S TEM
Lombardo Radice - Bojano (CB)- Modulo 2 - STEM al centro
Andrea Ferraresso Autore e formatore
Andrea Ferraresso
Autore e formatore di De Agostini Scuola.
Coding / Robotica / Tecnologia.
Dal 2014 CoderDojo Fossò - Venezia.
Dal 2015 CoderDojo @ Ca’ Foscari.
Docente a contratto di ICT presso liceo paritario
Dal confronto con docenti e studenti
Pensiero computazionale e coding.
Tinkering / Making STEM / STEAM.
Sono “compatibili” con la scuola italiana?
La scheda HaloCode
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HaloCode
https://www.makeblock.com/
Tinkercad per la DAD e la DDI
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Scopriamo Tinkercad - 1
Tinkercad è un’applicazione online di Autodesk utilizzabile per:
• progettare in 3D (e poi inviare quanto progettato alla stampante 3D);
• imparare le basi dell’elettronica;
• programmare (coding).
Scopriamo Tinkercad - 2
La pagina di partenza (home page) di Tinkercad è:
https://www.tinkercad.com/
Vi si accede tramite un browser web, come Firefox o Chrome.
Classi virtuali con Tinkercad
https://www.tinkercad.com
https://www.youtube.com/watch?v=afSzqganOQg
Scopriamo Tinkercad - 3
Dopo aver eseguito l’accesso, ci si trova
all’interno della dashboard, la pagina iniziale dalla quale è possibile, per esempio, iniziare a creare un nuovo progetto o visualizzare e modificare i progetti precedentemente salvati.
Codeblocks di Tinkercad - 1
Con Tinkercad, altre alla classica moderazione 3D stile “CAD”, è anche possibile fare coding, cioè programmare. Un po’ come si fa con Scratch, poiché anche in Tinkercad i comandi sono espressi sotto forma di blocchi.
In sintesi: l’oggetto viene modellato attraverso la programmazione.
Codeblocks di Tinkercad - 2
Codeblocks di Tinkercad - 3
La finestra che appare consente di:
• seguire un’utile guida introduttiva;
• iniziare un nuovo progetto;
• accedere a un’attività base;
• accedere a un progetto base.
Codeblocks di Tinkercad - 4
Per cominciare a capire come funziona il coding con Tinkercad è consigliabile partire dalle attività base.
Codeblocks di Tinkercad - 5
Nelle attività base il video che appare in basso a
sinistra è una sorta di esercizio guidato che mostra le azioni che si devono eseguire. Ogni
video può essere rivisto più volte.
Codeblocks di Tinkercad - 6
Per iniziare un nuovo progetto, dalla dashboard si seleziona prima l’opzione “Codeblocks” (a
sinistra) e poi “Crea nuovo codeblock” (in alto), quindi si clicca su “Nuovo progetto”.
Codeblocks di Tinkercad - 7
Il codice si costruisce trascinando i blocchi nell’area degli script e incastrandoli l’uno nell’altro.
Per script si intende proprio un insieme di blocchi incastrati l’uno nell’altro. A differenza di Scratch, in Tinkercad uno script viene eseguito anche se non inizia con un blocco a cappello.
Codeblocks di Tinkercad - 8
Dal codice all’oggetto.
Codeblocks di Tinkercad - 9
Sfruttare le ripetizioni…
Codeblocks di Tinkercad - 10
… per costruire un ponte.
Codeblocks di Tinkercad - 11
Strutture sempre più complesse.
Circuiti con Tinkercad - 1
Con Tinkercad è anche possibile fare elettronica, cioè costruire virtualmente piccoli circuiti e
provarne il funzionamento.
Circuiti con Tinkercad - 2
Accendere un LED con una pila.
Circuiti con Tinkercad - 3
Inserire un resistore.
Circuiti con Tinkercad - 4
Circuiti in serie.
Circuiti con Tinkercad - 5
Per non bruciare i LED.
Circuiti con Tinkercad - 6
Circuiti in parallelo
PheT - Interactive Simulations
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Simulatore di scienze
Progetto non-profit dell’Università del Colorado Boulder.
Fondato nel 2002 dal premio Nobel per la Fisica del 2001 Carl Wieman, per migliorare il modo in cui la scienza viene insegnata e appresa.
Oltre 100 simulazioni interattive gratuite per uso didattico nei campi della fisica, chimica, biologia, scienze della terra e matematica.
Sito web
https://phet.colorado.edu/it/
Imparare i circuiti
Fisica > Kit creazione circuiti: corrente continua
Esempio
Che cosa ricordare
La corrente elettrica fluisce da A e B se c’è una differenza di potenziale, ossia una tensione elettrica. Si misura in volt.
L’intensità della corrente si misura in ampere (A). Un ampere rappresenta un preciso numero (molto grande) di elettroni che passano ogni secondo.
La quantità di corrente che passa dipende dalla
resistenza che che la corrente incontra. Si misura in ohm.
La Legge di Ohm
Legge di Ohm (esempio)
Verifichiamo al simulatore
La piattaforma Arduino
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Che cos’è
Arduino è una piattaforma open per la progettazione elettronica che permette di
realizzare facilmente dei dispositivi attraverso
l’interazione hardware (scheda, microcontrollore) e il software (Arduino IDE).
La nota scheda Arduino Uno può essere utilizzata come punto di partenza per costruire il sistema nervoso di un robot.
Sistemi fisici interattivi
Le schede Arduino, basate su microcontrollori, sono in grado di rendere semplice il
“meccanismo” sensore/attuatore tipico dei sistemi robotici.
Sono quindi utilizzabili per il physical computing, ovvero per costruire sistemi hardware e software che possono interagire con il mondo esterno.
La scheda Arduino Uno - 1
La scheda Arduino Uno - 2
Un robot
Che cos’è un robot
Come spesso accade la letteratura è arrivata prima della realtà.
Il termine “robot”, probabilmente, è stato ideato dallo scrittore ceco Karel Čapek, nel contesto di un’opera teatrale (1921) e poi ripreso dal divulgatore statunitense Isaac Asimov (~1950), che ha anche stilato le famose “tre leggi della robotica”.
Oggi con robot si intende è un sistema artificiale indipendente o semi- indipendente in grado di acquisire ed elaborare dati e di interagire con l’ambiente circostante, oggetti ed esseri viventi.
Possiamo dire che oggi un robot moderno è costituito da una parte fisica (hardware) e da parte immateriale (software) che sono le istruzioni che gli dicono come comportarsi.
Come è fatto un robot?
In breve, gli elementi principale di un robot sono i seguenti.
• Corpo principale: (struttura o scheletro) che sostiene tutte le varie parti.
• Sensori: “ingressi/input” che consentono di acquisire dati su quanto gli accade intorno.
• Attuatori: “uscite/output” che consentono di agire sul mondo esterno.
• Sistema nervoso: dispositivo in grado di elaborare i dati in ingresso e, seguendo le istruzioni impartite, azionare gli attuatori.
• Cablaggi: “collegamenti” tra i vari elementi.
Che cosa si può fare?
Un buon punto di partenza:
https://www.youtube.com/playlist?
list=PL-1Eh-57A44YLcxd0tqY__ZZTXNnCjBWj
Oltre alla scheda servono…
Sensori e attuatori, altri componenti…
Qualche consiglio
Cercare un kit che abbia già delle attività progettate per i vari componenti.
Cercare un libro con progetti pronti e che abbia un elenco chiaro dei componenti che servono (e anche un qualche ordine di grandezza del costo).
Un esempio
Video 1.
Video 2.
Video 3.
Video 4.
In questi video viene utilizzato un interruttore e un potenziometro per controllare un servomotore.
Il motore elettrico
Trasforma energia elettrica in energia meccanica. Si ha, infatti, la rotazione di un asse (detto anche albero motore) a cui vengono poi collegati altri dispositivi, ad esempio una ruota, un’elica, un sistema di ingranaggi…
Tre tipi di motori elettrici (che possono interessarci):
• Motori a corrente continua (spento o acceso con asse in rotazione continua di 360°, spesso utilizzati grazie a comandi tipo “accendi motore per … secondi”);
• Motori passo passo (la rotazione di 360° è divisa in step; sono detti anche “stepper” e sono presenti nelle stampanti 3D, ad esempio);
• Servomotori (rotazione 0-180° mantenendo la posizione raggiunta).
Il servomotore
Il servomotore può muoversi da 0º a 180º,
possiamo controllarlo con un interruttore oppure con il potenziometro.
Nel video si vede che nel circuito è presente un condensatore, che serve ad avere una certa
carica elettrica immagazzinata in modo che quando il servomotore inizia a muoversi, il circuito continui a funzionare.
Ma Arduino si programma?
Sì, esiste un software apposito (“Arduino IDE”).
Il linguaggio di Arduino
Si tratta di un linguaggio di programmazione molto simile a C/C++, quindi bisogna conoscere almeno le basi delle programmazione.
Anche in questo caso passare prima per Scratch non è una cattiva idea.
Esistono alternativi più semplici?
mBlock per Arduino Uno - 1
mBlock per Arduino Uno - 2
mBlock per Arduino Uno - 3
mBlock per Arduino Uno - 4
Arduino con TinkerCad - 1
(https://www.tinkercad.com/)
Trasciniamo una scheda Arduino UNO R3 e una breadboard dall’elenco visuale (a destra) nell’area di lavoro (a sinistra).
Una breadboard è una tavoletta riutilizzabile usata per creare prototipi di circuiti elettronici senza saldature.
Arduino con TinkerCad - 2
Arduino con TinkerCad - 3
Arduino con TinkerCad - 4
Arduino con TinkerCad - 5
Arduino con TinkerCad - 6
Non funziona perché devo programmarlo.
Arduino con TinkerCad - 7
Costruiamo il codice.
Arduino con TinkerCad - 8
Costruiamo il codice.
Arduino con TinkerCad - 8
Avviamo la simulazione.
Arduino con TinkerCad - 9
Lampeggia!
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