Arduino nella scuola e nella divulgazione tecnologica

Cos’è Arduino
Arduino è sostanzialmente un piccolo computer, in realtà più precisamente un microcontrollore, pensato per offrire un sistema economico di rilevamento di ingressi analogici e digitali e di azionamento di uscite digitali ma, con qualche trucco, anche analogiche. Su Wikipedia è possibile trovare una definizione più accurata, ma che rischia di essere un po’ troppo tecnica. La chiave di lettura principale, che spiega l’interesse didattico di Arduino, è l’aggettivo “economico”; non a caso, perché il prezzo finale del modello base è poco superiore ai venti euro, ciò che lo rende veramente alla portata di tutti. Un altro aspetto importante è che Arduino, connesso ad un computer che serve per programmarlo, permette veramente di creare, con un po’ di fantasia, soluzioni semplici, efficaci ed economiche a tanti piccoli problemi di automazione, tanto che è alla base anche di applicazioni innovative come la stampa in tre dimensioni di piccoli oggetti. In un famoso articolo sulla rivista online americana MAKE, il sito che raggruppa gli hobbisti realizzatori di oggetti, Philip Torrone scriveva: “Why the Arduino Won and Why It’s Here to Stay”, cioè “Perché Arduino ha vinto e perché è qui per rimanere”. Ecco i punti principali, un po’ sintetizzati:

• L’ambiente di sviluppo (IDE) è disponibile per MAC, Linux e Windows ed è completamente Open Source, cioè i programmi sorgente sono disponibili a tutti gratuitamente;
• Il driver per PC funziona sotto Mac, Linux e Windows, e sono facilmente integrabili i principali linguaggi di programmazione;
• Le librerie software sono facili da utilizzare ed anche da realizzare;
• La programmazione di Arduino da PC è facile e veloce;
• Il 99% dei sensori è facile da interfacciare;
• Può essere usato per progetti semplici, come far lampeggiare un LED, ma anche complessi come, per esempio, localizzatori GPS;
  Non è un sistema chiuso legato ad una sola marca di hardware, le soluzioni trovate possono essere trasportate su altri microcontrollori;
• Costa poco, a partire da circa 20 Euro;
• Tutto il software è Open Source, ma anche l’hardware.

Per questi ed altri motivi Arduino ha suscitato molto interesse, ed è oggi utilizzato in molti ambiti, oltre a quello ovvio dell’elettronica; in particolare il “making” in generale, fenomeno che vede in molti paesi del mondo perfino fiere del fai-da-te (in inglese DIY: Do It Yourself) e le competizioni d’arte, dove si inventano nuove forme di comunicazione visiva tramite luci, colori, movimento, eccetera. Un’applicazione molto importante dell’Arduino è la stampa 3D, che meriterebbe tutto un discorso a parte, talmente è innovativa e in forte sviluppo; un altro ambito interessante è la guida automatica di piccoli veicoli o velivoli (droni) con possibilità di infinite applicazioni pratiche. Infine una curiosità: Arduino è un progetto italiano, nato presso l’Interaction Design Institute di Ivrea (TO) da un team guidato da Massimo Banzi; la storia del progetto è molto interessante, e divertente la scelta del nome, che è quello del bar allora frequentato dai progettisti. A sua volta il bar prendeva il nome da Arduino d’Ivrea, re d’Italia intorno all’anno 1000.

Arduino e i laboratori di BergamoScienza: “Arduino Mon Amour”
Nel 2012 alcune delle nuove attività dei laboratori di BergamoScienza presso il Paleocapa sono state realizzate utilizzando come base la piattaforma Arduino. I docenti e gli studenti hanno progettato attività di qualità nell’ambito della didattica interattiva-informale, dando così ampia visibilità alle attività e le professionalità dell’Istituto. Sono state costruite attività e percorsi utili anche per l’orientamento in ingresso e in itinere (Open day e orientamento classi seconde). Infine, le attività laboratoriali progettate e realizzate sono pronte per essere riutilizzate anche internamente come attività motivazionali a sostegno della didattica tradizionale. Le attività si sono svolte tra gennaio e ottobre 2012, ed hanno coperto i seguenti aspetti: progettazione di massima, presentazione al Comitato promotore, realizzazione dell’hardware necessario, costruzione in dettaglio del laboratorio, formazione degli studenti relatori e, infine, presentazione al pubblico durante BergamoScienza. Le attività laboratoriali proposte, illustrate con filmati sul canale YouTube del Paleocapa, sono le seguenti.

• Bomba Arduino Uno: Un simulatore di bomba… come quelle dei film di James Bond. Si deve inserire velocemente il codice di sblocco corretto prima che esploda (per finta!).
• Arkanoid: L’Arkanoid è un gioco degli anni ‘80 rifatto in uno stile particolare: il gioco è stato realizzato mediante l’utilizzo di una matrice di LED 8×8 e programmato su Arduino Uno. Joystick utilizzato: Sparkfun Joystick Shield.
• Macchinina telecomandata via Bluetooth: La macchinina telecomandata è stata realizzata sulla base della scheda Arduino Uno; la comunicazione tra il PC e la macchinina avviene con la tecnologia Bluetooth a radioonde. Per comandare la macchinina, e quindi inviare dei segnali tramite Bluetooth, è stato usato un programma in linguaggio Visual Basic.
• Pong: Il celebre gioco degli anni ‘70, realizzato con un display LCD di origine Nokia (cellulare 3310/3330 del 2000) e due potenziometri a perno assiale per comandare la racchette. Una sintesi di storia della tecnologia e del costume attraverso un divertente gioco.
• Danger Shield: Una dimostrazione molto efficace dell’uso della Danger Shield (un’estensione modulare all’Arduino, assemblata dagli alunni stessi su un progetto Open Source), applicato alla musica. Tramite i tre potenziometri scorrevoli e il software Scratch S4A, si modulano i suoni prodotti da un buzzer.

I numerosi studenti e docenti partecipanti hanno espresso soddisfazione per l’attività svolta. Tutti gli ospiti ai laboratori, scolaresche di ogni età e famiglie al completo, hanno espresso soddisfazione per l’attività proposta; inoltre docenti di altre scuole hanno chiesto la nostra consulenza per la costruzione di esperienze simili. Il comitato scientifico di Bergamo- Scienza ha espresso grande soddisfazione per il lavoro svolto. Contando anche gli altri laboratori, abbiamo ospitato circa 1600 visitatori (il terzo istituto della provincia) senza contare le conferenze del settore tessile e i laboratori di Esplora. Si spera che l’edizione 2013, dato il successo ricevuto, possa ricevere la più che gradita visita di Massimo Banzi, il leader del progetto Arduino e della promozione del making e dell’hardware Open Source.

Arduino nella scuola
In quest’anno scolastico 2012/2013 Arduino è stato utilizzato nel laboratorio della materia “Sistemi e reti” in due classi terze informatiche. Il modello prescelto è stato l’Arduino Leonardo, l’ultimo nato della serie base direttamente derivata dall’Arduino Uno; rispetto a quest’ultimo le differenze sono minime. Le schede sono state acquistate a spese degli alunni, ad un costo di 22 euro l’una; rimangono di loro proprietà, e ciò consente di sperimentare anche a casa. Le esperienze di laboratorio si sono svolte nell’arco di circa due mesi ed hanno avuto come oggetto la programmazione di base, le uscite digitali (LED) e la comunicazione seriale con il PC da programma. È stata anche affrontata, per ora solo in modo dimostrativo,  la comunicazione ad infrarossi, sia in trasmissione che in ricezione. Si sono inoltre sperimentate altre modalità di programmazione, utilizzando una specie di piccolo sistema operativo integrato (Bitlash), che ha permesso di supportare argomenti trasversali alle materie dell’indirizzo informatico, quali la shell e lo scheduling. L’esperienza è stata positiva, anche se limitata a causa della mancanza di hardware collegabile; peraltro la minore incidenza dell’elettronica nel nuovo percorso di studi fa ritenere preziose queste pur piccole esperienze d’interfacciamento. Si è creato un certo interesse, e motivato alcuni alunni a sperimentare da soli nuove idee; alcuni si sono inoltre offerti di partecipare ai nuovi progetti per BergamoScienza, dove la collaborazione tra informatici, elettronici e meccanici è una vera ricchezza didattica ed umana.

Opportunità e limiti
Come visto, le opportunità di utilizzo di Arduino sembrano molto ampie, spaziando dall’arte alla tecnologia hobbistica più o meno “spinta” fino al vero e proprio “making”, cioè l’invenzione di oggetti nuovi o di nuovi modi per realizzarli. Nasce però, proprio dalla semplicità d’uso del piccolo oggetto, anche qualche perplessità di tipo didattico. Sul blog di Arduino Scuola (http://scuola.arduino.cc/it) è comparso un articolo di Francesco Contalbi dal titolo significativo: “Arduino è troppo semplice per le scuole tecniche?”. Il legittimo dubbio è che, essendo Arduino così semplice, i ragazzi pensino che da solo esso rappresenti il mondo dell’elettronica. Sarebbe infatti sbagliatissimo inculcare ai ragazzi solo una cultura del “programmare facile” a tutti i costi; tuttavia è altrettanto rischioso impostare una didattica eccessivamente teorica, e non fornire loro un’opportunità di esercitazione ricca di spunti e capace di far venire la voglia di aggiungere qualcosa ai propri piccoli progetti, e di continuare a sperimentare anche a casa, visti i costi abbordabili del sistema e dell’hardware accessorio.

Nel prossimo futuro…
…si affaccia il Raspberry Pi.
A differenza di Arduino, si tratta di un vero e proprio PC, in grado di funzionare con un sistema operativo della famiglia Linux. Le dimensioni sono minime, circa 9 cm di lato, ma anche la dotazione; ciò impone il collegamento esterno di tutto quello che serve, a partire dal disco di sistema. Tuttavia anche questa piattaforma condivide la filosofia del costo minimo e dell’orientamento al mondo fisico tramite interfacciamento semplificato.
Senza alcun dubbio nei prossimi anni vedremo un fiorire di progetti interessanti e alla portata di tutti, e non solo in campo didattico.

Per le informazioni sulle attività dell’ITIS Paleocapa collegate a BergamoScienza, si ringrazia il prof. Sergio Bolognini, che ne è il promotore e il curatore.