In occasione del corso gratuito STEAM: Inclusione e personalizzazione nell’insegnamento delle STEAM a cui è possibile iscriversi seguendo il link, mostrerò una serie di attività laboratoriali, tra cui anche quelle che richiedono la registrazione in tempo reale dei dati di sensori utilizzando diverse schede elettroniche, tra questi BBC miro:bit, in questo modo sarà possibile ad esempio visualizzare su grafico l’andamento dell’inquinamento atmosferico, l’umidità del terreno di una serra, l’indice UV e molto altro. L’idea è quella di mostrare, in diretta costruendo il tutto durante il corso, come realizzare un cruscotto, all’interno di una pagina web, su cui visualizzare in tempo reale il grafico delle grandezze fisiche in analisi. Questa attività specifica sarà mostrata con diverse tecnologie e in modalità diverse anche in funzione dell’ordine di scuola.
In questo tutorial suddiviso in 3 puntate che verranno pubblicate nei prossimi tre giorni, mostrerò come usare ThingSpeak, software cloud che permette di aggregare, visualizzare e analizzare flussi di dati in tempo reale nel cloud di ThingSpeak provenienti da dispositivi IoT. ThingSpeak è un servizio di MathWorks nota azienda produttrice del software matematico MATLAB.
Il servizio online può essere utilizzata in modalità gratuita e a pagamento, la versione gratuita è limitata solamente nel numero di apparati hardware che possono essere connessi e nella quantità di dati che possono essere visualizzati nel tempo sulla piattaforma, ma per un uso didattico è più che sufficiente.
In questo tutorial ne mostrerò un primo utilizzo con micro:bit, approfondendo poi durante il corso ulteriori utilizzi e sperimentazioni, applicato anche ad altre schede elettroniche.
Le 3 lezioni sono così suddivise:
Registrazione al servizio
Creazione del programma nel MakeCode Editor
Collegare il modulo ESP01 e visualizzare i dati dei sensori
Registrazione al servizio
La registrazione richiede pochi passaggi.
Connettersi al sito
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Nuove idee per il prossimo corso che realizzerò per Tecnica della Scuola sui laboratori STEAM con BBC micro:bit tra le nuove sperimentazioni proporrò:
il rilevatore di vibrazioni dovute al camminamento degli allievi nei corridoi della scuola.
Presto disponibile su questo sito la scheda didattica per la realizzazione dell’attività di laboratori e i file per la stampa 3D della struttura che regge il sensore e la bacchetta di legno.
Nell’attività sono previsti:
generazione dei grafici dell’oscillazione,
allarmi di vibrazione,
trasmissione remota dei dati rilevati,
datalogging.
Il tutto diventerà un’attività didattica per i miei studenti dell’ITIS Pininfarina di Moncalieri, percorso di Elettronica e Automazione.
Durante le attività di laboratorio molto spesso i ragazzi si trovano nelle condizioni di dover sviluppare per intero un progetto in cui devono realizzare artefatti fisici complessi, in cui vengono fornite da me o altri colleghi le specifiche del progetto mediante una lezione in cui si espone il problema da risolvere, questa è ad esempio un’attività tipica durante un progetto di PCTO. Molto spesso la difficoltà maggiore da parte dei ragazzi è proprio quella di definire con chiarezza il problema nell’attività di progetto.
Come sempre insisto sulla parte di organizzazione del lavoro e progettazione collaborativa e non sempre tutto ciò viene recepito.
A tal proposito qualche giorno fa, durante un confronto con amici su una progettualità sviluppata da studenti del Politecnico di Milano insieme ad Hackability, si faceva proprio riferimento alla Metodologia Double Diamond, che avevo illustrato tempo fa durante alcuni miei corsi di formazione e che credo possano tornare utile ai miei studenti e sicuramente mostrerò durante il mio prossimo corso sulla Didattica Laboratoriale presso il FutureLabs dell’ITIS Pininfarina.
Al fondo di questo post trovate risorse utili per lo studio e la progettazione da cui sono tratte alcune cose riportate in questo post e che utilizzo attualmente per lo sviluppo di qualsiasi progetto mio, anche di carattere didattico.
Il British Design Council nel 2005 sviluppò il concetto di Double Diamond, proponendo un modello di processo di progettazione costituito da 4 fasi, nelle quali si alterna pensiero divergente e poi pensiero convergente. Il primo diamante (rombo) rappresenta l’area della ricerca o di esplorazione, il secondo diamante l’area del design cioè la fase in cui viene progettata la soluzione.
Fase divergente
La fase divergente consiste nell’esplorazione, la fase che ci consente di ampliare il punto di vista, quindi: nostre idee o idee che potrebbero giungere da una ricerca, quindi informazioni e dati. Nella fase divergente apriamo il nostro punto di vista, assumiamo il comportamento dell’esploratore, è una fase creativa in cui non bisogna applicare filtri alla nostra creatività e ricerca, non bisogna preoccuparsi se un’informazione è realmente utile e fattibili per la realizzazione del progetto.
Fase convergente
La fase convergente è quella logica, analitica in cui si analizza in modo critico la fase precedente e quindi si procede ad una selezione delle informazioni raccolte nella prima fase e che corrispondono alle specifiche del progetto.
Unendo le due fasi otteniamo il diamante.
La metodologia si sviluppa secondo lo schema seguente, in cui abbiamo due fasi:
la fase di RICERCA in cui si effettua un’esplorazione del problema
la fase di DESIGN in cui si progetta la soluzione
Nel primo diamante abbiamo la fase di esplorazione/scoperta seguita da una fase analitica di definizione, in cui i dati raccolti nella precedente fase vengono analizzati in modo da essere in grado di definire le priorità che porteranno alla definizione del problema.
Nel secondo diamante si parte con con lo sviluppo, però assumendo nuovamente un atteggiamento creativo e divergente in cui si analizzando la maggior parte di soluzioni possibili senza tener conto della fattibilità delle stesse, dopo di che si entra nella zona convergente in cui si selezionano le soluzioni più adatte per risolvere il problema, che verranno raffinate al fine di realizzare un prototipo.
La fase terminale del processo, la consegna, nell’attività laboratoriale può essere considerata l’unione di: prototipazione dell’oggetto e di test. Ovviamente, come esposto nella prima immagine di questo post, sarà possibile tornare alla fase di sviluppo nel caso in cui si abbia bisogno di migliorare o correggere la soluzione proposta con il prototipo.
Per approfondire l’argomento vi rimando ai seguenti articoli tratti principalmente dal sito del design council che ho utilizzato spesso per sviluppare sperimentazioni didattiche:
Sono felice di comunicarvi che svolgerò nel mese di aprile con Tecnica della Scuola il corso: Laboratori Steam con Arduino.
Sono più di 10 anni che utilizzo questa stupenda scheda, stupenda soprattutto perché mi ha permesso di recuperare negli anni molti ragazzi demotivati o con carenze di carattere logico matematico e tali mancanze pregiudicavano inevitabilmente la comprensione di argomenti che insegno: elettronica, informatica, sistemi elettronici.
Arduino nasce come scheda elettronica fatta per NON elettronici, una scheda che doveva servire prevalentemente per prototipare e quindi permettere a chiunque di superare lo scoglio della complessità elettronica ed informatica, almeno nella prima fase di apprendimento, per produrre un prodotto da utilizzare in diversi ambiti: design, medico, umanistico, ecc…
Successivamente si è constatato che l’uso di Arduino a scuola, in moltissime attività laboratoriali, risultava estremamente utile. Soprattutto nel mio caso Arduino ha permesso di trovare un ausilio didattico in grado di catalizzare interesse e passione da parte anche di chi aveva scarse competenze matematiche.
Quando l’azione didattica veniva condotta con precisione, l’uso di Arduino ha permesso di far comprendere allo studente che, se è relativamente facile realizzare progetti con forte interazione con il mondo reale, ancora più interessanti potevano diventare quegli stessi progetti se le competenze nelle discipline STEAM fossero state maggiori.
Con l’attività pratica basata su Arduino si fornisce un motivo in più per sopportare e superare l’insuccesso scolastico, sviluppando progetti pratici il cui funzionamento dipenderà dall’impegno e dallo studio, quindi lo studente, in modo evidente vede in Arduino l’oggetto che permette la materializzazione della propria competenza, cosa che non mi stancherò mai di dire e che più volte ho scritto su queste pagine. Se io studente conosco la fisica e la chimica probabilmente saprò gestire progetti che hanno a che fare con l’IoT, la fisiologia umana , le arti, l’economia e molto altro.
Come dico nella presentazione del corso:
Le attività laboratoriali di “fabbricazione digitale” che fanno uso di Arduino, favoriscono lo sviluppo delle competenze metacognitive e relazionali, potenziamento del pensiero logico, della capacità di astrazione e di problem solving.
ed aggiungo: la percezione che imparare è bello.
Quindi l’uso di Arduino diventa il pretesto per mettere in atto processi di analisi e autoanalisi e di messa in pratica di conoscenze e abilità.
Questa è ciò che ho visto e continuo a vedere durante le attività di laboratorio.
Ma è possibile che Arduino, una semplice scheda elettronica, possa fare tutto ciò?
Sì ne sono assolutamente convinto, l’evidenza si ha quando si vive il laboratorio ogni giorno, si percepisce negli studenti la sensazione che è bello imparare, perché imparare mi fornisce un immediato riscontro fisico di ciò che so e ciò che mi serve per far diventare “ancor più bello” il mio progetto.
Non si pensi assolutamente che Arduino è fatto per pochi addetti, non è l’oggetto che manipola solo l’insegnante di elettronica, è l’oggetto che usa l’insegnate di musica per far costruire strumenti musicali, è lo strumento che usa l’insegnate di arte per mostrare come creare installazioni di arte cinetica, è lo strumento che usano gli insegnanti di materie umanistiche quando vogliono sperimentare azioni di educazione civica in cui gli allievi devono progettare un ausilio per la disabilità per un loro compagno di classe, ma Arduino è anche lo strumento utilizzato costruire strumenti per comprendere i cambiamenti climatici.
Vorrei con questo corso farvi percepire come è semplice costruire progetti didattici laboratoriali trasversali, che coinvolgono tutte le discipline.
Spero di vedermi al mio corso, il primo di una serie di corsi a carattere assolutamente laboratoriale che svolgerò nei prossimi mesi con Tecnica della Scuola.
Non mi resta quindi che lasciarvi al programma del corso e sperare che insieme, durante le attività a distanza, si possano sviluppare oggetti fisici utili per voi.
E’ necessario disporre della scheda Arduino?
E’ consigliato, ma sarà possibile seguire assolutamente il corso anche se non si dispone della scheda, ma il mio consiglio è quello di mettere mani subito sugli oggetti fisici in modo che si assimilino più velocemente le nozioni di base. Vi fornirò tutte le indicazioni e i dettagli tecnici per sapere dove e cosa acquistare per cominciare il proprio percorso di apprendimento e impostare le lezioni laboratoriali per i vostri studenti.
Presentazione
LABORATORI STEAM CON ARDUINO
Come fare coding, tinkering e making a scuola
Come realizzare laboratori Steam utilizzando Arduino, una delle più affermate tecnologie open-source e open-hardware che sempre di più si sta affermando a scuola. Un corso per conoscere e approfondire le opportunità della robotica educativa e del coding. Il corso, combinando diverse tecnologie innovative, avrà un approccio assolutamente laboratoriale e fornirà tecniche ed idee per supportare l’apprendimento degli studenti favorendo in loro anche lo sviluppo dell’espressione personale e della creatività. Verranno mostrati esempi realmente sperimentati in classe in cui si evidenzieranno gli aspetti legati all’interdisciplinarietà e all’inclusione che hanno trovato largo impiego nella quotidianità scolastica.
Particolare attenzione verrà posta anche all’attività di sperimentazione pratica con Arduino in modalità di didattica digitale integrata utilizzando simulatori online e non solo.
L’intero corso è pensato per tutti gli insegnati, non è necessario in alcun modo avere competenze di elettronica o informatica e la proposta formativa è disegnata su un percorso testato da anni indirizzato a persone non tecniche in particolar modo ad insegnanti e studenti.
Cos’è Arduino:
Arduino è un hardware, una scheda elettronica di facilissimo utilizzo, e di basso costo
Arduino è un’ambiente di programmazione che permetterà di realizzare programmi che verranno poi eseguiti sulla scheda elettronica per la realizzazione molteplici progetti che potranno avere una forte interazione con il mondo reale;
Arduino è un sito ed una comunità online che condivide risorse e progetti utilissimi in campo didattico, soprattutto nelle attività che rientrano all’interno dell’insegnamento delle STEAM (Science, Technology, Engineering, Arts, Mathematics).
Perché usare Arduino nella didattica laboratoriale.
Il costo contenuto;
le dimensioni ridotte;
la semplicità di utilizzo;
la possibilità di sviluppare una vasta gamma di attività possibili data dalla notevole modularità della scheda;
una comunità di appassionati molto attiva tra cui moltissimi docenti.
L’uso di Arduino diventa un pretesto per mettere in atto processi di analisi e autoanalisi e di messa in pratica di conoscenze e abilità. Le attività laboratoriali di “fabbricazione digitale” che fanno uso di Arduino, favoriscono lo sviluppo delle competenze metacognitive e relazionali, potenziamento del pensiero logico, della capacità di astrazione e di problem solving.
Inoltre, uno degli ambiti che maggiormente viene svolto a livello laboratoriale è quello della robotica educativa. Durante il corso verranno forniti esempi e percorsi didattici completi immediatamente utilizzabili in classe, volti alla realizzazione di attività laboratoriali per la costruzione di robot didattici basati su piattaforma Arduino in cui verranno presi in considerazione le seguenti azioni:
come si pensa e si progetta in gruppo;
come si progetta un robot didattico;
come si realizza un robot con materiali riciclati;
come si programma il robot;
Durante il corso verranno forniti anche consigli sulle dotazioni tecniche necessarie per iniziare ad utilizzare questa piattaforma:
cosa comprare;
dove comprare;
come imparare ad utilizzare in modo semplice Arduino;
come avviare un laboratorio di STEAM in cui si fa uso di Arduino.
Saranno svolti 4 incontri in webinar di 2 ore ciascuno, per un totale di 8 ore.
Nuova versione del kit EduRobot Lift, ascensore/montacarichi da utilizzare per le esercitazioni di laboratorio di sistemi elettronici e attività di PCTO negli istituti tecnici industriali e professionali.
Rispetto alla versione precedente alcune migliorie che ne facilitano la costruzione. Il controllo può essere effettuato in diverse modalità: Siemens Step 7 1200, Logo8!, Siemens IoT 2040, Arduino. La struttura è stata disegnata con Adobe Illustrator e tagliata a laser presso il Laboratorio Territoriale del mio istituto, l’ITIS G.B. Pininfarina di Moncalieri. Il materiale è costituito da compensato da 4 mm e due elementi stampati in 3D in PETG. Il montaggio della struttura richiede circa 40/45 min.
Se desideri realizzare il kit, seguire il link su Thingiverse, da cui potrete prelevare il file PDF per il taglio laser e i file STL per la stampa 3D della struttura del motore.
Volutamente per la realizzazione di questo kit sono stati scelti materiali economici in quanto il mio desiderio è quello di assegnarne un kit ad ogni studente.
foglio di compensato da 4mm 80×60 mm (costo indicativo: €4)
24 viti M3 da 12 mm
24 dadi M3
motorino passo passo 28BYJ-48
colla vinilica
due elementi stampati in 3D
spago
Nel kit viene utilizzato un motore passo passo economico il 28BYJ-48 in modo che possa essere acquistato da tutti gli studenti. Con qualche piccola modifica è possibile utilizzare anche un motorino DC da 6V, i classici “motorini gialli” utilizzati dagli studenti per la costruzione di piccoli robot.
Quattro gli obiettivi di questo progetto:
offrire una guida fotografica per i miei studenti della classe 3′ che dovranno svolgere il PCTO (ex Alternanza Scuola Lavoro) facendo una simulazione di attività aziendale, quest’anno dovranno diventare tecnici di un’azienda che produce ascensori e montacarichi;
mostrare agli studenti che è possibile imparare ad imparare attraverso attività laboratoriali che prevedono la progettazione e la costruzione dei propri strumenti di apprendimento;
il mercato offre molteplici strumenti, kit robotici di ogni tipo che rispondono a molteplici esigenze didattiche, ma alcune volte non rispondono ad esigenze specifiche di un percorso di studio o di un argomento, ecco che la scuola diventa produttrice dei propri ausili didattici specifici;
rispondere alle numerose richieste di realizzazione del kit pervenutemi da molti colleghi di scuole italiane dopo il mio intervento per SCE Siemens in cui ho mostrato le mie sperimentazioni didattiche nell’ambito dell’automazione, tra queste anche EduRobot Lift. Ringrazio tutti.
Di seguito un breve video che mostra la struttura generale del kit e di seguito una guida fotografica passo passo che ne dettaglia le fasi di costruzione.
In successive lezioni verranno proposti modalità di controllo del sistema.
Sentitevi liberi di apportare modifiche e migliorie alla struttura. Mi farebbe piacere avere un vostro parere ed eventualmente, se utilizzate il kit, inviatemi le fotografie dei vostri lavori in modo che io possa pubblicarle su questo sito.
Come viene mostrato nell’immagine che segue il kit è costituito da 21 elementi di compensato e due elementi stampati in 3D, nell’immagine potete notare anche un 3′ elemento, una piccola rondella di plastica, che è stata poi sostituita da un dado M3 (i dettagli al fondo di questa lezione).
Struttura impiegata per fissare il motore passo passo e il rocchetto utilizzato per avvolgere lo spago a cui verrà fissata la cabina dell’ascensore.
Nell’immagine si vedono viti M3 da 12 mm e dadi M3.
La colla vinilica viene utilizzata solamente per fissare i piedini alla base della struttura.
Poiché sulla base del kit sono presenti delle viti, per evitare che queste raschino la base di appoggio, sono stati previsti dei piedini la cui altezza è di 8 mm, ciò si ottiene incollando tra loro due elementi.
Incollare i piedini sugli angoli della base.
Allineare i piedini come riportato nell’immagine che segue.
Fare in modo che ci sia anche un allineamento rispetto alla verticale.
Predisporre il montaggio della cabina dell’ascensore. Si consiglia di inserire prima il dato nella fessura così come riportato nell’immagine. La parte inferiore della cabina è identica a quella superiore con la differenza che la parte superiore ha un foro in cui andremo ad inserire lo spago.
Inserire la parete laterale e dalla parte opposta inserire la vite. Bloccare i due elementi, ma attenzione a non avvitare con forza.
Procedere allo stesso modo per la parte posteriore della cabina dell’ascensore: Inserire i dadi, incastrare nella fessura la parete ed avvitare con le due viti.
Inserire la parte superiore della cabina contraddistinta da un foro centrale.
Passiamo ora alle colonne. Sono presenti 6 colonne di due tipi: con fori e senza fori, hanno tutte la stessa dimensione. Le colonne con fori hanno un’orientamento, nell’immagine si nota che i fori hanno distanze diverse dal bordo che va incastrato alle basi. I fori che hanno una distanza di 4 cm dalla base vanno rivolti verso la base di appoggio dell’ascensore.
Tre sono le colonne frontali ed andranno inserite nelle apposite fessure. Anche in questo caso si consiglia di inserire prima i dadi.
Posizione in cui devono essere inserite le colonne frontali.
Inserire le viti dalla parte inferiore della base.
Inserire le colonne laterali. Prima di inserirle nelle fessure incastrare i dadi M3.
Bloccare con viti.
Montare la colonna posteriore.
Procedere nel montaggio così come fatto per le altre colonne.
Inserire la cabina dell’ascensore, con la parte aperta disposta frontalmente.
Le scanalature laterali permettono di far scorrere la cabina tra le guide.
Fissare la base superiore del kit. Inserire nelle colonne i dadi e successivamente inserire nella posizione indicata dalle frecce le viti.
Avvitare, ma attenzione a non serrare con forza, rischiereste di rompere il compensato.
Inserire 4 viti nella posizione indicate dalle frecce.
Avvitare i dadi.
Inserire il rocchetto all’interno dell’asse del motore. Attenzione che il rocchetto ha un’orientamento, ciò è mostrato nel video ad inizio di questa lezione. Come si nota l’asse del motore non è cilindrico.
Inserire la vite nella posizione indicata dalla freccia, questa costituisce un supporto per il rocchetto. Avvitare il motore alla struttura.
Fissiamo lo spago alla cabina. Inserite lo spago nel foro dalla parte superiore e legateci un dado.
Poggiate la cabina sulla base della struttura e fate in modo che il filo sia ben dritto ed incollatelo sul rocchetto. Il risultato dovrebbe essere il seguente:
