Il robot come strumento di apprendimento

L'esperienza dell'Università degli Studi di Padova

prof. Emanuele MenegattiIAS-Lab

18/11/2013 Modena

Il robot come strumento di apprendimento

L'esperienza dell'Università degli Studi di Padova

prof. Emanuele Menegatti e prof. Michele MoroLab

18/11/2013 Modena

Persone

Staff

Enrico Pagello, Full Professor of Computer

ScienceScience

Emanuele Menegatti, Associate Professor

Michele Moro, Assist. Professor

Students

Stefano Michieletto, PhD

Matteo Munaro, PhD

Filippo Basso, PhD

Mauro Antonello, PhDMauro Antonello, PhD

Riccardo Levorato, PhD

About 10 Master-level students

-doc

Alberto Pretto, Post Doc

Stefano Ghidoni, post-doc

Persone

Enrico Pagello, Full Professor of Computer

Collaboratorations

• Antonio D’angelo and Claudio Mirolo,

Assist. Prof.s at Udine UniversityAssist. Prof.s at Udine University

• Stefano Carpin, Assoc. Prof. at Univ. of

California (USA)

• Hiroshi Ishiguro, Prof. Univ. of Osaka

(JAPAN)

•Tamio Arai, Prof. Univ. of Tokyo (Japan)

• Frank Dellaert, Prof. Georgia Teach • Frank Dellaert, Prof. Georgia Teach

Inst. (USA)

• Wolfram Burgard, Prof. Univ. of

Freiburg (Germany)

• Gostai URBI (France)

Research topics

Personal robotAutonomous roboticsHumanoid robotics

D & 3DCamera network applicationsapplications

Lab equipmentrobot manipulatorshumanoid robotsmobile robots

General information

1. Ricerca e Didattica della Robotica a livello Universitario con due corsi uno sulla “Percezione dei Robot” ed uno sulla “Robotica Autonoma”

2. Ricerca accademica e formazione degli insegnanti su "Robot come Strumento di Apprendimento"

Robot e robotica

Un robot è un coacervo di competenze diverse

Scientifiche (matematica/geometria, fisica, informatica, elettronica, Scientifiche (matematica/geometria, fisica, informatica, elettronica,

teoria dei controlli, meccanica, ecc.)

Metodologiche (definizione e realizzazione di una logica e di una

strategia, modelizzazione delle interazioni con il mondo esterno)

‘Sociologiche’ (caratterizzazione del dialogo robot/umano e robot/robot)

La robotica coinvolge emozionalmente l’uomo e ne simula i

comportamenti al punto di offrire una serie di questioni aperte sulla

sua corretta utilizzazioneAllora perchè non usare i robot per imparare?

... ma imparare cosa?

Robot e robotica

Un robot è un coacervo di competenze diverse

Scientifiche (matematica/geometria, fisica, informatica, elettronica, Scientifiche (matematica/geometria, fisica, informatica, elettronica,

teoria dei controlli, meccanica, ecc.)

Metodologiche (definizione e realizzazione di una logica e di una

strategia, modelizzazione delle interazioni con il mondo esterno)

‘Sociologiche’ (caratterizzazione del dialogo robot/umano e robot/robot)

La robotica coinvolge emozionalmente l’uomo e ne simula i

comportamenti al punto di offrire una serie di questioni aperte sulla

Allora perchè non usare i robot per imparare?

... ma imparare cosa?

Robot industriali

looj

Roomba (6 M pz.!!!)

Navibot (a casa mia!)

BigMOV taglia l’erba

Robot di Servizio

Navibot (a casa mia!)Looj pulisce le grondaie

BigMOV taglia l’erba

Rovio

LEGO NXT

RoboSapiens

intrattenimento

Rovio

LEGO NXT

Robotica come strumento

Robotica come disciplina

strumento curriculare

Robotica come strumento di

robotica educativa

Robotica

strumento strumento curriculare

Robotica come attivitàextracurriculare

Robotica

strumento di

Problem solvingAttività guidata dal problema

Project based learning

Fondamenti metodologici di UNIPDFondamenti metodologici di UNIPD

Project based learningAttività organizzata a progetto strutturato o parzialmente strutturato

Didattica esperienziale

Attività di tipo laboratoriale (non necessariamente in un laboratorio strutturato) con un problema, un modello da creare e/o valutare, una validazione, un consolidamento della nuova conoscenza

Costruttivismo/costruzionismo (Piaget, Papert)

Costruzione attiva dell’apprendimento per successioni discontinue

Costruzione di artefatti condivisibili

Praxeologia didattica (Chevallard, 1999)

Fatti � Leggi ‘tecniche’ (modello) � Tecnologia

Fondamenti metodologici di UNIPDFondamenti metodologici di UNIPD

Attività organizzata a progetto strutturato o parzialmente strutturato

Attività di tipo laboratoriale (non necessariamente in un laboratorio strutturato) con un problema, un modello da creare e/o valutare, una validazione, un consolidamento della nuova conoscenza

Costruttivismo/costruzionismo (Piaget, Papert)

Costruzione attiva dell’apprendimento per successioni discontinue

Praxeologia didattica (Chevallard, 1999)

Tecnologia

Prime esperienze Robotica Educativa:robot manipolatore con LEGO RCXLinguaggio Logo e LEGO MindstormLinguaggio Logo e LEGO MindstormUso di robot umanoidi per educationalCorsi di Orientamento per studenti delle

superiori usando la robotica educativa

Il progetto europeo TERECoP:(Teacher Education on Robotics - enhanced Constructivist Pedagogical Methods (2006Constructivist Pedagogical Methods (20062009))http://www.terecop.eu/6 partner di diverse nazioni europeeObiettivo: sviluppare un corso di formazione

Corsi di Orientamento per studenti delle

enhanced Constructivist Pedagogical Methods (2006-Constructivist Pedagogical Methods (2006-

Obiettivo: sviluppare un corso di formazione

I risultati del progetto TERECOPI risultati del progetto TERECOP

In breve:

1. Un libro liberamente scaricabile (CC)

2. Un curriculum completo per gli insegnanti...

... per introdurre la Robotica nella Scuola come Strumento di Apprendimento.

Corsi di Formazione di Robotica Educativa per insegnanti:SchioRoveretoPamplona (Spagna)Padova

Collaborazione con prof.ssa D. Lucangelidel Dipartimento di Psciologia UNIPDdel Dipartimento di Psciologia UNIPDProgetto di validazione in classe della Robotica

EducativaLibro per gli insegnanti

Corsi di Formazione di Robotica Educativa

Collaborazione con prof.ssa D. Lucangelidel Dipartimento di Psciologia UNIPDdel Dipartimento di Psciologia UNIPDProgetto di validazione in classe della Robotica

• capitolo 1La robotica educativa e i suoi fondamenti

Indice:

• capitolo 2 Familiarizzare con il robot educativo

• capitolo 3 La robotica finalizzata alle La robotica finalizzata alle discipline scientifiche– 12 attività di diverso grado di

complessità

• Appendice: NXT-GTD: un

Finalità del libro

1.Raccogliere in un’unica 1.Raccogliere in un’unica pubblicazione i saperi sviluppati

2.Riassumere i fondamenti metodologici e pedagogici della robotica educativa

3.Fornire, attraverso una serie di 3.Fornire, attraverso una serie di esempi, una guida per la costruzione da parte degli insegnanti di progetti e unità

Finalità del libro

Raccogliere in un’unica Raccogliere in un’unica pubblicazione i saperi sviluppati

Riassumere i fondamenti metodologici e pedagogici della robotica educativa

Fornire, attraverso una serie di Fornire, attraverso una serie di esempi, una guida per la costruzione da parte degli insegnanti di progetti e unità

1° Corso per l’apprendimento permanente“Introduzione della Robotica Educativa nella Didattica

Scolastica Istituzionale”Scolastica Istituzionale”settembre 2013

22 insegnanti da: scuola primaria scuole medielicei scientifici/linguisticilicei scientifici/linguisticiIstituti tecnici

(ma 35 richieste di iscrizione)

Corso per l’apprendimento permanente“Introduzione della Robotica Educativa nella Didattica

Scolastica Istituzionale”Scolastica Istituzionale”settembre 2013

International WorkshopsInternational Workshopssince: 2008, 2010, 2012, ...

Ricerca accademica su strumenti didattici

per la Robotica per la Robotica Educativa

Ricerca accademica su strumenti didattici

per la Robotica per la Robotica Educativa

Kit robotico completo con due board,Kit robotico completo con due board,

Simulatore di beebot su labirintoSimulatore di beebot su labirinto

Simulatore probot con sottoproceduraSimulatore probot con sottoprocedura

Sistemi

sensoritzzati

Robot mobili

Robot Umanoidi: il robot più affascinante e

sogno ultimo di creazione dell’uomo...sogno ultimo di creazione dell’uomo...

Robot Umanoidi: il robot più affascinante e

sogno ultimo di creazione dell’uomo...

nella Robotica Educativanella Robotica Educativa

sogno ultimo di creazione dell’uomo...

RGBRGB--D D SensorSensor

Skeleton Skeleton trackingtracking

SensorSensor

Veloce panoramica

Joint Joint

Robot controlRobot control

Joint Joint mappingmapping

Joint map from human to humanoid

Riassumendo

La Robotica sollecita riflessioni multidisciplinari in un’ottica esperenzialeun’ottica esperenziale

Possono essere sfruttati collegamenti con diverse discipline anche di natura artistica e/o umanistica

È di facile accesso ma non limita l’eccellenza (apprendimento ‘aperto’)

Favorisce il lavoro di gruppo e il Favorisce il lavoro di gruppo e il learning

Non richiede grandissimi investimenti né spazi laboratoriali complessi

Riassumendo

La Robotica sollecita riflessioni multidisciplinari in

Possono essere sfruttati collegamenti con diverse discipline anche di natura artistica e/o umanistica

È di facile accesso ma non limita l’eccellenza

Favorisce il lavoro di gruppo e il project based Favorisce il lavoro di gruppo e il project based

Non richiede grandissimi investimenti né spazi

Occorre costruire curricoli con un apprendimento

partecipato e a partire dall’esperienza

L’allievo è invitato a esplorare, osservare,

manipolare, porsi domande, formulare ipotesi,

raccogliere dati e sviluppare ragionamenti,

la propria crescita nell’apprendimento disciplinare

Contestualmente si rafforza la professionalità dei

docenti che assumono un maggior ruolo tutoriale e docenti che assumono un maggior ruolo tutoriale e

di facilitatori dei processi di apprendimento avviati

Il tutto si può completare con attività esterne

collaborazioni con istituzioni di divulgazione

con un apprendimento

partecipato e a partire dall’esperienza

ConclusioniConclusioni

L’allievo è invitato a esplorare, osservare,

manipolare, porsi domande, formulare ipotesi,

raccogliere dati e sviluppare ragionamenti, costruire

nell’apprendimento disciplinare

la professionalità dei

che assumono un maggior ruolo tutoriale e che assumono un maggior ruolo tutoriale e

di facilitatori dei processi di apprendimento avviati

attività esterne e

collaborazioni con istituzioni di divulgazione

Michele MoroEducational Chair

Emanuele MenegattiGeneral Chair

Questions?Questions?