Presentazione
Durata
1 Settembre 2022
Descrizione del progetto
06 APPROFONDIMENTI IN AREA TECNOLOGICA E SCIENTIFICA
SE+A, ESPLORAZIONE SOTTOMARINA CON ARDUINO
Attuazione PtOF 2022 2023 Rif. PA ID Pof 20220623
Fase attuale del progetto Fase 3 – Monitoraggio intermedio
Descrizione
Lo scopo del progetto è quello di favorire lo sviluppo di competenze trasversali attuando una modalità di apprendimento di tipo STEM (Scienza, Tecnologia, Ingegneria e Matematica).
L’idea è quella di creare un laboratorio in cui si progetta, si costruisce, si riflette, si elaborano le proprie conoscenze in funzione di un obiettivo. In questa ottica gli studenti saranno stimolati ad esercitare e potenziare le loro competenze nelle discipline STEM, le capacità di pensiero critico e le capacità di risoluzione dei problemi.
Arduino risulta l’ausilio ideale: è una piattaforma che permette di realizzare automazioni, utilizzare sensoristica avanzata, anche indossabile, trasmettere i dati acquisiti ad un computer, senza dover conoscere l’elettronica. In questo modo sarà possibile esplorare a pieno tutte le fasi della sperimentazione, dall’individuazione del problema alla realizzazione del setup, alla raccolta dei dati e al confronto col modello teorico.
L’idea fondante del progetto è quella di mettere gli studenti in condizione di esplorare l’ambiente marino con un approccio sperimentale sfruttando metodi di misura alla loro portata, applicando conoscenze e abilità per costruire uno strumento di misura destinato a monitorare parametri ambientali dell’ecosistema marino. L’obiettivo finale è la realizzazione di uno strumento di misura subacqueo sfruttando le potenzialità della piattaforma di sviluppo Arduino, testare lo strumento e confrontare i dati raccolti in ambienti marini differenti: Mar Tirreno e Mar Mediterraneo.
Responsabile
Manuela LIMA Maria OLIVOTTO
Email del progetto: lima0manu@gmail.com
ANALISI DEI BISOGNI
L’acronimo STEM (Scienza, tecnologia, ingegneria e matematica) è utilizzato per indicare un gruppo di discipline su cui puntare per programmare corsi di studio e scelte educative volte a incrementare l’innovazione e la competitività in campo scientifico e tecnologico. L’idea delle STEM nasce negli anni 2000 in America per poi diffondersi in Europa con l’obiettivo di promuovere l’innovazione, preparare i giovani all’occupazione e, di conseguenza, per lo sviluppo e la crescita della società. L’importanza strategica dell’insegnamento delle materie STEM per lo sviluppo sociale di un paese è ormai consolidata. Ciò che differenzia lo studio delle STEM dalla scienza tradizionale e dalla matematica è il differente approccio: viene mostrato agli studenti come il metodo scientifico possa essere applicato alla vita quotidiana. Le STEM consentono di insegnare agli studenti il pensiero computazionale concentrandosi sulle applicazioni del mondo reale in un’ottica di problem solving. La vera difficoltà oggi sta nel capire come i nuovi mezzi tecnologici stanno modificando il nostro modo di ragionare e apprendere; in questo senso la scuola ha il dovere e il diritto di rinnovare i programmi scolastici non solo dal punto di vista dei contenuti, ma anche da quello dei metodi. Nasce quindi l’esigenza di rafforzare il dialogo tra scuola, mondo della ricerca e imprenditoria.
L’insegnamento delle STEM ha carattere interdisciplinare ed è un’opportunità che rende la matematica e le scienze collegate alla realtà e alla vita.
Uno degli sforzi principali della scienza è la costruzione di spiegazioni del mondo naturale. Le spiegazioni scientifiche collegano l’osservazione e la teoria e suggeriscono una modello per interpretare i dati sperimentali. Conoscere il linguaggio e i metodi usati dalla scienza è il punto di partenza per capire i fenomeni naturali e la loro evoluzione.
Gli scienziati marini utilizzano una varietà di teorie scientifiche per fare previsioni e ipotesi, lavorano per modellare soluzioni che consentano alle persone di vivere e lavorare nell’ambiente marino.
Il progetto SE+A (Submarine Exploration with Arduino) è un progetto multidisciplinare che ha l’obiettivo di stimolare l’acquisizione di nuove conoscenze, educando alla collaborazione scientifica, attraverso metodologie non formali, all’attenzione e alla cura dell’ambiente che ci circonda.
La proposta di questo progetto nasce da un confronto e da uno scambio di esperienze con i colleghi della 1st Vocational School of Heraklion in occasione della mobilità Erasmus a Firenze a maggio 2022 di un gruppo di studenti greci accompagnati da 3 docenti e dal successo riscontrato lo scorso anno scolastico dal progetto Fisica con Arduino che si è concluso con la realizzazione da parte degli studenti di sensori indossabili per il monitoraggio dei movimenti corporei durante l’attività sportiva.
La scuola di Heraklion è un istituto tecnico-professionale che utilizza già da anni la piattaforma Arduino integrando le attività didattiche delle materie tecnico-pratiche con progetti specifici sviluppati in ambiente Arduino. In prima istanza è stato creato un gemellaggio elettronico con la scuola partner sulla piattaforma europea e-twinning. E’ stato scritto un progetto e sottoposto alla validazione da parte delle agenzie nazionali italiana (INDIRE) e greca (IKY). In seguito all’approvazione del progetto, è stato attivato uno spazio virtuale chiamato TWINSPACE dove verranno svolte alcune delle attività previste dal progetto stesso, favorendo lo scambio di materiali, idee ed esperienze tra il Liceo e la 1st Vocational School.
L’idea è di sviluppare insieme agli studenti un sensore ambientale, spettrometro subacqueo, per poter quantificare la qualità delle acque e avvicinare gli studenti al concetto di misura e controllo dell’inquinamento, stimolando la sensibilità verso la cura dell’ambiente. Questo tema si inquadra perfettamente con gli obiettivi di sostenibilità ambientale previsti dall’Agenda 2030.
DESTINATARI
Studenti di alcune specifiche classi o sezioni: . Genitori. Docenti. Personale non docente. Utenza Esterna.
DURATA
novembre 2022/maggio 2023 dal: 2022-11-02 al: 2023-06-10
STRUTTURA DEL PROGETTO
Le materie coinvolte in questo percorso sono Scienze Naturali, Fisica, Matematica, Informatica e Inglese.
I docenti del Liceo coinvolti nel progetto tratteranno gli aspetti teorici a partire da concetti già noti agli studenti quali ecosistema marino, temperatura, pressione e spettro elettromagnetico, declinando le conoscenze in modo da renderle fruibili a livello pratico e sperimentale. La collaborazione con la scuola partner di Creta (1st Vocational School of Heraklion) permetterà di sviluppare le basi per la programmazione in Arduino e fornirà esempi di applicazioni usualmente implementate nella loro scuola. Infine la presenza di un tutor esterno affiliato al CNR aprirà le porte a laboratori specializzati di Sesto Fiorentino e offrirà agli studenti un luogo idoneo per lavorare alla realizzazione dello strumento.
Le ore di formazione teorica e sperimentale che svolgeranno gli studenti saranno conteggiate come ore PCTO. Inoltre gli studenti potranno partecipare al programma Erasmus+ della scuola svolgendo una MOBILITA’ DI GRUPPO presso la scuola partner di Heraklion dove sarà possibile testare in mare lo strumento realizzato. Gli studenti saranno assistiti da un docente accompagnatore e contestualmente saranno attivate MOBILITA’ DOCENTI di tipo JOB SHADOWING. I docenti in job shadowing potranno svolgere attività di formazione sulle STEM focalizzando l’attenzione sull’impiego di Arduino nell’ottica di una metodologia di didattica laboratoriale.
Il progetto si svilupperà in 4 fasi e sarà attuato attraverso diverse modalità di lavoro: lezioni in presenza presso i locali della scuola, attività a distanza sulla piattaforma eTwinning, preparazione dello strumento nei laboratori CNR e prove in mare in Italia e a Creta. Gli studenti saranno seguiti e accompagnati nelle diverse fasi del progetto seguendo una scansione degli impegni ben definita come illustrato di seguito e sarà creato un team di lavoro eTwinning in modalità collaborativa costituito da studenti italiani e studenti greci.
Studenti coinvolti : 15 studenti italiani + 15 studenti greci
La fase selettiva prevede la selezione di 15 studenti del Liceo attraverso un concorso interno alla scuola con lo scopo di creare un gruppo di lavoro con competenze di base di programmazione e motivato ad affrontare le sfide sperimentali. Il gruppo di lavoro sarà formato da 15 studenti del terzo e quarto anno selezionati tra quelli che hanno mostrato il proprio interesse al progetto SE+A attraverso il modulo di adesione Erasmus+. Al punteggio conseguito nella graduatoria Erasmus+ sarà sommato il voto ottenuto nel test di ammissione. Il test verterà su argomenti di informatica e avrà lo scopo di valutare competenze di base specifiche della programmazione Arduino. La prova si svolgerà in presenza in orario pomeridiano.
La fase formativa sarà in parte a cura dei docenti di scienze e fisica del Liceo ed in parte a cura dei docenti di elettronica ed elettrotecnica della scuola partner di Heraklion. Totale ore : 10.
La fase progettuale sarà svolta sotto la supervisione di tecnici esperti del CNR. Durante le attività gli studenti potranno progettare il proprio strumento, programmare la piattaforma Arduino per l’acquisizione e trasmissione dei dati. Totale ore:10.
La fase sperimentale sarà il cuore del progetto in cui gli studenti testeranno il proprio strumento in mare in due situazioni ambientali diverse: Mar Tirreno e Mar Mediterraneo. Le attività e gli spostamenti per Creta saranno a carico del programma Erasmus+ della scuola.
La prima prova in mare sarà svolta nell’area marina protetta di Portofino. Sarà organizzata un’uscita in battello partendo da Camogli e navigando verso L’Area Marina Protetta di Portofino. In prossimità della costa in zona ridossata sarà possibile immergere il nostro prototipo in mare. Finita la prova sarà immerso in mare ROV (Remote operette vehicle) in dotazione all’associazione di appoggio per l’uscita didattica (Ziguele). ROV è l’acronimo di remote operated vehicle. Si tratta di un robot subacqueo dotato di strumenti per il campionamento (quali bracci meccanici), ma soprattutto di telecamera 4K, collegata a Internet, teleguidato dalla superficie. È possibile immergerlo fino a 100 metri di profondità e scoprire come cambia la zonazione verticale. Le immagini catturate dal ROV saranno trasmesse grazie a un collegamento in diretta streaming agli studenti presenti a bordo del battello. Un biologo si occuperà di commentare la visione con spiegazioni adatte al livello degli studenti coinvolti. Finita l’attività il battello porterà il gruppo a S.Fruttuoso ( borgo medievale raggiungibile solo in barca o a piedi all’interno dell’AMP Portofino) dove si svolgerà laboratorio Marine Litter Il Mare in una lente . Il tema delle microplastiche è uno dei più attuali e dibattuti nel mondo di oggi. Con questo laboratorio, grazie a sofisticati ma semplici microscopi digitali connessi a dispositivi come tablet e smartphone è possibile osservare il contenuto di una goccia di acqua di mare per assistere a ciò che accade ai microrganismi planctonici che interagiscono con i rifiuti plastici.
Obiettivi
La finalità del progetto SE+A è quella di favorire lo sviluppo di competenze trasversali attraverso l'approccio STEM (Scienza, Tecnologia, Ingegneria e Matematica) e promuovere l'acquisizione di nuove conoscenze scientifiche, tecnologiche ed ambientali. Il progetto mira a stimolare l'interesse degli studenti per le discipline STEM, sviluppare il pensiero critico, le abilità di problem solving e promuovere la sensibilità verso la cura dell'ambiente marino. Inoltre sarà realizzato un vero e proprio prototipo per le misure in mare.
Responsabili
Organizzato da
Risultati
Punti salienti
Utilizzo della piattaforma Arduino come strumento per sviluppare competenze tecnologiche e promuovere l'apprendimento STEM.
Realizzazione di uno strumento di misura subacqueo per monitorare i parametri ambientali dell'ecosistema marino.
Approfondimento delle tematiche legate alla sostenibilità ambientale e all'Agenda 2030 delle Nazioni Unite.
Partecipazione degli studenti a laboratori specializzati presso il CNR
Monitoraggio e Valutazione
Il monitoraggio e la valutazione del progetto SE+A sono fondamentali per misurare il raggiungimento degli obiettivi prefissati e per identificare eventuali aree di miglioramento. Durante il progetto, è importante raccogliere dati qualitativi e quantitativi per valutare l'efficacia delle attività svolte e l'impatto sulle competenze degli studenti. Ciò può essere fatto attraverso osservazioni dirette, registrazioni, questionari di valutazione e feedback degli studenti e dei docenti coinvolti.
Punti di Forza
Il progetto SE+A presenta diversi punti di forza:
Approccio STEM: L'uso di Arduino e la progettazione dello strumento di misura subacqueo offrono agli studenti un'esperienza pratica di apprendimento nelle discipline STEM, stimolando l'interesse e lo sviluppo di competenze trasversali.
Sensibilizzazione ambientale: Il progetto promuove la consapevolezza dell'importanza della sostenibilità ambientale e dell'inquinamento marino, contribuendo alla formazione di cittadini responsabili e consapevoli.
Approccio scientifico: Il progetto SE+A incoraggia gli studenti a utilizzare un approccio scientifico nel loro lavoro. La fisica è una disciplina che si basa sulla sperimentazione e sull'osservazione dei fenomeni naturali, e gli studenti sono coinvolti nella progettazione e nella realizzazione di uno strumento di misura subacqueo. Questo richiede l'applicazione di principi fisici, l'analisi dei dati raccolti e la formulazione di ipotesi.
Misurazioni quantitative: La fisica è una scienza che si concentra sulla misurazione quantitativa dei fenomeni naturali. Nel progetto SE+A, gli studenti sono coinvolti nella progettazione e nella realizzazione di uno strumento di misura subacqueo per rilevare parametri come la temperatura, la pressione e la salinità. Questo sviluppa la loro capacità di eseguire misurazioni accurate e di comprendere l'importanza dei dati quantitativi.
Analisi dei dati: La fisica richiede l'analisi dei dati raccolti per trarre conclusioni e comprendere i fenomeni naturali. Nel progetto SE+A, gli studenti saranno chiamati a raccogliere dati subacquei e a analizzarli per ottenere informazioni sullo stato dell'ambiente marino. Questa abilità di analisi dei dati è fondamentale per la fisica e contribuirà a sviluppare la capacità critica degli studenti.
Esperimenti e verifiche: La fisica si basa sull'esecuzione di esperimenti per testare le teorie e le ipotesi. Nel progetto SE+A, gli studenti avranno l'opportunità di testare il prototipo dello strumento di misura subacqueo in diverse condizioni marine. Questo li incoraggia a sperimentare, a fare osservazioni dirette e a verificare la validità delle loro ipotesi, stimolando così il pensiero scientifico.
Modellizzazione: La fisica utilizza spesso modelli matematici per descrivere e spiegare i fenomeni naturali. Nel progetto SE+A, gli studenti potranno applicare principi fisici per costruire modelli che spiegano il comportamento dell'ambiente marino. Questo sviluppa la loro capacità di utilizzare modelli matematici per comprendere e prevedere i fenomeni naturali.
In sintesi, il progetto SE+A presenta punti di forza che si allineano al metodo d'indagine proprio della fisica, incoraggiando gli studenti a utilizzare l'approccio scientifico, a eseguire misurazioni quantitative, ad analizzare i dati raccolti, a condurre esperimenti e verifiche, nonché a utilizzare modelli matematici per comprendere il mondo fisico che li circonda.
Arduino: L'utilizzo della piattaforma Arduino nel progetto SE+A rappresenta un elemento chiave sia dal punto di vista tecnico che didattico. Arduino è un sistema di prototipazione open-source basato su un microcontrollore, che consente agli studenti di imparare e sperimentare con la programmazione, l'elettronica e l'automazione in modo pratico e accessibile.
Dal punto di vista didattico, l'utilizzo di Arduino offre numerosi vantaggi. Innanzitutto, promuove l'apprendimento attivo e pratico, coinvolgendo gli studenti nell'intero processo di progettazione, costruzione e programmazione dei dispositivi. Questo stimola la loro curiosità, la creatività e la capacità di problem solving. Inoltre, l'interfaccia semplice e intuitiva di Arduino permette anche agli studenti meno esperti di avvicinarsi facilmente ai concetti di programmazione e elettronica.
Inoltre, Arduino favorisce l'interdisciplinarietà, poiché gli studenti possono integrare conoscenze provenienti da diverse materie, come la fisica, la matematica, la biologia e l'informatica. Questo approccio integrato consente loro di sviluppare una visione più completa e interconnessa delle scienze e di cogliere le relazioni tra i vari ambiti di studio.
Infine, l'utilizzo di Arduino nell'ambito del progetto SE+A promuove anche la cultura del "fare" e dell'innovazione. Gli studenti possono sperimentare, testare e migliorare le proprie idee, incoraggiando la loro autonomia e la fiducia nelle proprie capacità. Questo tipo di approccio mette al centro l'apprendimento attivo e la costruzione di conoscenza significativa, contribuendo a formare cittadini consapevoli, competenti e pronti ad affrontare le sfide del mondo reale.
Criticità
Nonostante i punti di forza, il progetto SE+A potrebbe affrontare alcune criticità:
Limitazioni tecniche: La progettazione e l'implementazione di uno strumento di misura subacqueo richiedono competenze tecniche avanzate. È necessario assicurarsi che gli studenti siano adeguatamente supportati e guidati durante questa fase.
Disponibilità delle risorse: Il successo del progetto dipende dalla disponibilità delle risorse necessarie, come materiali per la costruzione dello strumento e accesso a laboratori specializzati. È importante valutare la fattibilità delle attività considerando tali risorse.
Valutazione dell'impatto: La valutazione dell'impatto del progetto sulle competenze degli studenti potrebbe rappresentare una sfida. È necessario adottare approcci di valutazione adeguati per misurare in modo accurato il progresso e l'apprendimento degli studenti nel contesto STEM e ambientale.
Annalisa Savino
Dirigente Scolastico