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Capire prima di costruire: una nuova serie di elettrotecnica ed elettronica

Un percorso per chiarire i concetti fondamentali e lavorare in laboratorio con maggiore consapevolezza.

Chi frequenta da tempo questo sito sa che qui trovano spazio soprattutto articoli approfonditi: lezioni estese, tutorial dettagliati, schemi, immagini, codice, proposte operative per il laboratorio e percorsi pensati per la didattica.

L’obiettivo, in queste pagine, è sempre stato quello di affrontare gli argomenti con attenzione, provando a costruire materiali chiari, solidi e riutilizzabili per studenti, docenti, appassionati e maker.

Proprio per questo, può forse sorprendere la nascita di una nuova serie di post più brevi. Eppure questa scelta non nasce da un cambio di rotta, né da una riduzione delle ambizioni didattiche. Nasce, al contrario, da un’esigenza molto concreta che negli ultimi anni è diventata sempre più evidente: per affrontare bene i temi più complessi, bisogna avere chiari i concetti fondamentali.

Da anni lavoro soprattutto con studenti del triennio dell’ITIS, in particolare delle classi quarte e quinte. Più recentemente, però, mi è capitato sempre più spesso di accompagnare anche studenti del biennio, molti dei quali mostrano un entusiasmo autentico verso l’uso di Arduino e desiderano progettare dispositivi, automazioni e piccoli sistemi anche piuttosto articolati.

Questo entusiasmo è prezioso. Curiosità, desiderio di costruire, voglia di sperimentare: sono spesso il miglior punto di partenza possibile per avvicinarsi all’elettronica e all’automazione.

Accanto a questo slancio iniziale, però, nel lavoro quotidiano in laboratorio emerge con chiarezza anche un altro aspetto: le nozioni di base dell’elettrotecnica e dell’elettronica non sempre sono sufficientemente stabili e consapevoli.

Capita così che termini come tensione, corrente, resistenza, massa, polarità, collegamento in serie e in parallelo, uso corretto del multimetro o funzione di una resistenza di pull-up vengano utilizzati in modo intuitivo, ma non pienamente compresi.

Molti dei temi che compariranno in questa serie nascono proprio dalle domande ricorrenti che gli studenti più giovani mi pongono durante le lezioni e le attività di laboratorio. Ho voluto raccogliere quei dubbi, quelle richieste di chiarimento e quelle incertezze che emergono con maggiore frequenza per trasformarle in un percorso ordinato, accessibile e utile anche al di fuori della classe.

Ed è precisamente da questa osservazione che nasce l’idea della nuova rubrica.

Molto spesso, infatti, la difficoltà non sta soltanto negli argomenti avanzati, ma nel fatto che i fondamenti vengono incontrati presto, usati presto, ma non sempre assimilati con la necessaria profondità. Così può accadere che uno studente riesca a montare un circuito, caricare uno sketch e vedere un sistema funzionare, ma fatichi poi a spiegare che cosa stia realmente accadendo dal punto di vista elettrico. E senza questa comprensione, anche le attività più motivanti rischiano di restare fragili.

Per questo ho deciso di affiancare ai tutorial più articolati una serie di lezioni brevi, chiare e mirate, pensate per tornare sui concetti essenziali con un linguaggio accessibile, ma senza rinunciare al rigore.

Saranno testi più snelli nella forma, ma costruiti con la stessa attenzione che riservo ai contenuti più estesi: attenzione ai dubbi reali degli studenti, agli errori ricorrenti, alle semplificazioni fuorvianti e ai passaggi che, se trascurati, rendono più difficile tutto ciò che viene dopo.

A questa scelta si lega anche una riflessione sul formato.

So bene che oggi il video è uno strumento potente, immediato e molto efficace sotto molti aspetti. Non ho nulla contro questa forma di comunicazione, che anzi può essere molto utile in diversi contesti. Tuttavia, realizzare video con continuità richiede tempi di progettazione, registrazione, montaggio e revisione che, almeno in questa fase, non riesco a sostenere in modo regolare. Ma il punto, per me, non è soltanto organizzativo.

Da sempre prediligo la lezione scritta.

La scrittura mi obbliga a rallentare, a ordinare meglio le idee, a scegliere con maggiore precisione le parole e a riflettere più a fondo sul modo in cui un concetto può essere spiegato. Ogni testo diventa così non solo un contenuto da pubblicare, ma anche una traccia di lavoro, una struttura didattica, un riferimento che posso riprendere, sviluppare e collegare ad altri argomenti nel tempo. In questo senso, le lezioni scritte funzionano per me anche come uno storyboard permanente: aiutano chi legge, ma aiutano anche me a costruire percorsi più coerenti.

C’è poi un secondo aspetto che considero importante.

Nel caso di argomenti tecnici di base, credo che leggere un testo mentre si osserva uno schema, si prende un appunto, si prova un collegamento, si misura un valore o si monta un piccolo circuito possa essere estremamente formativo. Il testo scritto ha un ritmo diverso: permette di fermarsi, tornare indietro, rileggere, verificare, annotare, confrontare subito teoria e pratica. Non impone velocità, lascia spazio al tempo dell’apprendimento.

Non penso affatto che il testo debba sostituire il video in assoluto. Penso però che, almeno per alcuni apprendimenti fondamentali, la combinazione tra lettura, riflessione e azione pratica sia particolarmente efficace. In un contesto in cui siamo sempre più abituati a fruire contenuti rapidamente, riprendere un passo più lento può sembrare controcorrente, eppure, proprio questa lentezza consente spesso di fissare meglio i concetti e di trasformarli in competenza reale.

Questa nuova serie, dunque, non nasce per sostituire gli articoli lunghi, né per semplificare artificialmente i contenuti. Nasce per affiancarli e per offrire un percorso di accesso più graduale a studenti, principianti e lettori curiosi che desiderano chiarire bene i fondamenti prima di affrontare temi più complessi.

Ogni post sarà costruito attorno a una domanda semplice o a un nodo concettuale essenziale. L’obiettivo sarà spiegare in modo comprensibile, ma corretto, un singolo aspetto dell’elettrotecnica o dell’elettronica, cercando di collegarlo, quando possibile, a situazioni reali di laboratorio, a esempi concreti o a errori frequenti da evitare.

Questa serie è pensata soprattutto per:

  • studenti che stanno iniziando;
  • docenti che cercano spiegazioni sintetiche ma affidabili da riprendere in classe;
  • appassionati e maker che desiderano chiarire alcuni concetti di base;
  • lettori che preferiscono contenuti brevi, ma non superficiali.

Continuo a credere che, soprattutto nelle discipline tecniche, spiegare bene le basi sia un lavoro importante quanto affrontare gli argomenti più avanzati. Anzi, spesso è proprio dalla qualità delle fondamenta che dipende la possibilità di comprendere davvero tutto il resto.

Per questo motivo, accanto ai tutorial più ampi e strutturati, da oggi troveranno spazio anche queste brevi lezioni essenziali, pensate per rendere più accessibili i concetti fondamentali dell’elettrotecnica e dell’elettronica e per accompagnare, un passo alla volta, chi sta iniziando questo percorso.

Da dove partirà la serie

Questa collezione di lezioni è attualmente in costruzione e si svilupperà progressivamente a partire da alcuni concetti fondamentali che, nell’attività di laboratorio, si rivelano spesso decisivi per comprendere davvero ciò che si sta facendo.

Tra i primi temi che intendo affrontare ci sono:

  • differenza tra tensione, corrente e resistenza;
  • perché un LED ha bisogno di una resistenza in serie;
  • che cosa significa GND in un circuito;
  • collegamento in serie e in parallelo;
  • che cos’è un cortocircuito e perché è pericoloso;
  • a cosa serve il multimetro e come iniziare a usarlo;
  • pull-up e pull-down;
  • differenza tra segnale analogico e digitale.

Il percorso crescerà nel tempo, anche a partire dalle difficoltà più frequenti che emergono durante le attività pratiche e dalle domande ricorrenti degli studenti.

Spero che questa nuova formula possa essere utile.

Come sempre, osservazioni, suggerimenti e proposte di temi da affrontare saranno molto ben accetti.

Buona lettura e buon lavoro 🙂

Open PLC – Lezione 1: installare il software su Windows

Durante il percorso di automazione che seguono i miei studenti, vengono utilizzati diverse tipologie di PLC impiegati in campo industriale, però al fine di rendere lo studio più agevole, completo e accessibile dal punto di vista economico a tutti gli studenti, soprattutto in una fase iniziale di un percorso di studi, un’alternativa che considero molto interessante e che utilizzerò in questo anno scolastico per le classi terze è OpenPLC un prodotto Open Source gratuito che viene impiegato anche a livello industriale.

Un PLC generalmente ha costi elevati, quindi risulta un oggetto tecnologico non accessibile a tutti gli allievi e l’utilizzo avviene principalmente a scuola. Un PLC dal punto di vista dei costi, non è paragonabile ad una scheda Arduino, scheda che nella maggior parte dei casi viene acquistata ed usata dai tutti i miei studenti.

Ma se lo studente usasse un PLC software, OpenPLC, a cui connettere uno slave per disporre degli I/O fisici realizzato con una scheda Arduino il tutto diventerebbe didatticamente ed economicamente molto interessante per le famiglie. OpenPLC non richiede risorse di calcolo elevate pertanto è usabile su PC anche poco performanti.

L’IDE di programmazione e la modalità di realizzazione delle automazioni che possono essere realizzate con OpenPLC ha delle similitudini operative simili di TIA Portal della Siemens, quindi certamente ne facilita l’approccio di utilizzo quando verranno utilizzati PLC Siemens nei successivi anni scolastici.

Questa lezione, come le successive che seguiranno nei prossimi giorni sono di supporto per  le sperimentazioni dei miei studenti. Le lezioni sono tratte dal sito di riferimento di OpenPLC. Il mio ringraziamento va a Thiago Alves che ha sviluppato il progetto.

Nella prossime lezioni vedremo:

  • Installazione su PC Linux
  • Configurazione di un dispositivo slave (Arduino) per aggiungere I/O fisici
  • Realizzazione di un programma di esempio in LADDER
  • Esercizi aggiuntivi di esempio
  • … ed altro

In questa lezione vedremo come installare ed avviare il vostro PLC software, OpenPLC, su PC Windows e come superare alcuni problemi che potrebbero esserci in fase di installazione, non capita spesso, ma in questa guida trovate tutte le indicazioni per superare i problemi, nel caso non troviate soluzione leggendo i miei appunti vi rimando al forum sul sito di riferimento.

OpenPLC è costituito da tre componenti:

  • Runtime;
  • Editor;
  • HMI Builder e ScadaBR;

Il Runtime deve essere installato sul dispositivo fisico ed è responsabile dell’esecuzione del programma.
L’Editor è il software che funzionerà sul vostro computer (PC Windows, Linux, Raspberry Pi) e che servirà per scrivere il programma PLC.
HMI Builder e ScadaBR permettono di creare delle animazioni grafiche all’interno di una pagina web che rifletto lo stato del processo industriale e consentono di comunicare  con il Runtime attraverso una connessione Modbus/TCP.

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L’esperienza PCTO: serra idroponica – Fiera Agrimont 4.0

Nuove avventure per i miei studenti. Le attività di PCTO che vengono svolte presso il mio istituto, ITIS G.B. Pininfarina di Moncalieri (To), offrono spunti interessanti per progetti futuri che gli allievi potranno intraprendere quando inizieranno il loro percorso lavorativo, ma certamente le competenze acquisite favorite anche da una grande dose di passione, conduce alla scoperta della cultura della sostenibilità ambientale. Ecco che il progetto di PCTO diventa un’azione di educazione civica che porta alla conoscenza della carta fondamentale per la sostenibilità, ossia l’Agenda 2030 per lo Sviluppo Sostenibile delle Nazioni Unite, fra cui i temi fondamentali: lotta alla povertà, eliminazione della fame e il contrasto al cambiamento climatico.
Occupandomi di didattica e di automazione risulta naturale proporre lo sviluppo di sistemi di automazione che favoriscano l’ecosostenibilità, tra questi la realizzazione di serre idroponiche.

Gli studenti apprendono con più facilità e rapidamente se lavorano con oggetti fisici che diventano utili per loro e per l’ambiente e l’azione nel progettare e costruire una macchina “intelligente” e farla funzionare è fortemente motivante.

Come ripeto continuamente l’oggetto, in questo caso la serra idroponica, diventare se manipolato correttamente dal docente, “l’attivatore della passione”.

Il progetto della serra idroponica, di cui allego le fotografie del primo prototipo funzionante, verrà esposto dai quattro miei allievi della 4B Automazione e da me presso:

Agricoltura 4.0 – Farm Lab
Tavola Rotonda – Cantera Coffee

La tavola rotonda sarà un confronto sul futuro dell’Agricoltura in montagna, esplorando le prossime tecnologie dirompenti e le competenze messe in gioco, si approfondiranno esperienze a livello nazionale ed internazionale.

  • Inizio collegamento ore 17.30
  • Inizio lavori ore 18.00

Si parlerà di:

  • Agrario e sensori di benessere delle piante
  • Gamification: Robotica Educativa nell’Agricoltura 4.0
  • Biosfera, Agricoltura in contesti di rigenerazione o estremi
  • Intelligenza Artificiale per l’Agricoltura di precisione
  • Rover tra i vigneti

Per iscrizioni seguire il link.

Per iscriversi in anticipo a questa riunione seguire il link (piattaforma Zoom).

Dopo l’iscrizione, riceverete un’email di conferma con le informazioni necessarie per entrare nella riunione.

Un grazie al FabLab Belluno per l’invito all’iniziativa.

🙂 buon Making a tutti.

Future Labs ITIS Pininfarina – Corso Didattica a Distanza – livello avanzato

In questi giorni sto svolgendo un corso sulla realizzazione di una Didattica a Distanza diverso dal solito, in cui entro nel dettaglio di alcune tecnologie di Google per la produzione di contenuti didattici e mostro come ottimizzare il processo di organizzazione e produzione dei materiali impiegando software in cloud e desktop di terze parti. Quindi un percorso che dovrebbe porre le basi per gestire una didattica digitale integrate.

Le attività sono in corso e le lezioni programmate avvengono nei seguenti giorni:

  • 02.09.2020
  • 04.09.2020
  • 07.09.2020
  • 09.09.2020
  • 11.09.2020

Anche se in fase di svolgimento ne do notizia su queste pagine perché l’iniziativa organizzata nel mese di agosto, limitata nel numero di iscrizioni, ha suscitato l’interesse di molti. Molti colleghi esclusi hanno scritto chiedendomi informazioni in merito a contenuti e possibili riedizioni.

Per quanto riguarda eventuali riedizioni del corso, il FuturLab del Pininfarina di Moncalieri attiverà nei prossimi mesi ulteriori corsi sulla didattica digitale integrate e non solo e sarà mia cura informarvi.

Per quanto riguarda i contenuti di seguito la presentazione del corso.

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L’ITIS Pininfarina alla 6° edizione del Festival dell’Innovazione e della Scienza.

L’edizione del Festival dell’Innovazione e della Scienza, che si svolge dal 14 al 21 di ottobre ha come focus: “pensa alla salute”.

Il calendario ricco ed articolato testimonia come la rassegna sia ormai diventata una delle più importanti del territorio nazionale a livello di divulgazione scientifica. Il record di presenze dello scorso anno testimonia come il Festival sia un vero e proprio motore di promozione del territorio. L’edizione 2018 consolida e rafforza le collaborazioni strette in area metropolitana rendendo protagonisti del Festival i comuni di Torino, Caselle Torinese, Castiglione Torinese, Collegno, Grugliasco, Leinì, Moncalieri, Nichelino, Rivoli e San Mauro Torinese.
Dal 14 al 21 ottobre, nella città di Settimo Torinese e nei principali luoghi di aggregazione culturale degli altri comuni coinvolti andrà in scena un programma ricchissimo di incontri, caffè scientifici, eventi, exhibit e laboratori finalizzati ad affrontare e valorizzare a tutto tondo le tematiche e i trend più attuali relativi al tema della salute. Dal corpo all’ambiente, dall’alimentazione alla medicina senza dimenticare lo sport, la prevenzione e il benessere della persona.

Anche quest’anno l’ITIS Pininfarina parteciperà al festival nella giornata del 20 di ottobre con attività condotte da un gruppo di allievi di ogni specializzazione dell’istituto che saranno tutor per gli studenti di scuola media.
Io e l’amico Stefano Mercurio abbiamo la fortuna di essere gli insegnanti degli studenti del Pininfarina e coordineremo le attività.

I laboratori svolti dai nostri studenti metteranno in evidenza come la scuola possa diventare un laboratorio aperto, in cui la creatività dei singoli allievi possa esprimersi, un luogo in cui l’aggregazione e il vivere bene insieme favorisce l’apprendimento e la voglia di essere cittadini attivi.

Luogo

BIBLIOTECA ARCHIMEDE
Piazza Campidoglio 50

Settimo Torinese

Il programma

Due attività di Coding

Attività 1

Mattina dalle 10 alle 12
Titolo: Arduino primi circuiti
Descrizione: Gli studenti insegnano ai bambini a realizzare semplici circuiti con Arduino

Attività 2

Pomeriggio dalle 14 alle 16,30
Titolo: Coding a scuola con BBC micro:bit
Descrizione: Attività di Coding e Making con BBC micro:bit, un piccolo computer (4×5 cm), la piattaforma è ideale per lo sviluppo di attività di Coding con forte interazioni con il mondo reale.

All’interno dell’attività 2 sono previste due azioni

Attività 1: Coding con micro:bit e gare robotiche di caccia al tesore e sumo.
Attività 2: Montaggio ed esposizione di robot e sistemi di automazione realizzati con Arduino. Gare robotiche sumo.

La partecipazione  è gratuita ed è possibile prenotarsi fino ad esaurimento posti attraverso il form allegato.

Vi aspettiamo 🙂