Ho già parlato in passato di FidoCadJ, l’editor multipiattaforma per la progettazione elettronica, anche in questo anno scolastico utilizzerò questo utilissimo programma è sarà oggetto di lezione nelle prossime settimane. Per prendere familiarità con il software vi consiglio di guardare i video che seguono, tratti dal sito di riferimento da cui potrete anche prelevare il manuale di utilizzo.
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:
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 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:
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:
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.
FidoCad e tra i programmi che più di frequente utilizziamo per la progettazione di circuiti stampati, tempo fa vi avevo segnalato un pratico manuale che vi insegnava ad utilizzarlo, lo trovate nella sezione: Area Studenti alla voce: Disegnare circuiti elettronici con FidoCAD, ora avendo un laboratorio di informatica completamente basato su Ubuntu, usiamo Wine per consentire a programmi Windows di funzionare in ambiente Linux e quindi abbiamo recuperato il pieno utilizzo di FidoCAD.
Ma esiste un’ottima alternativa a FidoCad per Windows, si chiama FidoCadJ programma Java e quindi multipiattaforma (Windows, Linux e MacOSX) in grado di modificare gli schemi realizzati in FidoCad.
Il programma è stato realizzato da Davide Bucci ed è distribuito sotto licenza GNU liberamente scaricabile.
Le procedure di installazione ed utilizzo le trovate sul sito di riferimento, inoltre sul sito, trovato un ottimo manuale in italiano.
Un programma utilissimo!
