команда проєкту

Від Запорізького технічного ліцею:

• Ткаченко Тетяна Віталіївна, вчитель інформатики — пошуковий, аналітичний і контрольний етапи.

Від НУ «Запорізька політехніка»:

• Полешко Ігор Станіславович, завідувач лабораторії, керівник гуртка «Робототехніка з Arduino» — програмування та налаштування Arduino.
• Осадчий Володимир Володимирович, доцент, керівник гуртка «STEM-лабораторія Lego» — 3D-моделі та друк потрібних деталей на 3D-принтері.
• Назарова Олена Сергіївна, доцент, директор Дитячо-юнацького наукового університету — ідея проєкту та організаційна робота.

Ідея проєкту

Учні працюють у командах над інтелектуальною моделлю смітника EcoSmart Bin, який автоматично відкривається, коли до нього підходить людина, визначає тип відходів або пропонує варіанти сортування і робить збір сміття зручним і гігієнічним. Проєкт поєднує інженерію, програмування та екологію й показує, як сучасні технології допомагають формувати відповідальне ставлення до довкілля та створювати рішення для чистого і сталого майбутнього.

Завдання проєкту

• дослідити проблему накопичення та сортування побутових відходів у школі та громаді;
• ознайомитися з принципами роботи ультразвукових датчиків, серводвигунів, мікроконтролерів (Arduino / micro:bit);
• розробити конструкцію розумного смітника з безконтактним відкриванням кришки;
• реалізувати систему сортування сміття за типами (пластик, папір, змішані відходи тощо);
• створити алгоритм роботи пристрою та запрограмувати мікроконтролер;
• змоделювати та виготовити корпус пристрою з доступних матеріалів;
• протестувати роботу системи та вдосконалити конструкцію;
• проаналізувати ефективність розробленого рішення для школи;
• підготувати технічну документацію, опис проєкту та презентацію результатів;
• представити готовий прототип під час STEM-презентації або виставки проєктів.

Результати

Учні в командах створили функціональну модель смарт-смітника на базі плати Arduino, ультразвукового датчика відстані та серводвигуна. Спершу розробили 3D-модель механізму відкривання кришки, потім надрукували кріплення на 3D-принтері, зібрали механічну частину та інтегрували електроніку.

Зроблено чотири однакові прототипи: це дозволило перевірити повторюваність конструкції та організувати командну роботу. У кожному пристрої кришка відкривається автоматично, коли спрацьовує ультразвуковий датчик.

Паралельно учні розробили зовнішнє оформлення: визначили види відходів для сортування (папір, пластик, метал, скло, органічні та змішані відходи), підібрали кольорове маркування відповідно до екологічних стандартів, створили в графічному редакторі наклейки з піктограмами та пояснювальними написами й розмістили їх на смітниках.

Експерименти, тестування та вдосконалення

Учні перевірили відстань спрацювання датчика, швидкість відкривання кришки та час її утримання. Підсумковий алгоритм: коли людина наближається, кришка відкривається, залишається відкритою 5 секунд і закривається сама.

Команди перевірили стабільність роботи в різних умовах, доопрацювали програмний код і механіку, підібрали кут відкривання кришки та положення датчика. Окремо перевірили, чи зручно користуватися смітниками з наклейками і чи зрозуміле маркування.

Готовий прототип

Створено чотири робочі прототипи EcoSmart Bin з автоматичним безконтактним відкриванням кришки. Плата Arduino живиться через USB від комп’ютера, павербанка або мережевого адаптера, тож пристрій мобільний і зручний.

Моделі мають надруковані на 3D-принтері кріплення, ультразвуковий датчик і серводвигун, що керує кришкою. Кожен смітник позначено наклейкою з типом відходів, що допомагає привчатися до сортування. Прототипи показують, що з доступних компонентів можна створювати інтелектуальні екологічні рішення.

Як долучитися школі

Підготовка спільного проєкту триває кілька зустрічей: від заявки та вибору теми до презентації результату. Покроково це описано в алгоритмі, а етапи роботи з учнями — у методології.