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Starting from the etymology of the term, students will be able to explore the fantastic and imaginary world of robots in literature and cinema, to arrive at a simple experience of mechanical movement controlled with an ARDUINO UNO board and then look out over the universe of information technology.

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Robotica Educativa

Una lezione pluridisciplinare

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L'IDEA Per le settimane del coding CodeWeek2020 propongo un esempio di lezione interattiva e multidisciplinare sulla Robotica. Partendo dall'etimologia del termine, gli studenti potranno esplorare il mondo fantastico e immaginario dei Robot nella letteratura e nel cinema, per approdare ad una semplice esperienza di movimento meccanico comandato con scheda ARDUINO UNO e affacciarsi così all'universo dell'Informatica, senza trascurare alcuni principi basilari della Fisica, su cui necessariamente la Robotica poggia le sue basi. Docente: Prof.ssa Daniela Averna Destinatari: Alunni del secondo anno di un ITST ad indirizzo informatico o elettronico Tempi: INPUT AL CODING: i contenuti proposti possono essere esplorati dagli alunni insieme a docenti di diverse discipline in un tempo massimo di 4 ore. LEZIONE CURRICOLARE: per rendere gli allievi in grado di programmare occorrono circa 5 ore di lezioni teoriche + 10 ore di laboratorio; il periodo proposto per l'inserimento della lezione interattiva nel curriculum è Marzo/Aprile. SUGGERIMENTO: un'idea potrebbe essere quella di sviluppare le attività legate all'Italiano, all'Inglese e alla programmazione a blocchi in Informatica durante le settimane della CodeWeek2020 e approfondire successivamente e gradualmente gli altri contenuti. Discipline coinvolte: Italiano, Inglese, Tecnologia, Matematica, Fisica, Informatica, Elettronica e Meccatronica. Obiettivi: favorire la messa in campo di nuovi approcci didattici e modelli di insegnamento/apprendimento capaci di mettere gli alunni al centro del processo formativo - favorire un ampliamento dei percorsi curriculari per lo sviluppo ed il rinforzo delle competenze; - favorire l'apprendimento interdisciplinare e multidisciplinare attraverso modalità didattiche mediate dalle nuove tecnologie e dalla Robotica Educativa; - ottenere un utilizzo consapevole e controllato di strumenti e risorse digitali all'interno del contesto scolastico; - incentivare la produzione di learning objects (o semplicemente di materiali didattici) da condividere all'interno della scuola; realizzare un semplice circuito elettronico con Arduino. Metodologie applicabili: Cooperative Learning, Flipped Classroom, Debate, Project Based Learning e Challenge Based Learning. Azioni PNSD: Azione#6 BYOD, Azione#25, Azione#27 PIANO DI LAVORO https://drive.google.com/file/d/1gnuuQv1UELWKYPYgzyr9FLkrDq43Mza5/view?usp=sharing Presentazione standard1.jpg

Robot, significato e origine del termineUn robot è una macchina programmabile, autonoma o semi autonoma, capace di svolgere una serie di compiti al fianco o in sostituzione dell’uomo. Può eseguire mansioni esclusivamente meccaniche e ripetitive oppure adeguare il proprio comportamento all’ambiente circostante, imparando dall’esperienza quasi come un essere umano. Il termine robot deriva dal ceco robota, che significa schiavo, lavoratore forzato. Viene coniato nel 1920 dallo scrittore praghese Karel Čapek che lo utilizza in un testo teatrale per indicare gli automi di forma umanoide che si ribellano al padrone per rivendicare la propria libertà. Dopo aver introdotto il significato di “robot”, parliamo un po’ di storia della robotica. I robot nella letteratura, da Frankenstein ad AsimovL’opera di Čapek si chiama RUR e si inserisce in un filone letterario che da Frankenstein in poi vede i robot recitare il ruolo dei cattivi. Almeno fino agli anni Quaranta del Novecento, quando il romanziere americano Isaac Asimov, considerato il "profeta" della robotica, pubblica i suoi primi racconti di fantascienza. Asimov è l’inventore dei robot positronici, umanoidi programmati per servire e proteggere l’uomo. A differenza dei robot di Čapek, i robot positronici non costituiscono una minaccia per l’uomo perché sono governati dalle tre leggi della robotica (esplora sull'immagine interattiva). Robot e cinema: una storia lunga un secoloIl primo film in assoluto in cui compare un robot è Metropolis, capolavoro del cinema muto, uscito nel 1927. Diretto dall’austriaco Fritz Lang, è ambientato nel 2026 in una megapoli divisa in due livelli: in superficie abita la cosiddetta classe dominante, nel sottosuolo un esercito di lavoratori-schiavi costretto a vivere in condizioni disumane. La protagonista del film è Maria, un androide donna che con l’inganno spinge gli operai a ribellarsi, prima di finire al rogo. Metropolis, entrato di diritto nella storia della cinematografia mondiale, ha ispirato diversi film sui robot, da Star Wars a Blade Runner, anch’essi diventati ormai patrimonio della settima arte.

- Pulsante "lampadina": descrizione della lezione - Pulsante "touch": Rob il robot ti introduce alla pagina interattiva (programmato con scratch) - Pulsante "Watch": etimologia del termine Robot; i robot nella letteratura e nel cinema - Pulsante "telecamera": le tre leggi della robotica di Asimov con breve video - Pulsante "punto interrogativo": spunti di brainstorming e Debate - Pulsante "occhio": video in lingua Inglese tratto dal film "Io Robot" - Pulsante "stellina": matematica - il goniometro con Arduino - Pulsante "Bandierina": il goniometro_sketch - Pulsante "segnalibro": elementi di Fisica - Pulsante "cerchietto di posizione" colore turchese: Codeweek2020 - Simulazione mano meccanica - Pulsante "puntina": programmazione a blocchi per Arduino (movimento di un servomotore) - Pulsanti 1,2,5: schema elettrico di un servomotore comandato da Arduino; sketch relativo; filmato dell'esperienza - Pulsanti 3,4,6: schema elettrico di un servomotore con potenziometro comandato da Arduino; sketch relativo; filmato della simulazione con tinkercad

Flipped Lessons La fisica del condensatore Principo di funzionamento del motore elettrico

Schema elettrico di un circuito di comando di un servomotore con Arduino Uno

/* * Movimento di un servomotore senza potenziometro Prof.ssa Daniela Averna */ #include <Servo.h> int pos = 0; Servo servo_9; void setup() { servo_9.attach(9); } void loop() { // ruota servo da 0 a 180 gradi a passi di 1 for (pos = 0; pos <= 180; pos += 1) { servo_9.write(pos); delay(15); // attesa di 15 millisecondi } for (pos = 180; pos >= 0; pos -= 1) { // torna indietro } servo_9.write(pos); delay(15); // attesa di 15 millisecondi }

Schema elettrico di un servomotore comandato con Arduino e con potenziometro

/* * Movimento di un servomotore con potenziometro Prof.ssa Daniela Averna */ #include <Servo.h> // viene inclusa la Libreria Servo.h Servo servoMotore; // Creo l’oggetto di tipo Servo e lo chiamo servoMotore. int valore; // Inizializzo una variabile intera che chiamo "valore", che regolerà l'angolo di posizionamento del servomotore. void setup() { servoMotore.attach(9); // Lego l’oggetto servoMotore al pin a cui ho collegato il servo, in questo caso il pin 9. } void loop() { valore = analogRead(A0); // Legge il valore analogico del potenziometro sul pin A0 valore = map(valore, 0, 1023, 0, 180); // trasforma i valori analogici (da 0 a 1023) in angoli (da 0 a 180). servoMotore.write(valore); // comando all’oggetto servoMotore la posizione che deve raggiungere. delay(15); }

MATEMATICA Studio di angoli e lettura su goniometro il cui indice è collegato a servomotore comandato con Arduino Uno e potenziometro. L'esperienza riportata nel filmato è stata ideata e realizzata dal Prof. Arcangelo Pignatone dell'Istituto Don Milani di Caltanissetta. Il goniometro

Sketch "il goniometro" - Prof. A. Pignatone #include <Servo.h> //include the Servo library Servo myServo; //create a servo object called myServo const int potPin =A0; //set the name of pin A0 to potPin int potValue = 0; //variable to read the value from the potentiometer int servoAngle = 0; //variable to set the angle for the servo motor void setup() { myServo.attach(9); // attaches the servo on pin 9 to the myServo object Serial.begin(9600); // open a serial connection yo the computer } void loop() { potValue = analogRead(potPin); // store the potentiometer value in a variable servoAngle = map(potValue, 0, 1023, 0, 179); //scale potentiometer value to the servo myServo.write(servoAngle); //turn the servo to the angle variable Serial.print("potValue: "); //print a label for the potValue variable Serial.print(potValue); //print the potValue variable Serial.print(", servoAngle: "); //print a label for the servoAngle variable Serial.println(servoAngle); //print the servoAngle variable delay(100); //wait for the servo to get there }

Spunti per un brainstorming - Può l'intelligenza artificiale sostituire quella umana? Tema di "Debate" Tra non molti anni i robot avranno anche "sentimenti".

Arduino può essere programmato anche mediante programmazione a blocchi; questo è il metodo più semplice per visualizzare i comandi, prima di passare ad un linguaggio di programmazione. Guarda l'esempio nel link https://drive.google.com/file/d/1C1fIJIxubRFFEh40F5Fimqo-5RI0dJh6/view?usp=sharing Guarda la simulazione https://drive.google.com/file/d/1GuXcL_x-weXcl92UBdfT7qEx0VyfD7K2/view?usp=sharing

Ecco un'idea per la CodeWeek 2020: Simulazione di una mano meccanica. Si tratta di un progettino di Tinkering e Coding (per il circuito elettrico e lo sketch si rimanda alle sezioni 1,2 e 5)