FabKit – Fizică interactivă, portabilă și modulară

Obiective educaționale

• Dezvoltarea abilităților experimentale ale elevilor prin lucrul direct cu senzori și aparatură de laborator, consolidând înțelegerea conceptelor de fizică prin aplicații concrete.
• Învățare non-formală interactivă: promovarea unui mediu de învățare hands-on, în care elevii învață prin explorare și creativitate, dincolo de curriculumul tradițional.
• Înțelegerea aprofundată a fizicii: realizarea de experimente avansate (de ex. măsurarea mișcării, temperaturii, presiunii, luminii, curentului electric) care să ilustreze legile fizicii într-un mod practic și atractiv.
• Atragerea elevilor spre STEM: creșterea interesului pentru știință, tehnologie, inginerie și matematică prin proiecte captivante, evidențiind relevanța acestor domenii și conectându-le cu viața reală.
• Incluziune educațională și reducerea abandonului școlar: implicarea elevilor din comunități defavorizate în activități științifice interactive, pentru a le stârni curiozitatea și a le oferi motivație să continue școala, contribuind la diminuarea riscului de abandon.

Activități propuse

Pentru atingerea obiectivelor, proiectul va include o serie de activități interdisciplinare și practice:

• Crearea de lecții și experimente avansate: conceperea unui set de experimente de fizică utilizând senzori FabKit în diferite combinații (ex: măsurarea accelerației gravitaționale cu senzorul de mișcare, studiul legii lui Boyle cu senzorul de presiune, investigarea fenomenelor termice cu senzorul de temperatură etc.). Aceste experimente vor fi gândite modular, astfel încât kitul să poată fi folosit la diverse teme din programa de fizică.
• Îmbunătățirea interfeței software existente: dezvoltarea și extinderea aplicației grafice FabKit (care afișează rezultatele senzorilor și permite descărcarea datelor) prin adăugarea de funcționalități noi. Echipa va programa aplicații locale (instalabile pe laptop/tabletă) și aplicații web online, pentru vizualizarea în timp real a datelor senzorilor, stocarea acestora în cloud și partajarea rezultatelor. Interfața va fi făcută mai prietenoasă pentru elevi, incluzând grafice interactive, explicații și ghiduri de utilizare.
• Creșterea autonomiei hardware: proiectarea unei soluții de alimentare portabile (battery pack) și integrarea unui afișaj electronic propriu pe kit, astfel încât FabKit să devină un mic laborator portabil. Elevii vor concepe circuite de alimentare cu baterii reîncărcabile și vor alege un display (de exemplu, un ecran LCD/OLED) care să afișeze direct valorile măsurate de senzori. Acest upgrade va permite utilizarea kitului pe teren sau în clasă fără a depinde constant de un computer, sporind mobilitatea și accesibilitatea experimentelor.
• Design și prototipare 3D: folosind infrastructura FabLab, elevii vor proiecta și imprima 3D componente pentru kit. Aceasta poate include carcase modulare pentru senzori (care să protejeze senzorii și să faciliteze manipularea lor în experimente), suporturi și elemente de conectică pentru asamblarea diferitelor configurații experimentale. Prin această activitate, elevii își vor dezvolta competențe de proiectare asistată de calculator și vor înțelege cum se transformă un concept în prototip fizic.
• Programare și integrare senzori: scrierea codului necesar pentru a face toți cei 5 senzori ai FabKit să funcționeze integrat. Aceasta implică programarea microcontrolerului (ESP32) al kitului și utilizarea de biblioteci pentru fiecare senzor (mișcare, lumină, temperatură, presiune, curent). Elevii vor implementa algoritmi de calibrare, filtrare a datelor și vor asigura că interfața software primește corect valorile de la senzori. De asemenea, se vor crea scenarii de experiment (ex: înregistrarea simultană a temperaturii și presiunii într-o reacție termodinamică) care necesită sincronizarea mai multor senzori.
• Testare și validare experimentală: fiecare lecție și experiment dezvoltat va fi testat mai întâi în laborator (CEST FabLab) pentru a verifica acuratețea măsurătorilor și robustețea configurației. Ulterior, echipa va organiza sesiuni de pilotare în comunitate, deplasându-se în școli sau centre educaționale din comunități defavorizate din Ilfov. Acolo, elevii din echipă vor prezenta kitul FabKit și vor coordona ateliere în care colegii lor mai mici sau de aceeași vârstă efectuează experimentele propuse. Feedback-ul colectat de la participanți va fi folosit pentru a îmbunătăți atât aspectele tehnice, cât și pe cele pedagogice ale activităților.
• Documentare și diseminare: pe parcursul proiectului, echipa va realiza materiale video și foto care să documenteze evoluția lucrărilor – de la asamblarea senzorilor, la programare, până la testele din teren. Se va realiza un videoclip final de prezentare a proiectului, cu demonstrații ale experimentelor și mărturii ale elevilor participanți. De asemenea, va fi redactat un ghid/manual ce va include descrierea fiecărei lecții experimentale, instrucțiuni de utilizare a kitului îmbunătățit și sugestii de activități pentru profesori. Aceste resurse vor fi distribuite online (pe site-ul Comunității Educație pentru Știință și platformele MSciTeh) astfel încât și alte licee sau cluburi de știință să poată reproduce și folosi rezultatele proiectului.

Resurse utilizate

Pentru implementarea cu succes a proiectului, echipa va avea la dispoziție următoarele resurse:

• FabKit-uri (seturile de senzori): asamblarea de la zero si testarea a 3-4 kituri complete, care conțin senzori de mișcare, presiune (gaze), temperatură, intensitate și tensiune electrică, și lumină, alături de interfața hardware (microcontroler ESP32 și modul de conectare FabConnect). Acest set va constitui baza tuturor experimentelor și dezvoltărilor.
• Echipamente SciFabLab CEST/INCDFM/CIFRA: infrastructura disponibilă în SciFabLab (laboratorul de fabricație digitală al CEST), la CIFRA si INCDFM va fi esențială – imprimante 3D pentru realizarea carcaselor și componentelor proiectate, scule și aparatură electronică (multimetre, osciloscop, stație de lipit/reflow) pentru asamblarea circuitelor și testarea senzorilor, calculatoare performante cu software de proiectare (CAD) și programare instalat.
• Spații și materiale pentru ateliere în comunitate: cu sprijinul partenerilor locali, se vor asigura spațiile necesare (săli de clasă, laboratoare de informatică) în școlile din comunitățile țintă, precum și materiale consumabile (baterii, cabluri, materiale didactice auxiliare) pentru buna desfășurare a atelierelor demonstrative.