FINAL SYNTHESIS LAB 2 - EDUCATIONAL TECHNOLOGY INNOVATION
Anno accademico e docente
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- English course description
- Anno accademico
- 2020/2021
- Docente
- ANDREA SPAGGIARI
- Crediti formativi
- 12
- Periodo didattico
- Secondo Semestre
Obiettivi formativi
- Il corso integrato è concepito, nelle modalità organizzative, didattiche e nei contenuti, come un laboratorio applicativo al cui interno gli studenti sono guidati allo sviluppo di un progetto multidisciplinare che si rispecchi nei principi dei processi di apprendimento attraverso l’innovazione, con lo sviluppo in concreto di piattaforme educazionali innovative o smart toys.
Il laboratorio ha il compito di offrire allo studente una opportunità di sperimentazione progettuale e di verificare le proprie capacità di autogestione e programmazione. Particolare attenzione è rivolta allo svolgimento di un periodo di tirocinio e allo sviluppo della tesi finale.
Il corso è articolato in 4 moduli:
Il modulo “Educational Product Design” (30 ore) ha l’obiettivo di fornire gli strumenti metodologici e operativi che guidino lo sviluppo e la realizzazione di un elaborato multidisciplinare sintesi applicativa delle conoscenze e competenze apprese negli insegnamenti precedenti, trasferendole nell’ambito del prodotto per l’educational. A esso si demanda il compito di indirizzare la scelta del progetto da sviluppare durante il semestre, con il supporto integrato dei tre moduli a sostegno e il coaching continuo, la supervisione delle problematiche di gruppo e la parte di comunicazione e presentazione finale.
Il modulo “Smart Product Engineering” (30 ore) ha come obiettivo di fornire strumenti pratici per la realizzazione fisica dei progetti sviluppati dai team di studenti, con particolare attenzione alla capacità di utilizzare tecniche di rapid prototyping, basate sulla progettazione 3D e sulla simulazione multifisica. Il modulo aiuta i team di studenti in maniera applicativa rispetto alla capacità di eseguire e analizzare le prove sperimentali con efficienza e ottimizzazione.
Il modulo “Systems and communications for educational smart objects” (30 ore) di natura prettamente applicativa e laboratoriale mira ad avvicinare gli studenti ai moderni strumenti di sviluppo per applicazioni ICT e permettere una più semplice comunicazione e/o integrazione con progettisti specializzati nel campo, per sviluppare dispositivi che rientrino nella categoria Internet of Things. Il fine è quello di affiancare i team di studenti nella scelta di soluzione tecniche percorribili ed attuabili con semplici sistemi embedded come Arduino.
Il modulo “Automation and interaction for educational smart objects” (30 ore) di natura prettamente applicativa e laboratoriale mira alla inclusione nella catena progettuale della parte di controllo e automazione, ossia del sistema intelligente che è essenziale e caratterizza un qualunque sistema definibile come smart.
Obiettivo del laboratorio è di supportare gli studenti con strumenti che consentano loro la realizzazione e l’implementazione pratica di un prototipo fisico che venga interamente pensato progettato e realizzato all’interno di un progetto di innovation design organico e strutturato.
Le principali competenze acquisite saranno:
- Metodologie e tecniche di lavoro in team multidisciplinare quanto in un contesto lavorativo.
- Analisi di sistema e definizione delle specifiche secondo quanto appreso negli insegnamenti precedenti.
- Metodologie e tecniche di definizione di prodotto e di gestione del progetto.
- Capacità realizzativa, tramite prototipazione rapida, di semplici sistemi educazionali intelligenti.
Le principali abilità saranno:
- integrare le conoscenze e gestire la complessità.
- sviluppare soluzioni innovative in risposta ai bisogni dell'utenza potenziale e dei requisiti definiti nelle specifiche di prodotto e di progetto.
- sviluppare un progetto organico, dalla fase creativa di concept fino alla progettazione esecutiva.
- selezionare e implementare soluzioni tecniche, materiali, di lavorazione e di produzione.
- gestire processi di integrazione di tecnologie digitali e manifatturiere avanzate per lo sviluppo di nuove tipologie di prodotto. Prerequisiti
- Non sono previsti prerequisiti.
Contenuti del corso
- Il corso prevede 120 ore di didattica destinate a lezioni di tipo prettamente laboratoriale con eventuali workshop multidisciplinari in team ed esercitazioni.
È articolato in 4 moduli:
• “Educational Product Design” (30 ore)
• ” Smart Product Engineering” (30 ore)
• “Systems and communications for educational smart objects” (30 ore)
• “Automation and interaction for educational smart objects” (30 ore)
Di seguito i contenuti principali trattati nei quattro moduli:
“Educational Product Design” (30 ore)
Argomenti:
• Design approaches in developmental age
• Game design and group behaviour
• Problem setting and lateral thinking
• Human factors and interaction in design for children
•Story-telling tools for educational design
• Digital media design for educational
• Pre-logic, logic, analogic and digital scenarios
• Educational design for disease and special purposes
“Smart Product Engineering” (30 ore)
Il modulo si occupa di fornire agli studenti supporto pratico e metodologico per la progettazione e la ingegnerizzazione di smart product educativi, principalmente sulla parte di progettazione meccanica e meccatronica.
Argomenti:
• Cenni di progettazione 3D
• Dal 3D al prototipo: strumenti base di additive manufacturing e stampa 3D
• Implementazione pratica: dal concetto al prototipo
• Integrazione meccatronica e materiali meccatronici negli “smart educational systems”
• Come verificare la funzionalità: Test sperimentali ottimizzati
Systems and communications for educational smart objects (30 ore)
Verranno presi in considerazione dei semplici strumenti per lo sviluppo di applicazioni su hardware programmabile (Arduino o schede simili) e interfacce ed applicazioni su sistema operativo Android
Argomenti:
• Prototipazione di sistemi elettronici programmabili basati su schede Arduino (o schede simili)
a. Introduzione
b. Caricamento di programmi già disponibili (sketch) sulla piattaforma hardware
c. Semplici applicazioni con led e pulsanti
d. Schede di espansione (shield)
e. Applicazioni complesse
• Sviluppo di interfacce grafiche e semplici applicazioni su sistema operativo Android
a. Android Studio
b. Emulatore
c. Interfacce grafiche
d. Caricamento di una applicazione su un dispositivo fisico
e. Applicazioni complesse come “smart educational systems”
“Automation and interaction for educational smart objects” (30 ore)
Il corso prepara al progetto, prototipazione rapida e sviluppo di sistemi di controllo basato su controllori digitali. Lo studente apprende le basi del controllo automatico (modellistica e retroazione nelle prime 20 ore di didattica) e successivamente applica in laboratorio le competenze acquisite nelle 10 ore restanti.
Argomenti:
• Modello matematico di un semplice sistema meccanico del primo e secondo ordine.
• I principi del controllo in retroazione.
• Il luogo delle radici come strumento di analisi e progetto.
• Progetto del controllore tramite luogo delle radici.
• Uso di Matlab per il progetto e simulazione del controllo
• Esempio didattico su microprocessore Arduino. Metodi didattici
- Il metodo didattico prevede un largo uso di didattica di tipo integrativo e di laboratorio, essendo un corso integrato di carattere squisitamente applicativo. La didattica del laboratorio è pianificata e coordinata dal docente della disciplina caratterizzante in collaborazione con i docenti di ogni modulo, in modo da garantire una proficua interazione tra le discipline ed evitare sovrapposizioni sui temi sviluppati e sovraccarichi didattici.
Il primo modulo si occuperà della creazione e della gestione di gruppi di progetto multidisciplinari conferendo le specifiche del progetto e il supporto alla gestione. Il tratto condiviso del corso integrato è che gli studenti saranno guidati ad affrontare un progetto comune declinato sugli argomenti specifici dei moduli guidati dai docenti dei tre moduli di stampo ingegneristico, che, non prevedendo didattica frontale, forniranno il necessario supporto tecnico, lasciando ai gruppi di lavoro i tempi e i modi di individuare in autonomia la soluzione più efficace e praticabile. Il tema del progetto, basato sulla innovazione in ambito educational, può essere individuato in collaborazione con un partner esterno, quali enti, aziende, organizzazioni ed ha la caratteristica di costituire un caso-studio realistico. Si prevede anche la possibilità di usufruire di laboratori e attrezzature che consentano la realizzazione di piccoli prototipi mediante stampa 3D e semplici sistemi informatici embedded come la piattaforma Arduino. Modalità di verifica dell'apprendimento
- L’obiettivo della prova d’esame consiste nel verificare il livello di raggiungimento degli obiettivi formativi precedentemente indicati. La prova d’esame consisterà nella verifica della relazione tecnica di progetto, che descriverà in maniera esaustiva le metodologie e le soluzioni tecniche implementate per raggiungere gli obiettivi previsti. Si prevede anche una presentazione orale del lavoro atta a verificare la capacità comunicativo-espressiva degli studenti, che sarà oggetto di valutazione da parte della commissione.
Testi di riferimento
- John Dewey, Art as experience, New York, Minton, Balch & C., c1934, pp. 355 (tr. It. L'arte come esperienza, Firenze, La Nuova Italia, 1951)
Maria Montessori, La mente del bambino. Mente assorbente, Garzanti, Milano 1952 (I ed. inglese “The absorbent mind”, 1949).
Bruno Munari, Design e comunicazione visiva: contributo a una metodologia didattica, Bari, Laterza, 1968, pp. 290.
Gloria Bianchino, Bruno Munari: il disegno, il design, Mantova, Corraini, 2008, pp. 246.
Giorgio Camuffo, Maddalena Dalla Mura, Design e apprendimento creativo: questioni ed esperienze, Milano, Guerini, 2017, pp. 255.
D.C. Montgomery, Design and Analysis of Experiments, Wiley, 1997.
Wolfgang Wimmer, Rainer Zust, Ecodesign pilot. Product investigation, learning and optimization tool for sustainable product development, Kluwer Academic Publishers, 2003, pp. 109;
Kean Yeang, Ecodesign. A manual for ecological design, London, John Wiley, 2006, pp. 499;
Getting Started with Arduino: The Open Source Electronics Prototyping Platform, Massimo Banzi, Michael Shiloh, Maker Media, third edition, 2014.
Franklin, Powell, Emami-Naeini, Feedback Control of Dynamic Systems, Prentice Hall 6th edition, 2009.
Richard C. Dorf, Controlli automatici, Pearson Prentice Hall, 2010.
