Didattica differenziata con Arduino: un progetto, tre livelli

Per la didattica differenziata con Arduino non devi preparare tre lezioni diverse: tutta la classe realizza lo stesso progetto, ma ogni progetto viene diviso in tre livelli. Il livello base fa funzionare il progetto e cambia un solo valore, il livello intermedio aggiunge un nuovo comportamento al progetto, il livello avanzato cambia la struttura del programma. Chi parte da quale livello lo scopri alla prima lezione con una diagnosi di 10 minuti, e nemmeno i gruppi sono fissi: cambiano a seconda della fase della lezione. Così lo studente che non ha mai visto codice esce dalla lezione con un semaforo funzionante, la studentessa che ha già costruito robot sta riscrivendo lo stesso semaforo senza delay(), ed entrambi possono ancora parlare dello stesso circuito.

In questo articolo trovi tutti i pezzi del modello: tre domande e un mini compito per la diagnosi, una tabella che trasforma il punteggio in livello, compiti base, intermedi e avanzati già pronti per quattro progetti gratuiti di BlueGrays, quando funziona ciascuno di quattro tipi di raggruppamento, un menu di approfondimento per gli studenti veloci, un elenco di supporti per chi ne ha bisogno, un modo di valutare che misura ognuno a partire dal proprio livello e una lezione di 40 minuti minuto per minuto. Tutti gli esempi partono dalla stessa ipotesi: una classe di 24 studenti, 12 kit Arduino Uno, lavoro a coppie e lezioni da 40 minuti. La logistica dell'aula (scatole dei kit, coda di aiuto, riordino) l'abbiamo raccontata nell'articolo su come insegnare Arduino in una classe numerosa e l'ordine degli argomenti settimana per settimana nel piano di 8 settimane di robotica e coding; qui ci concentriamo solo su come aprire la stessa lezione a livelli diversi.

Che cosa significa differenziare in una lezione di Arduino, e che cosa no

Differenziare significa che tutti raggiungono lo stesso obiettivo per strade diverse e con profondità diverse. In una lezione di Arduino l'obiettivo di solito è un concetto: uscita digitale, temporizzazione, condizione, lettura analogica. Se l'obiettivo della lezione sul semaforo è l'idea che "l'ordine e la durata delle istruzioni decidono come si comporta il programma", lo studente del livello base la impara cambiando un valore di delay(), la studentessa del livello avanzato ricostruendo la temporizzazione con millis(). Entrambi hanno imparato la stessa idea, uno in superficie e l'altra in profondità. Si possono variare tre cose: il compito (che cosa si fa), il supporto (quanto aiuto c'è) e il prodotto (come lo studente mostra ciò che ha imparato). Il modello di questo articolo le usa tutte e tre insieme.

Differenziare non è: dare allo studente veloce più lavoro dello stesso tipo (accendere dieci LED invece di cinque non è profondità, è lo stesso compito che dura di più), mandare lo studente più lento su un progetto più facile (allora la classe non può più parlare della stessa cosa) né etichettare gli studenti come "gruppo debole" e "gruppo forte" per tutto l'anno. Con Arduino quell'etichetta è anche fuorviante, perché le competenze crescono su tre filoni separati: montare circuiti, leggere il codice e fare debug. Chi ha costruito un robot può cablare un circuito a occhi chiusi senza aver mai letto il codice; chi non ha mai visto un circuito ma a scuola ha fatto Python può capire il blocco if prima di tutti. Per questo i livelli si assegnano ai compiti, non alle persone, e ogni studente può salire di livello in qualsiasi lezione.

Una diagnosi di 10 minuti alla prima lezione

La diagnosi non serve per il voto, ma per distribuire i compiti della prima settimana; dillo ai tuoi studenti fin dall'inizio. Si fa individualmente e su carta, così nessuno resta all'ombra del compagno di coppia. Dura 10 minuti in tutto e correggere 24 fogli dopo la lezione ti richiede circa 10 minuti. Ogni voce vale 0, 1 o 2 punti, per un totale su 8.

1. Domanda di concetto (2 min): "Perché mettiamo una resistenza in mezzo quando colleghiamo un LED ad Arduino?" Chi dice che limita la corrente prende 2, una mezza risposta come "perché il LED non si bruci" prende 1, la risposta in bianco 0.
2. Domanda di lettura del codice (2 min): Scrivi quattro righe alla lavagna: digitalWrite(2, HIGH); delay(1000); digitalWrite(2, LOW); delay(1000); Domanda: "Che cosa fa questo codice? Che cosa cambia se scrivi delay(200) al posto di delay(1000)?" Spiegare bene entrambe le cose vale 2, solo una vale 1.
3. Esperienza dichiarata (1 min): "Che cosa hai già fatto?" Niente vale 0; programmazione a blocchi o un progetto di un kit seguito passo passo vale 1; un progetto in cui ha scritto o modificato il proprio codice vale 2.
4. Mini compito (4 min): Distribuisci il disegno stampato di un circuito con LED che contiene due errori: il LED è montato al contrario e manca la resistenza. Lo studente cerchia gli errori e scrive come correggerli. Trovarli entrambi vale 2, uno solo vale 1.
5. Ritiro (1 min): I fogli vengono ritirati. Non dire a nessuno il punteggio prima della lezione successiva; i livelli si distribuiscono alla prima lezione, senza annunciarli, con schede di compito.

Puoi affiancare alla diagnosi su carta due strumenti di BlueGrays. Il primo è il Test di livello della sezione Domande del giorno: questo test di 15 domande colloca lo studente in uno dei sei livelli dell'app (A1 Prima luce, A2 Costruttore di circuiti, B1 Esploratore di sensori, B2 Creatore di progetti, C1 Progettista di sistemi, C2 Maestro d'officina). Come corrispondenza approssimativa puoi considerare A1–A2 come livello base, B1–B2 come intermedio e C1–C2 come avanzato. Il secondo è la terza domanda di Trova progetto, Quanta esperienza hai?: le sue tre opzioni (Sarà il mio primo progetto, Ho fatto qualche progetto, Sono sicuro, mettetemi alla prova) corrispondono quasi una a una ai tre livelli e mostrano come lo studente vede sé stesso. Puoi assegnarle entrambe come compito prima della prima lezione; la differenza tra quel risultato e il punteggio su carta ti dice chi seguire da vicino. Abbiamo spiegato le domande del test di livello e il sistema dei livelli nell'articolo sulle domande del giorno.

Lo stesso progetto su tre livelli: il modello con quattro progetti gratuiti

La regola del modello è semplice. Il livello base fa funzionare il progetto, cambia un valore e osserva il risultato; quasi sempre è il compito Prova tu nella scheda Capire il codice del progetto. Il livello intermedio aggiunge un nuovo comportamento: un pulsante, un LED, una condizione o un'uscita sul monitor seriale. Il livello avanzato cambia la struttura del programma: millis() al posto di delay(), un array e un ciclo al posto di righe ripetute, mantenere uno stato tra due soglie. I quattro progetti qui sotto sono completamente gratuiti in BlueGrays, con schema, codice, blocchi e Capire il codice; nessuno studente della classe ha bisogno di Premium.

Usa la tabella come schede di livello: stampa le tre schede di ogni progetto in A5, dai a ogni coppia la scheda del suo livello, ma lascia le altre due al centro del banco. La coppia che finisce la scheda base può prendere quella intermedia; la coppia in difficoltà con la scheda avanzata può tornare liberamente a quella intermedia, e non è un fallimento. Per i dettagli del circuito e del codice del pulsante pedonale del livello intermedio guarda l'articolo sul semaforo con Arduino, per la temporizzazione non bloccante alla base del livello avanzato l'articolo su millis() e delay(). Tutti i livelli si costruiscono sullo stesso circuito di partenza; per questo la classe parla di un solo schema e la studentessa del livello avanzato può dire al compagno del livello base: "guarda, la riga delay() che hai cambiato tu io non ce l'ho più".

Tipi di raggruppamento: quale e quando?

In una classe con livelli diversi un solo tipo di raggruppamento non basta per tutta la lezione. Con il raggruppamento flessibile i gruppi cambiano secondo la fase: quando si introduce un concetto nuovo i gruppi misti si spiegano le cose a vicenda, durante i compiti per livello le coppie di livello simile procedono al proprio ritmo, alla fine gli esperti girano tra i banchi. La tabella riassume dove funziona ciascuno dei quattro tipi e dove si ritorce contro.

La programmazione in coppia si adatta molto bene a una lezione di Arduino, perché il lavoro ha due mani: mentre uno si occupa del circuito e dell'Arduino IDE, l'altro tiene aperti sul telefono lo schema e il codice del progetto. Il navigatore guida con "il piedino lungo del LED rosso va nella fila di D2" o "guarda il delay alla fine del loop", il pilota esegue. Scambiare i ruoli ogni 10 minuti evita che lo studente del livello base di una coppia mista finisca la lezione senza aver mai toccato la tastiera. Forma i gruppi dopo la prima diagnosi, ma rinnovali ogni 2–3 lezioni in base al colore delle schede che gli studenti prendono; una coppia che è salita di una scheda può iniziare la lezione successiva con un nuovo compagno.

Un menu di approfondimento per gli studenti veloci

Dire "aiuta il tuo compagno" alla studentessa che finisce presto è facile, ma da solo non è un approfondimento; anche lei dovrebbe imparare qualcosa di nuovo in quella lezione. Un menu di approfondimento le fa sapere che cosa fare appena ha finito, senza dover venire da te. Scrivi il menu in un angolo della lavagna o sul retro della scheda del livello avanzato.

• Prova tu, ma senza suggerimenti: Risolvere il compito Prova tu alla fine della scheda Capire il codice senza toccare Suggerimento né Mostra la soluzione, poi confrontare la propria soluzione con quella dell'app. Dopo, scrivere un nuovo compito sullo stesso progetto per i compagni. Come funzionano i compiti lo spieghiamo nell'articolo su Capire il codice.
• Schede della guida al codice: Nella Guida al codice, schede come millis(), array e tone() sono la base dei compiti del livello avanzato. Ogni scheda finisce con un mini test e la parte Vedilo nei progetti, così lo studente ritrova l'istruzione in altri progetti ordinati dal più facile al più difficile. Come è organizzata la guida lo trovi nell'articolo sui comandi di Arduino.
• Passare ai progetti Premium: Per chi ha finito i progetti gratuiti, il passo successivo sono i progetti Premium con sensori, display e motori. Allo studente non servono una carta o un abbonamento propri; basta uno dei codici educatore descritti più sotto.
• Progettare un proprio progetto: Fai progettare un progetto che unisca due progetti gratuiti: per esempio, Semaforo più Luce notturna con LDR dà un semaforo che di notte lampeggia giallo. Lo studente scrive prima su carta obiettivo, elenco dei componenti, tabella dei pin e piano di prova, poi monta. Lo studente può condividere il progetto finito, con foto e codice, come discussione Tutorial da Impara > Forum > Nuova pubblicazione; la discussione è pubblica, non un post privato della classe.
• Ruolo di tutor: Sedere al banco degli esperti è un incarico, non un premio: il tutor fa solo domande e spiega, non tocca i cavi. Passare una lezione da tutor e la successiva sul proprio compito avanzato permette allo studente veloce di crescere sia spiegando sia facendo.
• Un obiettivo di livello: Nelle Domande del giorno, quando il livello di uno studente arriva al 100 % e ha risposto a abbastanza domande di quel livello, si sblocca l'esame di passaggio; chi risponde bene a 9 domande su 10 sale di livello. Fissare a inizio quadrimestre l'obiettivo "salire di un livello" è un approfondimento che continua anche fuori dalla lezione.

Per aprire i progetti Premium a pochi studenti veloci non devi comprare codici per tutta la classe. Nella schermata Pacchetti Educatore del Profilo ci sono pacchetti da 5, 10 o 50 codici, mensili o annuali. Il pagamento è unico e non si rinnova automaticamente; lo studente inserisce il codice nella schermata Riscatta Codice e diventa Premium senza aggiungere una carta al proprio account Apple o Google. I codici non usati non scadono, e in I Miei Codici vedi chi ha usato quale codice. Ogni codice di un pacchetto annuale ha 6 trasferimenti, ogni codice di un pacchetto mensile 1: se nel corso del quadrimestre il bisogno passa a un altro studente, puoi annullare un codice usato e crearne uno nuovo con il tempo rimanente. Nel pacchetto da 10 il costo per studente è circa il 20 % più basso rispetto a quello da 5; il prezzo attuale per il tuo paese lo vedi nella stessa schermata. Una cosa va detta agli studenti fin dall'inizio: quando qualcuno riscatta un codice, il suo nome, il nome utente, l'e-mail e la foto del profilo vengono condivisi con l'insegnante che gliel'ha dato. Abbiamo descritto i pacchetti nell'articolo sui codici Premium per la classe.

Studenti che hanno bisogno di supporto: ridurre il carico, non l'obiettivo

Per uno studente che ha bisogno di supporto, lo scopo non è dargli un progetto più facile, ma togliere dal suo percorso il carico inutile mentre raggiunge la stessa idea nello stesso progetto. Se uno studente che non ha mai visto un circuito prova a imparare alla prima lezione i collegamenti interni della breadboard, il verso del LED, la scelta della porta nell'Arduino IDE e il codice, tutto insieme, finisce la lezione senza aver imparato nessuna di queste cose. Fare da impalcatura significa portare per un po' una parte di quel carico; man mano che lo studente avanza, togli l'impalcatura un pezzo alla volta.

• Circuito già montato: Dai alla coppia del livello base il circuito già montato, oppure un mezzo circuito in cui è pronta solo la parte sulla breadboard. Così i primi 15 minuti non se ne vanno nel cablaggio e l'energia dello studente va alla domanda "quale riga cambia che cosa?". Alla seconda lezione monta da solo metà circuito, alla terza tutto.
• Mostra a blocchi e Capire i blocchi: L'interruttore Mostra a blocchi nella pagina del progetto mostra lo stesso programma a blocchi; quando è attivo, la scheda Capire il codice diventa Capire i blocchi e spiega il programma passo dopo passo, blocco per blocco. I blocchi servono a leggere e sulla scheda si carica sempre il vero codice del progetto, ma chi ha letto il blocco "se value < 50" trova senza fatica la riga if (value < 50) nel codice.
• Schede dei passi: Dividi circuito e compito in 5–6 schede, con un solo passo per scheda: "Inserisci il piedino lungo del LED rosso nella fila di D2", "Metti la resistenza da 330 Ω tra il piedino corto del LED e la fila GND". Finito il passo, lo studente gira la scheda. Le schede rendono visibili i progressi e riducono i "e adesso che faccio?".
• Modalità Costruiamolo insieme: La modalità Costruiamolo insieme dell'app divide il progetto in quattro passi: Prepara i componenti, Monta il circuito, Carica il codice, Avvia e prova. In questa modalità lo schermo resta acceso e lo studente può riprendere dal passo in cui si era fermato. Per una coppia del livello base che lascia il telefono sul banco funziona come un mazzo di schede dei passi già pronto. I dettagli della modalità sono nell'articolo sul primo progetto Arduino.
• Obiettivi brevi: Dividi i 40 minuti in tre piccoli obiettivi e scrivili alla lavagna: "1. I LED si accendono in ordine", "2. Ho cambiato la durata del giallo", "3. Ho spiegato la mia modifica in una frase". Lo studente che spunta ogni obiettivo vede a fine lezione che cosa ha ottenuto.
• La parte Se ti blocchi: La parte Se ti blocchi della scheda Capire il codice elenca i sintomi più comuni e le loro soluzioni. Abituare gli studenti del livello base a guardare prima lì, poi a chiedere al compagno e solo dopo a venire da te è il primo passo per risolvere i problemi da soli.

Per una coppia del livello base una lezione riuscita è così: nel progetto Luce notturna con LDR il circuito è già montato, gli studenti leggono i blocchi e dicono con parole loro "se il valore è minore di 50, il LED si accende", portano la soglia a 300 e caricano, coprono la LDR con le mani e vedono che ora il LED si accende prima, e alla domanda di uscita scrivono "più alta è la soglia, meno buio serve per accendere il LED". È meno codice del compito sull'isteresi del livello avanzato, ma arriva alla stessa idea: il programma confronta una misura con un numero e decide. Nella lezione successiva sulla LDR la stessa coppia può leggere il valore nel monitor seriale e scegliere da sola la soglia; così passa spontaneamente al livello intermedio.

Valutazione equa: ognuno misurato dal proprio livello

In una lezione differenziata, valutare tutti con gli stessi criteri è ingiusto in due sensi: lo studente del livello base prende un voto basso perché non scrive mai millis(), e la studentessa del livello avanzato prende il voto più alto senza mai essere messa alla prova. La soluzione è dividere la valutazione in due. La prima parte sono criteri di processo uguali in ogni livello: prevedere e provare, spiegare ciò che si è fatto, trovare l'errore. La seconda parte guarda se lo studente ha raggiunto l'obiettivo del proprio livello e quanta strada ha fatto dalla prima diagnosi. La tabella mostra come appare lo stesso criterio al grado "obiettivo raggiunto" in ogni livello. Per criteri dettagliati, scheda di consegna e portfolio, consulta l'articolo sulla rubrica di valutazione per la lezione di Arduino.

Un esempio di calcolo del voto: su 100 punti, 40 vanno ai criteri di processo uguali in ogni livello (previsione, spiegazione, debug), 40 all'obiettivo del proprio livello e 20 ai progressi. I progressi guardano se lo studente è salito di livello durante il quadrimestre e quanto ha migliorato il filone debole emerso nella diagnosi (circuiti, lettura del codice o debug). Mettiamo che una studentessa con 2 punti nella diagnosi inizi a prendere le schede del livello intermedio a metà quadrimestre: ottiene il punteggio pieno sui progressi. Uno studente con 8 punti che per tutto il quadrimestre ha finito i compiti avanzati senza mai faticare guadagna i punti dei progressi solo provando qualcosa di nuovo, per esempio facendo da tutor o progettando un proprio progetto. Stabilisci come base comune che a fine quadrimestre tutti sappiano fare da soli il livello base di ogni progetto; così il livello non è né il tetto né il pavimento del voto.

Una lezione differenziata di 40 minuti: Semaforo

La scaletta qui sotto usa il progetto Semaforo ed è pensata per la prima lezione dopo la diagnosi. Mettiamo che, dopo la diagnosi, 5 delle 12 coppie abbiano ricevuto la scheda base, 4 quella intermedia e 3 quella avanzata. Durante la lettura del progetto due coppie condividono un banco in disposizione mista (una coppia base e una intermedia o avanzata); per il montaggio e i compiti per livello ogni coppia torna al proprio kit. L'inizio e la fine della lezione sono comuni, la parte centrale si divide in tre livelli.

Ogni domanda di uscita chiede una risposta di una frase e decide la distribuzione dei livelli della lezione successiva. Base: "Se cambi la riga delay(2000) in delay(5000), quale luce resta accesa e per quanti secondi?" Intermedio: "Che cosa fa il tuo programma se premi il pulsante proprio mentre c'è il giallo, e perché?" Avanzato: "Perché nella versione con delay() a volte premere il pulsante non funziona?" Lo studente del livello base che risponde bene viene invitato a provare la scheda intermedia nella lezione successiva; se la risposta del livello avanzato è vaga, quello studente resta un'altra lezione sulla scheda avanzata.

• Fogli della diagnosi corretti e livello di partenza di ogni studente annotato.
• Le tre schede di livello del progetto stampate, con copie sufficienti per il centro di ogni banco.
• Circuiti già montati o mezzi circuiti e schede dei passi pronti per il livello base.
• Materiale aggiuntivo per i livelli intermedio e avanzato (pulsante, LED, 330 Ω, cicalino passivo) preparato per ogni coppia.
• Abbinamenti dei banchi misti annotati per la fase di lettura; 2–3 studenti del livello avanzato scelti per il banco degli esperti.
• Menu di approfondimento scritto in un angolo della lavagna, obiettivi brevi alla lavagna.
• Domande di uscita pronte su foglietti separati per i tre livelli; la distribuzione della prossima lezione verrà aggiornata in base a questi foglietti.

Una classe con livelli diversi, se organizzata bene, non è un problema ma una risorsa: lo studente avanzato approfondisce spiegando e quello del livello base resta dentro la classe perché parla dello stesso progetto. Quando prepari la tua prossima lezione puoi partire da uno dei quattro progetti della tabella; per tutti, schema, codice, blocchi e Capire il codice sono gratuiti nell'app BlueGrays, e puoi ricavare le tue schede di livello direttamente dai loro compiti Prova tu.