Soluzioni per la Robotica educativa
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Il sapere che nasce dal saper fare
A cura del Prof. Armando Schiavi
Per robotica educativa si intende lo sviluppo e l’utilizzo di ambienti di apprendimento basati su tecnologie robotiche.
Tali ambienti sono di norma costituiti dal Robot, da un software di programmazione dedicato e dal relativo materiale curricolare.
1. Attività e contesto didattico
La robotica educativa permette di far lavorare in gruppo gli alunni per apprendere in modo divertente e creativo come utilizzare tecniche costruttive e di programmazione. L’insegnante svolge una funzione di consigliere e facilitatore lasciando pieno spazio operativo ai gruppi di lavoro.
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.
Il campo didattico è quello della Ricerca-Azione.
La nascita di una rete tra l’insegnante ricercatore, gli studenti che ricercano insieme a lui e gli oggetti ricercati attraverso l’AZIONE diventa virtuosa e sinergica ai fini della trasmissione della conoscenza.
Compito dell’insegnate è di stimolare un percorso di ricerca insieme allo studente nel quale l’insegnante non deve assolutamente trasmettere a priori il proprio sapere ma favorire l’arrivo della conoscenza con l’uso di strumenti logici, tecniche e modelli cognitivi.
La didattica utilizzata è quella costruttivista ovvero dell’«imparare facendo »… e sperimentando:
- Provando e riprovando gli studenti si renderanno conto degli errori e potranno correggerli.
- L’errore diventa uno stimolo per trovare nuove soluzioni e collaborare nel gruppo.
La robotica educativa è interdisciplinare, coinvolgendo numerose discipline tra cui Matematica, Scienze, Tecnologia, Informatica. Si potranno assegnare compiti specifici a ogni alunno/studente e anche quelli che hanno difficoltà (BES o DSA) o disabilità potranno essere coinvolti. È certamente un’attività didattica di tipo inclusivo.
Parliamo di processi di apprendimento «project-based». Parte integrante della robotica educativa è infatti l’insegnamento del pensiero computazionale che 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” e offre una preziosa sensibilità sul funzionamento dei computer.
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 ad usare smartphones e 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.
Nella Legge 107/2015 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 educativa sono:
- Didattica interdisciplinare
- Apprendimento per scoperta
- Situazioni continue di problem-solving
- Apprendimento e comunicazione
- Lavoro in team e responsabilizzazione dei ruoli
- Attività laboratoriale
2. Tempo Curricolare
Nella scuola primaria le attività di robotica possono essere inserite nell’orario curricolare perché è prevista per ogni classe un’ora settimanale di tecnologia.
Trattandosi di un’attività trasversale, si potrebbe anche collegare con educazione motoria, musicale e geografia.
Un’attività di robotica per gli alunni più grandi può essere programmata con un modulo di 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 conoscendo il linguaggio di programmazione dedicato.
Nella scuola secondaria le attività di robotica trovano collocazione all’ interno dell’orario curricolare delle discipline tecnologia e matematica e con esse si possono realizzare laboratori interdisciplinari.
3. Strumenti di lavoro
3.a. Per l’ infanzia e i primi due anni della primaria sono consigliabili piccoli robot programmabili, sprovvisti di sensori ed in grado di eseguire semplici azioni:
Il robot è in grado di memorizzare una sequenza di azioni. Ogni azione è costituita da una delle cinque azioni elementari. Per programmare il robot l’utilizzatore deve semplicemente premere i tasti corrispondenti in sequenza Il robot è dotato anche di altri due tasti:
Il robot può emettere un suono ogni volta che un’azione viene eseguita e una segnalazione luminosa quando la sequenza viene completata.
Il software dedicato o la app associata scaricabile in ambienti iOS e Android, consente di programmare 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.
- 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, creare ritmi musicali, etc.
Matematica:
- Linea dei numeri.
- Addizioni e sottrazioni.
- Associazione numero/quantità.
Geometria:
- Astrazione di figure.
- Ragionamenti e scoperte suscitate da esperienze pratiche.
- Consapevolezza fisica delle figure geometriche.
Non solo STEM:
- Orientamento spaziale.
- Geografia.
- Teatralità.
- Storytelling.
Scratch è lo strumento più noto e diffuso per la programmazione con codice iconico. E un software educativo che permette di programmare storie interattive, animazioni, giochi, musica e arte; non richiede competenze tecniche particolari.
Scratch è stato sviluppato dal Lifelong Kindergarten Research Group del MIT (Massachusetts Institute of Technology). Chiunque può scaricare Scratch gratuitamente, condividere online il proprio progetto con gli altri membri della comunità e accedere ai forum di approfondimento dedicati a docenti ed educatori.
Scratch può essere usato per introdurre i principi della robotica e/o per affiancare le attività pratiche con i robot ed esercitarsi a programmare. Dare una sequenza di istruzioni ad un piccolo automa è infatti identico, sia che l’automa (esecutore) sia uno “sprite” (figura programmabile di Scratch) o un piccolo robot costruito in classe.
3.b. Per gli ultimi anni della primaria e la secondaria possiamo introdurre Robot più complessi che affiancano ad un certo numero di attuatori anche uno o più sensori.
I sensori misurano e reagiscono a numerose grandezze fisiche:
- Luminosità, temperatura, pressione.
- Ultrasuoni, infrarossi, corrente elettrica.
- Sensori di movimento, posizione, distanza.
- Sensori biometrici (rilevano segnali elettrici generati dal nostro corpo).
3.c. Con il secondo ciclo si possono introdurre linguaggi di programmazione più evoluti con la creazione autonoma da parte degli studenti di righe di codice.
Attività implementabili:
- SCIENZE: trasmissione del moto, trasferimento di energia, velocità, accelerazione, attrito.
- TECNOLOGIA: costruire, programmare, validare artefatti.
- MATEMATICA: fare misure, acquisire e rappresentare dati.
- COMUNICAZIONE: esprimere concetti e risultati con un linguaggio appropriato.
4. Perché ‘sì’ alla Robotica educativa?
- È una disciplina ampiamente riconosciuta e apprezzata nel contesto della dispersione scolastica e dell’inclusione giovanile.
- Con l’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.
- 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.
Competenze acquisibili alla fine del primo ciclo:
- Utilizzare in modo consapevole diversi tipi di programmazione visuale (Scratch, Blockly, Tynker…).
- Saper riprodurre gli algoritmi più adatti per risolvere un problema, usando il minor numero di blocchi.
- Saper inserire delle variabili, utilizzare i blocchi condizionali e le ripetizioni.
- Analizzare i propri errori e cercare autonomamente soluzioni (debug).
- Sviluppare semplici progetti creativi utilizzando i Kit robotici messi a disposizione.
Competenze acquisibili alla fine del secondo ciclo:
- Pensare creativamente costruendo un artefatto.
- Saper sviluppare il linguaggio spiegando come funziona un meccanismo.
- Saper stabilire relazioni di causa-effetto.
- Eseguire misure sistematiche.
- Raccogliere e rappresentare dati statistici.
- Saper elaborare un algoritmo per ottenere un comportamento specifico.