Modulo 2 - STEM al centro Andrea Ferraresso Autore e formatore - Corsi ...

Lombardo Radice - Bojano (CB)

                                   - Modulo 2 -
                                  STEM al centro
STEM

                                 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?

6   La scheda HaloCode

HaloCode

https://www.makeblock.com/

7   Tinkercad per la
    DAD e la DDI

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

8   PheT - Interactive
    Simulations

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

9   La piattaforma
    Arduino

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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