L’Arduino Science Kit

Qualche tempo fa ho ricevuto un Arduino Science Kit: un nuovo prodotto destinato alle scuole per lo studio della fisica con Arduino. Come sa chi legge abitualmente i miei post, sono convinto che Arduino sia una risorsa dall’enorme potenziale didattico sia per la possibilità che offre di eseguire esperimenti a costi contenuti, ma con risultati che possono competere con quelli della strumentazione dedicata, sia perché favorisce lo sviluppo di abilità e competenze trasversali come nessun altro.

È da tempo che lavoro all’introduzione di questa tecnologia nei laboratori di fisica per studenti, sia nelle scuole che nelle Università. I primi riconoscimenti stanno arrivando: dal 2018 la comunità si è ampliata in maniera significativa e l’anno prossimo condurrò una classe di “Laboratorio di Meccanica” per il corso di fisica della mia università per sperimentarla.

Lo Science Kit di Arduino è stato progettato per consentire a un docente di far svolgere esperimenti di fisica ai propri studenti. I docenti che acquistano il kit (o lo fanno acquistare dalla propria scuola) hanno accesso a una porzione riservata del sito di Arduino attraverso la quale possono registrare un kit ogni due studenti, che saranno così abilitati ad accedere alla sezione loro dedicata. Un kit costa poco piú di 200 euro e contiene molto materiale (vedi qui).

Nel kit sono inclusi, oltre a una scheda Arduino MKR WiFi 1010, una serie di sensori e di elementi meccanici che permettono di montare in pochi secondi esperimenti molto interessanti, ben documentati nella sezione dedicata del sito che si presenta cosí

Il sistema si può usare senza scrivere una sola riga di codice. Infatti l’Arduino MKR è programmato per inviare via bluetooth i dati raccolti dai diversi sensori disponibili. Oltre a sensori di intensità luminosa e di temperatura sono presenti un accelerometro, un giroscopio e un sensore di campo magnetico sulla cosiddetta Carrier Board, usata anche per facilitare i collegamenti con dispositivi esterni. Attraverso la Carrier Board, oltre all’output dei sensori, si possono infatti misurare correnti elettriche, differenze di potenziale e resistenze elettriche.

Ogni esperimento (l’elenco si trova alla pagina di descrizione del prodotto) si apre con alcune note per l’insegnante e un elenco di materiali necessari (praticamente tutti inclusi nel kit, tranne oggetti molto comuni). Sono illustrati gli obiettivi didattici e curiosità riguardanti l’esperimento in oggetto. Segue un’introduzione storica che ricorda chi e come ha scoperto i fenomeni oggetto dell’attività.

La preparazione e la conduzione dell’esperimento sono dettagliatamente illustrate con molte fotografie. I dati, in funzione del tempo, si raccolgono attraverso l’applicazione Science Journal di Google. Basta accoppiare il telefono e Arduino con il bluetooth e selezionare, nell’App, i sensori collegati al primo. Al termine dell’attività sono presenti alcune domande alle quali si risponde attraverso l’analisi dei dati raccolti, facilitata da una scheda per lo studente, nonché suggerimenti su possibili approfondimenti.

Una preview di un esperimento è accessibile qui. In questo modo si può avere un’idea molto precisa di come è congegnato un esperimento. Al momento in cui scrivo tutta la documentazione è disponibile in inglese, ma la versione italiana è prevista uscire a breve.

Tutto il sito è molto curato dal punto di vista grafico e scientifico. Naturalmente nulla vieta di usare il kit per eseguire esperimenti diversi, indipendentemente dall’accesso al sito dedicato. Questi possono essere di due tipi: se è sufficiente raccogliere i dati di uno o piú sensori per poi analizzarli basta costruire un esperimento adeguato e usare il sistema senza bisogno di saper programmare la scheda. L’Arduino MKR presente nel kit è infatti già programmato per trasmettere via bluetooth i dati raccolti attraverso i sensori a uno smartphone con lo Science Journal installato. Se invece si sa programmare una scheda Arduino basta usare i sensori e gli accessori in dotazione al kit per realizzare nuovi esperimenti che richiedono tutt’altro trattamento (non bisogna riprogrammare quello in dotazione che è pensato per essere usato cosí com’è, senza bisogno di programmarlo; se comunque lo si fa si può reinstallare il firmware attraverso una procedura ben documentata sul sito).

Dal mio punto di vista il kit offre un vantaggio indubbio consistente nel fatto che avendolo si dispone di sensori e accessori utilissimi per molti esperimenti interessanti. Forse l’unico elemento che avrei aggiunto rispetto a quelli presenti è un sensore ultrasonico. L’utilizzo dell’Arduino MKR preprogrammato non permette allo studente di comprendere del tutto il funzionamento degli apparati, e quindi di apprezzare fino in fondo l’esperimento, ma può essere molto utile per cominciare a familiarizzare col sistema per poi passare a un uso piú consapevole. Questa caratteristica, tuttavia, ne fa uno strumento molto adatto agli studenti piú giovani e delle scuole meno tecniche, perché non richiede d’imparare il linguaggio. È decisamente meno costoso della comune attrezzatura da laboratorio e non richiede molto spazio, né per lo stoccaggio (tutto sta in una comoda scatola che può essere riposta in un armadio), né per l’utilizzo (gli esperimenti si possono fare sui comuni banchi di scuola e non c’è bisogno di locali dedicati).

Il kit è pensato per offrire a una coppia di studenti la possibilità di eseguire da soli un esperimento. Una scuola che voglia offrire questa opportunità dovrebbe quindi acquistare un numero di kit pari alla metà del numero medio di alunni in una classe. Tuttavia il kit sostituisce egregiamente numerose attrezzature presenti in un laboratorio di fisica e per com’è usata questa risorsa solitamente, un solo kit è sufficiente. In questo caso sarà l’insegnante a condurre l’esperimento, come di solito si fa in un laboratorio. A differenza di quest’ultimo, però, i dati di ogni ripetizione dell’esperimento possono essere raccolti con il telefono di ogni alunno, lasciando cosí a quest’ultimo la responsabilità dell’analisi. Di fatto, dunque, un singolo kit è molto piú di un singolo esemplare di strumento in laboratorio. È quindi didatticamente piú efficace.

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