Thymio nella didattica in Francia e in Svizzera

L’uso di Thymio in materia di istruzione in Francia è in continuo aumento, con la mediazione scientifica d’INRIA, nelle università, nella Rete Canopé, nei centri di cultura scientifica e tecnica, nelle associazioni educative nazionali come i Petits Débrouillards, e in molti altri contesti.

Morgane Chevalier*, Gordana Gerber**, Didier Roy***

Traduzione dal francese a cura di Nicoletta Rececconi

Il robot Thymio è stato sviluppato in Svizzera (vedi: articolo Mondada in questo numero) e il suo utilizzo si è diffuso rapidamente tra gli insegnanti. Un’indagine1 ha mostrato che sono due i profili tipici che caratterizzano gli insegnanti interessati a questo robot: i pionieri che già utilizzano diverse piattaforme robotiche e coloro che sono stati motivati da ciò che hanno visto fare dai pionieri. È quindi indispensabile divulgare ciò che i pionieri fanno affinché molti altri possano impegnarsi in modo fruttuoso in attività didattiche con il robot Thymio II. In questo senso, due sono le azioni che vengono svolte: la formazione continua degli insegnanti (in situ o online) e la documentazione di buone pratiche pedagogiche.

La formazione continua

Non è sufficiente mettere uno strumento in classe perché chi lo utilizza lo padroneggi: basti vedere cosa è successo con i primi computer negli anni ’80! Qualsiasi strumento richiede una riflessione sull’uso che ne faremo, ed è lo stesso per i robot: come utilizzarli in modo che essi promuovano l’apprendimento? Questo è il quesito che si sono posti i circa 300 corsisti svizzeri nella prima formazione continua svolta dall’EPFL, in collaborazione con la Haute École Pédagogique del Cantone di Vaud e l’Haute Ecole d’Ingénierie HES-SO nel Cantone Vallese. Durante questa formazione, gli insegnanti, prima acquisiscono conoscenze tecniche sul Thymio, e poi scoprono dei moduli didattici già sperimentati in classe. L’approccio tecnico permette agli insegnanti di demistificare il robot. Inoltre, i formatori hanno scelto di metterli direttamente davanti a delle situazioni  in cui il robot “non funziona”: perché segue la linea nera, mentre non segue quell’altra linea? Questo tipo di quesito permette agli insegnanti di scoprire i principi dei sensori a infrarossi. Così che, capendo il funzionamento del robot, si proiettino già nel suo utilizzo in aula. Vengono proposte loro delle attività educative come il progetto Thool2 o il kit IniRobot.

Thool

Dal 2014, EPFL sta sviluppando del materiale didattico con il robot Thymio per gli studenti dai 4 ai 18 anni nel quadro del progetto denominato Thool (da Thymio e School). L’obiettivo del progetto è quello di riunire due mondi che possono apparentemente sembrare lontani: il mondo della robotica avanzata, con una serie impressionante di sofisticati robot, e il mondo della scuola in Svizzera, con i suoi programmi obbligatori, dove spesso non compaiono né robotica informatica. Questo viene fatto con l’aiuto del robot Thymio che funge da “ponte” tra la nozione del programma da imparare e una delle caratteristiche di un robot sofisticato. Il progetto apre una porta affinché gli studenti possano comunicare con gli scienziati e viceversa, spingendo questi ultimi a imparare a comunicare con gli studenti.

Intuitivo, facile da usare e da capire, con prezzi accessibili: la scelta del robot educativo Thymio per questo progetto era perfetta.

Per ogni materiale, i ricercatori dell’EPFL creano un modulo pedagogico: (1) un breve video introduttivo in cui viene presentato il robot, (2) una proposta di attività scolastica da fare con Thymio, ispirato dal robot iniziale, e (3) un collegamento skype con un ricercatore del progetto originale.

Data la mancanza della programmazione come materia nei piani didattici della Svizzera, le attività proposte coinvolgono diverse discipline quali la matematica, la scienza o anche le lingue. Esse sono spesso progettate per accompagnare un esercizio già esistente nel programma. In questo caso, il robot Thymio viene utilizzato sia come strumento per fare l’esercizio, sia come strumento di verifica del risultato. In entrambi i casi, “Thool” è chiaramente un “Tool”.

Esempio di un’attività Thool

Il seguente schema mostra come si concepisce un’attività Thool: in questo esempio specifico, il progetto di robotica alla base si chiama “Costruzione autonoma”3 e consiste in robot mobili che manipolano gli oggetti, spostano dei materiali o creano costruzioni rispettando le forme e le dimensioni date (fig. A).

Per poter presentare questo robot agli alunni, abbiamo immaginato un’attività in cui Thymio è travestito come una macchina da cantiere che muove dei legni per coprire le sagome a terra (fig. C).

Nella sua formulazione, l’attività coincide con quella dei loro libri di matematica e pertanto non si discosta dal programma obbligatorio. (fig. B)

a) Robotica alla base: Costruzione autonoma

b) Programma scolastico: Libro di matematica, età 5-6 anni.

c) Attività Thool «Thymio il costruttore»

Qual è il valore aggiunto nell’usare il robot come “strumento” per eseguire questo esercizio in matematica (invece delle dita)? In entrambi i casi, gli studenti eserciteranno le stesse competenze: il raggiungimento delle sagome nel piano, le trasformazioni geometriche o la differenziazione delle forme. Per contro, siccome il robot sarà guidato tramite un telecomando, gli studenti dovranno esercitare anche la motricità ed essere strateghi. L’insegnante inoltre, può posizionare le tessere in posizioni che richiedono da parte dello studente la seguente riflessione: come posso raggiungere quella stanza? Quale dovrebbe essere l’ordine delle mie azioni?

Esempio di sequenza Thool

Le seguenti immagini mostrano la stessa attività inclusa nel modulo completo in classe: Video – Attività – Skype (immagini 1-4):

1. L’insegnante guarda il video introduttivo Costruzione autonoma

2. L’insegnante spiega come si svolge l’attività Thymio costruttore

3. Gli studenti fanno l’attività Thymio costruttore

4. Collegamento Skype con un ricercatore del progetto Costruzione autonoma

La maggior parte dei docenti che usano i materiali Thool sono già formati e hanno esperienza prima di utilizzarlo con i loro studenti. Inoltre, alcuni materiali sono prodotti sotto forma di Kit pronti all’uso e sono disponibili gratuitamente nei punti di prestito dei materiali scolastici (Figura 0).

Tutto il materiale è disponibile gratuitamente sul sito web www.thool.ch. Per ogni attività (una decina al momento) sono disponibili il video introduttivo, le schede per gli insegnanti e gli studenti (in francese), i codici e gli accessori da stampare, o eventualmente da tagliare ed assemblare. Di volta in volta vengono aggiunte nuove attività. In parallelo, la formazione degli insegnanti sull’uso di questo materiale in classe continua in tutta la Svizzera francese.

Il team EPFL lavora sul libro delle attività Thool per la scuola primaria, in collaborazione con l’associazione Mobsya. Il libro è una collezione di accessori offerti per le attività Thool (maschere per i robot, piste…) sotto forma di pezzi pre-tagliati da staccare dal libro. Ciò sarà particolarmente interessante per i docenti che non hanno la possibilità di stampare il materiale dal sito.

Il libro sarà utile anche per altri paesi e al di là delle barriere linguistiche, in quanto conterrà solo materiale grafico.

Il kit didattico IniRobot

Il kit IniRobot, creato alla fine del 2014 dalla squadra Flowers d’Inria Bordeaux (Francia), è stato implementato molto rapidamente e il lavoro continua. Ora è presente in tutto il territorio francese, è adottato da molte istituzioni e utilizzato nella maggior parte dei corsi di formazione in robotica educativa, nella sua forma originale o nella forma più evoluta. Sono state sviluppate diverse versioni modificate, alcune descritte sul sito inirobot.fr o su altri supporti. Molti insegnanti o educatori lo usano anche senza la formazione iniziale, in quanto la strategia utilizzata nel kit promuove l’auto-apprendimento.

Ultimamente IniRobot ha ispirato la parte robotica di Thymio nel dossier “1, 2, 3 .. codez!” della Fondazione Le mani in pasta progettato per introdurre i bambini alla scienza computazionale. Così come per quanto riguarda il modulo di robotica per la formazione su larga scala in blended-learning Class’Code, destinato a formare 300.000 formatori sul pensiero computazionale in tutta la Francia.
L’uso di Thymio in materia di istruzione in Francia
è in continuo aumento, con la mediazione scientifica d’INRIA, nelle università, nella Rete Canopé, nei centri di cultura scientifica e tecnica, nelle associazioni educative nazionali come i Petits Débrouillards, e in molti altri contesti.

Obiettivi per quanto riguarda i concetti di base dell’informatica e della robotica

Riportiamo di seguito alcune delle conoscenze e delle competenze base inerenti il dispositivo robotico:

  • I robot hanno dei sensori di rilevazione, degli attuatori per agire e un computer per collegare gli eventi e le azioni dentro programmi informatici.
  • Bisogna conoscere ed essere in grado di usare le parole “sensori”, “computer”, “attuatore”, “elettronico“, “informatico“, “istruzioni” “meccanica”, “algoritmo”, “linguaggio di programmazione”.

  • Dare delle istruzioni a un robot, e comprendere che una serie di istruzioni è un algoritmo.
  • Sapere che ci sono diversi linguaggi di programmazione.
  • Utilizzare i concetti fondamentali della programmazione basata sugli eventi e le regole del tipo “Se … allora …”.
  • Sapere che il comportamento di un robot dipende dall’interazione tra il programma, il corpo del robot e l’ambiente fisico.
  • Conoscere le somiglianze e le differenze tra i robot e gli esseri viventi (sensore/sensi, attuatori/muscoli, computer/sistema nervoso).

La strategia di insegnamento
Il metodo scientifico

Il dispositivo IniRobot privilegia l’approccio di insegnamento investigativo, il metodo scientifico quindi, in cui gli utenti diventano ricercatori attivi e indipendenti, in cui possono sperimentare e convalidare le loro ipotesi all’interno di una dinamica progettuale.

I bambini si collocano nella posizione di ricercatori, in cui spontaneamente formulano domande e ipotesi e poi progettano e realizzano esperimenti per convalidarle o invalidarle. Ciò è rafforzato dal micromondo d’apprendimento fornito dal robot, dove le risposte dell’ambiente in cui i bambini sono immersi forniscono loro le informazioni necessarie per i loro progressi. Per esempio, gli effetti visibili della loro programmazione nel comportamento dei robot sono degli elementi essenziali per procedere.
La “Missione 1” del kit IniRobot è emblematica di questo metodo: l’oggetto (in questa fase non stiamo ancora parlando di robot) viene dato ai bambini affinché essi stessi lo scoprano. “Abbiamo trovato questo oggetto nel bosco e non sappiamo di cosa si tratti. Ci puoi aiutare a saperne di più?”. Così, addirittura non gli viene nemmeno detto se è possibile che si accenda quell’oggetto e, tanto meno, come si accende. Le attività sono collegate mantenendo quella linea. Anche il software di programmazione, ad esempio, non è oggetto di una specifica presentazione. Alcuni esperimenti con il robot, tramite programmi specifici sviluppati proprio a questo scopo, fanno acquisire, per inferenza, gli elementi chiave e la logica stessa del software.

La ricerca associata alla scoperta genera il piacere del cercare e del trovare. Questa dinamica è una risorsa per avvicinare i ragazzi allo stato di “Flow4 nel loro processo di apprendimento.
In questo approccio, l’errore
ritrova un’immagine positiva, e viene visto come una fase normale del processo di apprendimento. Il robot non fa ciò che dovrebbe? Nulla di grave, è possibile correggerlo. L’aspetto concreto del risultato del programmare un robot pone la sperimentazione nel mondo reale e lascia intravedere la risoluzione delle difficoltà, rendendola più concreta senza causare un’eccessiva interiorizzazione.

Per aumentare il potenziale educativo del dispositivo, oltre al micromondo di aprendimenti e alla ricerca scientifica, aggiungiamo un approccio cooperativo, che rafforza i vari aspetti di cui sopra.

L’approccio cooperativo

Un lavoro cooperativo, come quello di un team di ricercatori, stimola la ricchezza di idee e di ipotesi, il dibattito e la necessità di sperimentare per decidere. Tutto questo contribuisce al successo nelle attività e mantiene alta la motivazione.

Tornando alla visione positiva dell’errore, normale tappa verso la riuscita, bisogna aggiungere che il gruppo porta ad una visione collettiva dello stesso: l’errore è a carico di tutti e non viene vissuto come una responsabilità personale.

Si è notato, ad esempio, che emergono nuovi comportamenti nei bambini in difficoltà. Osano di più, esprimono idee, propongono esperimenti e rivelano agli altri e a loro stessi che hanno un potenziale fino ad ora un po’ soffocato dall’insuccesso scolastico. L’esempio più eclatante di questo aspetto è probabilmente la storia di una bambina di otto anni, con alle spalle evidenti difficoltà scolastiche, che, durante un’attività di robotica in cui si chiedeva ai bambini di trovare un algoritmo per evitare un ostacolo, ha proposto il miglior algoritmo. Una volta appurato che la sua proposta non era dovuta al caso, abbiamo dovuto constatare che lei aveva visto una soluzione, e aveva osato proporla, perchè l’aveva trovata la migliore risposta al quesito. Naturalmente va ancora male a scuola, ma ciò che ha dimostrato in quell’occasione non può che farci interrogare sul sistema scolastico e sull’interesse che suscitano attività di gruppo come queste, ancorate al reale.

Strategia e abilità

La metodologia proposta ha lo scopo di favorire l’acquisizione di competenze legate al pensiero computazionale, concetti di informatica di base e competenze più trasversali, tra cui: lavorare in gruppo imparando a suddividere i compiti, gestire il confronto e la discussione, accettare che le proprie ipotesi vengano riviste.

La strategia di distribuzione

Per facilitare la diffusione del dispositivo sul territorio francese, la strategia che abbiamo scelto si basa sui seguenti elementi chiave:

  • Le attività sono raggruppate in opuscoli scaricabili, open source, in Creative Commons, permettendo il riutilizzo libero con la sola menzione degli autori. Così è possibile anche modificarne il contenuto.

  • Le attività sono gratuite, chiavi in ??mano, con schede e soluzioni complete.

  • Vengono organizzate delle sessioni di formazione, di solito a titolo gratuito che consentono alle persone che le seguono di essere rapidamente autonome. In cambio, chiediamo a queste persone di assistere o di formare, a loro volta, quelli della loro area geografica disposti a utilizzare il dispositivo.

  • Dei forum dedicati e dei siti permettono di ottenere tutti i documenti necessari, di essere accompagnati nell’uso, per lo scambio di esperienze e documenti. Alle persone che usano liberamente i libretti delle attivitàviene chiesto di dare un ritorno della loro esperienza sul forum.

Le attività IniRobot

Il kit IniRobot si basa sull’utilizzo della piattaforma robotica Thymio II e sul suo linguaggio di programmazione visuale VPL (Visual Programming Language).

Le attività si sviluppano intorno a delle missioni, descritte in un opuscolo, chiamato in questo caso Quaderno delle missioni. Esse sono state progettate e testate da un gruppo di docenti e ricercatori attraverso un ciclo di prototipazione e di valutazione.

Ci sono due versioni di kit IniRobot, la versione originale, utilizzabile da tutti e una versione ampliata, IniRobot scuola, attualmente in fase di definizione, destinata specificamente alla didattica, col dettaglio degli obiettivi pedagocici, coi collegamenti ai programmi nazionali e con suggerimenti su come procedere.

IniRobot è stato calibrato per i bambini a partire dalla scuola primaria fino ai 12 anni, in contesti diversi, in classe, con gli insegnanti o all’esterno della classe, nei prescuola con gli educatori. L’organizzazione delle attività è flessibile da 6 a 10 sedute di 30-75 minuti ciascuna, a seconda degli obiettivi e dei vincoli.

Per favorire l’approccio cooperativo, la migliore organizzazione sembra essere quella di un computer e un robot ogni gruppo di tre utenti, evitando la potenziale competizione del gruppo a due e la possibile dispersione del gruppo a quattro.

La distribuzione IniRobot

Dopo 2 anni di diffusione, IniRobot è stato utilizzato da più di 1.400 adulti e 15.000 bambini in 52 città in Francia. Oggi, l’uso di Thymio si è diffuso, al di là di IniRobot, le cui statistiche non sono più rilevabili.

Sono state intraprese azioni per cominciare la distribuzione del kit. Così, per tutto il primo anno, è stata fornita molta formazione gratuita, accompagnata dal prestito dei robot, agli educatori comunali per le attività extrascolastiche e ai docenti.

Nel caso più specifico, tutti gli animatori digitali della Gironda, presso quasi 1000 scuole sono stati formati su IniRobot e ora possono formare a loro volta, a poco a poco, gli insegnanti dei loro distretti scolastici. L’originalità della formazione è che per formarli vengono usate proprio le attività IniRobot attraverso la ricerca e i docenti vedono dall’interno cosa faranno i bambini a loro volta. Un beneficio diretto: dopo essere stati formati per circa tre ore, i formatori e gli insegnanti sono già in grado di utilizzare il dispositivo IniRobot senza un aiuto esterno.

Tra le città che hanno implementato IniRobot nelle loro attività extrascolastiche, Talence (Gironda) è stata storicamente la prima a provarlo, mentre Lille è stata la prima a distribuire in maniera diffusa IniRobot. Oggi, molte città usano IniRobot, la più recente è stata la città di La Rochelle.

Per supportare la distribuzione, è stato creato il sito forum-www.inirobot.fr che contiene tutti i documenti scaricabili, alcuni modificati e condivisi dai membri della comunità, con molti feedback sulle esperienze avute e aree di discussione.

“Nel primo ciclo della primaria, i risultati sono abbastanza sorprendenti. Questa non è una sorpresa, è un aspetto interessante di questa attività. Gli studenti sono affascinati dall’uso dei robot. Ciò che è più interessante è la motivazione che li spinge al loro uso. Così, mentre questa classe presenta grandi difficoltà nell’apprendimento, agli alunni non dispiace sforzarsi di leggere per capire le istruzioni. Dal nostro punto di vista, pensiamo di aver trovato un’attività che li incoraggia a imparare a leggere. Mi sembra di aver trovato il Graal, soprattutto quando si tratta di bambini con difficoltà importanti. Quindi ho dovuto adattare il kit educativo al livello della classe. Ho semplificato facendo diversi cambiamenti, soprattutto per quanto riguarda il vocabolario.” (Stéphane Schwartz, (33), docente a Lormont, estratto da un testimonianza apparsa su inirobot.fr.).

Le attività IniRobot

Le attività IniRobot sono state pensate come quindici missioni costruite in modo che i bambini siano nella loro zona di sviluppo prossimale. La difficoltà delle consegne è tale da porli di fronte a sfide abbastanza alte per motivarli, senza però essere troppo difficili, in modo che i bambini sentano di potercela fare.

Le prospettive

I risultati dei primi test e dei colloqui svolti con gli insegnanti e gli educatori indicano che il dispositivo è utile e stimolante. IniRobot si è diffuso molto rapidamente e questo slancio continuo. Molte versioni modificate sono apparse sul sito inirobot.fr o su altri supporti e la strategia educativa globale rimane caratterizzata dalla ricerca e dall’approccio cooperativo. Sono stati approntati nuovi questionari per proseguire lo studio di usabilità e l’impatto del dispositivo nell’acquisizione di competenze informatiche. I dati permetteranno poi di valutare in maniera più completa ed accurata le attività a disposizione e di migliorarle. Questi questionari saranno anche l’occasione per misurare quanto sia positivo l’impatto sui bambini con difficoltà di apprendimento, come suggeriscono le testimonianze e le osservazioni svolte durante le attività con IniRobot, o apparse sul sito o inirobot.fr, o, infine, anche dagli interventi avuti in “Simposio Robotica e Didattica che il nostro gruppo di ricerca organizza da due anni a Bordeaux, all’inizio dell’estate.

*È stata insegnante di scuola primaria in Francia e Svizzera. Ora è insegnante all’HEP-Vaud e una studentessa del PhD in Robotica educativa all’EPFL (Svizzera)

** Ha un PhD in Fisica ed è un’insegnante di fisica e matematica. É anche formatrice in robotica educativa all’EPFL. Ha il compito di creare nuovo materiale educativo utilizzando il robot Thymio come parte del progetto Thool

***Ha un PhD in Computer Science (Cognitive Computing), è ricercatore in un team di ricerca di sviluppo della robotica (Inria Flowers, Francia) e un formartore in robotica educativa e pensiero computazionale. Coordina i progetti di robotica educativa IniRobot e Poppy Education.

1Chevalier, Morgane, Riedo, Fanny, et Mondada, Francesco. “Pedagogical uses of thymio II: How do teachers perceive educational robots in formal education?,” IEEE Robotics Automation Magazine, vol. 23, pp. 16–23, June 2016.

3 http://mobots.epfl.ch/autonomous-construction.html

4Il flusso è lo stato mentale di una persona pienamente impegnata nel suo lavoro, accompagnata dalla massima concentrazione e soddisfazione nel realizzarlo.

Mancano foto