Arduino a scuola

Di Alfonso D'ambrosio e Gianni Monti

Le attività proposte in questo libro sono la sintesi di esperienze didattiche coinvolgenti e realmente vissute in classe con studenti soggetti attivi, costruttori del loro sapere supportati dall’insegnante, perni di un’organizzazione cooperante in cui ogni individuo riesce a dare qualcosa di più di ciò che potrebbe offrire con le sue sole forze.

L’introduzione della tecnologia in classe deve mirare ad esaltare la natura sociale della conoscenza e non la si può limitare all’uso esteriore o estemporaneo, ma deve diventare vissuto, esperienza, affinché gli studenti possano maturare la consapevolezza che la sperimentazione tecnologica è oggi più che mai un’imprescindibile risorsa conoscitiva.

Ogni attività nel libro è arricchita da spunti metodologici che guidano l’insegnante nella progettazione e conduzione di esperienze didattiche effettivamente realizzabili. Curiosità e desiderio di conoscenza del lettore trovano il giusto supporto in un attento e preciso approfondimento guidato dei concetti chiave, rendendo così accessibili temi apparentemente ostici .

Nel libro è la scoperta ad andare in scena e gli attori protagonisti sono coloro che a scuola sperimentano e collaborano tutti i giorni,  sviluppando riflessioni sui temi di attualità legati alla scienza e alla società, cercando soluzioni sostenibili ai grandi problemi che ci vedono sempre più coinvolti come cittadini attivi. 

La scheda Arduino e la programmazione visuale a blocchi in mBlock (con riferimenti alla programmazione testuale nell’IDE) saranno gli strumenti che permetteranno questo insolito quanto meraviglioso viaggio interdisciplinare che porterà il lettore a toccare temi quali il dissesto idrogeologico, le recenti scoperte astronomiche, la dipendenza da gioco e la didattica digitale integrata. 

Un’ampia sezione del libro è dedicata inoltre alla possibilità di continuare la sperimentazione in un sistema che integra l’analogico ed il digitale: il lettore verrà guidato nella configurazione di un ambiente di apprendimento on line grazie al simulatore offerto da Tinkercad Circuits che, attraverso le proposte degli Autori, garantirà un’esperienza attiva e coinvolgente anche per la didattica da remoto e DDI.

• Lingua: Italiano
• Editore: Logus
• Data di uscita: 10 ott 2020
• ISBN: 9788898062942

Anteprima del libro

ARDUINO A SCUOLA

Attività didattiche interdisciplinari

Alfonso D'Ambrosio - Gianni Monti

Edizione digitale © 2020

Collana: Scuola #SmartBooks

Edizioni

Logus mondi interattivi

Ussana (CA) IT

ISBN: 9788898062942

[e-mail] - www.logus.it

eBook design e Cover:

Pier Luigi Lai-Logus mondi interattivi

©  Tutti i diritti riservati. Vietata la riproduzione, la cessione, la duplicazione, la lettura in pubblico, anche parziale, senza il consenso dell'editore.

Questo libro contiene codice premarcato che identifica l'acquirente.

Alfonso D'ambrosio - Gianni Monti

ARDUINO A SCUOLA

Attività didattiche interdisciplinari

* * *

Tavola dei Contenuti (TOC)

ARDUINO A SCUOLA

ARDUINO A SCUOLA

Prefazione

Perché Arduino nella didattica?

Arduino in classe

Premessa

Attività didattica n. 1: Sistema di monitoraggio idrico ad ultrasuoni

Introduzione

Scelte metodologiche e didattiche per la sperimentazione

Materiale occorrente

Il circuito elettrico

⇒ La versatilità degli ultrasuoni

⇒ Il sensore ad ultrasuoni HC-SR04

⇒ Il sensore di temperatura LM35

La scelta software: programmazione visuale a blocchi con mBlock 5

⇒ La connessione con la scheda Arduino

⇒ Un blocco e tante istruzioni

⇒ Lo scambio di dati con la scheda

Come visualizzare la distanza nello stage: la modalità di upload broadcast

Uno sguardo alla relazione della velocità del suono nell'aria con la temperatura

Il modello per il monitoraggio idrico

Simulatore grafico del livello dell’acqua con mBlock

Allarme acqua alta! Dispositivi di segnalazione visiva ed acustica

Come si modifica il circuito

⇒ ll LED (Light Emitting Diode)

⇒ Come collegare un LED alla scheda Arduino

⇒ Il buzzer (attivo)

⇒ Come collegare il buzzer ad Arduino

Una semplice programmazione per LED e buzzer

Un continuo processo creativo: proposte di sviluppo del progetto

⇒ L’utilità della breadboard

Spunti per ulteriori attività in classe con il sensore ad ultrasuoni

Moto di un corpo su un piano inclinato o su un piano orizzontale.

Misura dell'accelerazione di gravità con un pendolo

Curiosità ad ultrasuoni

Nozioni utili e approfondimenti

L’utilità della breadboard

⇐ Torna all'attività didattica principale

La versatilità degli ultrasuoni

Il sensore ad ultrasuoni HC-SR04

Il sensore di temperatura LM35

La connessione con la scheda Arduino

Un blocco e tante istruzioni

Lo scambio di dati con la scheda

Il LED (Light Emitting Diode)

Come collegare un LED alla scheda Arduino

Il buzzer (attivo)

Come collegare il buzzer ad Arduino

Attività didattica n. 2: Ogni resistenza al proprio posto - realizziamo un ohmmetro con Arduino

Introduzione

Scelte metodologiche e didattiche per la sperimentazione

Il partitore di tensione

⇒ Calcolo di una resistenza incognita con il partitore di tensione: il caso della fotoresistenza

⇒ Facciamo un po' di conti

Un ohmmetro fai da te

La logica di programmazione

Come lavorare sul singolo ramo del circuito

Valutare la qualità della lettura

Ruotiamo virtualmente il selettore dell'ohmmetro

Scelta automatica della resistenza di riferimento R per il calcolo della resistenza incognita Ri

Dai blocchi al codice testuale

⇒ L'IDE di Arduino

L'IDE e la visualizzazione sul serial monitor

Due attività da proporre in classe

1) Consegna A – Lavoro individuale (30 minuti) - Lavoro in piccoli gruppi (max 4 studenti – 1,5 ore):

2) Consegna B – Lavoro individuale (2 ore curricolari + ore di studio a casa)

La prossima consegna è per te!

⇒Spiegare il concetto di resistenza ai più piccoli: gli Squishy Circuits

⇒La sperimentazione della seconda legge di Ohm con resistori morbidi

Un continuo processo creativo: proposte di sviluppo del progetto

Spunti per ulteriori attività in classe con i circuiti partitivi: sensori con fotoresistenza per ricerche astronomiche

Misurare l'intensità luminosa

Come varia la luminosità di un oggetto con la distanza?

Materiale occorrente

Sintesi del procedimento

Arduino e smartphone: astronomia e colori

Curva di luce degli asteroidi

Transiti planetari e scoperta di esopianeti

Nozioni utili e approfondimenti

Calcolo di una resistenza incognita con il partitore di tensione: il caso della fotoresistenza

Facciamo un po' di conti

L'IDE di Arduino

Spiegare il concetto di resistenza ai più piccoli: gli Squishy Circuits

La sperimentazione della seconda legge di Ohm con resistori morbidi

Attività didattica n. 3: Arduino a distanza con il simulatore Tinkercad Circuits

Introduzione

Scelte metodologiche e didattiche per la sperimentazione

⇒ Creare un account docente in Tinkercad

⇒ Creare una classe e gli account studenti

⇒ Vi presento Tinkercad Circuits

⇒ L'area di lavoro in Circuits

Sperimentiamo uno starter circuits

Impariamo a leggere il codice

La procedura del cambio colore

Modifichiamo lo sketch

Il debugger con Tinkercad Circuits

La programmazione visuale a blocchi con Tinkercad Circuits

Lo starter circuit Pulsante e l'ambiente di programmazione a blocchi

Ora programmo io

Problemi hardware virtuali

⇒ Come trasformare un pulsante in un interruttore

Considerazioni finali

Nozioni utili e approfondimenti

Creare un account docente in Tinkercad

Creare una classe e gli account studenti

Vi presento Tinkercad Circuits

L'area di lavoro in Circuits

Come trasformare un pulsante in un interruttore

Attività didattica n. 4: Progettiamo una gaming machine con Tinkercad Circuits

Introduzione

Scelte metodologiche e didattiche per la sperimentazione

Partiamo con la progettazione

Ulteriori riflessioni metodologiche

Assemblare la soluzione hardware condivisa

⇒ Come collegare un pulsante alla scheda Arduino

Programmiamo la scelta del LED

Rien ne va plus, si gioca!

Come trasformare un numero intero in un’etichetta testuale

Spegnere tutti i LED con eleganza!

La funzione random

Il colore estratto è...?

L'algoritmo come mappa e come sintesi

⇒ Spunti per l'approfondimento

Nozioni utili e approfondimenti

Come collegare un pulsante alla scheda Arduino

Spunti per l'approfondimento

GLI AUTORI

Alfonso D'Ambrosio

Gianni Monti

Crediti

A mia moglie Chiara

Alfonso

A tutti i colleghi che con passione

innovano e rinnovano la scuola

Gianni

Prefazione

Ho incontrato la scheda Arduino a Scuola nel 2011, durante un’attività curricolare di una collega di elettronica. È stato il viso felice degli studenti che mi ha convinto ad introdurre Arduino nelle mie attività curricolari di Matematica e Fisica nella secondaria di II grado. 

In questi anni ho fatto formazione sul microcontrollore a centinaia di studenti e docenti (dalla primaria alla secondaria di II grado) in tutta Italia, sia in presenza, sia online. Mi sono convinto che il punto di forza di Arduino non è tanto nella sua facilità d’uso, ma nelle sue opportunità didattiche; esso promuove una didattica basata per progetti, una didattica inclusiva, facilita il successo formativo di ogni studente nel senso che ognuno ha la possibilità di esprimere il proprio talento in qualsiasi ambito (dall’Arte all’informatica, dalla fisica all’ingegneria). 

Arduino è un progetto, una piattaforma elettronica open source che comprende elementi di elettronica e di software. Il progetto Arduino è nato inizialmente per designer, creativi, hobbisti, che avevano intenzione di portare l'elettronica all'interno dei loro progetti. 

Immaginate di voler realizzare una lampada che cambia colore in base alla luminosità esterna, oppure una serra automatizzata che invia messaggi sul vostro smartphone quando le piante hanno bisogno di acqua o la raccolta è pronta; tutto questo e molto altro è possibile con Arduino. 

Arduino non è solo una cosa, ma è un insieme di componenti.

Arduino è prima di tutto un microcontrollore, a me piace definirlo un ecosistema di physical computing, perchè grazie a componenti (cavi, resistenze, sensori, motori etc.) ci permette di interagire con il mondo esterno, di misurarlo e di controllare altri oggetti. 

Perché Arduino nella didattica?

 Per molti anni Arduino è stato visto come un microcontrollore specifico per ingegneri o elettronici e quando è entrato a Scuola, è stato principalmente negli istituti tecnici e all'interno di discipline quali elettronica, informatica. 

L'ambiente di programmazione di Arduino, anche se relativamente semplice, non è accessibile a studenti della secondaria di I grado e quando questo avviene, la programmazione toglie molto tempo alla realizzazione di progetti interessanti. 

È per questo motivo che all'interno di questo libro e nei successivi sulla stessa tematica utilizzeremo una programmazione a blocchi, simil Scratch, senza tralasciare progetti nel suo ambiente nativo.

Nelle Scienze Arduino interviene naturalmente perchè: è una piattaforma