ROBOTICA 2.0, IMPARARE PROGETTANDO

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1 ROBOTICA 2.0, IMPARARE PROGETTANDO Patrizia Battegazzore Direzione Didattica Primo circolo Corso Romita, Tortona, Alessandria L'esperienza qui presentata è il tentativo di dare una risposta concreta al bisogno d'imparare di ogni bambino. Protagonista del percorso è la Robotica educativa che abbiamo sviluppato in un progetto pluriennale nella nostra scuola e con la quale abbiamo potuto riflettere sulle modalità di condurre il processo di apprendimento/insegnamento. Nel tempo, ci siamo resi conto di come essa abbia contaminato il nostro modo di procedere, alla conquista di in una metodologia applicabile a tutte le discipline di cui questa frase può essere considerata una eccezionale sintesi: Dimmi e io dimentico. Mostrami e io ricordo. Fammi fare e io imparo. (Confucio) 1. Introduzione Cos'è Robotica 2.0, nella mia esperienza? E' un percorso laboratoriale che sto realizzando in una scuola dove esiste una cl@sse 2.0, del Progetto Nazionale - Scuola Digitale, con l'intento di migliorare la capacità del fare e del far fare e potenziare così l'acquisizione di competenze relative a più campi disciplinari curriculari, di tutti gli alunni. Il fare è inteso come il fare esperienza, manipolando e trasformando materiali differenti, copiando modelli per costruire oggetti utili. Tale attività è risultata fondamentale per conoscere e successivamente per fare confronti e scegliere tra diverse possibilità. Il far fare presenta l'aspetto della reciprocità dei soggetti coinvolti, dove qualcuno propone e un altro esegue. Fa riflettere sull'uso dei linguaggi (sia del parlato che della programmazione) e sulla necessità di non dare nulla per scontato perchè, nel gruppo, quel che pensa uno può non coincidere con quel che pensa un altro. Grazie al fare fare si è scoperto che costruzione e la programmazione sono strettamente correlate e che per realizzare le proprie idee, non bisogna aver paura di sbagliare. Un po' di umiltà nel chiedere a chi ne sa di più, fantasia ma anche determinazione hanno permesso di procedere per aggiustamenti continui, migliorando la motivazione degli studenti e l'autostima di ognuno. Per poter realizzare questo progetto pluriennale è stato necessario operare in 3 ambiti diversi: l'organizzazione, la metodologia e la didattica. 2. Organizzazione L'attività che presento nasce dentro ad un contesto scolastico generalmente attento all'innovazione. E' dal 2006, infatti, che all'interno della nostra scuola, una parte dei fondi acquisiti attraverso Bandi di Finanziamento locali vengono utilizzati a supporto di attività laboratoriali di Robotica educativa, per tutte le classi, in tempi e modalità concordate di volta in volta. E' sempre dal 2006 che in modo ricorrente si fanno corsi di formazione interni indirizzati ai colleghi che vogliono avvicinarsi all'uso della Robotica o per coloro che desiderano fare un po' di ripasso. Numerosi e progressivi nel tempo, sono stati gli acquisti di kit, differenti per forma e livello di complessità, necessari per soddisfare i bisogni reali dei bambini. Attualmente il lavoro principale avviene in due classi quarte, di cui una cl@sse 2.0 realizzata con i fondi Ministeriali del Progetto Nazionale, ma è aperto ad altri gruppi classe. E' Robotica 2.0 perchè assorbe le caratteristiche dell'ambiente in cui si sviluppa: connessione internet spesso presente, lavagna interattiva su cui visionare tutto con il gruppo classe, portatili disponibili per programmare in piccoli gruppi. Come il web 2.0, anche quest'esperienza di Robotica educativa è caratterizzata da aspetti collaborativi (lavoro condiviso) e interattivi (stimolo/risposta); ma soprattutto garantisce la possibilità ad ogni utente di modificare e trasformare i robot in kit acquistati, per realizzare Sito web:

2 oggetti complessi, nuovi e sempre diversi, non necessariamente su ruote. Il team docente che opera in queste classi ha cercato di sintonizzarsi su un modo nuovo di fare scuola sia nella didattica che nel modo di relazionarsi con gli alunni, favorendo l'apprendimento collaborativo e promuovendo la ricerca di soluzioni a compiti complessi, in tutti gli ambiti disciplinari. Ciò ha richiesto una programmazione frequente, condivisa e spesso interdisciplinare, con possibili riutilizzi di materiali comuni, per fini differenti (lo stesso testo, lo stesso disegno, per fare italiano e matematica, arte o geometria). L'organizzazione ha dovuto divenire flessibile soprattutto nella gestione delle classi, spesso riunite in macrogruppi e senza un'eccessiva rigidità nel rispetto dell'orario disciplinare. 3. Metodologia A partire da una metodologia costruzionista, dove il soggetto che apprende è al centro del processo perchè vi partecipa con i suoi stili di apprendimento e in circostanze concrete (determinate dall'ambiente in cui opera), lo sforzo del team docenti è stato principalmente quello di trovare un modo per conquistare la partecipazione e la fiducia di tutti i bambini, per guidarli al raggiungimento degli obiettivi didattici programmati di tutte le materie scolastiche. Si è partiti, già nelle prime classi, dal miglioramento della capacità di ascolto, cercando di potenziare il tempo di attenzione e la capacità di interazione, con domande o interventi dei bambini stessi durante l'esposizione di pensieri o riflessioni. In questo processo ci siamo coinvolte anche come docenti, cercando di usare spesso strategie di indagine su diversi argomenti, che ci permettessero di ascoltare meglio ciò che i bambini pensano e desiderano. Momenti informali di conversazione, a tavola, in corridoio, nell'intervallo, alcune volte hanno rivelato i pensieri dei bambini, così preziosi per capirli meglio; in altri momenti, è stato sufficiente chiedere loro cosa ne pensano di un certo argomento, di una storia o del funzionamento di un oggetto e proporre di rispondere a coppie, per avere degli scritti ricchi di spunti per poter progettare insieme un percorso di apprendimento. 3.1 Prima regola metodologica Non partire mai da un'esigenza nozionistica ma solo da Idee potenti come direbbe Papert (quelle idee che possono essere utilizzate come strumenti con cui pensare nel corso di tutta la vita...) è stata la nostra prima regola. Pensiamo ai bambini piccoli che imparano da soli a camminare, o ad andare in bicicletta.. Lo fanno perchè è un modo per realizzare se stessi, per crescere. Se qualcuno li sgridasse ogni volta che cadono si bloccherebbero e non procederebbero più. Ma una volta imparato, il modo di pedalare ci apparterrà per sempre. Il team docenti si è più volte accordato per cercare di non inibire questa capacità dei bambini di trovare le proprie risorse per procedere e ha proposto sempre attività in cui l'esperienza fosse prioritaria sulle nozioni da acquisire. La nostra scelta metodologica ha dunque cercato di favorire il processo naturale di apprendimento per scoperta che si realizza a partire da un evento. Ha cercato di far entrare in contatto i ragazzi con i concetti di misura, di controllo e di feedback. Ha favorito l'acquisizione di questi concetti attraverso l'esperienza con la certezza che questa sia l'unica strada per far divenire i ragazzi protagonisti del proprio modo di apprendere. In questo modo imparare diventa emozionante e ciò che si è imparato non si dimentica più. 3.2 Seconda regola metodologica Procedere per gradi seguendo questo naturale sviluppo ma guidandolo, è stata la seconda regola. Riflettendo sui frammenti di messaggi dei bambini stessi, si sono cercate le esperienze più vicine a loro che potessero permetterci di affrontare anche lo studio disciplinare e si è avviato un percorso di studio per PROGETTI. Fig 1-4 Progetti di costruzione con la carta Sito web:

3 Perchè far progettare gli studenti? La progettazione impegna i bambini come partecipanti attivi, dando loro un maggior senso di controllo e di responsabilità nel processo di apprendimento. Li avvia al problemsolving creativo, perchè i progetti sono spesso interdisciplinari, mettendo insieme idee dall arte, dalla tecnologia, dalla matematica e dalle scienze. Con i progetti si può vedere, ascoltare, toccare, misurare, cioè mettere le mani dentro alle cose. Con la progettazione i bambini imparano a calarsi nella mente degli altri, perché dovranno tener conto di come gli altri useranno ciò che essi hanno creato. La progettazione offre opportunità di riflessione e collaborazione, permettendo di affinare anche il linguaggio utilizzato per comunicare. La progettazione instaura un positivo effetto di apprendimento ciclico: quando i bambini progettano qualcosa, colgono nuove idee che li portano a progettare cose nuove da cui colgono ulteriori idee che li portano a progettare altro, e così via. Con il lavoro per PROGETTI il metodo tradizionale di apprendimento/insegnamento è stato totalmente capovolto e anziché partire da una presentazione di un argomento per procedere ad esercizi dove impratichirsi per poi essere valutati, si è preferito procedere seconda la seguente logica :prima l' ANALISI cioè l'osservazione di un modello poi la PRODUZIONE, prendendo spunto dal modello e l'attività di METACOGNIZZIONE, infine la revisione e l'esercizio per fare PRATICA. Il clima, divenuto estremamente collaborativo, ha permesso di ragionare con i singoli studenti sulle possibilità di perfezionare sempre il proprio lavoro, così che l'errore non sia vissuto come un ostacolo all'apprendimento, ma un punto di partenza per proseguire e migliorare. Inoltre, tali attività hanno permesso di maturare la certezza che le cose sono sempre in divenire e che dipende dalla nostra volontà poterle migliorare sempre di più, proseguendo ad apprendere per tutta la vita. 3.3 Il ruolo del docente L'insegnante cambia ruolo perchè, anche attraverso l'uso della rete internet, si scopre presto che non sempre è colui/colei che sa tutto. Il docente aiuta nel riordinare le idee, tiene le fila del discorso e da un ordine agli stimoli orientandoli, in modo consapevole, per uno scopo preciso; quando necessario sostiene l'attività proponendo lezioni su alcuni argomenti fondamentali, per offrire ad esempio le conoscenze necessarie per procedere. Gli allievi si esercitano su costruzioni semplici, differenziate. Si scambiano i ruoli e si confrontano autonomamente. Decidono insieme quali costruzioni assemblare insieme e sperimentano la necessità di darsi un'organizzazione, trasformando il comportamento caotico del gruppo in ordine progettato. 4. Didattica 4.1 Il curricolo per la scuola primaria Nel vissuto dei bambini, la robotica è presente dall'ingresso nella scuola primaria, ma per qualcuno anche dai 5 anni, alla scuola materna. Negli anni passati si è sempre lavorato utilizzando i Robot (Bee-bot, Scribbler, il Kit Lego RCX con tutti i sensori.) e la loro programmazione per realizzare percorsi interdisciplinari, con cui approfondire alcune tematiche tecnologiche. Fig. 7 - Bee-bot Fig. 8 Kit Lego RCX Fig. 9 - Scribbler Ogni Robot ha permesso, con la sua specificità, di acquisire le conoscenze e le abilità necessarie per raggiungere un grado sempre maggiore di competenza scientifico/tecnologica. Nel percorso che ho realizzato con i miei alunni, Bee-bot ha permesso di costruire le abilità necessarie Sito web:

4 per l'individuazione degli algoritmi per raggiungere un obiettivo specifico. Con i suoi passi a destra, a sinistra, avanti e indietro, Bee-bot ha fatto riflettere i bambini sulla concatenazione di gesti necessaria per andare da un punto all'altro dello spazio, supportato dalla sua memoria senza la quale un hardware non può funzionare. Scribbler ha offerto l'opportunità di analizzare un primo vero linguaggio di programmazione con i suoi connettivi logici. Con Scribbler è possibile verificare come programmare un ciclo, un'azione ripetuta per un certo numero di volte. La programmazione grafica di Scribbler facilita l'appropriazione dei concetti tipicamente informatici del WAIT FOR (aspetta) oppure dell IF ELSE (come SE tocca ALLORA indietro). Con il robot LEGO RCX è stata privilegiata la costruzione e conseguentemente la relazione tra meccanica e programmazione. Uno sguardo a motori e attuatori ho portato alla costruzione prevalente di robot ubbidienti. Grazie alla partecipazione alla Robocup e all'integrazione del percorso Robotica con l'attività teatrale è stato possibile proporre ai bambini un uso più flessibile e creativo dei singoli kit, realizzando oggetti complessi che potessero soddisfare particolari necessità di scena come un treno, un carretto, una bandiera sventolante, un argano; non solo motori su ruote ma macchine capaci di operare per svolgere un compito. Per tali realizzazioni, il kit di base con l'rcx è stato integrato di elementi costruiti dai bambini, per le quali si è preso spunto da oggetti concreti. Fig. 5-6 Allestimento scenico per la ripresa della Robocup jr. under 14, 2011 Gara di Theatre Remoto Anche per le programmazioni, si sono cercati dei modelli da utilizzare con le opportune modifiche: un ottimo strumento per bambini di terza, di scuola primaria è stato l'utilizzo dei fogli bianchi creati da Giovanni Marcianò, per l'utilizzo del software open source BCC. A questo punto del nostro curricolo stiamo lavorando con attuatori complessi e con i sensori, così da rendere i nostri Robot più intelligenti, cioè capaci di interagire con il mondo esterno. Riguardo agli attuatori, in particolare, è stato molto interessante creare dei modelli (realizzati con cartone ) per verificare la possibilità di trasferimento del moto attraverso le ruote dentate. Uno sviluppo interessante è stato dato dall'avvicinamento dei bambini al mondo degli automata, cioè dei piccoli congegni meccanici,semoventi e non elettronici, realizzati con carta o cartoncino. Probabilmente in classe quinta, dopo tutto questo percorso, sarà possibile affrontare il nuovo Kit NXT e il suo software di programmazione. 4.2 Nuovo progetto didattico Dopo l'esperienza dello scorso anno con la Robocup il progetto, ha dovuto ritrovare nuova forza. E' stato semplice catturare l'attenzione dei ragazzi valorizzando una discussione nata spontaneamente in classi quarte, su quali oggetti possano essere considerati macchine, cioè oggetti costruiti per facilitare il lavoro dell'uomo. L'obiettivo è quello di portare i ragazzi a comprendere meglio il concetto di feedback. Dopo averne steso un lunghissimo elenco a cui via via si vanno aggiungendo sempre nuovi elementi, è stato chiesto ai ragazzi di provare a raggrupparli per caratteristiche comuni. L'obiettivo che ci si propone, in questa prima fase, è quello dell'osservazione, dell'individuazione delle parti, della riflessione sulla meccanica di funzionamento. Un gruppo di alunni ha associato tra loro orologio, sbattitore, bilancia e spremiagrumi spiegando che tutti avevano un meccanismo che gira : le lancette nell'orologio, l'ago della bilancia, le eliche dello sbattitore, il perno centrale dello spremiagrumi. Pensando meglio in questa categoria sono stati inseriti anche il ventilatore, l'elicottero e il phon. In un momento successivo, pensando al concetto di PROGRAMMAZIONE, si cercano quali tra le macchine elencate possano essere programmate. Per rispondere a questi interrogativi i bambini si organizzano in gruppo e procedono nella formulazione delle loro ipotesi, si avventurano nell'analisi dei Sito web:

5 meccanismi che loro conoscono e alla successiva ricerca di maggiori dettagli. Diciamo: una lavatrice è una lavatrice se ha... e i bambini elencano le parti, così da giungere ad una maggior consapevolezza dell'oggetto di cui si sta parlando. Arrivano alla definizione di programmazione delle macchine pensando proprio ai programmi della lavatrice: indicano il programma come una successione di azioni, prestabilite dall'utente, in funzione del risultato. La maggior parte delle macchine è controllata dall'uomo ma in cucina molti strumenti funzionano a tempo oppure interrompono il funzionamento ad una certa temperatura. Cos'è che ne fa interrompere il funzionamento? Un sensore. Per facilitare l'appropriazione di alcuni concetti chiave è necessaria una lezione di presentazione dei differenti sensori: luce, tocco, temperatura, in modo tale da far capire ai bambini il loro funzionamento. E' fondamentale comprendere quali comportamenti possano essere modificati in ogni macchina attraverso l'introduzione di ogni specifico sensore. Si dedicano sei ore di lezione per questo e per conoscere meglio come programmare con il software Robolab che i bambini non conoscono ancora; si fanno alcune prove di utilizzo con i bambini divisi in 5 / 6 gruppi per ogni classe utilizzando via via, la lampadina, i due sensori di tocco, il sensore di luce, il sensore di temperatura. Il sensore di contatto (tocco) viene provato in caso di pressione e di rilascio in presenza di un ostacolo Per acquisire una buona capacità di programmazione, vengono fatte numerose simulazioni delle quali si raccolgono le principali riflessioni: soluzioni ai casi di malfunzionamento, scelte strategiche migliori, schemi o grafici con la sequenza di istruzioni da impartire al robot. Il sensore di luce, capace di rilevare l'intensità della luce o la differenza tra il chiaro e lo scuro di una linea, viene provato con macchine motorizzate in grado di spostarsi in uno spazio ben definito, dentro confini individuabili dal sensore. L'esperienza più adeguata per capire il funzionamento di questo sensore è stata la creazione di un Robot spazzino, capace di buttare fuori da uno spazio delimitato da una linea nera, tutti gli oggetti in esso disseminati. Il sensore di temperatura è stato sperimentato, contemporaneamente alla visualizzazione sul display dei dati registrati. Al raggiungimento di una certa temperatura, il robot segnala l'evento con l'accensione di luci o con l'emissione di un suono. E' stato opportuno in questa fase di presentazione, utilizzare una costruzione già dotata del sensore di cui si vuole fare esperienza, con un programma già predisposto e caricato nell'rcx. I ragazzi vengono invitati ad osservarne il comportamento. Man mano che si acquisisce maggior sicurezza si potrà chiedere di elaborare un semplice progetto delle azioni che dovranno essere eseguite dal robot in determinate circostanze. Dopo di ciò si procederà alla scrittura del programma informatico, al trasferimento e al test di funzionamento. Il grado di maggior coinvolgimento si ottiene nel momento in cui si formano dei gruppi stabili di lavoro per la realizzazione di un robot personale e nuovo. I ragazzi prendono ispirazione dalla lista delle macchine che loro stessi hanno scritto ma mi sorprendono per la lor grande creatività. E' il robot che loro desiderano e ci mettono molto impegno nel renderlo più bello esteticamente ma anche funzionante. Alcuni nomi assegnati ai robot, ancora in fase di progettazione, sono sorprendenti: talpa elettronica, campo di forza, automatic dog, aranciatrice, schiacciapasta... Dapprima viene stesa una progettazione cartacea, dove indicare a grandi linee l'oggetto, spiegarne in modo sommario il funzionamento e prevedere quali parti del kit, o altri elementi, potranno essere utilizzati per la costruzione. L'elaborazione di tale documento non è semplice perchè richiede una buona dose di astrazione che non tutti possiedono, Molti documenti sono incompleti ma permetto che possano essere terminati mentre si avvia la costruzione. In questa fase molti bambini si rendono conto che è importante prevedere già quali movimenti dovrà compiere il robot e provano a disegnarlo in pose differenti, davanti, dietro, in movimento. Solo cosi le parti mobili potranno essere costruite in modo adeguato, per funzionare. Scopro che molti alunni non hanno nessuna concezione di come sono assemblate tra loro le parti di un oggetto meccanico dai disegni che i bambini stessi elaborano: la maggior parte di questi disegni è realizzata sul modello di robot dei cartoni animati, fantastici e generalmente in forma umana,dotati di testa, gambe e braccia, nonostante si sia più volte detto che useremo il materiale dei kit Lego, con l'aggiunta di eventuali altri materiali. Molti bambini preferiscono spiegare a parole come funzionerà ma non vogliono disegnare nulla. In questa fase occorre dare supporto alle idee dei bambini cercando di mostrare loro come può essere trasferito il movimento, ad esempio con le ruote dentate. Di grande aiuto, per facilitare la comprensione, i materiali sul sito delle risorse didattiche Lego dove molti meccanismi sono visibili in simulazione. Un ulteriore aiuto viene dall'insegnante di scienze, che ha proposto la realizzazione di esperienze che Sito web:

6 potessero supportare i ragazzi nella realizzazione delle loro idee. A questo punto, viene detto ai ragazzi di lavorare a coppie, in modo da completare il proprio progetto personale in 4 ore di lavoro. Sarà importante che giungano ad un prodotto finito, programmato e in grado di compiere ciò per il quale è stato pensato. Nel caso in cui qualcosa non funzioni secondo i piani, sarà possibile chiedere aiuto all'insegnante, per poter trovare una soluzione accettabile. Di grande importanza, saranno le foto, i video e le interviste fatte durante i momenti di lavoro perchè serviranno ai bambini stessi per potersi rivedere nella fase della progettazione. Sarà utilissimo riflettere sulle proprie scelte e valutare così il proprio lavoro. Tutti i nuovi robot verranno presentati al gruppo classe, spiegandone l'idea iniziale, la costruzione, la programmazione ed eventuali modifiche del progetto di partenza. La fase finale del lavoro si concentra sulla preparazione della Robocup, con la trasformazione dei differenti Robot in uno degli oggetti necessari per la realizzazione del Theatre o della Dance. Così il progetto si arricchisce di elementi creativi, sia per il mascheramento dei Robot che per il funzionamento: alle idee di alcuni si aggiungono i suggerimenti di altri in un vortice di nuove creazioni. 5. Considerazioni finali Il materiale prodotto è stato veramente considerevole e la difficoltà maggiore si è rivelata proprio la quantità di produzione dei ragazzi. Non sempre si è riusciti a fotografare e a registrare le parole usate dai bambini: sarebbe stato interessante poterli riascoltare, perchè testimonianze del loro modo di apprendere. Spesso sono stati gli stessi alunni a procedere come reporter, fotografando i compagni o facendo qualche video. L'impegno dei docenti è stato considerevole, tanto più che in mancanza di compresenza, ci si è trovati spesso da soli con tutta la classe. Mettere insieme due classi quarte ha permesso di potersi scambiare i ruoli e di condividere momenti comuni, per vedersi reciprocamente e fare scelte condivise, ma non è facile controllare più di 50 alunni contemporaneamente, anche se sono abituati a lavorare così. Una grande quantità di materiali estranei ai kit è stato portato a scuola dai bambini ed è stato necessario trovare un sistema per raccoglierli in modo ordinato così da poterli ritrovare facilmente, al momento del bisogno. Scatole di scarpe con etichette, scatole trasparenti recuperate o scatoloni sono stati trasformati in archivio dei materiali. E poi cartoncini, nastrini, fili, palline, ecc. Talvolta gli oggetti prodotti non sono stati opportunamente conservati perchè lo spazio a nostra disposizione è quello dell'aula. E' un'aula attrezzata con scaffalature, ma queste si sono rivelate insufficienti per poter accogliere così tante produzioni. Nonostante il pericolo di veder rovinato il proprio lavoro, i bambini non si sono scoraggiati, nel tentativo di concludere i loro progetti. In questo momento i lavori sono ancora in corso ma mi riservo di integrare questa relazione con l'illustrazione di alcuni progetti più significativi, riorganizzando il materiale foto/video raccolto. 6. Bibliografia An Examination of Early Elementary Students Approaches to Engineering di Jason Michal Kahn, Marina Umaschi Bers, Tufts University (link Bateson, G. Verso un'ecologia della mente, Milano, Adelphi, 1977 Chioccariello A., Robotica educativa e idee potenti: come migliorare l'educazione scientifica e tecnologica nell'obbligo scolastico - DIDAMATICA 2011 (link Jonassen D., Meaningful Learning with thecnology, ed. Allyn &Bacon, 2008 Marcianò G., La Robotica quale ambiente di apprendimento, in Andronico A., Casadei G. (acd) DIDAMATICA 2007 Informatica per la didattica, Cesena, 2007a, p Parola A. (acd), Territori Mediaeducativi, Erickson, Trento, 2008 Papert S., Mindstorms: children, computers and powerful ideas, Basic Books, USA, 1980 Papert S., Logo Philosophy and Implementation, LCSI, Canada, 1999 Sito Lego: Sito web: