robotica educativa e-learning per la incontro con gli ... · - ruolo passivo del bambino ......
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E-ROB:E-LEARNING PER LA
ROBOTICA EDUCATIVA
Incontro con gli Insegnanti degli istituti comprensivi di Pisa24 Maggio 2016
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Definizione di Funzioni Esecutive
Insieme di processi cognitivi di “ordine superiore” che permettono di pianificare, iniziare e portare a termine comportamenti diretti ad uno scopo, attraverso un insieme di azioni coordinate e strategiche.
(Funzioni cognitive di “ordine superiore” includono attività di integrazione e sintesi di informazioni, pianificazione, organizzazione, ecc; Funzioni cognitive “basilari” includono l’elaborazione di informazioni di tipo sensoriale)
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Le funzioni esecutive sono un complesso sistema di processi che regolano la pianificazione, il
controllo e la coordinazione del sistema cognitivo, e che governano l'attivazione e la modulazione di
schemi e processi cognitivi:
•l'organizzazione delle azioni in sequenze gerarchiche di mete ed obiettivi;
•lo spostamento flessibile dell‘attenzione sulle informazioni rilevate;
•l'attivazione di strategie appropriate e l'inibizione di risposte non adeguate.
L'impiego delle funzioni esecutive è indispensabile in tutti i tipi di problem solving, non solo in quelli
più complicati ed astratti, come la soluzione di problemi matematici, ma anche nell'acquisizione
delle abilità sociali. La comprensione delle persone è una di queste, perché la sensibilità ad
obiettivi, emozioni o desideri altrui richiede uno sganciamento dell'attenzione dai propri stati mentali
interni.
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PIANIFICAZIONE
partenza arrivo
REGOLE: -numero di mosse massimo-una pallina alla volta-Numero di palline nei bastoni
Si possono identificare 4 principali componenti delle FE
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INIBIZIONE
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GIORNONOTT
E
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CLASSIFICAZIONE / FLESSIBILITA’ COGNITIVA
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Se è nera, la forma corrispondenteSe è bianca il contrario
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MEMORIA DI LAVORO
Visuo-spaziale
Verbale
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Miyake, 2000; Diamond, 2013, Marzocchi, 2011
The ability to self-control own cognition is ascribed
to Executive Functions (EF) and they are predictive of
several cognitive milestones and school
readiness in early childhood.
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Le FE sono sottese da specifici circuiti cerebrali
CORTECCIA PRE-FRONTALE E ALTRE REGIONI CON LE QUALI E' INTERCONNESSA
Dorso laterale
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Aree distinte per Funzioni Esecutive Calde o Fredde
Dorso lateraleInibizioneMemoria di lavoroflessibilità..
FE “fredde”
FE “CALDE”Ventro LateralePresa di decisione sociale e emozionale
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PRIMA:
•Le FE sono silenti fino a 12aa e sono mature a 20 anni;
•I test per adulti sono troppo complessi per essere
somministrati a bambini (Golden, 1981).
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Corpo Calloso
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INIBIZIONE: Tra I 10-12 mesi, il bambino è in grado di recuperare
l'oggetto nascosto sotto B anche se lo ha trovato più volte sotto A
(A non B error) , anche dopo un intervallo di 5 secondi
A
B
Predice lo sviluppo cognitivo successivo
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CAPACITA' DI AUTO-CONTROLLO/INIBIZIONE BAMBINO
INDICE STATO SALUTEADULTO
Importanza per qualità vita
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PROCEEDINGS NATIONAL ACADEMY OF SCIENCES, 2011
Importanza dell’INIBIZIONE per qualità vita
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Classificazione/astrazione cognitiva Less Is More
Executive Function and Symbolic Representation inPreschool Children. Stephanie M. Carlson, Angela C. Davis, and Jamie G. Leach (2005)
Maggiore abilità di posticipare la gratificazione
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Memoria di lavoro
Sviluppa nel corso di tutta la vita, ma l’incremento maggiore si verifica nei primi 10 anni.
5 aa→ mantiene ed elabora due unità
10 aa→ mantiene ed elabora 4 o 5 unità (può lavorare con istruzioni su 4-fasi, mantenere 4 termini nuovi ecc).
Correla con il successo scolastico (deficit della memoria di lavoro nei
bambini con DSA)
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Importanza per qualità vita
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OGGI:
•Le FE si sviluppano già a partire da 12 mesi e i principali cambiamenti si verificano in età prescolare e scolare fino all’adolescenza;
•Le FE sono necessarie per l’adattamento sociale e il successo scolastico;
•La corteccia pre-frontale sviluppa in particolare durante la prima e seconda infanzia e fino all'adolescenza ( volume della sostanza grigia, di spessore corticale di volume della sostanza bianca) ma non è funzionalmente silente nei primissimi anni di vita (attivazione in fMRI della corteccia pre frontale nei lattanti);
• Lo sviluppo delle FE ha un’organizzazione gerarchica: inibizione e memoria di lavoro emergono molto presto nello sviluppo (nel lattante); la flessibilità nell'età pre-scolare e continua durante l'adolescenza (Garon et al., 2008 , Diamond, 2011).
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Le FE possono essere potenziate mediante modifiche sull’ambiente e Interventi sul bambino rispettando il ritmo di
sviluppo delle diverse componenti
Un intervento di potenziamento delle FE in età prescolare ha un
elevato potenziale preventivo (Melby-Lervag e Hulme, 2013).
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1. MINDFULNESS (es. arti marziali);2. TRAINING CON PROGRAMMI PC (es.
teleriabilitazione);3. PROGRAMMI SCOLASTICI PRE-SCOLARI (es.
Montessori, Tools of the Mind).
Importanza di interventi educativi precoci sulle FE
SCIENCE, 2011
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Potenziamento delle FE in età prescolare
Software e Video Giochi (breve durata)
Attività di gruppo Low cost (lunga durata)
Es. Thorell et al., 2009; Bergman Nutley et al., 2011; Grunewaldt et al, 20013
VANTAGGI:- esercizi autoadattivi di difficoltà crescente- possibilità d’intervenire su singole componenti delle FE
SVANTAGGI:- FE “cool”- poco Ecologici- ruolo passivo del bambino- scarsa generalizzabilità- costi elevati/resource consuming
Es. Diamond et al., 2007; Traverso et al., 2015
VANTAGGI:- bassi costi e facile riproducibilità- uso delle FE su oggetti/contesti concreti- possibile intervenire su FE “hot”
SVANTAGGI:- non sempre difficoltà incrementabile on-line- non sempre possibile agire su specifiche componenti delle FE
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Bee-bots: un semplice robot
I comandi sono programmati attraverso i tasti posizionati sul dorso del robot.
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Secondo i principi del Costruzionismo (Papert) e del Costruttivismo (Piaget)....manipolare oggetti concreti rende l’apprendimento più efficace e permette la costruzione di modelli mentali flessibili e in continuo aggiornamento.
Secondo i principi del Costruttivismo sociale (Vigotskij) e l’apprendimento sociale (Bandura)....l’apprendimento avviene all’interno di un contesto sociale, grazie all’aiuto dell’altro, che siano adulti o dei pari, e attraverso l’osservazione del comportamento altrui.
ROBOTICA EDUCATIVA e APPRENDIMENTO
cosa è?
attività in cui i robot vengono utilizzati per scopi educativi, attraverso una didattica innovativa che concretizza ambienti di apprendimento sperimentali e legati a contesti reali.
promuove l’interesse non solo per le nuove tecnologie e una modalità di apprendimento basata sul pensiero critico, il problem-solving, la creatività e la cooperazione all’interno di un contesto
sociale.
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→ una modalità di apprendimento attiva e basata sulla
sperimentazione e sull’utilizzo di “objects to think with”
(Papert, 1980; 1993) e di feedback concreti (teoria costruttivista
di Piaget; Piaget & Inhelder, 1966);
A differenza del gioco elettronico o telecomandato, si ipotizza che la RE favorisca:
→ lo sviluppo della teoria della mente attraverso prime richieste
di “mettersi nei panni di”, mediate dal robot (es. l’attribuzione di
una memoria);
→ la visualizzazione e la verifica concreta delle operazioni
mentali in un contesto di GRUPPO.
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Durante la RE il bambino deve prima pensare e poi agire,
secondo una serialità, tipica del pensiero logico, che siamo
invitati a potenziare, soprattutto nel processo educativo
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Permette di integrare e scomporre nello stesso strumento la difficoltà del compito e i
fattori neuropsicologici in essa coinvolti
-da operazioni semplici di imaging di due elementi in serie;
-ad esercizi di inibizione;
-a compiti complessi che richiedono updating, inibizione, pianificazione e controllo.
Usai et al., 2013: dall’infanzia all’età adolesceziale si assiste alla progressiva organizzazione fattoriale delle FE da modelli a due fattori (inibizione e working
memory, Miller et al., 2012) a modelli a tre fattori, con tre variabili latenti sottostanti (inhibition, working memory and shifting; Miyake et al., 2000; Lehto et al., 2003)
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Tuttavia … la Letteratura sulla RE
- Impatto della Robotica Educativa sul funzionamento scolastico (Eguchi, 2010; Benitti, 2012)
- Impatto della Robotica Educativa sulle capacità socio-relazionali (Benitti, 2012; Johnson,2003)
- Impatto della Robotica Educativa sulle capacità cognitive (Mioduser, 2010; Alimisis, 2013; Kazakoff, 2013; Bers, 2014)
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Studio Pilota
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Obbiettivi dello StudioLo studio pilota effettuato nella scuola dell’infanzia Haring nel territorio pisano è stato volto ad indagare gli effetti di un laboratorio di Robotica Educativa sulle:
- abilità di memoria spaziale - attenzione- capacità visuo-spaziali- inibizione e controllo cognitivo
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Struttura dei Laboratori: AttivitàOgni laboratorio ha previsto attività e giochi in gruppo all’interno di un contesto narrativo sempre differente per stimolare l’attenzione e la motivazione. Le attività prevedono l’incremento graduale della difficoltà al fine di avvicinare progressivamente il bambino agli obbiettivi attraverso l’apprendimento senza errori.
inibizione cognitiva categorizzazione
set-shinftingmemoria prospettica
ABILITA’ VISUO-SPAZIALI
FUNZIONI COGNITIVE SUPERIORI
attività di familiarizzazione e comprensione dei comandi
imagery visuo-spaziale
planning,flessibilità
pianificazione strategica, inibizione motoria
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Struttura dei Laboratori: AttivitàBee scopre chi sono i suoi vicini. Ogni bambino sceglie di abitare in un
dato posto della strada e posiziona lì il
suo cartoncino di riconoscimento. Il
bambino che ha in mano Bee-bot deve
andare a trovare gli altri bambini e far
conoscere a Bee tutti i suoi vicini.
Infatti, arrivando nella posizione dove
si trova il cartellino, Bee-bot lo farà
cadere rivelando il nome scritto sul
cartellino e scoprendo così chi sono i
suoi vicini.
A caccia di fiori (inibizione)Si lavora con il tappeto con le forme. Bee ha fame! Deve raccogliere più polline possibile muovendosi tra i vari fiori a seconda del criterio dato (forma o colore) Attenzione però! I fiori con la forma a triangolo non sono ancora sbocciati e quindi vanno evitati!
Partita di calcio (attività finale di sintesi)I bambini, con l’utilizzo delle cover di Bee-bot, vengono divisi nelle due squadre. Vengono posizionate sul tappeto delle porte e uno alla volta i bambini devono provare a fare calciare a Bee una pallina in modo da farla andare in porta.
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Metodo: Disegno dello studio e Timelines
T0 T1 T2
Baseline Pre-Lab RobEdu Post-Lab RobEdu
5 settimane 5 settimane (2 volte a settimana
75 minuti cad.)
Lab Robotica Educativa
13 bambini tra 5 e 6 anni (3° anno scuola materna) M:F=5:8
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Metodo: Disegno dello studio e Timelines
DATI QUANTITATIVI DI MIGLIORAMENTOProtocollo previsto per ogni time-point (T0-T1-T2):
Valutazione delle abilità visuospaziali★ Memoria a breve termine visuospaziale (test Corsi span avanti e indietro)★ Orientamento spaziale su mappe visive (test Trova la strada NEPSY-II)
Valutazione dell’attenzione e dell’inibizione★ Controllo del comportamento della risposta automatica (Simon test)★ Inibizione (test Inibizione NEPSY-II)★ Attenzione visiva sostenuta (test Leiter-R)
T0 T1 T2
Baseline Pre-Lab RobEdu Post-Lab RobEdu
5 settimane 5 settimane
Lab Robotica Educativa
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BREVE DESCRIZIONE DELLE PROVE UTILIZZATE
Corsi span test
test Trova la strada NEPSY-II
test Inibizione NEPSY-II
Simon test
Primo set: “Questo gioco funziona così. Se dico “Pippo dice batti le mani” tu devi battere le mani. Ma se dico solo “batti le mani” tu devi stare fermo. Proviamo?”Secondo set: “Attenzione, ora il gioco diventa più difficile, perché io faccio tutto quello che dico! Ma tu lo devi fare solo se senti “Pippo dice”. Proviamo?
test Attenzione sostenuta visiva Leiter-R
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DATI QUALITATIVIScala qualitativa di osservazione del comportamento
(compilata per ciascun bambino a conclusione di ogni Lab. RobEdu) Attenzione e MotivazioneRimane attento per la maggior parte del labNon si distrae quando programma beePartecipa in modo attivoRispetta il turnoRelazione con i pariCooperaSegue suggerimenti compagniSi relaziona bene con gli altriControllo del ComportamentoAutocorrezione di un comando durante la programRispetta le regoleTolleranza alla frustrazioneAbilità di InibizioneInibisce un comportamento (uso tasto pausa)Inibisce risposte automatiche
1= osservato
0.5= osservato, ma non in modo sistematico-1= non osservato, pur essendoci stata possibilità
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1 GRUPPO: TASKS DI PROGRAMMAZIONE
Task 1
Task 2
Task 3
Task 4
Task 5
Attribuzione del punteggio:0 = Competenza non acquisita 0,5= Competenza acquisita parzialmente (uso della mano o dell’ape come supporto alla programmazione)1= Competenza consolidata
9 tasks a complessità crescente
DATI QUALITATIVI: mini-testMisura di apprendimento della programmazione con Bee
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2 GRUPPO: TASKS DI IMAGERY
Task 6
Task 7
Task 8
Task 9
3 GRUPPO: TASK DI INIBIZIONE
DATI QUALITATIVI: mini-testMisura di apprendimento della programmazione con Bee
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span avanti span indietro
span
Memoria a breve termine visuospaziale: Corsi TestSpan di memoria
T0T1T2
* p< .01
RISULTATI: prove psicometriche area VISUO-SPAZIALE
*
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n° e
rror
i T0T1T2
RISULTATI: prove psicometriche FUNZIONI ESECUTIVE Inibizione: Test inibizione NEPSY-II
Numero di errori commessi
*
* p< .05
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n° e
rror
i
*T0T1T2
RISULTATI: prove psicometriche FUNZIONI ESECUTIVE
*
Controllo del comportamento della risposta automatica: Simon testNumero di errori commessi
Primo set Secondo set
* p< .05
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seco
ndi
*T0T1T2
RISULTATI: prove psicometricheda escludere per effetto test-retest
*
num
ero
di ta
rget
trov
ati
Inibizione: Test inibizione NEPSY-II
Tempo impiegato in secondi
Attenzione visiva sostenuta: Leiter-R
Numero di target trovati
*
* p< .01
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RISULTATI: prove psicometriche con assenza di effetti significativi
Denominazione veloce: Test inibizione NEPSY-IINumero di errori commessi e tempi esecutivi
n° e
rror
i
seco
ndi
T0T1T2
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rispo
ste
corr
ette
Orientamento spaziale su mappe visive: test Trova la strada NEPSY-IIRisposte corrette
T0T1T2
RISULTATI: prove psicometriche con assenza di effetti significativi
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* * *
➢ Relazione tra pari: Z=-2.47, p=.013
➢ Controllo comportamento Z=-2.94, p=.003
➢ Capacità di inibire risposte automatiche Z=-2.21, p=.027
RISULTATI: Scala qualitativa di osservazione del comportamento
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RISULTATI: andamentomini-test
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1. Sebbene la pianificazione sia una componente delle FE ancora emergente a 5 anni, i bambini in età prescolare imparano, con un breve intervento di RE, a pianificare azioni di complessità crescente attuando al contempo strategie di controllo e aggiramento dell’ostacolo.
2. La programmazione della navigazione di un semplice robot può potenziare i processi di controllo e mantenimento dell’informazione nel dominio visuo-spaziale con un incremento significativo della memoria di lavoro attiva visuo-spaziale (Corsi span Indietro).
Spunti Conclusivi
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3. L’attività di programmazione del robot e l’analisi dei risultati concreti possono favorire i processi di Inibizione e controllo del comportamento.
4. Sebbene in questo studio non sia stato fatto un confronto diretto, la RE si distingue dal gioco elettronico in quanto ri-propone nel gioco il ruolo attivo del soggetto, la pianificazione dell’attività e la concretizzazione dei risultati nell’ambiente reale, relazionale e di apprendimento.
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E-ROB:E-LEARNING PER LA
ROBOTICA EDUCATIVA
Incontro con gli Insegnanti degli istituti comprensivi di Pisa24 Maggio 2016
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PATROCINIO ENTE FINANZIATORE
Istituto di Biorobotica – Scuola Superiore Sant’AnnaFrancesca Cecchi, Emanuela Castro, Cecilia Laschi, Paolo Dario
IRCCS Fondazione Stella MarisGiuseppina Sgandurra, Chiara Pecini, Emanuela Inguaggiato, Maria Chiara Di Lieto, Giovanni Cioni
PARTNER DEL PROGETTO
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E-ROB si propone di...
Documentare scientificamente il ruolo educativo della robotica per il potenziamento dell'apprendimento scolastico e di abilità cognitive e relazionali
Favorire, sfruttando la flessibilità dei sistemi tecnologici, la didattica inclusiva per i bambini con disagio/disabilità;
Favorire l’uso delle nuove tecnologie e diffondere su larga scala la piattaforma e-learning di e-Rob
200 bambini della prima classe delle scuole primarie di Pisa
includendo 20 bambini con BES che frequentano le classi aderenti
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ON LINE….
Sito tematico: presentazione ed aggiornamenti sul progetto, news, eventi e novità legati al mondo della Robotica Educativa.
Sistema di e-learning: piattaforma online con materiale didattico di supporto (video, tutorial, materiale scaricabile per le attività,forum ...)
![Page 57: ROBOTICA EDUCATIVA E-LEARNING PER LA Incontro con gli ... · - ruolo passivo del bambino ... (Papert) e del Costruttivismo (Piaget).... manipolare oggetti concreti rende l’apprendimento](https://reader030.vdocuments.pub/reader030/viewer/2022020416/5c65a12109d3f2b26e8d01a0/html5/thumbnails/57.jpg)
ATTIVITA’Inserite in un con contesto narrativo sempre differente e organizzate con un incremento graduale della difficoltà per avvicinare progressivamente ciascun bambino agli obbiettivi attraverso l’apprendimento senza errori.
imagery visuo-spaziale
ABILITA’ VISUO-SPAZIALI
FUNZIONI COGNITIVE SUPERIORI
memoria di lavoro
inibizione cognitiva e comportamentale
pianificazione e flessibilità cognitiva
elaborazione fonologica e numerica
APPRENDIMENTI SCOLASTICI
IPOTESI:10 settimane, 20 incontri (1h cad.)
Lavoro in piccolo gruppo
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Problematiche:
senso-motorie,linguistiche,attentive,cognitive,relazionali e/o sociali.
ADATTAMENTO BES
Robot e/o interfacce adattati
Attività semplificate
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prove standardizzate
VALUTAZIONI PRIMA-DOPO
Memoria di lavoro visuo-spaziale
Orientamento visuo-spaziale su mappe
Attenzione visiva
Inibizione comportamentale e cognitiva
Tutti i bambini parteciperanno alla valutazione in forma
anonima e individuale.
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DISEGNO DEL PROGETTO
valutazioni valutazioni valutazioni
laboratori di e-ROB
Gruppo 1
Gruppo 2
valutazioni valutazioni valutazioni
laboratori di e-ROB
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TEMPI PREVISTI
Settembre 2016Gennaio
valutazioni valutazioni
Aprile 2017
valutazioni
Dicembrelaboratori di e-ROB
Gruppo 1
Gruppo 2
IPOTESI:26/09 - 1/10: valutazioni gruppo 1-2;3-8/10: inizio attività gruppo 1;5-10/12: ultima settimana attività gruppo 1;12-17/12: valutazioni gruppo 1-2;9-14/01: inizio attività gruppo 2;27-31/03: ultima settimana attività gruppo 2;3-7/04: valutazione gruppo 2.
Settembre 2016Ottobre Dicembre
valutazioni valutazioni
Aprile 2017
valutazioni
laboratori di e-ROB
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NELLA PRATICA:
1. Iscrizione degli insegnanti(numero di alunni, presenza BES, numero di robot disponibili);
1. Accesso alla piattaforma e-learning;
2. Organizzazione operativa delle valutazioni pre e post;
3. Servizio di tutoraggio agli insegnanti sempre disponibile;
4. Impegno in ore: 10 settimane, 2 incontri per settimana di 1 ora ciascuno;
5. 8/10 Bee-bot per classe (ipotizzando gruppi di 6 bambini con 2 Bee-bot)
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DOMANDE….
1. I kit robotici;
2. Le tempistiche (indicazione entro Giugno delle classi disponibili con indicazione dei bambini BES e la possibilità di iniziare le valutazioni come programmato);
3. L’impegno in ore
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GRAZIE PER LA COLLABORAZIONE!
Equipe Fondazione Stella Maris Equipe Istituto Biorobotica - SSA
Dr.ssa G.Sgandurra [email protected]; Dr.ssa C. Pecini [email protected];
Ing. F. Cecchi [email protected]