LEZIONI E FORMAZIONE DAI DOCENTI PER I DOCENTI

Scopri WeTurtle, la community di educatori dove trovare e condividere risorse innovative

home - progetti - Robotcar e il moto rettilineo: distanza e intervallo di tempo, velocità media

Robotcar e il moto rettilineo: distanza e intervallo di tempo, velocità media

Questo progetto vuole mostrare il possibile utilizzo di un robot mobile in un’esperienza laboratoriale di studio del moto rettilineo di un corpo. Gli studenti coinvolti nelle attività di seguito proposte avranno modo di sperimentare la costruzione di un robot con il kit Lego® Mindstorms®...

Lorenzo Cesaretti   by Lorenzo Cesaretti
Robotica
CATEGORIA
Robotica
Lego® Mindstorms® EV3

Introduzione

Questo progetto vuole mostrare il possibile utilizzo di un robot mobile in un’esperienza laboratoriale di studio del moto rettilineo di un corpo.
Gli studenti coinvolti nelle attività di seguito proposte avranno modo di sperimentare la costruzione di un robot con il kit Lego® Mindstorms® EV3 Education modello Educator Vehicle, di acquisire dati grazie ai sensori del robot e al loro smartphone (decidendo come impostare alcuni esperimenti per l’analisi del moto del robot) e formalizzare le relazioni trovate sperimentalmente.

Vuoi leggere la lezione quando vuoi, anche offline?

Obiettivi e Competenze Obiettivi e Competenze

Obiettivi Disciplinari

Fisica
Rafforzamento e applicazione pratica dei seguenti concetti: il metodo scientifico, intervallo di tempo (Delta t), distanza (Delta s), velocità media.

Obiettivi Extra-disciplinari

Aumento del livello di cooperazione tra gli studenti, aumento dell’autonomia nella gestione di un progetto.

Strumenti Strumenti

Le attività verranno svolte con la seguente strumentazione:

  • kit Lego® Mindstorms® EV3 Education
  • Pc portatili
  • Software Lego® Mindstorms® EV3 Home Edition
  • Smartphone per la registrazione di video da utilizzare nella documentazione progettuale
  • Microsoft Office o LibreOffice per la creazione della documentazione progettuale

Con il kit Lego® Mindstorms® EV3 verrà costruito il modello Educator Vehicle, di cui si trovano le istruzioni a questo link.

Ancora non sei iscritto? Diventa una tartaruga digitale con centinaia di docenti da tutta Italia.

ISCRIVITI SUBITO!

Linee guida delle attività Linee guida delle attività

Pre-requisiti:
È consigliabile che gli alunni abbiano una certa familiarità con la metodologia di lavoro project-based e basata sul team, sebbene non siano requisiti necessari.
Sarebbe preferibile che ci sia una conoscenza base anche del software di programmazione Lego® Mindstorms® EV3 Home Edition.
Il progetto verrà sviluppato in 2 incontri da due ore ciascuno, seguendo la linea guida di seguito proposta.

1° incontro
Inizialmente si potranno presentare gli obiettivi progettuali e una breve introduzione alla robotica nel caso in cui per gli studenti sia la prima esperienza di questo tipo.
Li si potrà far ragionare in modalità di brainstorming su domande di questo tipo:

  • Che cos’è un robot?
  • A che cosa serve?
  • Qual è l’origine della parola robot? 
Dopo questo primo momento, i ragazzi potranno essere suddivisi in team da 3-4 elementi; a questo punto inizierà la fase di costruzione del robot, seguendo le istruzioni in pdf che si trovano al link precedentemente indicato. Per gli esperimenti di seguito presentati, sarà sufficiente costruire il robot fino alla sua forma base (senza i sensori). Gli studenti potranno collaborare nel loro gruppo rispettando dei ruoli, che ad esempio potrebbero essere i seguenti:
  • Progettista : interpreta e istruzioni di montaggio del robot e le comunica agli altri; è il responsabile del progetto. 
  • Magazziniere : cerca i pezzi corretti dentro la scatola e li passa al tecnico assemblatore. È il responsabile del kit Lego®, e (in teoria) dovrebbe essere l’unico a mettere le mani dentro la scatola. 
  • Tecnico assemblatore : assembla i pezzi seguendo le indicazioni del progettista. 
  • Validatore : controlla il corretto assemblaggio del robot, passo dopo passo, e il corretto lavoro del gruppo nel complesso (es. il rispetto dei ruoli). 
  • Reporter (nel caso di gruppi da 5 alunni): documenta la costruzione del robot utilizzando uno smartphone per fare foto e video del lavoro. 
Per far sì che gli alunni sperimentino tutti i ruoli, ogni 8-10 minuti l’insegnante dà un segnale che indica il cambio dei ruoli facendo ruotare i ragazzi attorno al tavolo.
Si potrebbe utilizzare anche una regola aggiuntiva: gli unici due elementi che possono guardare le istruzioni sono il progettista e il validatore, che quindi devono essere così bravi da riuscire a spiegare tutti i vari passaggi in maniera esclusivamente verbale.
Prima di iniziare l’acquisizione dei dati, qualora gli studenti non conoscano il software introdurre i due blocchi principali per il primo esperimento: il blocco “Start”, fondamentale per l’inizio di ogni sequenza, e il blocco “Move Steering” (categoria Actions), che permette di accendere contemporaneamente i motori del robot (nel caso del modello costruito attaccati alle porte B e C dell’unità centrale).
Come si osserva nella figura seguente, cliccando nel bottone a sinistra del blocco si può impostare la modalità di attivazione dei motori; il primo parametro rappresenta la direzione del robot (cambiando il numero si vede come cambia la freccia associata), il secondo parametro rappresenta la potenza dei motori (in percentuale rispetto alla potenza massima erogabile), il terzo parametro dipende dalla modalità scelta di attivazione (secondi, gradi, rotazioni), l’ultimo parametro se impostato a true attiva i freni al termine del movimento del robot, o comportamento opposto se impostato a false.

Le modalità di attivazione sono le seguenti:

  • On for Seconds, cioè i motori rimarranno accesi per il numero di secondi impostati.
  • On for Degrees, cioè i motori ruoteranno per il numero di gradi inseriti (attenzione, questo parametro si riferisce alla rotazione dei motori e non alla direzione del robot).
  • On for Rotations, cioè i motori rimarranno accesi per il numero di rotazioni impostate.
  • On, i motori vengono accesi e rimangono in rotazione fino a quando non vengono spenti con il blocco Off; di solito questa modalità permette di condizionare l’accensione dei motori ai dati acquisiti dai sensori, e non verrà approfondita in questo progetto.
    Dopo aver sperimentato le varie modalità di accensione e fatto fare “i primi passi” ai vari robot, si potrà introdurre un altro momento di riflessione con una modalità di brainstorming, ragionando ad esempio su queste domande: che cos’è la velocità? Come si può definire? Come si calcola le velocità di un corpo?
Durante questa fase sarà utile scrivere le varie risposte degli studenti, che potranno poi essere nuovamente analizzate al termine del progetto.

Potrebbe essere interessante assegnare in precedenza agli studenti la visione di un video (cercando su Youtube) o la lettura di una lezione ad esempio su una piattaforma come Oilproject, così da impostare il lavoro in modalità flipped.

Terminato il brainstorming si potrà proporre il primo esperimento legato allo studio della velocità media del robot: facciamo percorrere al robot 2 metri in x secondi! I secondi ovviamente potranno essere scelti a piacere dal docente, un numero diverso per ogni gruppo così da ottenere velocità medie differenti per ogni gruppo.

Gli studenti dovranno impostare, facendo vari tentativi, i parametri corretti affinché il robot rispetti le specifiche richieste; potranno decidere in che modalità attivare i motori (On for seconds, On for Degrees,On for Rotations), e anche come acquisire i dati di questo esperimento per essere più precisi possibile: come misurare il tempo, quante prove effettuare, come misurare la distanza percorsa dal robot.
Ovviamente impostando il blocco Move steering in modalità On for seconds in automatico si conoscerà il tempo impiegato dal robot ad effettuare lo spostamento, ma se gli alunni decideranno di usare una delle altre modalità potranno utilizzare lo smartphone (con la funzione cronometro o registrando un video) per misurare la variabile tempo.
Al termine dei test verrà calcolata la velocità media del robot con la formula:

2° incontro
Nel secondo incontro si potrà proporre agli studenti un esperimento più evoluto: costruire un algoritmo per misurare automaticamente la velocità media del robot e mostrarla sullo schermo dell’EV3 brick, utilizzando la funzione cronometro presente nell’ambiente Lego® Mindstorms® e l’encoder associato ad ogni motore del kit.
Nella sequenza di seguito si può osservare la sequenza di blocchi che permettono di calcolare la velocità media (in metri al secondo) del robot impostando un certo numero di giri di ruota (nell’esempio 15):

  • Il blocco giallo dopo lo Start (il secondo partendo da sinistra) è il blocco Timer (si trova nella categoria Sensor, caratterizzata appunto dal colore giallo), impostato nella modalità Reset; questo blocco permette di azzerare il cronometro.
  • Il blocco rosso Constant (terzo partendo da sinistra) si trova nella categoria Data Operations, e permette creare una costante numerica, che verrà poi passata ad altri blocchi.
  • Il blocco verde Move Steering accende i motori in modalità On for Rotations, e gli viene assegnato il numero di giri facendo partire un “filo” dal blocco Constant.
  • Al termine del movimento si reinserisce il blocco Timer (in modalità Measure, Time ), così che venga misurato l’intervallo di tempo dal cronometro.
  • Si sono poi utilizzati due blocchi Math (categoria Data Operations ): il primo (modalità moltiplicazione) permette di calcolare lo spazio percorso moltiplicando la circonferenza della ruota del robot (circa 0.35 m) per il numero di giri di ruote effettuati, il secondo (modalità divisione) permette di calcolare di calcolare la velocità media dividendo lo spazio per il tempo calcolato grazie alla funzione cronometro.
  • Il risultato del blocco divisione viene passato come parametro in ingresso al blocco Display (categoria Actions ) e successivamente il blocco Wait (categoria Flow Control ) permette di visualizzare per il numero di secondi impostato il valore calcolato sullo schermo.

Un algoritmo simile è stato implementato utilizzando al posto del blocco Timer il blocco Motor Rotation (funzione che permette di leggere il numero di giri del motore, grazie al sensore encoder), quindi invece che impostare la modalità On for rotations per il blocco Move Steering si utilizza On for seconds (il parametro specifico viene impostato grazie al blocco Constant ).

Durante i 2 incontri si potrebbe chiedere ai ragazzi di documentare tutte le attività svolte, sia utilizzando lo smartphone per i video sia prendendo appunti. Al termine del laboratorio si potrà proporre la stesura di una relazione progettuale tecnica e una presentazione divulgativa da utilizzare per diffondere i risultati ottenuti ad altri studenti, docenti e ai loro genitori.

Risultati attesi Risultati attesi

A conclusione del progetto ci si aspetta il consolidamento dei concetti teorici approfonditi durante gli esperimenti: intervallo di tempo, distanza, velocità media.
Attraverso l’osservazione e la somministrazione di test self-report agli studenti si valuteranno gli effetti del laboratorio di robotica sulle abilità trasversali degli studenti (capacità di lavorare in gruppo, comunicare, etc.). Ci si aspetta infatti che queste soft skills (lavorando regolarmente su progetti di questo tipo) vengano potenziate.
Inoltre al termine delle attività potrà essere valutata la relazione scientifica finale e la presentazione degli studenti ai docenti e ai genitori interessati.

Riferimenti e links Riferimenti e links

Lego® Mindstorms® EV3 Education kit:
https://education.lego.com/en-us/middle-school/explore/c/ev3-solutions

Lego® Mindstorms® EV3 Home Edition (link per il download gratuito):
http://www.lego.com/it-it/mindstorms/downloads/download-software




LEGO, il logo LEGO e MINDSTORMS sono marchi e /o copyright di LEGO Group. © 2018 The LEGO Group. Tutti i diritti riservati.

Vuoi leggere la lezione quando vuoi, anche offline?



Hai letto la lezione? Che cosa ne pensi? Lascia un commento qui sotto!

Clara Lucano

Complimenti, una lezione chiara, esauriente e approfondita! I documenti sulla sono preziosissimi e molto chiari. Mi è piaciuto molto anche il programma con Arduino che secondo me coinvolgerà gli studenti e li appassionerà. Grazie mille!



Vuoi portare nella tua scuola questa o altre nostre proposte formative?

CONTATTACI