Arduino, ESP32 o Pico per la scuola: quale scheda scegliere?

La risposta breve a Arduino, ESP32 o Pico per la scuola è questa: la maggior parte delle scuole dovrebbe partire con Arduino Uno. Se tra gli obiettivi del corso c'è l'Internet delle cose (IoT), cioè dispositivi che inviano dati via Wi-Fi o si controllano dal telefono, aggiungi l'ESP32 come secondo passo; se nella tua scuola si insegna già Python, la seconda scheda sia la Raspberry Pi Pico. Invece di passare tutto l'anno con una sola scheda, ragiona a livelli: nel primo quadrimestre Uno, che lavora a 5 V, tollera bene gli errori e ha tantissimo materiale, costruisce le basi di elettronica e programmazione; nel secondo quadrimestre gli stessi progetti si rifanno e si ampliano sulla seconda scheda adatta al tuo obiettivo.

Questo articolo non è una guida all'acquisto personale; quale scheda debba comprare una singola persona lo abbiamo spiegato in quale Arduino comprare e Arduino o ESP32, e puoi conoscere le singole schede in cos'è l'ESP32 e cos'è la Raspberry Pi Pico. Qui guardiamo la domanda con gli occhi della scuola: 24 studenti, 8 gruppi, computer che chiedono i permessi di amministratore, lezioni da 50 minuti e un armadio pieno di materiale che verrà usato per diversi anni. Prima la tabella di scelta tecnica, poi i consigli in base all'obiettivo e al livello, le differenze di installazione e un esempio di piano annuale.

Perché la scelta di una scuola è diversa da quella di un singolo?

Chi compra una scheda per casa si chiede soprattutto “cosa posso fare con questa scheda?”. A scuola la domanda diventa “cosa imparano 24 persone con questa scheda, nello stesso momento, nella stessa lezione, con meno problemi possibile?”. Uno studente che a casa non trova la porta perde 5 minuti; in classe, se tre gruppi su otto non la trovano, la lezione è finita. Per questo a scuola megahertz e kilobyte passano in secondo piano. Le domande che contano sono altre: quanti passaggi richiede l'installazione, un filo inserito male danneggia la scheda, i sensori si collegano direttamente e l'insegnante trova materiale didattico già pronto?

Poi c'è il tempo. Le schede di una scuola di solito non durano un anno ma diversi, e ogni anno una nuova classe apre lo stesso armadio. Per questo la scelta non dovrebbe essere “quale scheda è più potente?” ma “quale sequenza di schede porta gli studenti al passo successivo?”. La logica di programmazione imparata su Uno continua sull'ESP32 con lo stesso linguaggio e sulla Pico con gli stessi concetti; è da qui che nasce la forza di un piano a livelli. Passare tutto l'anno con una sola scheda è possibile, ma allora o le prime settimane diventano inutilmente difficili, oppure la classe chiude l'anno senza aver visto un passo importante come la connessione wireless o un secondo linguaggio.

Tabella di scelta: come si distinguono Uno, ESP32 e Pico a scuola?

La tabella seguente confronta le schede sui criteri che a scuola fanno davvero la differenza. La colonna ESP32 si riferisce all'ESP32 DevKit a 30 pin (con modulo ESP32-WROOM-32), la più diffusa nelle scuole; la colonna Pico copre la Raspberry Pi Pico e la sua versione wireless, la Pico W. La colonna Uno è per il classico Uno R3; le differenze dell'Uno R4 le trovi nell'articolo Arduino Uno R4.

Leggendo la tabella, guarda soprattutto due righe: tensione di lavoro e tolleranza agli errori. Dato che i pin di Uno lavorano a 5 V, la maggior parte dei moduli sensore in commercio si collega direttamente, e un filo inserito nel foro sbagliato di solito fa solo sì che il circuito non funzioni. I pin di ESP32 e Pico sono a 3,3 V; se ricevono un segnale a 5 V, il pin o la scheda possono danneggiarsi. Per un singolo studente è un dettaglio; in una classe con 8 gruppi incide direttamente sul budget delle schede di ricambio. Neanche la riga del costo dovrebbe decidere da sola: il prezzo della scheda è una piccola parte del totale, una volta aggiunti breadboard, cavi, sensori e ricambi.

Quale scheda in base all'obiettivo della lezione?

Prima di scegliere la scheda, scrivi in una frase cosa devono saper fare gli studenti alla fine del corso. “Spiegare misurando perché un LED ha bisogno di una resistenza” e “vedere i dati di temperatura sul telefono” chiedono schede diverse. Tutti i progetti di partenza della tabella sono gratuiti su BlueGrays e si aprono con schema elettrico, elenco dei componenti e codice.

Le due righe più spesso fraintese sono Python e IoT. Scegliere la Pico per insegnare Python significa che gli studenti applicano a un LED, con la stessa sintassi, il ciclo for e l'istruzione if che scrivono al computer; una sola riga digitata nella Shell di Thonny accende subito il LED sulla scheda. Per l'IoT il vantaggio dell'ESP32 non è solo il Wi-Fi integrato, ma il fatto che i suoi progetti si scrivono in Arduino C++ come su Uno: pinMode(), digitalRead() e gli if del primo quadrimestre si usano invariati nel secondo, e gli studenti imparano solo a collegarsi al Wi-Fi e a servire una pagina web. Anche la Pico W si collega al Wi-Fi; se la tua scuola vuole sia Python sia IoT, la Pico W copre entrambe le esigenze con una sola scheda.

Consigli in base al livello

L'età da sola non decide; di due classi della stessa età, una può aver già programmato a blocchi e l'altra non aver mai fatto informatica. Comunque, la durata delle lezioni, la dimestichezza con tastiera e file e l'orario scolastico cambiano parecchio a seconda del livello. La tabella riassume queste differenze; la colonna “Passo successivo” indica il passo da fare quando gli studenti sono pronti, non per forza nello stesso anno.

Partire con i blocchi alle medie rende più facile leggere i programmi, ma non cambia la scelta della scheda: la maggior parte dei progetti BlueGrays con blocchi sono progetti Arduino, e i blocchi servono a leggere il programma; sulla scheda si carica sempre il codice vero del progetto. Se vuoi vedere fianco a fianco gli equivalenti dei blocchi in C++ e MicroPython, guarda la tabella di passaggio dai blocchi al C++. Al liceo e negli istituti tecnici conoscere due schede è già un risultato: chi ha fatto funzionare lo stesso sensore su una scheda a 5 V e su una a 3,3 V non trascura più i livelli di tensione. Nei corsi per adulti quasi tutti arrivano con un obiettivo preciso; chiedere alla prima lezione “cosa vuoi costruire?” e scegliere la scheda di conseguenza funziona meglio che portare tutti sulla stessa strada.

Installazione sui computer della scuola: driver, pacchetto schede, Thonny e permessi di amministratore

Il costo nascosto della scelta della scheda a scuola è l'installazione. Quello che a casa si fa una volta, a scuola si ripete su 8 computer degli studenti e su quello dell'insegnante, e nella maggior parte delle scuole solo il tecnico informatico può installare programmi. Il carico di installazione delle tre schede è nettamente diverso:

Un dettaglio del pacchetto schede ESP32 crea spesso problemi a scuola: non si installa per tutto il computer, ma nella cartella dell'utente che ha effettuato l'accesso. Se gli studenti entrano con un account condiviso, nessun problema; se ognuno usa il proprio account, il pacchetto viene scaricato di nuovo per ciascuno. Sui computer che a ogni riavvio tornano allo stato iniziale, l'installazione sparisce il giorno dopo; in quel caso chiedi al tecnico informatico di aggiungere il pacchetto all'immagine protetta. Con la Pico questo problema non c'è, perché MicroPython resta sulla scheda: la prepari una volta e Thonny la riconosce tutto l'anno su qualunque computer.

Quando vai dal tecnico informatico, porta un elenco chiaro; invece di dire “installate Arduino”, consegnagli i punti seguenti. Puoi inviare l'elenco con i punti per Uno prima del primo quadrimestre e con quelli per ESP32 o Pico prima del secondo:

1. La versione desktop di Arduino IDE 2 su 8 computer degli studenti e 1 dell'insegnante.
2. Il driver CH340, CP210x o CH9102, in base al chip USB delle schede Uno o ESP32 compatibili; leggi il chip sulla scheda appena arriva l'ordine.
3. Se si usa l'ESP32: il pacchetto esp32 by Espressif Systems dal Gestore schede e le librerie usate in classe; devono essere visibili anche negli account studente.
4. Se si usa la Pico: Thonny. Se una policy blocca le memorie USB, non comparirà nemmeno l'unità RPI-RP2 che la Pico mostra in modalità BOOTSEL; carica MicroPython sulle schede una volta sul tuo computer a inizio quadrimestre.
5. Gli account studente non devono avere l'accesso alle porte seriali USB limitato.
6. Finita l'installazione, una prova di 10 minuti con un account studente: si collega la scheda, si sceglie la porta, si carica il codice di esempio.

Un piano a livelli: esempio di un anno scolastico

Mettiamo che tu abbia 2 ore di lezione a settimana, una classe di 24 studenti e 8 gruppi da tre. Supponiamo che tu possa dedicare circa 14 settimane di ogni quadrimestre alla pratica. Nel primo quadrimestre tutti costruiscono la stessa base con Uno; nel secondo, in base all'obiettivo della scuola, si sceglie il percorso A (ESP32, IoT) o il percorso B (Pico, Python). Entrambi i percorsi partono di proposito da un progetto noto: gli studenti rifanno il primo progetto del primo quadrimestre sulla nuova scheda e vedono da soli la differenza. Tutti i progetti della tabella sono gratuiti.

Nella prima settimana del secondo quadrimestre non spiegare un argomento nuovo; fai montare il progetto LED già noto sulla nuova scheda e chiedi solo “cosa è cambiato?”. I numeri dei pin, i 3,3 V, la scelta del pacchetto schede sull'ESP32 o il codice in Python sulla Pico sono le risposte, e le differenze scoperte da soli gli studenti non le dimenticano. La prima lezione del percorso A l'abbiamo preparata minuto per minuto nel piano della prima lezione con ESP32 e il resto settimana per settimana nel modulo IoT con ESP32 di 8 settimane; per il percorso B si può usare così com'è il piano di 6 settimane su Pico e MicroPython.

Un piano a livelli divide anche il budget. Il primo anno investi solo nei kit Uno; dato che la seconda scheda funziona con i LED, le resistenze, i pulsanti, le LDR e i sensori di quei kit, di solito si riduce a schede, cavi e pochi componenti in più. Nell'articolo allestire un laboratorio Arduino a scuola abbiamo suggerito alcune ESP32 e Pico per le dimostrazioni; se tutta la classe passa alla seconda scheda, conta le schede in base al numero di gruppi, non al set dimostrativo. L'elenco del secondo livello per 8 gruppi e 1 di ricambio:

• Percorso A: 1 ESP32 DevKit per gruppo, 9 per la classe; 9 cavi dati adatti alla porta USB della scheda. Quasi tutte le ESP32 DevKit occupano praticamente un'intera breadboard; unire due breadboard affiancate e sistemare la scheda a cavallo al centro semplifica i collegamenti.
• Percorso B: 1 Raspberry Pi Pico H o Pico WH (pin già saldati) per gruppo, 9 per la classe; 9 cavi dati micro USB. Se compri Pico senza pin, devi prevedere del tempo per saldare 9 schede.
• Per entrambi i percorsi: se si usa un HC-SR04 a 5 V, una resistenza da 1 kΩ e una da 2 kΩ per gruppo, 9 di ciascuna per la classe; oppure una versione del sensore a 3,3 V.
• Per le settimane wireless: un hotspot del telefono a 2,4 GHz o un router dedicato al posto della rete della scuola (percorso A e percorso B con Pico W).

5 errori frequenti delle scuole nella scelta della scheda

• Comprare una scheda IoT senza un obiettivo IoT: visto che l'ESP32 è potente, viene la tentazione di prenderne una per tutti già il primo anno. Ma se il Wi-Fi non si usa, gli studenti subiscono il limite dei 3,3 V e i passaggi di installazione in più senza ricevere niente in cambio.
• Mescolare le schede nella stessa lezione: se quattro gruppi lavorano con Uno e quattro con Pico, stai facendo due lezioni insieme. Cambia scheda alla fine di un quadrimestre o di un'unità; in una classe con livelli diversi differenzia con la difficoltà del compito, non con la scheda.
• Confondere Pico e Pico W: solo la versione W ha il Wi-Fi. Se pianifichi un'unità wireless, controlla la W nell'ordine; per iniziare con Python basta la Pico senza W.
• Arrivare a lezione con cavi solo di ricarica: i cavi USB che caricano soltanto alimentano la scheda ma non mostrano la porta, e gli studenti cercano a lungo un problema di driver. Prova i cavi uno per uno con una scheda a inizio quadrimestre e segna quelli dati.
• Pensare che le schede compatibili siano identiche alle originali: le Uno e le ESP32 compatibili hanno senso per il budget di una scuola, ma il loro chip USB può essere diverso e richiedere un driver. Prima di un ordine grande, prova una scheda campione su un computer della scuola con un account studente.

Le tre schede su BlueGrays

BlueGrays divide i progetti in tre piattaforme e la distribuzione si adatta a un piano a livelli: ci sono più di 110 progetti per Arduino, circa 50 per l'ESP32 e più di 30 per la Raspberry Pi Pico. 60 sono completamente gratuiti: 20 Arduino, 20 ESP32 e 20 Pico. Nei progetti gratuiti sono aperti schema elettrico, elenco dei componenti, codice e la sezione Capire il codice; tutti i progetti della tabella del piano vengono da lì. Il codice dei progetti Arduino ed ESP32 è Arduino C++, quello dei progetti Pico è MicroPython. In Scopri › Progetti usa Filtra per scegliere la piattaforma e lo Stato del Prezzo, e vedrai in un'unica lista i progetti gratuiti adatti alla scheda del tuo corso.

• Trova progetto: la seconda domanda è “Quale scheda hai?”, con le opzioni Arduino Uno / Nano, ESP32, Raspberry Pi Pico e “Non ho ancora una scheda”. Lo studente sceglie la sua scheda e riceve proposte, e il suggerimento PRIMA IL RISCALDAMENTO · GRATIS nella schermata dei risultati mostra un progetto gratuito per partire con gli stessi componenti. Approfondimento nell'articolo su Trova progetto.
• Guida al codice: la Guida al codice nella sezione Impara ha due percorsi, Arduino C++ e MicroPython, con 18 schede ciascuno. L'esempio di ogni scheda ha le schede Blocco, Arduino e MicroPython, così chi segue il percorso B vede affiancate la versione C++ e quella Python della stessa istruzione. L'elenco è nell'articolo sulla guida al codice.
• Domande del giorno: nell'impostazione Linguaggio di codice delle domande si può scegliere Entrambi, Arduino o MicroPython; una classe del percorso B può passare alle domande MicroPython nel secondo quadrimestre.
• Costruiamolo insieme: il passaggio 3. Carica il codice della modalità guidata cambia in base alla scheda: nei progetti Arduino ed ESP32 si scelgono scheda e porta dal menu Strumenti dell'Arduino IDE, nei progetti Pico l'interprete MicroPython in Thonny. Seguire questo passaggio insieme al proiettore nella prima lezione riduce le domande sull'installazione.
• Premium e pacchetti educatore: Premium è legato all'account e sblocca insieme i progetti delle tre piattaforme; per passare all'ESP32 o alla Pico nel secondo quadrimestre lo studente non deve comprare altro. Per un'intera classe, spieghiamo come funzionano i pacchetti da 5 e 10 codici, senza rinnovo automatico, di Profilo > Pacchetti Educatore in codici Premium per la tua classe.

6 domande prima di decidere: per la riunione di dipartimento

1. Cosa devono saper fare gli studenti alla fine: spiegare un circuito, scrivere codice, inviare dati in rete?
2. Nella scuola si insegna Python o C++ e, se sì, in quali classi?
3. Quanti gruppi lavoreranno e quante schede di ricambio terrai da parte?
4. Chi ha i permessi per installare programmi sui computer e quanto tempo richiederà l'installazione?
5. I tuoi sensori sono a 5 V o a 3,3 V, e vanno bene per la seconda scheda?
6. La rete della scuola consente di collegare dispositivi o servirà un hotspot?

Se le risposte alle prime due domande sono chiare, la scheda viene da sé: Uno per elettronica di base e algoritmi, ESP32 per la connettività, Pico per Python. Prima di decidere, aprire i progetti gratuiti di questo piano nell'app BlueGrays, con i loro schemi e il codice, e guardarli con calma una sera è il modo più rapido per capire quale percorso si adatta alla tua classe.