LA ROBOTICA EDUCATIVAE IL CODING

TEAM DELL’INNOVAZIONE DIGITALESCUOLA PRIMARIA:

4 – Castellana Grotte - ITIS “Luigi Dell’Erba"

Teacher: Maria Addolorata DeleonardisEsperta in Didattica assistita dalle nuove tecnologie (Specializzazione conseguita presso il Politecnico di Milano)

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

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

DEFINIZIONE DI ROBOT

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)

Nel settore industriale, i robot sono utilizzati per eseguire compiti ripetitivi (ad esempio, catena di montaggio)

• Un robot è una macchina in grado di eseguire compiti in modo più o meno autonomo

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!

ROBOTICA EDUCATIVA: COS’ÈPer 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

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

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 MitchelResnick si realizzano i primi prototipi di LEGO/LOGO

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

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

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

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.

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)

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

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

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

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

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

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 grandecoinvolgimento degli alunni, il modo più sempliceper creare un ambiente di apprendimentoinnovativo, creativo e divertente

ROBOTICA EDUCATIVA E CODING PERTUTTE LE ETÀ

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

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

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

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 20 -25 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

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)

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

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.

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

L’APP

L’app associata a Blue-Botscaricabile 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

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

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)

COME IMPIEGARLO: MATEMATICA

Linea dei numeri Addizioni e sottrazioni Associazione numero / quantità CLIL

GEOMETRIA

Astrazione di figure Ragionamenti e

scoperte suscitate da esperienze pratiche

Consapevolezza fisica delle figure geometriche

NON SOLO MATERIE SCIENTIFICHE

Orientamento spaziale

Geografia Teatralità Storytelling

ALTRI BENEFICI

Comunicazione Problem-solving Lavoro di gruppo Responsabilizzazione

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

ATTIVITÀ INTRODUTTIVE

ATTIVITÀ A TEMA

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

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.

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?

LE DODICI ATTIVITÀ SONO SUDDIVISE INQUATTRO TEMI:

Macchine sorprendenti (Scienze) Animali selvaggi (Tecnologia) Giocare al calcio (Matematica) Storie avventurose (Linguaggio)

LA TROTTOLA

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

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

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

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.

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.

SCRATCH E WEDO 1.2: INSTALLAREL’ESTENSIONE

PER SPIEGAZIONI ED ESEMPI SULL’USODEI BLOCCHI:

HTTPS://WIKI.SCRATCH.MIT.EDU/WIKI/LEGO_WEDO_BLOCKS

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

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

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)

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

SOFTWARE

Il software include le attività di base per iniziare

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 Cl@ssi 2.0

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

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

Milo con il sensore di movimento

Milo con il sensore di inclinazione

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 MarteUsare sottomarini in acque profondeFar volare droni in un vulcano

IL SOFTWARE

Il software è simile a quello di LEGO Education WeDocon alcune modifiche

I blocchi sono gli stessi, scorrono su una sola linea e ci sono più opzioni per i sensori

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

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)

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

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

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. Forze2. Velocità3. Costruire strutture

robuste (contro terremoti)4. Metamorfosi della rana5. Impollinazione 6. Paratia per prevenire

inondazioni7. Soccorso dopo disastrosi

eventi metereologici8. Riciclare

Forze

Metamorfosi della rana

Impollinazione

Differenziare i rifiuti

LEGO EDUCATIONWEDO2.0 ECURRICULUM

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)

LEGO MINDSTORMS EDUCATIONEV3 Con gli studenti più

grandi si aprono spazi notevoli di attività con la robotica e anche i kit LEGO Educationdiventano più sofisticati, sia come costruzioni (pezzi Technic), sia come programmazione grafica ad oggetti..

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

LEGO MINDSTORMS EDUCATIONEV3

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

IL SOFTWARE EV3 HA UN AMBIENTE DIPROGRAMMAZIONE GRAFICO

UN PROGRAMMA SI COSTRUISCEMETTENDO INSIEME I BLOCCHI:

3 modalità

2 valori di input

BLOCCO MOTORE GRANDE -MODALITÀ

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

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

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)

SCHERMATA INIZIALE DI SCRATCH

SCRATCH CON ESTENSIONILEGO EDUCATION WEDO

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

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

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)

QUAL È L’ORDINE NELL’EFFETTUARE ICALCOLI?

I risultati sono diversi se moltiplichiamo 3 per la somma di (4 + 5)3 * (4 + 5 ) = 27

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

SCRATCH E LA LOGICA

costrutti logici “e” / “o” True = vero

SCRATCH E LE FUNZIONI

I numeri casuali

SCRATCH E LA GEOMETRIA

La geometria locale, corporea: Avanti – Indietro – Destra – Sinistra Disegnare un quadrato (lato 50 passi)

SCRATCH E LE VARIABILI

Si possono creare facilmente le variabili Ad esempio la variabile lato

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

SCRATCH E LE PROCEDURE

Creare una procedura per disegnare quadrati o altre figure geometriche

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

CREARE SPIRALI CON VARIABILILATO E ANGOLO

SCRATCH E I GIOCHI

Creare e giocare con i labirinti