In questi giorni si celebra un anniversario importante per gli appassionati e gli esperti di elettronica, per gli educatori e gli insegnanti di discipline STEM: compie vent’anni Arduino, la celebre scheda open source che ha riunito attorno a sé una sterminata comunità di maker e non solo, diventando un simbolo riconosciuto a livello globale di innovazione, collaborazione e creatività.
Era infatti il marzo 2005, quando un piccolo gruppo di ingegneri, docenti e studenti dell’Interaction Design Institute di Ivrea decisero di unire le forze per provare a progettare e a sviluppare un microcontrollore, potente ma economico, in grado di supportare i loro progetti più creativi e artistici dotati di dispositivi robotizzati. Nel giro di qualche giorno, i giovani inventori riuscirono a scrivere un codice adatto allo scopo e a realizzare una scheda elettronica completa e pronta all’uso, che pensarono di battezzare Arduino, appunto, ispirati dal nome di un pub nelle vicinanze dell’istituto, così chiamato in omaggio a quel marchese di Ivrea che divenne re d’Italia attorno all’anno 1000, un importante protagonista della storia e della tradizione del Canavese.
In tempi più recenti, la stessa città di Ivrea è stata anche la culla di una stagione straordinaria di modernità e innovazione, che molto ha influito in questa vicenda, grazie alla presenza della Olivetti, compagnia di informatica ed elettronica tra le più importanti e famose al mondo. Fu infatti qui che, negli anni ‘60 del boom economico, in incredibile anticipo coi tempi, videro la luce progetti eccezionali come “Elea 9003”, il primo computer realizzato da un designer, o come “Programma 101”, ovvero il primo, vero computer da scrivania, una macchina così futuristica, agile e potente da essere utilizzata anche durante la missione Apollo 11 che portò l’uomo sulla Luna di lì a qualche anno. Lo spirito creativo e visionario degli ingegneri e designer autori di queste invenzioni, che si rifaceva a quello del suo storico fondatore, Adriano Olivetti, rimase intatto e attivo anche dopo la morte di quest’ultimo, a cui seguì lo stop improvviso di questa impresa tecnologica legata ai nascenti personal computer.
È in questo contesto così stimolante, nelle strutture che un tempo ospitavano i vecchi comparti aziendali di ricerca e sviluppo, che i padri di Arduino mossero i primi passi, in un momento di grande fermento e aspettativa per le potenzialità del web in espansione e delle trasformazioni digitali, segnate dalla diffusione vasta e veloce delle informazioni e della conoscenza scientifica, e che diedero spazio ai primi esperimenti di software “liberi”.
Da un semplice un progetto didattico, che badava molto anche al design – le schede erano volutamente di colore blu, con una cifra stilistica unica e riconoscibile – arrivò un successo tecnologico e imprenditoriale eccezionale, quanto inaspettato.
Progetti STEM futuristici e (soprattutto) educativi
Quando si parla di Arduino, si ha spesso l’impressione che si tratti di uno strumento che non conosce limiti, che permette di realizzare qualunque dispositivo o esperimento che ci possa venire in mente. In effetti, nel corso degli anni sono stati presentati e condivisi migliaia di progetti e storie di innovazione nate con Arduino, dai più semplici sensori e controlli per luci e motori, alle più complesse stampanti 3D, fino ad arrivare a impieghi molto seri, come nei dispositivi in grado di riconoscere i tumori, negli strumenti di raccolta dati nell’acceleratore di particelle al CERN di Ginevra o ai kit di diagnostica e controllo satellitare gestiti da studenti. Le possibilità di applicazione, testate da centinaia di migliaia di schede diffuse in tutto il mondo, sono davvero sterminate.
Ma al di là dell’indiscutibile fascino e dello stupore che suscita il successo planetario di questo strumento… cosa è davvero Arduino?
Le presentazioni sono forse superflue per gli insegnanti di Fisica e delle altre discipline STEM, che hanno senz’altro avuto modo di conoscerlo o magari già di provarlo, usandolo proprio a scuola. Tuttavia, è utile ricordarne la definizione, forse più complicata dell’oggetto in sé: Arduino è una piattaforma open-source di prototipazione elettronica, basata su hardware e software flessibili e di facile utilizzo, composta da una serie di schede elettroniche programmabili in modalità semplificata.
In breve, si tratta un semplice microcontrollore, che può essere programmato a piacimento in base alle necessità. Ma, a differenza dei popolari, primi home computer degli anni ’80, anch’essi programmabili dall’utente, ma in modo più limitato e “a mano”, Arduino ha a disposizione una enormità di codici sorgente, condivisi e scaricabili da una piattaforma a libero accesso. Si tratta di risorse messe a disposizione di chiunque le voglia utilizzare, migliorare, trasformare. È da questa visione di libertà e condivisione che deriva il successo e l’eccezionale diffusione a livello mondiale di così tanti, variegati progetti STEM basati sulle schede Arduino.
Nel corso del tempo, inoltre, si è consolidato il rapporto tra Arduino e la dimensione educativa. Del resto, l’idea stessa di Arduino nasce e si fonda proprio in un contesto formativo. Ma se inizialmente era pensato principalmente per studenti più grandi e per adulti, oggi Arduino – come ricorda uno dei creatori della scheda blu – entra nelle scuole fin dalle elementari ed è ormai un sopporto prezioso per facilitare e implementare, negli aspetti più creativi e sperimentali, il lavoro degli insegnanti di discipline scientifiche, in particolare quando si tratta di “passare all’azione” con il metodo scientifico, attraverso le esperienze didattiche di laboratorio.
Una guida aggiornata per insegnanti e studenti: “Esperienze con Arduino”!
In effetti, è di cruciale importanza che gli studenti, soprattutto alle superiori, comprendano bene la natura sperimentale dell’indagine fisica e scientifica, e acquisiscano familiarità con le metodologie e gli strumenti dell’attività sperimentale. In un momento in cui la scuola affronta continuamente sfide nuove ed epocali, le discipline STEM, in particolare la Fisica, rappresentano una chiave per comprendere i cambiamenti in atto e prepararsi al futuro. Tuttavia, molto spesso il monte ore a disposizione a scuola risulta essere troppo limitato per progettare delle attività sperimentali che richiedono supporti e strumentazioni complesse, quando, oltretutto, la dotazione dei laboratori scolastici non è sempre adeguata.
In questo senso, Arduino ha tutte le potenzialità per sopperire a difficoltà operative come queste, grazie alla sua evidente flessibilità e agilità. Bisogna però ricordare che, come sempre, uno strumento didattico, per quanto versatile e avanzato, da solo non può bastare. È necessario, infatti, far riferimento ad un metodo di insegnamento di carattere sperimentale-laboratoriale che tenga conto dei diversi, possibili ambienti e contesti educativi, delle peculiarità intrinseche di Arduino, nonché del livello di conoscenze e dell’approccio alla programmazione degli studenti e degli stessi insegnanti.
Il nuovo corso Sistema Fisica – I Colori dell’Universo (di Bocci, Malegori, Milanesi, Toglia) per i licei scientifici, offre numerose attività sperimentali, in varie modalità, proprio per poter venire incontro alle esigenze di questo tipo. Tra queste attività, sono comprese le nuove schede di approfondimento “Esperienze con Arduino”, a cura del Professor Massimiliano Virdis.
Il Prof. Virdis insegna fisica presso un liceo scientifico e ha avuto modo, animato dal desiderio di usare Arduino nelle attività di laboratorio, di testare molte delle potenzialità della celebre scheda, così come di verificare le eventuali difficoltà che emergono nel progettare un’esperienza completa.
Dalla meticolosa raccolta di dati e di materiali didattici, è nata una raccolta delle più efficaci esperienze laboratoriali messe in opera negli anni, coprendo i temi più importanti del programma di Fisica, in particolare del triennio dei licei scientifici.
Si tratta di dieci esperienze di Fisica, che vanno dallo studio del moto di un pendolo alla determinazione della costante di Plank, e che rappresentano una risorsa preziosa di aggiornamento e di guida innanzitutto per gli insegnanti, il cui ruolo in laboratorio, anche in termini di partecipazione ed entusiasmo, è fondamentale per ottenere delle ricadute didattiche-laboratoriali positive.
Come spiega il professore, realizzare esperienze con tecnologie come Arduino, consente infatti all’insegnante di essere maggiormente coinvolto, dal momento che la realizzazione delle attività deve essere compiuta con più consapevolezza, ma anche con maggiore libertà d’azione. Grazie all’utilizzo di Arduino, si realizzano tutte le condizioni per esprimere e trasmettere a studentesse e studenti l’interesse e l’entusiasmo per la fisica e per le tecnologie nella vita di tutti i giorni: dai fotosensori di un cancello automatico ai sensori di parcheggio di un’auto, dai sensori di pressione dei misuratori di pressione sanguigna ai sensori di presenza di un erogatore automatico di igienizzante.
Le schede nei testi di Sistema Fisica dedicate a queste esperienze, comprendono una descrizione introduttiva, una lista esaustiva dei materiali occorrenti, le istruzioni complete e dettagliate per eseguire l’esperimento e per raccogliere e analizzare i dati.
Non si tratta quindi di approfondimenti su Arduino, ma di fisica con Arduino, che certo permettono anche di comprenderne meglio l’utilizzo, attraverso il principio del learning by doing.
Nell’espansione digitale, inoltre, per ciascuna scheda è possibile consultare le versioni più lunghe e dettagliate, in cui viene presentata una descrizione minuziosa dell’esperimento, compresi un ripasso di carattere teorico, indispensabile prima di cominciare, i particolari dei materiali utilizzati, le istruzioni per il montaggio generale delle apparecchiature e del procedimento, e le indicazioni per una corretta elaborazione dei dati.
È prevista quindi un’attenzione particolare all’allestimento con Arduino, fornendo le principali informazioni per la preparazione della scheda e le relative programmazioni, che fanno uso dei linguaggi più semplici, considerando anche che la maggior parte degli esperimenti consistono solo nel leggere un’unica grandezza fisica tramite Arduino, al più mediando tra letture successive per ricavare un valor medio.
A proposito di programmazione, è bene ricordare sempre che insegnare a programmare una scheda Arduino, anche se a livelli basilari, per esempio in una classe di liceo, può risultare decisamente impegnativo se non si può contare sul supporto minimo di postazioni pc precedentemente testati per realizzare le esperienze, magari con l’assistenza in aula di un tecnico esperto e adeguatamente formato.
Ad ogni modo, grazie a risorse come le “Esperienze con Arduino” di Sistema Fisica, insegnanti e studenti possono di certo provare a progettare degli esperimenti con un interesse e una passione analoga a quella che animava i ragazzi di Ivrea, lo stesso spirito che è arrivato poi al CERN, ai satelliti in orbita e fin sulla Luna.
Scopri i percorsi laboratoriali con Arduino nel nuovo corso Sistema Fisica – I Colori dell’Universo di Bocci, Malegori, Milanesi, Toglia (Petrini, 2025)