Summary of Educational Robotics

Course Syllabus

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Titolo

Educational Robotics

Argomenti e articolazione del corso

I robot vengono sempre più spesso utilizzati come strumenti didattici per stimolare l’apprendimento di competenze disciplinari e trasversali, di carattere cognitivo, emotivo e sociale, anche al di fuori dell’area STEM. Il corso sarà dedicato

1) all’analisi dei fondamenti teorici e filosofici della robotica e dell’Intelligenza Artificiale;

2) alla comprensione dei modi in cui la progettazione e programmazione elettronica, robotica e informatica può contribuire al potenziamento cognitivo e all’acquisizione di abilità e competenze disciplinari e trasversali in ambiti scolastici ed extra-scolastici;

3) all’acquisizione di competenze di base di progettazione elettronica e programmazione di robot funzionali alla progettazione didattica, alla formazione di insegnanti/educatori, alla consulenza pedagogica in scuole e servizi su questi temi.

La prima parte del corso sarà costituita da lezioni dialogate. La seconda parte prevede una modalità prevalentemente laboratoriale, in cui le studentesse e gli studenti potranno sperimentare attività di progettazione e programmazione elettronica e robotica utilizzando i robot presenti nel RobotiCSS Lab – Laboratorio di Robotica per le Scienze Cognitive e Sociali dell’Ateneo.

Programma dettagliato:

La struttura fondamentale dei sistemi robotici: sensori, attuatori, sistema di controllo.
I concetti di “algoritmo” e “programma”. Fondamenti di teoria della computabilità. Macchine di Turing.
L’Intelligenza Artificiale: storia, fondamenti filosofici, algoritmi di ricerca in alberi di decisione, euristiche. Le reti neurali: fondamenti.
Le applicazioni didattiche della robotica e dell’elettronica: stato dell’arte, esempi, riflessione teorica.
Laboratorio di progettazione elettronica. Legge di Ohm, semplici circuiti analogici, Arduino.
Laboratorio di programmazione robotica. Programmazione procedurale e a eventi, esperimenti con robot progettati a scopi didattici (CoderBot, Lego Mindstorms e WeDo, Thymio, NAO, Pepper).

Obiettivi

Il corso si propone di stimolare l’acquisizione di

conoscenze di base su alcuni concetti chiave della robotica, dell’elettronica e dell’informatica;
conoscenze approfondite sui modi in cui la progettazione elettronica e la programmazione robotica possono essere (e vengono correntemente) utilizzate per stimolare l’acquisizione di capacità e competenze cognitive e relazionali, disciplinari e trasversali, in contesti scolastici e non;
abilità di base di progettazione elettronica e programmazione robotica.

Metodologie utilizzate

La prima parte del corso sarà erogata attraverso lezioni dialogate. La seconda parte prevede una modalità prevalentemente laboratoriale, in cui le studentesse e gli studenti potranno sperimentare attività di progettazione e programmazione elettronica e robotica utilizzando i robot presenti nel RobotiCSS Lab – Laboratorio di Robotica per le Scienze Cognitive e Sociali dell’Ateneo.

Materiali didattici (online, offline)

Programma e bibliografia per i frequentanti

Monografie:

Harel, D. (2004), Algorithmics. The spirit of computing, Addison-Wesley, Part 1 “Preliminaries” and 2 “Methods and Analysis”.
Mataric, M.J. (2007), The Robotics Primer, The MIT Press, Cambridge, MA.
Braitenberg, V. (1984). Vehicles. Experiments in synthetic psychology. Cambridge, MA.

Articoli:

Wing, J. M. (2006). Computational Thinking. Communications of the ACM, 49(3), 33–35.
Benitti, F. B. V. (2012). Exploring the educational potential of robotics in schools: A systematic review. Computers and Education, 58(3), 978–988.
Mubin, O., Stevens, C. J., Shahid, S., Mahmud, A. Al, & Dong, J.-J. (2013). A Review of the Applicability of Robots in Education. Technology for Education and Learning, 1–7.

Testo non in programma di consultazione sulla progettazione elettronica:

Kybett, H., Boysen, E. (2011), All New Electronics Self-Teaching Guide 3rd Edition, Wiley

Programma e bibliografia per i non frequentanti

La bibliografia per i non frequentanti è identica a quella per i frequentanti.

Modalità d'esame

Verifica scritta, i cui criteri di valutazione saranno comunicati durante il corso.

Le studentesse e gli studenti che lo desiderano potranno concordare assieme al docente un progetto d’esame che prevede la realizzazione di un semplice sistema elettronico/robotico in cui mettere alla prova le conoscenze e abilità di progettazione e programmazione acquisite.

Orario di ricevimento

Si prega di concordare un orario di ricevimento scrivendo al docente (edoardo.datteri@unimib.it)

Durata dei programmi

I programmi valgono due anni accademici.

Cultori della materia e Tutor

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Course title

Educational Robotics

Topics and course structure

Robotic systems are increasingly used as didactic tools to promote acquisition of disciplinary and cross-disciplinary cognitive and social skills, not limited to the STEM area. The course will be devoted to

1) the analysis of the theoretical and philosophical foundations of robotics and Artificial Intelligence,

2) a reflection on the many ways electronic design and robotic programming can contribute to the acquisition of disciplinary and cross-disciplinary cognitive and social skills in scholastic and extra-scholastic contexts,

3) the acquisition of basic skills in electronic design and robotic programming which may be functional to supporting didactic planning, training of teachers/educators, pedagogical consulting.

The first part of the course will include dialogical lectures. The second part will massively involve laboratory, hands-on activities, in which students will be guided in experimenting with electronic design and robotic programming using the robots and facilities provided by the RobotiCSS Lab – Laboratory of Robotics for Cognitive and Social Sciences of the University.

In details:

The fundamental structure of robotic systems: sensors, actuators, control system.
The concepts of “algorithm” and “program”. Foundations of computability theory. Turing machines.
Artificial Intelligence: history, philosophical foundations, heuristic programming. Neural networks: foundations.
Didactic applications of robotics and electronics: state of the art, examples, theoretical reflection.
Laboratory of electronic design. Ohm law, simple analog circuits, Arduino.
Laboratory of robotic programming. Procedural and event programming, experiments with didactic robots (CoderBot, Lego Mindstorms e WeDo, Thymio, NAO, Peppe

Objectives

The course will promote acquisition of

basic knowledge on key concepts of robotics, electronics and computer science,
expert knowledge on the ways electronic design and robotic programming can contribute to the acquisition of disciplinary and cross-disciplinary cognitive and social skills in scholastic and extra-scholastic contexts,
basic skills in electronic design and robotic programming.

Methodologies

Online and offline teaching materials

Programme and references for attending students

Books:

Harel, D. (2004), Algorithmics. The spirit of computing, Addison-Wesley, Part 1 “Preliminaries” and 2 “Methods and Analysis”.
Mataric, M.J. (2007), The Robotics Primer, The MIT Press, Cambridge, MA.
Braitenberg, V. (1984). Vehicles. Experiments in synthetic psychology. Cambridge, MA.

Articles:

Wing, J. M. (2006). Computational Thinking. Communications of the ACM, 49(3), 33–35.
Benitti, F. B. V. (2012). Exploring the educational potential of robotics in schools: A systematic review. Computers and Education, 58(3), 978–988.
Mubin, O., Stevens, C. J., Shahid, S., Mahmud, A. Al, & Dong, J.-J. (2013). A Review of the Applicability of Robots in Education. Technology for Education and Learning, 1–7.

Programme and references for non-attending students

Same as for attending students.

Assessment methods

Written exam. The evaluation criteria will be discussed during the course.

Students will also have the opportunity to agree upon a project with the lecturer. The project will involve the building of a simple electronic/robotic system, using the theoretical and experimental knowledge and skills acquired during the course.

Office hours

Please write to edoardo.datteri@unimib.it to agree upon a meeting.

Programme validity

Two academic years.