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Seminario “Scienza ed automazione” modulo “ROBOTICA”

Sono lieto di informarvi che farò parte del comitato scientifico nazionale sull’uso della robotica nella scuola e sarò relatore nel prossimo convegno nazionale:

Seminario
“Scienza ed automazione” modulo “ROBOTICA”

si terrà a Caserta dal 18 al 21 ottobre prossimo, Il mio intervento, insieme a quello del collega Enzo Marvaso, è previsto il 20 ottobre alle ore 10:30 con la relazione: “Percorsi didattici per gli studenti II ciclo“.
Il seminariò sarà un momento di confronte e sperimentazione in cui verranno presentate esperienze e modalità operative per la realizzazione di percorsi per l’insegnamento della robotica a scuola, durante il seminario sono previste attività di laboratorio.

Gruppo scientifico:

Isp. Giuseppe Marucci MIUR
D.S. Francesco Villari I.T.I. “F. Giordani”

Dott.ssa Annamaria Leuzzi 1° dirigente MIUR
Prof. ssa Giuseppina Martelli MIUR
Prof. Attilio Compagnoni – MIUR
Dott. Michele Tortorici – MIUR

Prof.ssa F. Operto – Scuola di Robotica – Genova
Prof. G. Marcianò – Rete Scuole Robocup Junior
Dott.ssa M. Michilli – MondoDigitale
Prof. A. Molina – MondoDigitale
Prof. P. Trofa I.T.I. “F. Giordani” Caserta
Prof. P. Torda I.T.I. “Von Neuman” Roma
Prof. M. Maffucci – I.P.I.A. “G. Galilei”- Torino
Dott. E. Marvaso – I.P.I.A. “G. Galilei” – Torino
Ing. A. Baroncelli – Comau – Torino
Dott. A. Chiocchiariello – CNR Genova

Testimonial di esperienze scolastiche

Per il programma completo vi allego la brochure di presentazione.

Laboratorio virtuale di elettronica (Applet Java)

Ho predisposto una nuova sezione a supporto del corso di Elettronica e Laboratorio di elettronica che ho chiamato: “Laboratorio virtuale di elettronica” che consiste in una collezione di Applet Java (link a Wikipedia per sapere cosa è un Applet Java) per la simulazione su computer di concetti di fisica, elettrotecnica ed elettronica che vengono affrontati durante il percorso di studio negli istituti Professionali e Tecnici ad indirizzo elettrico ed elettronico. Gli Applet Java di elettronica sono programmi che funzionano all’interno di una pagina web e per il modo con cui sono realizzati ti aiuteranno moltissimo nell’apprendimento degli argomenti del corso.

La sezione è in aggiornamento continuo e nei prossimi giorni saranno inserite nuove risorse.

Potrai tenere traccia dell’ultima versione iscrivendoti al feed rss di questo sito o tenendo d’occhio la data dell’ultimo aggiornamento effettuato che trovi in alto a destra della pagina del laboratorio virtuale.

Puoi accedere direttamente al laboratorio dall’Area Studenti oppure facendo click sull’icona che trovi nella colonna destra di questo sito (in basso).

Modello relazione esperienza di elettronica


Cari ragazzi di 3C come promesso ho realizzato una bozza del foglio relazione che potete modificare in funzione delle esigenze.

Ricordate che tutte le aree che identificano le varie parti dell’esperienza possono essere allargate a piacimento, all’interno di ogni area inserite le immagini degli schemi elettrici e di montaggio che avete realizzato con FidoCAD e Workbench.

Il link allegato vi rimanda ad un documento realizzato con Google Documenti, per editare la relazione andate nel menù File -> Scarica come -> a questo punto scegliete il formato che desiderate, oppure selezionate tutto e copiate nel vostro documento Word o OpenOffice, ed inserite tutti i vostri dati.

Salvate e stampate l’esperienza.

Link da cui prelevare il modello di relazione.

Buon Lavoro

P.S. questa procedura è obbligatoria 😉

Didattica laboratoriale, didattica del fare. Un primo passo per rendere protagonisti i nostri allievi

Qualche settimana fa ho ricevuto l’invito dall’amica e collega Annarita Ruberto di Scientificando a partecipare al Carnevale della Fisica scrivendo un articolo che avesse attinenza con la Fisica. Come insegnante di Elettronica opero con  le leggi della fisica ogni giorno, inoltre l’occasione mi è servita per progettare un mio intervento ad una prossima conferenza in cui sarò relatore, ringrazio per questo Annarita che mi ha dato un motivo in più per riflettere su alcuni aspetti che riguardano la formazione di allievi con scarsissime competenze scientifiche.

Come insegnante di Elettronica e in passato anche di Fisica, ho constatato che gran parte degli allievi che giungono alle superiori, specialmente gli studenti che vengono indirizzati presso l’Istituto Professionale, con cui io lavoro, hanno una scarsissima capacità di osservazione della realtà, perché non allenati, con una conseguente incapacità nel realizzare semplici esperienze di laboratorio, caratteristica essenziale per comprendere in che modo emerge una legge fisica dall’esperienza di laboratorio.

Questa mediocre preparazione è una conseguenza diretta di una serie di deficit formativi e relazionali che riassumo brevemente:

  • problema matematico
  • nessuna capacità di stima
  • scarsa capacità nel lavoro di squadra
  • visione distorta della competizione (io so e tu soccombi)
  • nessuna condivisione del sapere
  • scarsissimo livello di amicizia

Per far si che negli allievi nasca il piacere di apprendere adotto in laboratorio un processo complesso fatto di più esperienze basate sul concetto di “scoperte guidate”, in modo che gli studenti diventino protagonisti attivi e propositivi dell’attività di formazione.

Insegnare misure elettroniche pregiudica, prima che assimilare i concetti base dell’elettronica e della fisica, saper far di conto, saper stimare, saper organizzare le proprie idee, saper schematizzare.
Per me, trasmettere questi saperi non è cosa semplice e come più volte descritto su queste pagine sto cercando di trovare la via utilizzando la didattica della robotica, in modo che gli allievi si trovino a progettare un dispositivo soggetto a diverse leggi fisiche.

Ovviamente questo processo non potrà essere immediato e dovrà essere organizzato in brevi esperienze che infondano nell’allievo la voglia dello sperimentare, ecco perché prima di partire con le mie lezioni di robotica ho deciso per i prossimi anni di predisporre esperienze di laboratorio di Fisica ed Elettronica che insegnino agli studenti come costruire uno strumento di misura perché solo in questo modo, secondo me, se ne può comprendere a pieno la grandezza fisica che si vuole misurare (corrente, differenza di potenziale, intensità luminosa, intensità sonora, ecc…)

Domanda: ma quale dovrebbe essere l’approccio con studenti che hanno enormi carenze?
Risposta: il divertimento!

Ho riflettuto a lungo su quale potesse essere l’esperienza di laboratorio preliminare, quella per “rompere il ghiaccio” che dovrebbe servire per ritrovare la voglia di sperimentare e sono giunto ad una semplice e fantasiosa considerazione, ho notato che in generale nelle aule è perennemente presente un rumore di fondo che fa da base alle spiegazioni, sembra quasi un mare su cui naviga la nave che trasporta i contenuti della nostra didattica ed alcune volte trova la “tempesta rumore” che con le sue onde fa saltellare le nostre spiegazioni.

La “tempesta” però sembra non essere avvertita dagli studenti, non so voi ma ma io noto con grande frequenza comportamenti alterati in cui ad un primo livello di rumore di fondo si somma la musica ascoltata degli allievi in cuffia che si somma ancora ai loro discorsi.

La soluzione quindi è ritrovare il “rumore del silenzio” 🙂

Si parte!

Versione beta – da sviluppare entro settembre 2010

Costruiamo il misuratore di baccano, ribattezzato “baccanometro”
Scopo: capire cosa vuol dire grandezza variabile e casuale nel tempo, come si misura un livello sonoro, cosa vuol dire Decibel sonoro.

Strumenti:

  • Lego Mindstorms NXT 2,
  • sensore sonoro
  • Programma di Datalogging della Lego

Lego Mindstorms è un prodotto fantastico che dalla versione 2.0 education, uscita lo scorso anno, ha la possibilità di essere utilizzato anche come sistema di acquisizione dati.
Con esso possiamo misurare moltissime grandezze: intensità luminosa, sonora, acidità dell’acqua, temperatura e molto altro.

Stabilirò una durata di sperimentazione di 1 mese in tutte le mie classi, che se come in quest’anno scolastico, saranno 3′, 4′ e 5′ elettronici.

Lo strumento sarà posizionato sul soffitto di ogni aula.

Il log dei dati comprensivo del grafico del rumore rilevato sarà esposto settimanalmente in bacheca, i più bravi calcoleranno l’area del grafico che evidenzierà la quantità di rumore complessivo durante la settimana, vince il turno settimanale ovviamente chi avrà fatto meno rumore.

A fine mese, la classe che avrà fatto meno rumore non avrà in premio voti migliori, ma avrà pagata la pizza dalle altre due classi.

Potrà essere questo un modo per incominciare a divertirsi imparando e magari riempire l’aula di “rumore del sapere”?

Di seguito il semplice procedimento con fotografie che mostra come realizzare lo strumento, per una descrizione dettagliata del Lego Mindstorms NXT 2 come sistema di datalogging, scrivetemi.

Ingredienti:

Mattoncino NXT

Sensore sonoro

cavo di connessione sensore mattoncino

cavo usb oppure in alternativa connessione bluetooth

Collegate i vari elementi come in figura

Esecuzione:

Avviate il programma LEGO MINDSTORMS Education NXT Data Logging

Fate click sul pulsate “Nuovo esperimento”

Comparirà il pannello: Configurazione esperimento

Assegnate un titolo, una durata ed una velocità di campionamento.
A titolo dimostrativo per questa breve descrizione ho inserito:

  1. Nome: baccanometro
  2. Durata: 1 Minuto
  3. Velocità: 1 Campione al secondo

Selezionate la porta su cui avete inserito il sensore audio

Ovviamente per misurare il rumore in classe dovrete selezionare una durata di 50 minuti con la velocità di campionamento che potrebbe essere 1 campione al secondo.

Apparirà un piano cartesiano, sulle ascisse abbiamo il tempo in secondi, da 0 a 60 secondi (tempo della durata dell’esperimento in questo caso), sulle ordinate il valore in decibel del rumore.

Fate click sul pulsate “Scarica ed esegui” che farà l’upload del programma di datalogging sul mattonino ed immediatamente eseguirà il programma.

Partirà immediatamente il rilevamento del rumore

Con gli strumenti di analisi potrete inserire delle label in posizioni particolari per evidenziare particolari momenti con relativo valore, a titolo di esempio (non equivale alla realtà è solo un esempio) nell’immagine ho inserito le label che indicano:

  • porta dell’aula sbattuta
  • il momento in cui dico ad alta voce: “silenzio!”
  • Area in cui incomincia l’appello


Se desiderate potete esportare la tabella dei dati per analisi dettagliate, magari importandola in excel e realizzare ulteriori grafici oppure salvare la schermata di lavoro per documentare l’esperimento.

Idee da sviluppare:

Idea 1

Poiché insegno ai miei allievi come si progetta un impianto fotovoltaico, sempre con il Lego Mindstorms costruiremo uno strumento che visualizzerà la variazione di luminosità durante l’intera giornata in diversi periodi dell’anno scolastico.

Idea 2

Nel mese di gennaio ho seguito un interessantissimo corso di illuminotecnica (progettazione di impianti di illuminazione in funzione dell’ambiente, dei consumi ecc…) per introdurre l’argomento ai miei allievi potrei far costruire uno strumento che misura la luce riflessa da diversi tipi di superfici.

Idea 3

E se poi si vuole rilevare l’inquinamento elettromagnetico, anche questo può essere fatto con i Lego Mindstorms.

La saldatura a stagno di componenti elettronici

Vi ricordo che la saldatura a stagno dei componenti elettronici necessita di molta pratica e attenzione e per tale motivo ho riassunto in una dispensa le nozioni spiegate a lezione negli scorsi giorni in laboratorio.

In allegato trovate il contenuto della dispensa e il link diretto al documento per la stampa.

Il saldatore

La saldatura a stagno è il metodo con cui è possibile unire meccanicamente ed elettricamente i componenti elettronici al circuito stampato mediante la fusione di una lega metallica nel punto di contatto tra rame e reoforo del componente.
Il sadatore viene impiegato per scaldare il punto di connessione e fondere la lega di stagno e piombo.

Le caratteristiche fondamentali di un saldatore.

Potenza
I saldatori usati nel montaggio elettronico hanno potenze che oscillano tra i 15W e i 30W. Nei laboratori di elettronica professionale si adottano spesso stazioni di saldatura su cui è possibile regolare la temperatura o la potenza del saldatore, la potenza di questi dispositivi oscilla tra i 50W e i 100W.

La temperatura
La temperatura raggiunta dalla punta del saldatore può oscillare tra i 300°C e i 500°C, dipende dalla potenza del saldatore e dalla punta.

La punta
Le punte vengono prodotte in diverse forme e dimensioni ma tipicamente, nell’uso in laboratorio di elettronica, viene adottata una punta sottile che consente saldature di precisione. La punta è costituita internamente di rame e rivestita da un sottile strato di acciaio nikel e cromo ad alta resistenza chimica e meccanica ciò è indispensabile in quanto la lega fusa è molto aggressiva ed una punta costituita da solo rame finirebbe per corrodersi velocemente, mentre una punta costituita da solo rame non condurrebbe in modo adeguato il calore.

Lo stagno

La lega metallica è composta da stagno (Sn) al 60% e piombo (Pb) al 40%, alcune volte nella lega possono essere presenti piccole parti di rame e argento, la temperatura di fusione è di circa 190°C.
Aumentando la percentuale di stagno presente nella lega la temperatura di fusione si abbassa, ad esempio percentuali 63% di stagno e 37% di stagno abbassano la temperatura di fusione a circa 180°C.
Lo stagno viene fornito sotto forma di filo con diametro che può essere di 1,5 mm – 1 mm – 0,7 mm, per la realizzazione di circuiti elettronici si adottano diametri da 0,7 e 1 mm.
Il filo di stagno è costituito da un’anima di resina fondente semitrasparente che ha lo scopo di facilitare la saldatura, ne migliora la diffusione del calore e previene la formazione di ossidi.

Il dissaldatore

Per rimuovere un componente da un circuito è ovviamente indispensabile sciogliere lo stagno, ma questa operazione potrebbe risultare difficoltosa in quanto si rischia di bruciare il componente o peggio ustionarsi. E’ opportuno utilizzare un dissaldatore, il più comune è quello a pistone in grado di aspirare lo stagno fuso da un saldatore. Esistono dissaldatori più sofisticati costituiti da un saldatore abbinato ad un aspiratore.

Tecnica di saldatura

Prima di incominciare la saldatura:

  • Piegate i terminali (reaofori) dei componenti mediante una pinza a becchi lunghi in modo che possano entrare all’interno dei fori della basetta.
  • Ripiegate leggermente i reofori una volta inseriti nei fori della basetta ciò evita la caduta accidentale dei componenti dalla basetta.
  • La piega dei reofori deve avvenire a sufficiente distanza dal corpo del componente al fine di evitare la rottura del dispositivo.
  • Lasciate spazio tra il componente e la superficie della basetta (2 o 3 mm) in modo che venga favorita la dissipazione del calore dei componenti.
  • I componenti vanno saldati partendo da quelli più bassi in questo modo è possibile appoggiare lo stampato sul banco di lavoro senza far uscire i componenti.

Modalità operativa

  • Preriscaldate ponendo la punta del saldatore sulla piazzola toccando anche il reoforo del componente per un tempo variabile tra 1 e 2 secondi.
  • Senza togliere il saldatore sciogliete lo stagno appoggiandolo tra reoforo e piazzola, il filo di stagno dovrà essere sciolto tra il rame della piazzola e il reoforo e non direttamente sulla punta del saldatore. Lo stagno sciolto dovrà ricoprire l’intera superficie della piazzola. Questa seconda operazione non dovrà superare i 2 o 3 secondi.
  • Togliete il filo di stagno e dopo il saldatore.
  • Se lo stagno non ricopre interamente la superficie vuol dire che il rame è freddo o sporco o che lo stagno è scadente (bassa percentuale di stagno).
  • La saldatura dovrà avvenire in corrispondenza della piazzola, lo stagno non è da disperdete nelle piste vicine.
  • I reofori vanno tagliati una volta che avete concluso tutte le saldature.

La saldatura sarà perfetta se lo stagno risulterà liscio (senza porosità), lucido e distribuito uniformemente sulla piazzola e dovrà assumere la forma di un cono.

Precauzioni

  • La saldatura dovrà avvenire in corrispondenza della piazzola, lo stagno non è da disperdete nelle piste vicine.
  • Per evitare contatti accidentali utilizzare un supporto per saldatori.
  • Eliminate ogni impurità dalla punta del saldatore usando una piccola spugnetta imbevuta d’acqua, in mancanza è sufficiente anche uno straccio di cotone imbevuto d’acqua.
  • Oli, grassi, vernici, ossidazione, sporcizia e polveri sopra la basetta o sui reofori dei componenti compromettono la saldatura.
  • Molto spesso i componenti sono venduti su supporti di carta gommata e sui reofori molto spesso si depositano sostanze collose, eliminare queste sostanze prima di incominciare la saldatura.
  • La saldatura dei singoli punti dovrà avvenire nel minor tempo possibile onde evitare il surriscaldamento dei componenti e la loro conseguente rottura.
  • I reofori vanno tagliati una volta che avete concluso tutte le saldature.
  • La temperatura raggiunta dal saldatore può superare i 300°C quindi a contatto della pelle può provocare gravi ustioni.
  • Durante la saldatura si creano vapori nocivi, quindi mantenere areati i locali in cui si opera.
  • Evitate assolutamente la pulitura della punta del saldatore con lime o carta vetrata in quanto si eliminerebbe lo strato protettivo.

Errori

  • La saldatura non sarà corretta se assume la forma di una pallina, in questo caso eliminate tutto lo stagno con il succhiastagno e rifate la saldatura.
  • Se tra due punti si forma un ponticello di stagno vuol dire che avete usato troppo stagno.
  • Se lo stagno non aderisce al rame e forma una pallina si potrebbe essere in presenza di uno dei seguenti 4 errori:

1. lo stagno è scadente;

2. il rame è ossidato;

3. il saldatore è freddo;

4. l’operazione di saldatura si è ripetuta sullo stesso punto più volte.

  • Se le piazzole si staccano vuol dire che avete scaldato troppo, tempi di saldatura superiori ai 10 secondi possono provocare questo problema.

©2010, Michele Maffucci, updated Jenuary, 25, 2010
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