ШІ як помічник педагога: генеруємо ідеї та створюємо STEM-проєкт, що відповідає реальним потребам школи

Модельна навчальна програма «Природничі науки. 7–9 класи (інтегрований курс)» для закладів загальної середньої освіти (авт. Мандренко Ю. І., Довгань Г. Д., Сардига М. В., Омелянчук Ю. О., Боднар О. В., Ментух С. І.)

https://drive.google.com/file/d/1fTA_Gzl7yX86rgath4pdZX4Q0Q7WFmJi/view

Проблема і виклик: чому сучасному вчителю потрібен ШІ

Освітні потреби школи сьогодні:

Не вистачає часу, натхнення, ресурсів.
Необхідність робити навчання практичним і міждисциплінарним.

Як ШІ допомагає педагогу:

Швидкий пошук ідей та джерел.
Створення контенту: описів, завдань, візуалів.
Адаптація проєктів під вікову категорію, ресурси школи, місцевий контекст.

Практикум: генерація ідей STEM-проєктів за допомогою ШІ

Розділ 8

Міні-демонстрація: короткий приклад запиту до ChatGPT — “Згенеруй 5 ідей STEM-проєктів для школи з обмеженим бюджетом 7 клас Пропонований зміст: Джерела та приймачі звуку. Механічні коливання. Період, частота, амплітуда коливань. Звукові хвилі. Довжина хвилі. Швидкість поширення звукових хвиль. Еволюція уявлень про утворення й поширення звуків. Відбивання звуку. Відлуння. Ультразвук. Інфразвук."

Ось 5 ідей STEM-проєктів для 7 класу з теми "Джерела і приймачі звуку. Коливання і хвилі", розрахованих на обмежений бюджет, із можливістю реалізації в умовах звичайної школи:

🔊 1. Вимірюємо швидкість звуку у шкільних умовах

Суть:
Учні досліджують швидкість поширення звуку в повітрі за допомогою простих засобів — двох мобільних телефонів і вимірювальної стрічки.

STEM-компоненти:

Фізика: поняття швидкості, часу, звукової хвилі.
Математика: розрахунок середніх значень, похибок вимірювань.
Технології: використання таймерів або додатків для запису звуку.
Інженерія: побудова експериментальної установки.

Результат:
Графік залежності часу від відстані та обчислена швидкість звуку в повітрі.

🪈 2. Створюємо музичні інструменти з підручних матеріалів

Суть:
Учні виготовляють прості інструменти (сопілку, гітару з гумок, барабан з коробки) і досліджують, як зміна довжини, натягу чи матеріалу впливає на висоту звуку.

STEM-компоненти:

Фізика: амплітуда, частота, довжина хвилі.
Математика: вимірювання і порівняння параметрів.
Технології: запис і аналіз звуків за допомогою смартфона.
Мистецтво (STEAM): створення мелодій і презентація «шкільного оркестру».

Результат:
Міні-виставка «Як звучить наука» або відеоексперимент.

📡 3. Ехо-детектор: відлуння у шкільному коридорі

Суть:
Учні досліджують, як звук відбивається від різних поверхонь (стіна, дерево, тканина), створюють просту модель «сонару» або вимірюють час відлуння за допомогою смартфонів.

STEM-компоненти:

Фізика: відбивання звуку, відлуння.
Математика: обчислення відстані за формулою $s = \frac{vt}{2}$ .
Технології: застосунок для аудіоаналізу (наприклад, «WaveEditor»).
Інженерія: вибір місця, побудова макету.

Результат:
Інфографіка або міні-звіт про те, які матеріали краще поглинають звук.

🧠 4. Як люди і тварини чують: ультразвук і інфразвук

Суть:
Учні досліджують, як різні істоти сприймають звукові хвилі, та створюють модель слуху кажана чи кита.

STEM-компоненти:

Біологія: слуховий апарат тварин.
Фізика: діапазон частот, ультразвук, інфразвук.
Технології: пошук і аналіз даних, створення цифрової презентації.
Інженерія: створення моделі в 3D-конструкторі (наприклад, Tinkercad).

Результат:
Цифровий плакат або відео «Як чують різні живі істоти».

🧩 5. Візуалізація звуку: бачимо хвилі

Суть:
Учні створюють простий прилад — осцилограф із підручних матеріалів: натягнута плівка, зерна солі або піску, динамік, телефон. Спостерігають, як звук утворює візерунки на поверхні.

STEM-компоненти:

Фізика: амплітуда, частота коливань.
Технології: використання мікрофона та відеозапису.
Мистецтво: фотографування хвильових малюнків.

Результат:
Фото або відео «звук у візерунках» + пояснення, як частота впливає на малюнок.

Спільна розробка одного STEM-проєкту

За допомогою ШІ створити:

Формулювання проблеми.
Мету і гіпотезу.
План реалізації (етапи).
Можливі міжпредметні зв’язки.
Презентаційну назву і короткий опис для афіші.

Промпт для генерації STEM-проєкту

Завдання для ШІ:

Ми розробляємо STEM-проєкт для учнів середньої/старшої школи на тему «Візуалізація звуку: як побачити звук».
Допоможи створити повну структуру проєкту, включно з усіма основними компонентами: формулювання проблеми, мета, гіпотеза, план реалізації (етапи), можливі міжпредметні зв’язки та короткий опис для афіші.
Проєкт має бути цікавим, дослідницьким, з елементами експерименту, спостереження, вимірювання та творчої презентації результатів.

Результат:

🧩 1. Формулювання проблеми

Згенеруй 2–3 варіанти формулювання проблемного запитання, яке мотивує учнів дослідити явище звуку та його візуалізацію.
Приклади напряму:

Як можна «побачити» звук?

Чи можливо перетворити звукові хвилі на зображення?

Як вібрації створюють візуальні форми?

🎯 2. Мета і гіпотеза

Сформулюй чітку мету дослідження (що саме учні прагнуть з’ясувати чи створити) і гіпотезу (припущення, яке вони перевірятимуть експериментально).
Наприклад:

Мета: дослідити способи візуалізації звукових хвиль і створити пристрій або цифрову модель, що дозволяє спостерігати звук.

Гіпотеза: якщо зафіксувати вібрації, спричинені звуком, то можна отримати видимі візерунки або зображення, що відображають його частоту й амплітуду.

🧠 3. План реалізації (етапи)

Створи покроковий план (5–6 етапів) реалізації проєкту з коротким описом кожного.
Орієнтовні етапи:

Дослідження: вивчення природи звукових хвиль, способів їх візуалізації (циматика, спектрограми, вібраційні моделі).
Експеримент: створення простої установки (наприклад, колонки з натягнутою плівкою або тарілкою з піском/рідиною для спостереження візерунків, або демонстрація фігур Ліссажу за допомогою пластикового стакана та лазерної указки)

Збір даних: запис результатів, фото, відео, вимірювання частоти, амплітуди.

Аналіз: обробка результатів, порівняння форм звуку різної частоти.

Візуалізація: створення цифрових моделей, графіків або презентації результатів.

Презентація: підготовка підсумкової демонстрації (наприклад, виставки чи міні-шоу «Звук, який можна побачити»).

🔗 4. Міжпредметні зв’язки

Визнач міжпредметні зв’язки, що показують інтегрованість STEM-підходу:

Фізика: хвилі, частота, амплітуда, резонанс.

Математика: вимірювання, графічне представлення даних, аналіз залежностей.

Інформатика: обробка аудіо-сигналів, створення цифрової візуалізації (наприклад, у Python, Scratch чи GeoGebra).

Мистецтво: естетичне оформлення форм звуку, створення арт-композицій із хвильових візерунків.

Технології: конструювання установки або прототипу пристрою.

🪩 5. Презентаційна назва і короткий опис для афіші

Запропонуй 3 креативні варіанти назви проєкту (наприклад, для шкільного STEM-фестивалю) і короткий (2–3 речення) опис для афіші.
Приклади назв:

«Звукові хвилі у фарбах»

«Музика, яку можна побачити»

«Візуалізація звуку: коли фізика стає мистецтвом»

Приклад опису:
«Запрошуємо вас на науково-мистецький експеримент! Разом ми побачимо, як звук перетворюється на хвилі, фігури й кольори. Відчуйте гармонію між фізикою, математикою та мистецтвом!»

6. Реальне застосування результатів (етап “Від науки — до життя”)

🧭 Додаткові побажання до відповіді ШІ

Врахуй, що проєкт має бути придатним для реалізації учнями 12–16 років.

Виклади результат структуровано, з нумерацією та короткими поясненнями.

Використай мову натхнення й дослідження — щоб мотивувати школярів експериментувати.

Циматика — це наука, що вивчає візуалізацію звуку та вібрацій, яка створює геометричні візерунки на поверхні речовин, наприклад, піску, рідини чи порошку. Це явище демонструє, як звукові хвилі формують візерунки на поверхні під їх впливом. Термін "циматика" був запропонований Хансом Дженні у 1967 році, а прикладом циматичних явищ є фігури Хладні.

Принцип дії: Коли на поверхню, покриту дрібними частинками (наприклад, піском), діє звук або вібрація, утворюються візерунки. У областях, де хвилі максимальні, частинки утворюють одні візерунки, а де мінімальні – інші.
Наука та мистецтво: Циматика поєднує в собі фізику, акустику та мистецтво, демонструючи як звук може створювати видимі, красиві форми.

6. Реальне застосування результатів (етап “Від науки — до життя”)

Мета етапу:
Показати учням, що наукові знання про звук і його візуалізацію можна не лише досліджувати, а й використовувати для створення корисних, творчих і технологічних рішень у реальному світі.

🔧 Що роблять учні:

Розмірковують над практичним значенням:
- Де в житті ми можемо «побачити» звук (осцилографи, програми для запису музики, системи шумового моніторингу)?
- Як знання про вібрації допомагає створювати якісний звук у музиці, архітектурі, акустиці приміщень?
- Як звукові коливання можна використати для діагностики чи попередження небезпек (наприклад, у медицині або машинобудуванні)?
Створюють власні приклади втілення знань, наприклад:
- Міні-пристрій для візуалізації звуку.
- Музичний інструмент (або келихи заповнені водою із різним рівнем води)
- Інтерактивна арт-інсталяція “Живий звук” — стенд, де глядачі говорять у мікрофон, а на екрані з’являються кольорові візерунки.
- Шкільна виставка “Світ хвиль” — поєднання науки, мистецтва і технологій (учні демонструють, як звук стає видимим).
Обговорюють соціальний аспект — як технології візуалізації звуку можуть:
- допомагати людям із порушеннями слуху (через світлову або візуальну сигналізацію);
- сприяти екології, якщо застосувати їх для моніторингу шумового забруднення в містах;
- надихати митців і дизайнерів створювати унікальні об’єкти на межі науки й мистецтва.

💡 Очікуваний результат:

Учні усвідомлюють, що навіть простий шкільний експеримент може стати першим кроком до інновацій, які:

покращують комфорт і безпеку життя людей,
сприяють розвитку нових технологій у музиці, освіті, медицині, архітектурі,
поєднують науку й креативність, доводячи, що STEM — це не лише формули, а спосіб змінювати світ навколо себе.