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Questo pacchetto di insegnamento può essere offerto come una flipped classroom. I primi passi, come prendere le misure, possono essere preparati a casa. I dati raccolti dagli studenti possono poi essere elaborati insieme in classe.
La raccolta dei dati può richiedere molto tempo ed essere misurata in diversi momenti della giornata, quindi è meglio farla fare a casa.
Anche la ricerca sulla qualità dell’aria nel loro quartiere può essere fatta in anticipo.
Questo progetto può anche essere realizzato passo dopo passo insieme all’insegnante.
TIC, programmazione
Introduzione alla lezione
In questa lezione gli studenti costruiranno il loro sensore della qualità dell’aria. Questo sensore sarà collegato ad un micro:bit e gli studenti analizzeranno i risultati in un file excel. In questo progetto combineranno le competenze di programmazione con quelle di ingegneria e scienza dei dati.
Nel corso degli anni, la qualità dell’aria è diminuita significativamente. Le grandi aziende industriali stanno prendendo iniziative per ridurre le loro emissioni, ma c’è ancora molta strada da fare. È possibile trovare mappe con dati su Internet, ma trovare dati esatti per aree più piccole è difficile. In questo progetto, affronteremo questo problema costruendo e programmando il nostro sensore di qualità dell’aria in modo da poterla misurare.
Elenco di competenze, ad esempio scienza dei dati e ingegneria elettrica
Ingegneria: Gli studenti devono pensare al design del sensore. Quale sarà il design migliore?
Programmazione: gli studenti impareranno a programmare un microcontrollore e a collegare i dati a un file leggibile.
Problem solving: programmando gli studenti dovranno affrontare piccoli problemi. Dovranno trovare un modo per risolverli.
Creatività: Gli studenti devono pensare a un modo pratico per costruire il sensore, deve essere user-friendly. Dovranno anche rendere il file excel “facile da leggere”.
Analisi, interpretazione e sintesi delle informazioni: Gli studenti dovrebbero essere in grado di interpretare i dati misurati e tradurli in una conclusione
| Informazioni relative alle carriere
Ingegneria: come ingegnere, devono inventare e sviluppare nuovi sistemi. Lo fanno testando diversi modelli e trovando il migliore. Realizzare un sensore da soli utilizza gli stessi passi.
Programmazione: quando si programma, gli studenti dovrebbero trovare il modo più semplice per creare il programma. Anche noi lo facciamo in questo progetto. |
| Supporto TIC: Gli studenti impareranno le basi della programmazione e delle TIC. Risolvere i problemi e il supporto utilizza queste abilità.
Web design |
Nella prima parte della lezione, gli studenti costruiranno passo dopo passo un sensore che può effettuare misurazioni. Questa è la parte ingegneristica. Nella fase successiva, programmeranno da soli un file excel.
Il tempo varia da 3h a 3h30, a seconda delle competenze degli studenti. Gli studenti che conoscono il micro:bit o un altro microcontrollore saranno fatti più velocemente.
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Gli studenti avranno le seguenti conoscenze: – Gli studenti impareranno e saranno in grado di costruire un sensore collegandolo nel modo corretto. – Gli studenti impareranno e saranno in grado di adattare il sensore per renderlo user-friendly. – Gli studenti impareranno e saranno in grado di imparare come ottenere i dati del sensore in un microcontrollore. – Gli studenti impareranno e saranno in grado di imparare come raccogliere dati in Excel. |
| -Gli student impareranno e saranno in grado di interpretare i dati. |
Gli studenti avranno bisogno di conoscenze informatiche di base e dell’inglese di base. Le abilità di programmazione possono essere utili ma non sono necessarie.
Usa il modello dell’Inchiesta Scientifica e il modello Test Your Idea per aiutarti con la tua domanda investigativa. Vedi gli allegati I. e II.
| Elenco dei risultati dell’apprendimento secondo il curriculum e/o i criteri di valutazione Gli studenti applicano un metodo scientifico per sviluppare la conoscenza e rispondere alle domande:
– Mettere a fuoco e delineare l’enunciato del problema – Formulare una domanda e un’ipotesi di ricerca – Formulare ed eseguire un piano di ricerca o un esperimento – Osservare e raccogliere dati – Analizzare i dati visualizzati graficamente e in altri modi – Formulare conclusioni basate su dati visualizzati graficamente e in altri modi e testarli rispetto alle ipotesi – Discutere le conclusioni come spiegazione o risposta a una domanda di ricerca – Riflettere e comunicare sulla metodologia scelta e sui risultati
Gli studenti usano valori di misurazione, quantità e unità in modo appropriato in contesti scientifici, tecnologici e STEM.
Gli studenti progettano una soluzione STEM a un problema. |
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Gli studenti argomenteranno le scelte da varie prospettive quando progettano e usano sistemi di ingegneria e altre soluzioni STEM. |
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Impegnarsi: L’insegnante aiuterà gli studenti a riflettere su ciò che già sanno e a identificare eventuali lacune di conoscenza. E’ importante stimolare l’interesse per i concetti futuri in modo che gli studenti siano pronti ad imparare. Gli insegnanti potrebbero incaricare gli studenti di fare domande iniziali o di scrivere ciò che già sanno sull’argomento. Questo è anche il momento in cui il concetto viene introdotto agli studenti per la prima volta. Materiali: una mappa della qualità dell’aria della tua regione (puoi trovarla su google) Preparazione: [15 ] Minuti Facilitazione dell’esperienza di apprendimento: [10 ] Minuti Transizione: [20 ] Minuti L’insegnante lo farà: – Cerca una mappa della qualità dell’aria della tua regione (https://aqicn.org/map/europe/) – Rispondi alle domande per la mappa che hai trovato. Gli studenti: daranno un’occhiata alla mappa e daranno una prima idea. Lasciateli pensare a ciò che questa mappa mostra loro.
Rispondi alle seguenti domande: – Riesci a vedere i posti dove la qualità dell’aria è migliore o peggiore? – Nelle autostrade e nelle zone industriali la qualità dell’aria sarà peggiore. – Riesci a vedere una differenza nelle diverse ore del giorno? Durante le ore di punta, la qualità dell’aria sarà più bassa. – Com’è la qualità dell’aria nella tua zona? – Come puoi conoscere la qualità a casa tua? – Costruendo il proprio sensore. – Quali sono le conseguenze della cattiva qualità dell’aria? – gli inquinanti nell’aria aumentano il rischio di cancro e di malattie cardiovascolari. |
| Esplorare: Durante la fase di esplorazione, gli studenti esplorano attivamente il nuovo concetto attraverso esperienze di apprendimento concrete. Potrebbe essere chiesto loro di seguire il metodo scientifico e di comunicare con i loro compagni per fare delle osservazioni. Questa fase permette agli studenti di imparare in modo pratico.
Materiali: un esempio di sensore fatto in casa Preparazione: [30 ] Minuti Facilitazione dell’esperienza di apprendimento: [10] Minuti Transizione: [10] Minuti L’insegnante: – Crea il proprio sensore, incluso il file excel. – Può seguire il piano passo dopo passo qui sotto
Gli studenti: – Vedono il sensore per la prima volta – Misurano la qualità dell’aria a scuola. – Cosa misureremo con questo sensore? Polvere in µg/m³
Potete sfidare gli studenti prima del progetto a iniziare già con il micro:bit. Per questo potete usare il seguente strumento. Per questo strumento non avete bisogno di micro:bit perché potete simulare le basi sul PC.
https://makecode. microbit. org/
In questo ambiente di programmazione puoi iniziare il tuo progetto o puoi selezionare delle lezioni. Come insegnante puoi scegliere se vuoi che gli studenti seguano una lezione o dare loro un compito a bassa soglia (per fare un conto alla rovescia da 10 a 0). |
| Spiegare: Questa è una fase guidata dall’insegnante che aiuta gli studenti a sintetizzare le nuove conoscenze e a fare domande se hanno bisogno di ulteriori chiarimenti. Affinché la fase di spiegazione sia efficace, gli insegnanti dovrebbero chiedere agli studenti di condividere ciò che hanno imparato durante la fase di esplorazione prima di introdurre informazioni tecniche in modo più diretto, secondo “The 5E Instructional Model: A Learning Cycle Approach for Inquiry-Based Science Teaching”. Questo è anche il momento in cui gli insegnanti utilizzano video, software per computer o altri aiuti per aumentare la comprensione.
Materiali: – Micro:Bit – Sensore:bit breakout board Sensore di polvere per micro:bit: https://www.sossolutions.nl/elecfreaks-micro-bit-smart- science-iot-kit-exclusief-micro-bit https://benl. rs-online. com/web/p/fibre ottiche-sensori/6989110/? cm_mmc=BE-PLA- DS3A-_-google-_-CSS_BE_NL_Automation_%26_Control_Gear_Whoop-_- |
| 341132042613&gclid=EAIaIQobChMIw – zeWI8gIVgrh3Ch3ZSQvzEAQYBCABEgIe7vD_BwE&gclsrc=aw.ds
-pc o chromebook Preparazione: [15 ] Minuti Facilitazione dell’esperienza di apprendimento: [20 ] Minuti Transizione: [45 ] Minuti L’insegnante: – guida gli studenti attraverso i passi – si assicura che siano presenti i materiali necessari. Gli studenti: Completa i seguenti passi:
– collega il LED del sensore di polvere alla porta P1 e collegare la porta OUT alla porta P2. Dovrebbe essere come nell’immagine.
– Collega il micro:bit al computer o al chromebook. – Vai su https://makecode.microbit.org e crea un nuovo progetto. – Scegli: estensioni avanzate, trova l’iot (environment-and-science-iot) e scarica i blocchi. E fai il programma.
– Gli studenti leggono i dati dal micro:bit e li registrano nel file excel. Possono progettare questo file da soli o si può usare il file allegato. Preferibilmente, scegliete di far progettare agli studenti il loro file. – Il file allegato è un modo per tenere traccia dei dati, ma gli studenti potrebbero preferire un formato diverso. Questo file è stato creato per un compito in cui gli studenti portano il sensore a casa a turno.
– Assicurati che gli studenti raccolgano un numero sufficiente di risultati. Questo garantirà un risultato più preciso. Chiedi agli studenti di portare a turno il sensore a casa e misurare la qualità dell’aria in momenti diversi, misurare la qualità dell’aria a scuola durante le lezioni, come insegnante portare fuori il sensore per un cambio, … |
| Potete usare il file excel per registrare i dati, ma potete anche andare oltre. Per esempio, è possibile:
– Versa i dati in un grafico per vedere qual è la qualità dell’aria in diversi momenti della giornata.
– Utilizzando i dati per creare una mappa della zona in cui la qualità media dell’aria è resa visibile.
– Chiedi agli studenti di pensare ad altri modi per visualizzare i dati in modo chiaro.
luogo di misurazione: scuola |
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| data | ora del giorno | valore della polvere (in µg/m³) | ||
| 25/08/2021 | 16:00 | …… | ||
| Elaborare: La fase di elaborazione del Modello 5E si concentra sul dare agli studenti lo spazio per applicare ciò che hanno imparato. Questo li aiuta a sviluppare una comprensione più profonda. Gli insegnanti possono chiedere agli studenti di creare presentazioni o condurre ulteriori indagini per rafforzare le nuove competenze. Questa fase permette agli studenti di cementare le loro conoscenze prima della valutazione.
Materiali: cicalino, il sensore Preparazione: [20 ] Minuti Facilitazione dell’esperienza di apprendimento: [30] Minuti Transizione: [50] Minuti L’insegnante lo farà: – Usate i passi seguenti per fare un esempio. – Mostra l’esempio agli studenti Gli studenti:
Un micro:bit ha normalmente un cicalino incorporato. Se questo cicalino non c’è o se non è sufficiente, si può sempre aggiungere un cicalino.
Il nostro sensore misura la polvere nell’aria. Poiché misura tutta la polvere, questo è il valore del PM10. Cerca il valore limite per la tua regione. Se questo valore viene superato, si dovrebbe sentire un allarme. In questo esempio il valore limite è 50µg/m³. |
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| Chiedi agli studenti di cercare da soli come creare questo programma. Se non ci riescono, potete aiutarli ad iniziare passo dopo passo. Per quanto possibile, cercate di lasciarli arrivare alla loro soluzione piuttosto che dare loro la soluzione.
Con il programma qui sotto, è possibile attivare l’allarme quando il valore diventa troppo alto. In questo esempio, le luci sono anche programmate per indicare se il valore è ok o troppo alto.
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| Valutare: Il Modello 5E permette una valutazione sia formale che informale. Durante questa fase, gli insegnanti possono osservare i loro studenti e vedere se hanno una comprensione completa dei concetti fondamentali. E’ anche utile notare se gli studenti affrontano i problemi in modo diverso in base a ciò che hanno imparato. Altri elementi utili della fase di valutazione includono l’autovalutazione, la valutazione tra pari, i compiti di scrittura e gli esami.
Materiali: i sensori dello studente Preparazione: [10] Minuti Facilitazione dell’esperienza di apprendimento: [10] Minuti Transizione: [15] Minuti L’insegnante: – Osserva gli studenti durante l’intero processo e durante la valutazione finale. Gli studenti: – Gli studenti si scambieranno i loro risultati. Se ci sono risultati notevoli, gli studenti possono iniziare una discussione. – Tutti i risultati possono essere messi insieme per fare una conclusione. Questa sarà la conclusione di questo esperimento. |
| Compiti di apprendimento indipendenti (ILT): Fornire due-tre sfide agli studenti da completare prima della lezione successiva.
Il micro:bit ha molti più sensori da offrire. Si possono acquistare guardando il sito del micro:bit per trovare i punti di distribuzione locali. Usando blocchi di programmazione simili, lo studente può costruire diversi sensori.
Gli studenti possono aggiungere un cicalino per suonare un allarme se la qualità dell’aria è troppo bassa. Possono poi usarlo per sapere quando ventilare una stanza, per esempio. Possono includere questo cicalino nel loro progetto. |
Strategie per il feedback degli studenti all’interno della lezione
Allineamento delle abilità e delle conoscenze raggiunte in altre materie e anche gli insegnanti possono desiderare di espandere la lezione in vari modi.
Le abilità di programmazione e l’approccio logico dei programmi possono essere utilizzati in altre lezioni. La matematica è un esempio. Le competenze TIC che imparano possono essere utilizzate in altre lezioni in cui il computer viene utilizzato per la raccolta dei dati.
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Descrivi il tipo o i tipi di valutazione adatti alla lezione.
Prima del progetto: |
| Potete sfidare gli studenti prima del progetto a iniziare già con il micro:bit. Per questo potete usare il seguente strumento. Per questo strumento non avete bisogno di micro:bit perché potete simulare le basi sul PC.
https://makecode. microbit. org/
In questo ambiente di programmazione puoi iniziare il tuo progetto o puoi selezionare delle lezioni. Come insegnante puoi scegliere se vuoi che gli studenti seguano una lezione o dare loro un compito a bassa soglia (per fare un conto alla rovescia da 10 a 0).
Gli studenti possono fare un programma micro:bit in anticipo con l’aiuto del seguente link di youtube: https://www.youtube.com/watch?v=XwptnVX5nys
Dopo il progetto: Gli studenti possono portare il sensore a casa a turno. In questo modo, possono misurare la qualità dell’aria a casa sia all’interno che all’esterno in momenti diversi. Possono riportare questi dati per discuterne insieme. |
Materiali utilizzati per la lezione e risorse online Un micro:bit e una breakout board.
https://www.sossolutions.nl/elecfreaks-micro-bit-smart-science-iot-kit-exclusief-micro- bit
https://benl. rs-online. com/web/p/fibre-optic-sensors/6989110/? cm_mmc=BE-PLA- DS3A-_-google-_-CSS_BE_NL_Automation_%26_Control_Gear_Whoop-_- (BE:Whoop!)+Fibre+Optic+Sensors-_-6989110&matchtype=&pla- 341132042613&gclid=EAIaIQobChMIw – zeWI8gIVgrh3Ch3ZSQvzEAQYBCABEgIe7vD_BwE&gclsrc=aw.ds
Questo è il sito che abbiamo usato per comprare il sensore, ma ogni sensore nella tua regione funzionerà. pc o chromebook.
Descrizione delle attività da preparare prima della lezione
Si raccomanda all’insegnante di fare il progetto prima dell’inizio della lezione. Il file excel può essere scaricato o fatto da soli.
Passando attraverso l’intero progetto, l’insegnante può preparare tutto meglio.
Descrizione delle competenze del 21st secolo acquisite legate ai ruoli lavorativi.
Distintivo stampabile con l’occupazione delle competenze del 21st secolo che gli studenti possono indossare quando eseguono gli scenari basati sul lavoro. Si raccomanda che gli studenti ruotino in modo da sperimentare le competenze necessarie per ogni ruolo lavorativo.
Ingegneria: ingegnere. Programmazione: Programmatore
Problem solving: Supporto IT
Creatività: ingegnere
Analisi, interpretazione e sintesi delle informazioni: scienziato
| Non indipendente | semi indipendente | indipendente | |
| lavoro di squadra | L’insegnante deve sempre aiutare a trovare un compromesso, il lavoro non progredisce a causa delle discussioni o il lavoro viene fatto senza consultazione. | Gli studenti lavorano insieme, ma a volte è necessario un intervento dell’insegnante a causa di discussioni o disaccordi. | Gli studenti lavorano insieme in modo costruttivo, discutono e collaborano. |
| programmazione | Il programma funziona, ma l’insegnante deve aiutare molto. | Il programma funziona, ma gli studenti a volte hanno bisogno di aiuto. | Il programma funziona senza l’aiuto dell’insegnante. |
| esperimento di dati | Gli studenti avevano bisogno di molto aiuto per l’esperimento o i risultati non erano comparabili con quelli dei compagni. | Gli studenti avevano bisogno di aiuto per l’esperimento o i risultati non erano comparabili con quelli dei compagni. | Gli studenti hanno fatto l’esperimento completamente da soli e i risultati sono stati comparabili con quelli dei compagni. |
| povero | moderato | grande | |
| atteggiamento | Non c’era interesse o impegno. | Gli studenti hanno fatto del loro meglio, ma a volte erano spesso distratti o non in sintonia con il compito. | Gli studenti si applicano al meglio delle loro capacità, indipendentemente dal fatto che la materia sia adatta a loro o meno. |
Allegato. I.
Inchiesta scientifica
Allegato II.
Prova il tuo modello di idea
| Testare il tuo organizzatore di idee | |
| 1. Domanda investigativa
La tua domanda dovrebbe mettere in relazione la variabile manipolata con il variabile rispondente. |
Domanda investigativa: Che influenza ha l’ora del giorno sul valore misurato? Come puoi spiegarlo? |
| 2. Ipotesi
La tua ipotesi dovrebbe essere scritta come un “SE, ALLORA, PERCHE’”. dichiarazione. |
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| 3. Variabili
● Variabile manipolata (cosa cambierete) ● Variabile rispondente (cosa misurerete) ● Variabili controllate (cosa rimangono costanti per tutta la durata del test) |
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| 4. Materiali
Crea una lista di tutti i materiali di cui hai bisogno. |
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| 5. Procedura
Dovrebbe includere… ● Variabile manipolata ● Variabile rispondente ● Variabili controllate ● Passi logici e ripetibili ● Registrazione di dati specifici ● Prove ripetute |
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| 6. Dati
● Progetta una tabella per organizzare i dati che raccoglierai durante il tuo test. ● Usa la tua procedura per raccogliere e registrare i dati. ● Mostra i tuoi dati usando grafici e/o tabelle appropriate. |
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| 7. Conclusione
● Indicate la vostra conclusione che mette in relazione la variabile manipolata con la variabile rispondente. ● Usa i dati per giustificare la tua conclusione. ● Dichiarate se la vostra ipotesi può essere accettata o rifiutata sulla base dei dati osservati. |
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| 8. Analisi
● Discutete le potenziali fonti di errore e la potenziale influenza sui vostri risultati.
● Fornire idee su come e perché il disegno sperimentale potrebbe essere migliorato.
● Descrivere dati sorprendenti.
● Elenca le idee per rivedere la tua idea di test o nuove idee correlate da testare. |
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| 9. Presenta i tuoi risultati alla tua classe. |
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