Set di base MINDSTORMS EV3

Crea un robot esploratore autonomo

Progettare, costruire e programmare un sistema robotico che segue un percorso e comunica la propria posizione almeno due volte lungo il tragitto.

Oltre 120 min.
Intermedio
Dai 14 ai 18 anni
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Piano della lezione

Preparazione

  • Leggi il materiale per l'insegnante.
  • Se lo ritieni necessario, pianifica una lezione utilizzando il materiale introduttivo presente nel software EV3 Lab o nell'app EV3 Programming per aiutare gli studenti a familiarizzare con LEGO® MINDSTORMS® Education EV3.

Coinvolgimento (30 min.)

  • Utilizza le idee suggerite nella sezione Avvia una discussione riportata di seguito per coinvolgere gli studenti in una discussione incentrata sul progetto.
  • Spiega il progetto.
  • Dividi la tua classe in team composti da due studenti.
  • Concedi agli studenti il tempo necessario per scambiarsi le idee.

Esplorazione (30 min.)

  • Chiedi agli studenti di creare vari prototipi.
  • Incoraggiali a esplorare sia la costruzione che la programmazione.
  • Chiedi ad ogni coppia di studenti di costruire e testare due soluzioni.

Spiegazione (60 min.)

  • Invita gli studenti a testare le proprie soluzioni e a scegliere la migliore.
  • Accertati che siano in grado di creare le proprie tabelle di test.
  • Concedi ad ogni team il tempo necessario per completare il proprio progetto e raccogliere risorse per documentare il lavoro svolto.

Elaborazione (60 min.)

  • Concedi agli studenti il tempo necessario per elaborare i report finali.
  • Avvia una sessione di condivisione in cui ogni team presenta i risultati ottenuti.

Valutazione

  • Fornisci un riscontro su ciò che ogni studente ha realizzato.
  • Per semplificare la procedura, puoi utilizzare le sezioni di valutazione fornite.

Avvia una discussione

I rover sviluppati per le missioni scientifiche possiedono una funzionalità comune. Sono tutti in grado di raccogliere un qualche tipo di informazione e di inviarla a una base scientifica. Nel corso degli anni sono stati inventati vari sistemi di comunicazione per soddisfare esigenze e vincoli specifici.

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Incoraggia un processo di brainstorming attivo.

Chiedi agli studenti di riflettere su queste domande:

  • Cos'è un robot esploratore e dove viene utilizzato?
  • Quale tipo di meccanismo motorizzato può essere utilizzato per controllare i movimenti di un robot?
  • Come riesce un robot a raccogliere dati lungo un percorso?
  • Come può un robot comunicare con una base scientifica?

Incoraggia gli studenti a documentare le loro idee iniziali e a spiegare perché hanno scelto la soluzione che utilizzeranno per creare il loro primo prototipo. Invitali a descrivere la modalità di valutazione delle loro idee durante tutto il progetto. In questo modo, quando gli studenti eseguiranno la verifica e la revisione, disporranno di informazioni specifiche da utilizzare per valutare la soluzione e decidere se è stata o meno efficace.

Estensioni

Miglioramento delle capacità linguistiche

Opzione 1
Per promuovere lo sviluppo delle capacità linguistiche, invita gli studenti a:

  • Utilizzare testi scritti, disegni e/o foto per riepilogare il processo di progettazione e creare un report finale.
  • Creare un video che illustri il processo di progettazione dalle idee iniziali al progetto completato.
  • Creare una presentazione incentrata sul programma.
  • Creare una presentazione che colleghi il loro progetto ad applicazioni reali basate su sistemi simili e descriva le nuove invenzioni che potrebbero nascere da ciò che hanno creato.

Opzione 2
In questa lezione, gli studenti hanno creato un esploratore autonomo che comunica la sua posizione.
Per promuovere lo sviluppo delle capacità linguistiche, invita gli studenti a:

  • Pensare a un esploratore robotico autonomo in una posizione remota sulla Terra e valutare la necessità di trasmissione dei suoi dati di posizione
  • Descrivere questo scenario e comporre un saggio informativo valutando i rischi che potrebbero essere attribuiti alla trasmissione di questo set di dati ed esaminando metodi di trasmissione che potrebbero ridurre al minimo questi rischi
  • Discutere i fattori esterni che potrebbero aumentare questi rischi
  • Utilizzando figure e tabelle per sostenere le loro idee, escogitare possibili metodi per controllare queste influenze esterne
  • Trarre una conclusione relativa al rischio complessivo della situazione sulla base delle evidenze presentate

Miglioramento delle capacità matematiche

In questa lezione, gli studenti hanno creato un esploratore autonomo che comunica la sua posizione durante il tragitto. I sistemi autonomi possono utilizzare algoritmi di Machine Learning per comunicare coordinate e posizione in termini di vicinanza ai punti di riferimento, tempo stimato di arrivo a una destinazione o probabilità di completare un'attività in base alla posizione corrente e allo stato della batteria.
Per incorporare lo sviluppo di competenze matematiche ed esplorare un tipo di creazione di relazioni utilizzate dagli algoritmi di Machine Learning, chiedi agli studenti di:

  • Rivedere la regressione lineare raccogliendo dati e creando una funzione di regressione che mette in relazione i dati di posizione del robot con il tempo di arrivo stimato alla destinazione
  • Creare una funzione di regressione nei programmi in modo che gli esploratori comunichino autonomamente la propria posizione e il tempo di arrivo stimato

Suggerimenti per la costruzione

Offri agli studenti l'opportunità di costruire alcuni esempi consultando i link forniti di seguito. Incoraggiali a scoprire come funzionano questi sistemi e a riflettere su come potrebbero ispirare una soluzione per la descrizione del progetto.

Motore grande e ruota
Cingoli
Sensore di colore 1
Sensore di colore 2
Sensore giroscopico
Sensore di contatto
Sensore ad ultrasuoni

Coding Tips

Opportunità di valutazione

Checklist di osservazione per l’insegnante
Crea una scala adeguata alle tue esigenze, ad esempio:

  1. Obiettivo parzialmente raggiunto
  2. Obiettivo completamente raggiunto
  3. Obiettivo superato

Per valutare i progressi compiuti dagli studenti, utilizza i seguenti criteri:

  • Gli studenti sono in grado di identificare gli elementi chiave di un problema.
  • Gli studenti riescono a sviluppare autonomamente una soluzione funzionante e creativa.
  • Gli studenti comunicano chiaramente le proprie idee.

Autovalutazione
Concedi agli studenti il tempo necessario per raccogliere alcuni dati su ciò che hanno realizzato e per riflettere sulle loro soluzioni. Per aiutarli, potresti porre domande quali:

  • Questa soluzione soddisfa i criteri indicati nella descrizione del progetto?
  • È possibile rendere più accurati i movimenti del robot?
  • Quali sono le possibili risoluzioni del problema applicate da altri?

Chiedi agli studenti di impegnarsi in una sessione di brainstorming e di documentare due possibili miglioramenti delle loro soluzioni.

Riscontro dei compagni
Proponi una verifica tra pari, in modo che ciascun gruppo sia responsabile della valutazione dei propri progetti e di quelli degli altri. Questo processo di revisione può stimolare gli studenti a sviluppare e affinare le capacità di critica costruttiva e analisi e di utilizzo di dati obiettivi a supporto di un'argomentazione.

Gli studenti che hanno apprezzato questa lezione potrebbero essere interessati ai seguenti percorsi di studio:

  • Economia e finanza (imprenditoria)
  • Produzione e ingegneria (valutazione dei progetti)

Supporto per insegnante

Gli studenti saranno in grado di:

  • Utilizzare il processo di progettazione per risolvere un problema inerente una situazione reale

Collegamenti con il programma curricolare per Licei scientifici, Licei scientifici delle scienze applicate, e Istituti tecnici

  • utilizzare criticamente strumenti informatici e telematici per svolgere attività di studio e di approfondimento, per fare ricerca e per comunicare, in particolare in ambito scientifico e tecnologico;
  • utilizzare gli strumenti e le metodologie dell’informatica nell’analisi dei dati, nella formalizzazione e modellizzazione dei processi complessi e nell’individuazione di procedimenti risolutivi;
  • utilizzare le strutture logiche, i modelli e i metodi della ricerca scientifica, e gli apporti dello sviluppo tecnologico, per individuare e risolvere problemi di varia natura, anche in riferimento alla vita quotidiana;
  • individuare le caratteristiche e l’apporto dei vari linguaggi (storico-naturali, simbolici, matematici, logici, formali, artificiali);
  • comprendere il ruolo della tecnologia come mediazione fra scienza e vita quotidiana;
  • approfondire la realizzazione e la conduzione dei sistemi di trasporto.

Materiale per studenti

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