Robotica a scuola

Il progetto, caratterizzato dalla collaborazione tra istituti di diverso ordine e grado, si prefigge lo scopo di introdurre una didattica innovativa della cultura scientifica e tecnologica: ha la peculiarità di essere stato elaborato e realizzato in rete in quanto gli insegnanti coinvolti ritengono che la condivisione e la collaborazione tra scuole sia la strada corretta per creare occasioni di riflessione e di incoraggiamento nella sperimentazione di nuove pratiche didattiche. Sono previsti incontri tra i docenti delle scuole coinvolte ma anche scambi di esperienze tra studenti che durante l’anno scolastico potranno incontrarsi confrontandosi sugli argomenti che maggiormente hanno attirato il loro interesse.

L’impiego della robotica educativa nella scuola può essere di grande aiuto perché favorisce la realizzazione di ambienti di apprendimento in grado di coniugare scienza e tecnologia, teoria e laboratorio, studio individuale e studio cooperativo. Possiamo affermare – sulla base delle esperienze già realizzate e indipendentemente dall’ordine di scuola – che si impiegano le tecnologie dell’automazione con l’uso di macchine programmabili e la realizzazione di sensori miniaturizzati laddove si propone agli alunni un approccio fortemente costruttivista al sapere, in un contesto di laboratorio realizzato attorno a dispositivi con cui gli alunni possono “imparare operando”, attraverso l’interazione sul piano fisico e materiale (oggetti manipolabili), sul piano tecnologico (componenti attivi, ingranaggi motori, sensori), e sul piano informatico (programmazione).

L’uso didattico di queste tecnologie può offrire ai nostri studenti la possibilità di investigare e conoscere concetti che sono troppo astratti o difficili da comprendere. In particolare il carattere multidisciplinare della robotica avvicina i giovani all’informatica, alla meccanica, ai circuiti elettrici, alla fisica, all’etica delle tecnologie applicate e alle nuove frontiere della medicina e della biochimica che vengono aperte con l’applicazione delle emergenti nanotecnologie.

Obiettivi generali

Realizzare un artefatto dotato di cervello elettronico e di dispositivi sensoriali costituisce per un giovane studente un’attività complessa ma stimolante che trova le sue espressioni in una pratica laboratoriale e di sperimentazione orientate ad oggetti reali e non astratti. Sono compiti che richiedono abilità pratico-costruttive, sviluppo di capacità logico-formali, una significativa attitudine all’osservazione critica e alla rielaborazione dei progetti, in un ambito necessariamente collaborativo tra i componenti il gruppo di lavoro:

• sviluppare percorsi laboratoriali nell’area tecnologica-scientifica;

• coinvolgere attivamente gli studenti nel loro processo di apprendimento e di costruzione delle conoscenze, promuovendo il pensiero creativo;

• intrecciare le competenze, gli obiettivi della tecnologia e quelli delle scienze in un rapporto di scambio reciproco (Meccanica, Informatica, Matematica, Fisica);

• utilizzando l’operatività, stimolare la capacità di analisi, la capacità organizzativa e la capacità di comunicare;

• far acquisire metodi per risolvere problemi e con l’aiuto di un automa stimolare il gusto di realizzare i propri progetti, frutto della fantasia e della razionalità.

Obiettivi specifici

Per ogni azione presente nel progetto ciascuna scuola svilupperà autonomamente propri percorsi didattici con specifici obiettivi, tuttavia è possibile prefigurare itinerario didattici che seguono una logica comune che è quella della crescita progressiva delle abilità e delle competenze con un significativo tasso cognitivo nel passaggio di classe in classe e da un ordine all’altro della scuola.

Scuola Secondaria di 1° Grado:

• comprendere le funzioni che svolgono i componenti dei Kit robotici nella realizzazione delle strutture portanti, della meccanica del movimento . (Velocità, accelerazione e potenza: le leggi del moto. Studio delle variabili spazio-tempo);

• conoscere le caratteristiche dei sensori di contatto: luce, temperatura, suono e ultrasuono. Legami disciplinari, concettuali e operativi, tra Meccanica, Fisica, Informatica;

• saper organizzare i dati di un problema da risolvere mediante schemi o grafici e tradurre gli algoritmi con linguaggi di programmazione;

• saper individuare problematiche hardware e software in caso di funzionamento non coretto di un robot (strategie problemsolving);

• capacità di collaborazione e di lavoro in gruppo.

Scuola Secondaria di 2° Grado:

Nel Biennio saranno affrontate problematiche con un modesto livello di formalizzazione

• elementi di logica di programmazione;

• analisi del linguaggio di programmazione e studio di alcuni algoritmi di media complessità;

• costruzione di vari robot semoventi con sensori;

• saper organizzare i dati di un problema da risolvere mediante schemi o grafici e tradurre gli algoritmi in linguaggi di programmazione;

• saper individuare problematiche hardware e software in caso di funzionamento non coretto di un robot (strategie problemsolving);

• capacità di collaborazione e di lavoro in gruppo.

Metodologie

E’ possibile utilizzare efficacemente tecnologie non particolarmente complicate e dai costi accessibili, come i Kit Lego –Wedo, Kit robotici Lego MindStorms e materiali chimici per esperimenti.

Il lavoro di gruppo dovrà costituire l’asse portante per la progettazione e lo sviluppo di ogni itinerario didattico. Ogni gruppo, potrà infatti strutturare un proprio progetto lavorando alla costruzione e alla programmazione dei robot. Tuttavia al momento di iniziare un progetto sarà necessario che gli studenti differenzino e qualifichino i ruoli: il responsabile del gruppo avrà il compito di sovrintendere le attività dei componenti e assicurarsi che il progetto proceda; il responsabile della comunicazione avrà il compito di scrivere il diario di lavoro del gruppo; il responsabile dei materiali dovrà predisporre tutti gli elementi di costruzione e riordinare il materiale alla fine di ogni attività.

Destinatari

Il progetto è rivolto a più classi/sezione di diversi ordini di scuola.

Attività di laboratorio

Secondaria di 1° grado – Secondaria di 2° grado

Il livello di analisi e soprattutto di astrazione sarà diverso da un ordine di scuola all’altro e strettamente commisurato all’età e alle capacità degli allievi.

Tutti gli alunni però saranno coinvolti nella formulazione delle ipotesi e nell’elaborazione delle risposte.

Costruzioni robotiche con Lego NXT

Primi passi: esperienze costruttive e programmazione dei motori.

Gli studenti inizieranno ad affrontare le problematiche costruttive di un robot con particolare attenzione al funzionamento dei motori (direzione, velocità, accelerazione), alla meccanica del movimento e alla programmazione informatica

I sensori nelle costruzioni robotiche

L’avvio di percorsi didattici basati sullo studio e l’applica di dispositivi sensoriali costituisce una tappa significativa nelle esperienze sui robot. La presenza dei sensori ( contatto, luce, suono, ultrasuono, temperatura) consente di intraprendere molteplici esperienze con progetti di robot capaci di ricevere informazioni dall’ambiente e di comportarsi nel modo previsto dalla programmazione

Il controllo robotico
La progettazione di un veicolo che debba, ad esempio, muoversi in una stanza senza essere fermato dal primo ostacolo che incontrerà ed agire, quindi, “intelligentemente”, richiede un certo impegno sia sul piano delle problematiche costruttive del robot ( stabilità strutturale, agilità dei movimenti, ) che su quello della programmazione e del controllo. Gli studenti saranno incoraggiati a sviluppare in modo autonomo procedure informatiche efficienti, progettando algoritmi di controllo per poi tradurli in linguaggio di programmazione.

Esperienza con le nanotecnologie
Saranno realizzati giochi di gruppo e di ruolo in continuità tra scuola media e scuola superiore allo scopo di far conoscere gli aspetti etici, legali e sociali delle nanotecnologie. Nell’ambito dei laboratori di fisica e chimica saranno realizzate attività sperimentali progettate per la fascia di età di riferimento.

Moduli didattici innovativi

Per una disseminazione delle esperienze: i laboratori aperti alle scuole del territorio
Le scuole, si costituiranno come “laboratori aperti”. Infatti è previsto che alcune classi degli istituti interessati alla robotica educativa e alle nanotecnologie partecipino ad attività di laboratorio con moduli didattici organizzati da studenti-tutor e da docenti.

Risultati e monitoraggio

• acquisire metodi per la risoluzione dei problemi e il gusto di realizzare i propri progetti, frutto della fantasia e della razionalità;

• stimolare la capacità di analisi, la capacità organizzativa e la capacità di comunicare, utilizzando l’operatività;

• acquisire la capacità di assumere ruoli costruttivi e collaborativi all’interno del gruppo;

• saper organizzare i dati del problema da risolvere (Es: cosa dovrà fare un veicolo per uscire da un recinto ? Cosa dovrà fare un veicolo per seguire una linea colorata ? );

• sviluppare le possibili strategie risolutive del problema mediante schemi o grafici utilizzando la sequenza delle istruzioni che dovranno essere impartite al robot;

• tradurre gli algoritmi in un linguaggio di programmazione per l’RCX;

• saper individuare le problematiche software o hardware in caso di funzionamento non corretto del robot.

• apprendere competenze relative all’uso delle nanotecnologie, mediante le attività di laboratorio.

Responsabile del progetto : Prof. Ferrara Pietro

Il progetto, caratterizzato dalla collaborazione tra istituti di diverso ordine e grado, si prefigge lo scopo di introdurre una didattica innovativa della cultura scientifica e tecnologica