Scienza ed automazione - modulo ROBOTICA

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Corso di aggiornamento MIUR - Caserta 20.10.2010 …

Corso di aggiornamento MIUR - Caserta 20.10.2010

Percorsi didattici per studenti del II ciclo - Principi operativi ed esempi pratici.

Fare didattica con la robotica.

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  • 1. Seminario: “Scienze ed automazione” - modulo “ROBOTICA” Caserta 20 ottobre 2010PERCORSIDIDATTICI PERSTUDENTIDEL II CICLOPrincipi operativi ed esempi pratici Michele Maffucci
  • 2. Michele Maffucci
  • 3. “Tutto ebbe inizioquando uno studentemi disse...“sono al professionaleperche’ qualcuno mi hadetto che non sonoabbastanza intelligente...
  • 4. “Questo Prof. si arrabbio’molto per la valutazionedi quel “qualcuno”...
  • 5. “nacque cosi’la didattica dellaROBOTICAcosi’ come la intende il Prof. Maffucci
  • 6. Parleremo di: 1. Perche’ la robotica a scuola 2. Analisi situazione classe 3. Le fondamenta della metodologia 4. I principi della didattica della robotica 5. Il metodo 6. Struttura dell’esperienza di laboratorio 7. Esempio: esperienza n. 0
  • 7. 1/7 Perche’ la robotica a scuola
  • 8. 1/7 Perche’ la robotica a scuola Perche’ sperimentare la robotica a scuola ? Ogni anno rilevo gravissime carenze in campo logico e matematico, cio’ si ripercuote pesantemente sulle materie che insegno: Laboratorio di Elettronica e Sistemi
  • 9. 1/7 Perche’ la robotica a scuola caratteristica essenziale per incapacità nel comprendere in che realizzare modo emerge unasemplici esperienze legge fisica di laboratorio dall’esperienza di laboratorio.
  • 10. 2/7 Analisi situazione classe
  • 11. 2/7 Analisi situazione classePerizia cognitiva =
  • 12. 2/7 Analisi situazione classe 1 scarsa competenza matematica /6
  • 13. 2/7 Analisi situazione classe2 nessuna capacita’ di stima e analisi /6
  • 14. 2/7 Analisi situazione classe3 scarsissima capacita’ di lavorare in gruppo /6
  • 15. 2/7 Analisi situazione classe4 visione distorta della competizione (io so tu soccombi) /6
  • 16. 2/7 Analisi situazione classe5 nessuna condivisione del sapere /6
  • 17. 2/7 Analisi situazione classe6 scarsissimo livello di amicizia /6
  • 18. 3 /7 Le fondamenta della metodologia
  • 19. 3 /7 Le fondamenta della metodologia ma cosa sannoCogliere il fare gli studenti? ?progressonell’insuccessoscolastico
  • 20. 3 /7 Le fondamenta della metodologia Gli studenti su cui lavoro hanno difficolta’ di astrazione, loro sono piu’ CONCRETIparola chiave
  • 21. 3 /7 Le fondamenta della metodologia Le fondamenta su cui si basa la didattica della robotica CONCRETEZZA
  • 22. 3 /7 Le fondamenta della metodologiagli studenti se sonoCONCRETI alloravogliono... VEDERE TOCCARE per FARE parola chiave
  • 23. 3 /7 Le fondamenta della metodologiama cosa sanno fare gli studenti? risposta: FARE
  • 24. 4 /7 I principi della didattica della robotica
  • 25. 4 /7 I principi della didattica della roboticaFormalizzare pernon rendere ladidattica dellarobotica un’attivita’prevalentementeludica
  • 26. 4 /7 I principi della didattica della roboticaLa didattica della roboticasi fonda su: per me :-) !1. Principio di alternanza2. Principio di saggezza periferica
  • 27. 4 /7 I principi della didattica della robotica Principio di alternanza
  • 28. 4 /7 I principi della didattica della roboticaDurante un’attivita’ laboratoriale equilibratavale il "principio dellalternanza" in base alquale esiste unandamento naturale alternatotra: porre attenzione ad una spiegazione teorica e il "fare" (manipolare, costruire…)
  • 29. 4 /7 I principi della didattica della roboticaDefinizione di QASQuantita’ diApprendimento deiSaperiValutazione empirica sulla quantita’ di nozioniassimilate in unita’ di tempo (15 min)
  • 30. 4 /7 I principi della didattica della roboticaLa QAS associata alla spiegazione teorica in laboratorio in modo fisiologicodiminuisce andando avanti nel tempo e nel contempo aumenta la QASdellattivita’ complementare del "fare"
  • 31. 4 /7 I principi della didattica della roboticaLandamento puo’ essere di 3 tipi: 1. Tempi del "fare" lunghi alternati a brevi periodi di spiegazione 2.Tempi del "fare" brevi alternati a lunghi periodi di spiegazione 3.Tempi del "fare" brevi alternati a brevi periodi di spiegazione
  • 32. 4 /7 I principi della didattica della roboticaNella mia esperienzadidattica con allievi delprofessionale, utilizzolandamento n. 1, nelle prime 3esperienze per poi passareall’andamento 3 nelle esperienzesuccessive.
  • 33. 4 /7 I principi della didattica della robotica Principio di saggezza periferica
  • 34. 4 /7 I principi della didattica della robotica Nella didattica della robotica viene estremizzato il principio di SAGGEZZA PERIFERICA, in base alla quale: imparare una nozione teorica (legge fisica o matematica ad esempio) e’ un EFFETTO COLLATERALE, scaturito dal tentativo di porre a termine lattivita’ del "FARE"
  • 35. 5/7 Il metodo il metodo
  • 36. 5/7 Il metodoL’insegnante deve costruire esperienze che consentono allo studente dicostruire AUTONOMAMENTE procedure per la risoluzione delproblema CON MEDIAZIONE DEL DOCENTEcostruisce il docente pianifica e modella “l’apprendimento per scoperta guidata” evitando che gli allievi “ricercatori” giungano a modelli teorici errati impara ad organizzarsi impara ad imparare, riscopre la teoria
  • 37. !5/7 Il metodo Ma FARE laboratorio classico e’ sempre FARE e COSTRUIRE dalla DIDATTICA CON LA ROBOTICA ? qual’e’ il valore aggiunto
  • 38. 5/7 Il metodosembra innata daparte degli allievilesigenza diantropomorfizzarelartefatto e di fronte ad un oggetto pensante il livello di responsabilita’ e’ molto elevato
  • 39. 5/7 Il metodo Il non funzionamento del robot e’ assimilato al concetto di “NON PRENDERE VITA” Prof.! Il piccolo non cammina! Prof.! Non si anima! Prof.! Non riesco a spiegargli come deve muoversi!
  • 40. 5 /7 Il metodo Intelligenza che si confronta con intelligenzama che alla fine altro non e’ che una sola quelladello STUDENTE che anima e rende vivo unamorfo ecco allora come tutto cio’ siCONTESTUALIZZAi SAPERI acquisiscono SENSO nella MENTE di chiapprende e’ cio’ crea grande soddisfazione eVOGLIA DI APPRENDERE
  • 41. 5 /7 Il metodoLe esperienze di robotica DEVONO"traboccare" di nozioni collaterali, inquesto modo LALLIEVOprendera’ consapevolezza che E’ INGRADO DI APPRENDERE anchenozioni di altre discipline... ...per il PRINCIPIO DI SAGGEZZA PERIFERICA diventa consapevole che L’ESPERIMENTO VERO e’ il miglioramento del SUO PROCESSO DI APPRENDIMENTO derivante dall’attivita della robotica in laboratorio
  • 42. 5 /7 Il metodo L’insegnante dovra’ realizzare esperienze di laboratorio che: consentano un apprendimento per scoperte guidatebasato sul principio di alteranza per farsi che il sapere venga “assorbito” per me :-) l’apprendimento e’ un effetto e poiche’ collaterale della passione, progettera’ l’esperienza affinche’ per il principio di saggezza periferica inneschi l’interesse e la consapevolezza che lui (lo studente) puo’ apprendere NON per un voto ma per la sua CRESCITA INTELLETTUALE
  • 43. 5 Il metodo ! /7Ma allora questo docente per fare tutto cio’ deveessere un SUPEREROE
  • 44. 5 Il metodo ! /7 NOma bisogna RIPENSARE totalmente al modo diprogettare la didattica e la “fatica” maggiore peril docente risiede nel trovare esempimetodologici... ...VEDIAMO QUALI
  • 45. 6/7 Struttura dell’esperienza di laboratorio Struttura dell’esperienza di laboratorio
  • 46. 6/7 Struttura dell’esperienza di laboratorio PROBLEMA Nessun modello di riferimento per una didattica della robotica in laboratorio per la scuola secondaria superiore SOLUZIONE Modello HOL:Hardware Object Learning
  • 47. 6 /7 Struttura dell’esperienza di laboratorio Modello HLO: Hardware Objet Learning1 oggetti solidi "che posso toccare e manipolare" costruiti per apprendere2 ogni parte di un robot può essere studiata in modo indipendente è un “hardware object” elementareil sensore l’attuatore il motore
  • 48. 6/7 Struttura dell’esperienza di laboratorio FASE 1Esempio di sviluppo di un’esperienza4 gruppi di lavoro ultrasuono costituiti da 4 gruppo 1 studenti CONSEGNA: tatto automa con gruppo 2 possibilità di movimento edinterazione con il mondo con luce UN SOLO SENSORE gruppo 3 i gruppi vengonoindicati con i nomi dello specifico colore sensore usato: gruppo 4ultrasuono, tatto, luce, colore in analogia allaspecifica capacità In questa fase gli allievi del robot di assumono competenza specifica interagire con nell’uso del particolare sensore lambiente
  • 49. 6/7 Struttura dell’esperienza di laboratorio FASE 2Esempio di sviluppo di un’esperienza4 gruppi di lavoro gruppo 1 costituiti da 4 studenti provenienti ciascuno da un gruppo diverso costituito nella gruppo 2 FASE 1 CONSEGNA:automa in grado di gruppo 3 interagire conmaggior precisione con il mondoesterno, deve avere capacità di movimento e deve gruppo 4 essere realizzato con 4 SENSORI gruppo di lavoro competente per tutte le tipologie di sensori
  • 50. 6/7 Struttura dell’esperienza di laboratorio VANTAGGI La competenzaallinterno della classe diventa "socialmente distribuita"le competenze acquisite nella FASE 1 che costituiscono gli "object" elementari, si combinano in "object" complessi
  • 51. 6/7 Struttura dell’esperienza di laboratorio Come il metodo HOL cambia l’allievo
  • 52. 6/7 Struttura dell’esperienza di laboratorio 1 /5l’aspetto modulare dell’esperienza di roboticainduce anche alla ricerca delle connessioni tra levarie discipline
  • 53. 6/7 Struttura dell’esperienza di laboratorio 2 /5gli allievi terminano piu’ velocemente e conmaggior profitto le esperienze dei laboratori“classici”
  • 54. 6/7 Struttura dell’esperienza di laboratorio 3aumentato limpegno e laconcentrazione: "sto /5attento cosi’ finisco primae prima costruisco robot".Aspetto ludicoimportantissimo
  • 55. 6/7 Struttura dell’esperienza di laboratorio 4 /5 si e’ ridotto drasticamente il rumore non costruttivo mentre aumenta il rumore del pensare e del costruire
  • 56. 6/7 Struttura dell’esperienza di laboratorio5 /5 i leader negativi mutano il loro attegiamento in 2 modi non partecipano alla nuova attivita’ perche’ sanno di non essere leader del sapere (imbarazzo) e tendono ad isolarsi (azione di recupero) 1 si trasformano in leader positivi, si mettono in discussione e provano grande soddisfazione nel trasmettere il loro sapere. Aumenta lautostima 2
  • 57. 7 /7 Esempio: esperienza n. 0 Esempio: esperienza n. 0
  • 58. 7 /7 Esempio: esperienza n. 0 Esperienza n. 0 Primo esperimento di laboratorio di robotica da utilizzare per mutare i metodi di apprendimento sbagliati e creare il GRUPPO CLASSE
  • 59. 7 /7 Esempio: esperienza n. 0“ Rumore di fondo in generale nelle aule e’ perennemente presente un rumore di fondo che fa da base alle spiegazioni, sembra quasi un mare su cui naviga la nave che trasporta i contenuti della nostra didattica ed alcune volte trova la “tempesta rumore” che con le sue onde fa saltellare le nostre spiegazioni.
  • 60. 7 /7 Esempio: esperienza n. 0 Esperienza n. 0: ritrovare il rumore del sapere Oggetto dell’esperienza: costruire un robot in grado di rilevare e misurare il baccano (ribattezzato “robot baccanometro”) Scopo dell’esperienza: capire cosa vuol dire grandezza variabile e casuale nel tempo, come si misura un livello sonoro, cosa vuol dire Decibel sonoro
  • 61. 7 /7 Esempio: esperienza n. 0 Strumenti per la sperimentazione Lego Mindstorms NXT2 sensore sonoro programma di datalogging Lego
  • 62. 7 /7 Esempio: esperienza n. 0 Fantastico!Lego Mindstorms 2.0education, ha la possibilita’di essere utilizzato anchecome sistema diacquisizione dati. Con esso possiamo misurare moltissime grandezze: intensita’ luminosa; intensita’ sonora; acidita’ dell’acqua; temperatura; ...e molto altro.
  • 63. 7 /7 Esempio: esperienza n. 0 Tempi di esecuzioneStabiliro’ unadurata disperimentazione di1 mese in tutte lemie classi 3′, 4′ e 5′ corso elettronici
  • 64. 7 /7 Esempio: esperienza n. 0 Procedura Il robot sara’ posizionato sul soffitto di ogni aula; Il log dei dati comprensivo del grafico del rumore rilevato sarà esposto settimanalmente in bacheca; i piu’ bravi calcoleranno l’area del grafico che evidenziera’ la quantita’ di rumore complessivo durante la settimana; vince il turno settimanale ovviamente chi avra’ fatto meno rumore; A fine mese, la classe che avra’ fatto meno rumore non avra’ in premio voti migliori, ma avra’ pagata la pizza dalle altre due classi.
  • 65. 7 /7 Esempio: esperienza n. 0 IngredientiMattoncino Sensore NXT sonoro
  • 66. 7 /7 Esempio: esperienza n. 0 Ingredienti Cavo Cavoconnessione USB
  • 67. 7 /7 Esempio: esperienza n. 0 Collegamenti Collegare il sensore al mattoncino collegare con cavo USB il mattoncino al computer
  • 68. 7 /7 Esempio: esperienza n. 0 EsecuzioneAvviate ilprogramma LEGOMINDSTORMSEducation NXTData LoggingFate click sulpulsate “Nuovoesperimento”
  • 69. 7 /7 Esempio: esperienza n. 0EsecuzioneComparira’ il pannello:ConfigurazioneesperimentoAssegnate un titolo, unadurata ed una velocità dicampionamento.A titolo dimostrativo perquesta breve descrizioneho inserito: 1. Nome: baccanometro 2. Durata: 1 Minuto 3. Velocità: 1 Campione al secondo
  • 70. 7 /7 Esempio: esperienza n. 0EsecuzioneOvviamente permisurare il rumore inclasse dovreteselezionare una duratadi 60 minuti con lavelocita’ dicampionamento chepotrebbe essere 1campione al secondo. Apparira’ un piano cartesiano: sulle ascisse abbiamo il tempo in secondi, da 0 a 60 secondi (tempo della durata dell’esperimento in questo caso), sulle ordinate il valore in decibel del rumore.
  • 71. 7 /7 Esempio: esperienza n. 0EsecuzioneFate click sul pulsate“Scarica ed esegui”che fara’ l’upload delprogramma didatalogging sulmattonino edimmediatamenteverra’ eseguito ilprogramma.
  • 72. 7 /7 Esempio: esperienza n. 0EsecuzionePartira’immediatamente ilrilevamento delrumore
  • 73. 7 /7 Esempio: esperienza n. 0EsecuzioneCon gli strumenti di analisipotrete inserire delle label inposizioni particolari perevidenziare particolari momenticon relativo valore, a titolo diesempio (non equivale allarealtà è solo un esempio)nell’immagine ho inserito lelabel che indicano: porta dell’aula sbattuta il momento in cui dico ad alta voce: “silenzio!” Area in cui incomincia l’appello
  • 74. 7 /7 Esempio: esperienza n. 0 Fine esperienza
  • 75. One more thing...
  • 76. Eventi
  • 77. Le prime creazioni
  • 78. Le prime creazioni
  • 79. Le prime creazioni
  • 80. Le prime creazioni
  • 81. Le prime creazioni
  • 82. Robottando - 4 aprile 2009
  • 83. RoboCup Junior 2009 21/23 maggio 200973 squadre incompetizione•51 squadre di rescue•22 squadre di calciopiù di 500 persone traallievi e docenti
  • 84. “Prof! la mia mente e uncaos di formule che nonriesco a legare“Sei fortunato!Cio’ che ti sembra caose’ solamente una formad’ordine che ancora noncomprendi
  • 85. Graziemichele@maffucci.itwww.maffucci.itmaffucci@vocescuola.itwww.vocescuola.ittwitter.com/maffuccifacebook.com/maffucci.itAttribuzione - Non commerciale - Non opere derivate 2.5 Italia Michele Maffuccihttp://creativecommons.org/licenses/by-nc-nd/2.5/it/