LA ROBOTICA EDUCATIVA

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1 TEAM DELL INNOVAZIONE DIGITALE SCUOLA PRIMARIA: 4 Castellana Grotte - ITIS Luigi Dell Erba" LA ROBOTICA EDUCATIVA E IL CODING Teacher: Maria Addolorata Deleonardis Esperta in Didattica assistita dalle nuove tecnologie (Specializzazione conseguita presso il Politecnico di Milano)

2 I COMPUTER I computer sono diventati parte della nostra vita quotidiana, mutandola radicalmente In meno di dieci anni hanno trasformato per molte persone i luoghi di lavoro, le scuole, le case... tanto che è impensabile farne a meno

3 I ROBOT La stessa cosa sta accadendo con i robot che, sempre più spesso, in forme diverse, direttamente o indirettamente, entrano nella nostra vita di tutti i giorni

4 DEFINIZIONE DI ROBOT Un robot è una macchina in grado di eseguire compiti in modo più o meno autonomo Nel settore industriale, i robot sono utilizzati per eseguire compiti ripetitivi (ad esempio, catena di montaggio) I robot di servizio hanno lo scopo di portare a termine compiti utili per il benessere delle persone (ad esempio, la pulizia di casa o l assistenza agli anziani)

5 COME FUNZIONA UN ROBOT Un robot è formato da un corpo o struttura portante, uno o più computer, sensori e motori (attuatori) Per capire come avviene l interazione tra sensori, computer e motori vediamo un esempio semplificato: «Un robot esploratore si trova sul ciglio di un burrone. Il sensore di distanza verifica che la distanza è inferiore a un valore stabilito e invia il segnale al computer di bordo che mette in azione immediatamente i motori in retromarcia!

6 ROBOTICA EDUCATIVA: COS È Per robotica educativa si intende lo sviluppo e l'utilizzo di ambienti di apprendimento basati su tecnologie robotiche. Tali ambienti sono di norma costituiti da: Robot + software + materiale curricolare

7 ROBOTICA EDUCATIVA La robotica educativa permette di far lavorare in gruppo docenti e alunni per apprendere in modo divertente e creativo come utilizzare tecniche costruttive e di programmazione Queste tecniche serviranno per risolvere problemi e imparare meglio la matematica e altre discipline

8 L idea rivoluzionaria di far gestire ai bambini i computer e fornire oggetti in movimento che potessero manipolare facilmente e con i quali sperimentare, nacque al MIT di Boston e dalle idee rivoluzionarie di Seymour Papert con il linguaggio LOGO e una prima tartaruga meccanica programmabile Poi la tartaruga diventa virtuale e infine con Mitchel Resnick si realizzano i primi prototipi di LEGO/LOGO

9 Nei laboratori del MIT sono state realizzate attività ingegneristiche e di programmazione altamente innovative Da queste esperienze la LEGO Education ha messo in commercio i kit MINDSTORMS (RCX NXT EV3) ed è possibile replicare nei laboratori scolastici le esperienze di Papert e Resnick Proprio perché la robotica sta diventando pervasiva, è importante farla conoscere, a livello di gioco, agli alunni delle primarie e via via in modo più scientifico agli studenti delle scuole secondarie

10 La didattica utilizzata è quella costruttivista ovvero dell «imparare facendo»... e sperimentando Infatti provando e riprovando gli studenti si renderanno conto degli errori e potranno correggerli L errore diventa uno stimolo per trovare nuove soluzioni

11 PERCHÉ LA ROBOTICA EDUCATIVA? La robotica educativa è interdisciplinare, infatti sono coinvolte almeno le seguenti discipline: Matematica Scienze Tecnologia Informatica permette di lavorare in gruppo Si potranno assegnare compiti specifici a ogni alunno/studente e anche quelli che hanno difficoltà (BES o DSA) potranno essere coinvolti

12 UN «PERCHÉ» PIÙ «CURRICOLARE» Processi di apprendimento «project-based» Nella scuola d infanzia e nella primaria l insegnamento del pensiero computazionale fornisce un quadro entro il quale ragionare su problemi e sistemi. Insegnare il coding significa insegnare a pensare in maniera algoritmica, ovvero insegnare a trovare e sviluppare una soluzione a problemi anche complessi. Il pensiero computazionale è alla base di gran parte dell informatica e la comprensione di come pensare in modo computazionale offre una preziosa sensibilità sul funzionamento dei computer.

13 IL CODING Coding= codice informatico = programmazione La programmazione (coding) è un attività fondamentale della robotica educativa: i robot devono seguire le istruzioni impartite attraverso un programma (codice o code)

14 I nativi digitali hanno imparato a usare il computer e i tablet fin da piccoli Usare non significa necessariamente capire come funzionano e purtroppo nella stragrande maggioranza dei casi alunni e studenti oggi li usano ripetendo automaticamente una serie di passaggi per collegarsi con i social network, effettuare chat, scaricare musica e giochi senza percepire la potenzialità degli strumenti che hanno nelle loro mani Circa il 98% dei ragazzi non conosce assolutamente cosa può fare un computer, cosa significa programmare, la differenza tra linguaggio di programmazione e programma (ad esempio Word) non solo nelle definizioni ma non sa spiegarlo nemmeno con parole proprie o praticamente

15 E questo il motivo di un vasto movimento partito dagli Stati Uniti e sponsorizzato da big dell informatica (Bill Gates e altri) ma anche dal presidente Obama per far imparare il coding ai ragazzi

16 La scuola è il posto giusto per farlo, infatti nella Buona Scuola si parla esplicitamente di introdurre il pensiero computazionale

17 L uso della programmazione, della robotica e del gioco servono per risolvere problemi concreti e far capire, ad esempio, che la Matematica è di fondamentale importanza in tutte le attività umane. Il gioco è una componente che permette di verificare come i concetti matematici tradizionali non sono soltanto teoria, ma strumenti fondamentali nelle applicazioni pratiche L errore non è un tabù ma uno stimolo per ricercare nuove soluzioni (imparare a imparare) e acquisire nuove competenze

18 Imparare a programmare deve diventare una risorsa per gli alunni di oggi per farli diventare non solo utilizzatori attivi dei dispositivi ma soprattutto sviluppatori di nuove idee, di nuovi software

19 Gli elementi che caratterizzano la robotica sono: Didattica interdisciplinare Apprendimento per scoperta Situazioni continue di problem solving Attività laboratoriale la robotica educativa può diventare, grazie al grande coinvolgimento degli alunni, il modo più semplice per creare un ambiente di apprendimento innovativo, creativo e divertente

20 ROBOTICA EDUCATIVA E CODING PER TUTTE LE ETÀ

21 ROBOTICA EDUCATIVA PER TUTTI Per introdurre la robotica nella scuola primaria sarebbe utile far iniziare i bambini già dagli ultimi anni dell infanzia con l ape Bee-Bot / Blue- Bot E la versione reale della tartaruga di Papert

22 Gli alunni dalle terze alle quinte classi della primaria potranno prendere confidenza con la costruzione di oggetti e la loro programmazione con il kit e il software LEGO EducationWeDoe WeDo2.0

23 Gli studenti degli ultimi anni della scuola primaria e delle scuole secondarie di primo e secondo grado potranno cimentarsi con il più complesso e coinvolgente kit LEGO Education EV3 a vari livelli, con la costruzione e la programmazione dei robot

24 QUANTE ORE? Le attività di robotica possono essere inserite nell orario curricolare perché è prevista per ogni classe un ora settimanale di informatica Trattandosi di un attività trasversale, si potrebbe anche collegare con educazione motoria, musicale e geografia (ad esempio con Bee-Bot o Blue-Bot) Un attività di robotica per gli alunni più grandi può essere programmata in ore, anche pomeridiane Al termine di queste attività l alunno dovrebbe essere in grado di far muovere il robot in avanti, indietro, di farlo ruotare, fargli seguire un percorso e utilizzare anche qualche sensore

25 I KIT SPERIMENTATI IN CLASSE: Bee-Bot -> Infanzia / Primaria (5-6 anni) LEGO EducationWeDo-> Primaria (7-9 anni) LEGO EducationEV3 -> Primaria/ Secondaria (9-16 anni)

26 BEE-BOT / BLUE-BOT Bee-Bot e Blue-Bot sono due piccoli robot programmabili, sprovvisti di sensori ed in grado di eseguire 5 semplici azioni: AVANTI, INDIETRO (di 15 cm), GIRARE A DESTRA E SINISTRA (di 90 gradi) oppure rimanere fermi per 1 secondo

27 BLUE-BOT Blue-bot riesce anche a girare di 45 (sia verso destra che verso sinistra) e oltre che «on board» si può programmare anche da tablet.

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29 COME FUNZIONA Il robot è in grado di memorizzare una sequenza di azioni (fino a 40) Ogni azione è costituita da una delle cinque azioni elementari Per programmare il robot l utilizzatore deve semplicemente premere i 4 tasti corrispondenti in sequenza Il robot è dotato anche di altri due tasti: -Il tasto GO, che attiva l esecuzione della sequenza -Il tasto CLEAR che cancella la sequenza di azioni programmata Il robot emette un suono ogni volta che un azione viene eseguita e gli occhi lampeggiano quando la sequenza viene completata

30 L APP L app associata a Blue-Bot scaricabile gratuitamente (in ambienti iose Android) consente di programmare digitalmente il robot e osservarlo poi agire o concretamente o in un ambiente di simulazione Evidenzia: La sequenza di azioni e i comandi che vengono eseguiti La possibilità di editare la sequenza di comandi senza doverla rigenerare da capo La possibilità di osservare l azione della sequenza corrente in corso di esecuzione

31 VANTAGGI La sua semplicità lo rende facilmente utilizzabile dai 4 anni in su Sviluppa implicitamente problem finding* e problem solving (es: superare un ostacolo, buttare giù dei birilli, ecc) In un contesto di «didattica tradizionale» può essere utilizzato per: Compiere le prime astrazioni di eventi ordinati Verificare la correttezza del proprio pensiero Facilitare la narrazione di storie Rappresentare lo spazio esplorato Esercitarsi con le prime operazioni matematiche, creare ritmi, etc. * Il problem finding è quella fase che comprende l'individuazione e la definizione di una situazione problematica a partire proprio dalla decisione di fermarsi a pensare

32 L apina viene fatta muovere all interno di un reticolo così che sia più facile calcolare il numero dei passi che deve compiere per spostarsi (mettendo in campo la capacità operativa) L apina viene fatta muovere in uno spazio aperto e non delimitato(mettendo in campo la capacità di astrazione)

33 COME IMPIEGARLO: MATEMATICA Linea dei numeri Addizioni e sottrazioni Associazione numero / quantità CLIL

34 GEOMETRIA Astrazione di figure Ragionamenti e scoperte suscitate da esperienze pratiche Consapevolezza fisica delle figure geometriche

35 NON SOLO MATERIE SCIENTIFICHE Orientamento spaziale Geografia Teatralità Storytelling

36 ALTRI BENEFICI Comunicazione Problem-solving Lavoro di gruppo Responsabilizzazione

37 ECCO ALCUNE DOMANDE FATTE AGLI ALUNNI: Cosa succede quando l'apina è nella tua stessa direzione e la fai girare a destra? Cosa succede quando l'apina è rivolta verso di te e la fai girare a destra? Cosa succede nella rotazione di 2 volte a destra e sinistra? Cosa succede nella rotazione di 4 volte a destra o a sinistra? Ovviamente si poteva provare e vedere se la risposta coincideva con l ipotesi In caso di difficoltà la prova sollevava ogni dubbio e c era gioia nel verificare che la risposta era corretta

38 ATTIVITÀ INTRODUTTIVE

39 ATTIVITÀ A TEMA

40 Si inizia con alcune attività introduttive facendo capire agli alunni come avviene il trasferimento di energia dal computer (elettrica) tramite porta USB al motore (energia meccanica) e alle ruote dentate Poi si spiega il software e alcuni blocchi Per le prime esperienze sono sufficienti i blocchi Via e Motore in direzione oraria

41 Si può proporre una semplice costruzione con una ruota dentata piccola (8 denti) e una grande (24 denti) e far verificare a quale velocità gira la ruota piccola rispetto alla grande.

42 DOMANDE 1.La ruota piccola gira in senso? 2.La ruota grande gira in senso? 3.Le due ruote girano alla stessa velocità? 4.Se non girano alla stessa velocità quale delle due è più veloce e perché?

43 LE DODICI ATTIVITÀ SONO SUDDIVISE IN QUATTRO TEMI: Macchine sorprendenti (Scienze) Animali selvaggi (Tecnologia) Giocare al calcio (Matematica) Storie avventurose (Linguaggio)

44 LA TROTTOLA La costruzione comprende oltre alla trottola anche la manopola per farla girare

45 Sulla manopola(m) c è una ruota che si ingrana con la ruota della trottola (T). In quale caso la trottola ruota di più? Ruota grande (M) Ruota piccola (T) Ruota piccola (M) Ruota grande (T) Ruota grande (M) Ruota grande (T) L attività sperimentale farà verificare immediatamente le ipotesi fatte e gli eventuali errori

46 PROGRAMMA PER LA TROTTOLA Vai Motore in direzione oraria Fai sentire il rumore del motore Aspetta che il sensore di movimento veda il movimento della trottola e se vero, spegne il motore

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48 ROBOTICA IN CLASSE CON LA LIM Utilizzando la tecnica del brainstorming, si fanno esaminare ai bambini i pezzi nella scatola: il motore, gli assi, le rotelline, gli ingranaggi, dando loro la possibilità di formulare ipotesi e provare a spiegarne la funzione. Dopo aver mostrato l animazione iniziale, si propone di costruire con i mattoncini, il protagonista: Leo. Ogni gruppo esegue il lavoro seguendo le istruzioni sullo schermo della L.I.M. presente in aula, quindi, a turno: Osservano attentamente il disegno alla L.I.M; Cercano i pezzi indicati; Orientano correttamente il pezzo in costruzione; Attaccano il pezzo indicato.

49 Terminata la costruzione, i bambini, trascinando e unendo i blocchi del programma, creano la sequenza che permette i movimenti del robot e infine collegano il cavo USB direttamente al PC.

50 SCRATCH E WEDO 1.2: INSTALLARE L ESTENSIONE

51 PER SPIEGAZIONI ED ESEMPI SULL USO DEI BLOCCHI: S

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53 LEGO EDUCATIONWEDO 2.0 È un set per la scuola primaria con il quale si possono costruire modelli tramite mattoncini LEGO e animarli grazie a motori, sensori e ad un software di programmazione ad icone che comunica via Bluetooth con i modellini creati. Include 40 ore di lezione già pronte all uso e uno strumento di editing per creare le proprie lezioni. Età consigliata: 7 12 anni

54 COMPOSIZIONE DEL KIT Il set base WeDo 2.0 è formato da un box di mattoncini LEGO e da un software per la programmazione Questa configurazione risulta ideale per far lavorare assieme 2 studenti

55 COMPOSIZIONE DEL BOX Il box è costituito da 280 mattoncini LEGO Education di varie forme e colori: Tecnici (ruote dentate, assi, ) Decorativi (fiorellino, ciuffi d erba, ) Elettronici (1 motore, 2 sensori, 1 mattoncino/hub di connessione al dispositivo di programmazione) Inclusi nel box un vassoio contenitore per ordinare i mattoncini una volta usati ed un foglio con l elenco di tutti i i pezzi contenuti nel kit (immagine e quantità)

56 ELEMENTI ELETTRONICI Un mattoncino/hub di connessione al pc/tablet, un motore, due sensori (inclinazione e movimento), sono questi gli elementi che faranno prendere vita al vostro modellino

57 SOFTWARE Il software include le attività di base per iniziare

58 LEGO EDUCATIONWEDO2.0 LEGO Education con il nuovo kit hanno inserito sostanziali migliorie Non solo si possono realizzare progetti senza essere collegati fisicamente al computer (tramite Bluetooth) ma è possibile utilizzare anche un tablet, in sintonia con le nuove 2.0

59 Max e Mia (i personaggi che hanno guidato i progetti in LEGO Education WeDo) si trovano adesso in un laboratorio scientifico con tutta una serie di strumenti e filmati per spiegare come devono essere effettuati gli esperimenti scientifici

60 Come prima attività è importante far capire agli alunni il funzionamento dei motori, del sensore di inclinazione e di movimento Per questo motivo sono suggerite, nella fase iniziale, tre costruzioni di un rover chiamato Milo

61 Milo con il sensore di movimento Milo con il sensore di inclinazione

62 Nello Science Lab sono presentate idee innovative per far capire agli alunni come gli scienziati si occupano di risolvere problemi molto complessi quali: Inviare un rover su Marte Usare sottomarini in acque profonde Far volare droni in un vulcano

63 IL SOFTWARE Il software è simile a quello di LEGO Education WeDo con alcune modifiche I blocchi sono gli stessi, scorrono su una sola linea e ci sono più opzioni per i sensori

64 Un altra grande novità è la possibilità di usare la macchina fotografica e l introduzione di strumenti di documentazione all interno del software Testi Foto Video Screenshot

65 SUGGERIMENTI PER INIZIARE Prepara un armadio, un carrello, o altro spazio per conservare le costruzioni e sistema lo spazio necessario in aula per il progetto Prepara strumenti di misura (righelli o metri), per la raccolta dei dati Dai il tempo necessario agli alunni per memorizzare i modelli e metterli a posto al termine di una sessione (1 e ½ o 2 ore per ogni sessione di lavoro)

66 Organizza il lavoro in gruppo (3/4 alunni per ogni kit) e assegna un ruolo a ognuno in modo che siano favorite le capacità di collaborazione e cooperazione. Suggerimento per alcuni ruoli: Costruttore: cerca e assembla i mattoncini Programmatore: realizza il programma Scrittore: documenta i passi del progetto Relatore: prepara la relazione finale mettendo insieme foto e video e spiega il progetto

67 LEGO Education propone di suddividere ogni progetto in tre fasi: Esplorazione Creazione Condivisione Puoi ovviamente modificarle secondo le tue esigenze e dare più o meno spazio ad altre fasi

68 PROGETTI SCIENTIFICI IN CLASSE Dopo la costruzione di Milo vengono proposti otto progetti con le spiegazioni per la costruzione e suggerimenti per il programma 1. Forze 2. Velocità 3. Costruire strutture robuste (contro terremoti) 4. Metamorfosi della rana 5. Impollinazione 6. Paratia per prevenire inondazioni 7. Soccorso dopo disastrosi eventi metereologici 8. Riciclare

69 Forze Metamorfosi della rana

70 Impollinazione Differenziare i rifiuti

71 LEGO EDUCATIONWEDO2.0 E CURRICULUM Le attività svolte con LEGO WeDo2.0 sono interdisciplinari e permettono di portare avanti e sviluppare parecchi argomenti riportati nelle indicazioni nazionali per il curricolo della scuola del primo ciclo e secondaria di primo grado: Scienze (argomenti proposti dal kit) Tecnologia (argomenti) Informatica (i robot vanno programmati) Matematica (numeri, operazioni/calcoli, logica) Italiano (messaggi del robot, comprensione dei problemi e documentazione) Inglese (software, ricerche su Internet i risultati sono quasi sempre in inglese) Arte e immagine (comunicazione, aspetto del robot, colori, suoni)

72 LEGO MINDSTORMS EDUCATIONEV3 Con gli studenti più grandi si aprono spazi notevoli di attività con la robotica e anche i kit LEGO Education diventano più sofisticati, sia come costruzioni (pezzi Technic), sia come programmazione grafica ad oggetti..

73 LEGOEDUCATIONRCX NXT E Il primo kit di robotica LEGO MINDSTORMS Educationè stato l RCX(anni 90) La versione successiva è il LEGO MINDSTORMS Education NXT(ancora attivo in molte scuole) La versione attuale è LEGO MINDSTORMS EducationEV3

74 LEGO MINDSTORMS EDUCATIONEV3

75 IL KIT È COMPOSTO DA: Centinaia di pezzi LEGO Technic (travi, piastrine, ingranaggi, assi, elementi di bloccaggio, pioli).. Il computer EV3 2 motori grandi 1 motore medio 2 sensori di contatto 1 sensore di colore/luce 1 sensore di distanza ad ultrasuoni 1 sensore giroscopico

76 IL SOFTWARE EV3 HA UN AMBIENTE DI PROGRAMMAZIONE GRAFICO

77 UN PROGRAMMA SI COSTRUISCE METTENDO INSIEME I BLOCCHI: 2 valori di input 3 modalità

78 BLOCCO MOTORE GRANDE -MODALITÀ

79 ROBOTICA EDUCATIVA ED INCLUSIONE La robotica è una disciplina ampiamente riconosciuta e apprezzata nel contesto della dispersione scolastica e dell inclusione giovanile Inoltre, il naturale appeal che i robot esercitano sui ragazzi, rende il processo di apprendimento più divertente ed appagante, permettendo di costruire un percorso stimolante, perfetto per motivare anche gli studenti meno inseriti nel contesto scolastico

80 La robotica è in grado di coinvolgere attivamente gli studenti nelle lezioni, aumentando il loro interesse per l ambiente scolastico Favorisce il dialogo, la comunicazione, il confronto attivo degli studenti su tematiche curricolari e non, agevolandone l integrazione e la capacità di relazione e comunicazione L elaborazione di un processo complesso obbliga gli studenti a sviluppare il proprio pensiero critico e ad imparare ad esporre il proprio lavoro a compagni ed insegnanti

81 ROBOTICA COME? SCRATCH Un linguaggio semplice, intuitivo, grafico, sviluppato dal MIT di Boston e ormai utilizzato da bambini in tutto il mondo Utilizzando Scratch gli alunni fanno matematica (mettendo in evidenza calcoli, angoli, assi cartesiani, numeri casuali, logica)

82 SCHERMATA INIZIALE DI SCRATCH

83 SCRATCH CON ESTENSIONI LEGO EDUCATION WEDO

84 I BLOCCHI DI SCRATCH La programmazione è visuale Per realizzare un programma si trascinano blocchi che hanno forme e colori diversi La risposta è immediata

85 alcuni esempi: Il blocco iniziale (colore marrone), a forma di cappello, con la bandiera, rappresenta il blocco di avvio Il blocco di colore viola serve per visualizzare le risposte I blocchi per i calcoli aritmetici hanno il colore verde (operatori) I blocchi sono sagomati, così possono incastrarsi uno nell altro

86 SCRATCH E MATEMATICA Attraverso Scratch si possono imparare a risolvere problemi e far avvicinare gli alunni (anche quelli che ritengono la matematica un arida disciplina) ai concetti base della logica e della matematica in generale Inoltre si possono far acquisire in modo sperimentale concetti che si studieranno molto più avanti negli anni (ad esempio in quarta elementare le coordinate cartesiane)

87 QUAL È L ORDINE NELL EFFETTUARE I CALCOLI? I risultati sono diversi se moltiplichiamo 3 per la somma di (4 + 5) 3 * (4 + 5 ) = 27

88 Se invece moltiplichiamo 3 * 4 e aggiungiamo 5 otteniamo (3 * 4) + 5 = 17 Al posto delle parentesi le operazioni fatte per prima sono quelle che si trovano in blocchi che stanno più in alto. Siccome i risultati sono immediatamente visibili, si possono ripetere tante prove con valori diversi per far capire l ordine dei calcoli agli alunni

89 SCRATCH E LA LOGICA costrutti logici e / o True = vero

90 SCRATCH E LE FUNZIONI I numeri casuali

91 SCRATCH E LA GEOMETRIA La geometria locale, corporea: Avanti Indietro Destra Sinistra Disegnare un quadrato (lato 50 passi)

92 SCRATCH E LE VARIABILI Si possono creare facilmente le variabili Ad esempio la variabile lato

93 E far capire come la variabile può cambiare il valore all interno di un programma

94 SCRATCH E LE PROCEDURE Creare una procedura per disegnare quadrati o altre figure geometriche

95 Creare una procedura per disegnare poligoni regolari con la grandezza del lato e numero lati variabili

96 CREARE SPIRALI CON VARIABILI LATO E ANGOLO

97 SCRATCH E I GIOCHI Creare e giocare con i labirinti