Kit “Bosco Gemello Digitale”

Laboratorio integrato per il monitoraggio ambientale e la simulazione fisiologica delle piante

Descrizione tecnica-didattica

Il Bosco Gemello Digitale è un sistema educativo basato su tecnologie IoT (Internet of Things) e sensoristica ambientale, progettato per esplorare in modo sperimentale le relazioni tra fattori ambientali e processi fisiologici vegetali.

Il cuore del sistema è la scheda Arduino UNO R4 WiFi, dotata di microcontrollore Renesas RA4M1 (ARM Cortex-M4 a 48 MHz) e chip ESP32-S3 per la connettività wireless. I sensori, appartenenti alla famiglia Grove, consentono una connessione rapida e modulare senza saldature, favorendo la didattica laboratoriale anche in contesti scolastici.

Il kit rileva in tempo reale:

    • Illuminamento (lux o intensità luminosa)

    • Temperatura dell’aria e umidità relativa

    • Umidità del suolo (capacitiva)

    • Concentrazione di CO₂ atmosferica

I dati acquisiti vengono elaborati dalla scheda per stimare parametri derivati, tra cui l’attività fotosintetica e la vitalità della pianta virtuale, rappresentata graficamente tramite display OLED e barra LED RGB indirizzabile (WS2812).

Funzionalità didattiche e potenziale educativo

    • Visualizzazione in tempo reale dei dati sensoriali tramite interfaccia grafica locale o web.

    • Elaborazione e rappresentazione numerica dei parametri fisiologici attraverso modelli semplificati di fotosintesi.

    • Registrazione e analisi dati tramite connessione WiFi con possibilità di integrazione in Arduino Cloud, Google Sheets, o altre piattaforme di data logging.

    • Programmazione multilivello:

        ◦ a blocchi (es. Tinkercad Circuits o Arduino Cloud) per la scuola primaria e secondaria di I grado;

        ◦ testuale (C/C++) tramite Arduino IDE per la secondaria di II grado e percorsi PCTO.

    • Personalizzazione hardware: la struttura magnetica modulare consente di aggiungere o sostituire sensori per esperimenti personalizzati (es. luminosità artificiale, temperatura controllata, variazione di substrato).

    • Simulazione e confronto reale/virtuale: l’interfaccia del gemello digitale permette di visualizzare messaggi che correlano i dati rilevati con le funzioni vitali della pianta, offrendo un modello semplificato di biofeedback vegetale.

Ambiti disciplinari e applicazioni didattiche

    • Scienze naturali: analisi dei processi di fotosintesi, traspirazione e crescita vegetale; fattori biotici e abiotici.

    • Tecnologia e informatica: introduzione all’Internet delle Cose, sensoristica e protocolli di comunicazione.

    • Matematica e fisica: analisi quantitativa dei dati ambientali, costruzione di grafici e correlazioni, elaborazione numerica.

    • Educazione civica e ambientale: sostenibilità, cambiamento climatico, gestione responsabile delle risorse naturali.

    • PCTO e laboratori STEM: progettazione, prototipazione e monitoraggio sperimentale in contesto reale.

Componenti principali 

    • Scheda Arduino UNO R4 WiFi (Renesas RA4M1 + ESP32-S3)

    • Sensori Grove: luce, temperatura/umidità dell’aria, umidità del suolo, CO₂

    • Display OLED 0.96” I²C per la visualizzazione dei dati

    • Barra LED RGB WS2812 per feedback visivo e codifica dello stato fisiologico

    • Pulsantiera di controllo per interazione diretta senza riprogrammazione

    • Base magnetica modulare per montaggio e composizione personalizzata

    • Sketch preconfigurati per monitoraggio singolo e integrato

Estensioni e connettività

    • Interfaccia WiFi integrata per la consultazione dei dati da PC o tablet.

    • Possibilità di creare dashboard su Arduino Cloud per l’analisi remota dei dati ambientali.

    • Opzione di access point interno per ambienti senza rete Internet.

    • Compatibilità con Tinkercad Circuits per la simulazione online.

(NB potrebbero cambiare in base alla disponibilità di mercato, mantenendo le caratteristico-didattiche)

Servizi e supporto per le scuole

    • Formazione introduttiva su Arduino e programmazione IoT.

    • Workshop specifici sull’uso del kit e sulla progettazione di esperimenti scientifici digitali.

    • Supporto alla progettazione didattica interdisciplinare e allo sviluppo di unità di apprendimento.

Materiali integrativi consigliati

    • Kit Arduino di base o Grove Starter Kit

    • PC o tablet per la programmazione

    • Access point preconfigurato per la rete scolastica

    • Fioriere e materiali per esperimenti botanici