Portare le neuroscienze alla vita con i SpikerBots

Nel mondo di oggi, sapere come funziona il cervello è fondamentale. Con tante persone che affrontano disturbi cerebrali e l'aumento delle tecnologie come l'intelligenza artificiale, c'è bisogno di più scienziati, dottori e ingegneri esperti in neuroscienze. Anche se le neuroscienze non sono spesso incluse nei programmi educativi, c'è una crescente spinta per portarle nelle scuole. Questo cambiamento non è solo utile; è essenziale per preparare gli studenti al futuro.

#Introduzione agli SpikerBots

Per rispondere a questa esigenza, abbiamo creato un programma per studenti delle superiori che collega lo studio delle neuroscienze con attività pratiche usando Robot mobili chiamati SpikerBots. Con un'app speciale, gli studenti possono progettare e costruire reti neurali che controllano questi robot, permettendo loro di sperimentare vari aspetti del cervello, come neuroni e sinapsi. Questo programma promuove un Apprendimento attivo, permettendo agli studenti di imparare facendo, il che può aumentare la loro fiducia nelle proprie capacità.

#Teoria dell'Apprendimento Dietro il Programma

Il programma si basa su una teoria dell'apprendimento che enfatizza la natura sociale dell'apprendimento. Sottolinea come le persone imparano dalle interazioni con gli altri e con l'ambiente. Uno degli aspetti chiave di questo approccio è l'auto-efficacia, che è la fiducia nelle proprie capacità di avere successo in compiti specifici. Coinvolgendo gli studenti in esperimenti interattivi con gli SpikerBots, speriamo di aumentare la loro fiducia e rendere l'apprendimento divertente.

#Struttura del Curriculum

Il curriculum è diviso in tre lezioni principali, ognuna incentrata su diversi aspetti delle neuroscienze e delle reti neurali. Ogni lezione contiene obiettivi chiari, esercizi e guide per gli insegnanti per facilitare l'apprendimento.

#Lezione 1: Costruire Reti Neurali Semplici

Nella prima lezione, gli studenti imparano a conoscere le reti neurali a impulsi e come queste reti possono generare comportamenti diversi nei robot. Iniziano collegando neuroni e sinapsi ai sensori e ai motori dello SpikerBot.

Gli studenti devono creare un cervello per il robot che possa evitare Ostacoli. Questo esercizio li introduce a concetti di base e li aiuta a capire come gli input sensoriali portano a delle azioni.

Successivamente, progettano un cervello che può seguire un obiettivo in movimento, dimostrando come pochi neuroni semplici possono permettere al robot di impegnarsi in comportamenti orientati agli obiettivi.

Infine, creano un cervello che esplora il suo ambiente da solo. Collegando neuroni che producono attività spontanea, gli studenti possono vedere il robot muoversi in modi imprevedibili. Un esercizio finale ha gli studenti progettare un cervello che reagisce a tazze di caffè lampeggiando e facendo suoni, mostrando la capacità dello SpikerBot di riconoscere oggetti.

#Lezione 2: Prendere decisioni nel Cervello

Nella lezione successiva, gli studenti imparano sui gangli basali, una struttura cerebrale responsabile delle decisioni. Creeranno un modello dei gangli basali che permette al robot di trovare oggetti nascosti, come tazze di caffè.

Gli studenti iniziano a configurare il robot per evitare ostacoli mentre cercano le tazze. Poi, incorporano neuroni striatali per migliorare la capacità decisionale del robot quando le tazze sono presenti.

Questa lezione insegna agli studenti come il cervello combina gli input e sceglie la migliore azione in base alla situazione, dando loro esperienza pratica nella modellazione computazionale.

#Lezione 3: Imparare Tramite l'Esperienza

L'ultima lezione si concentra su come le reti neurali apprendono dal loro ambiente. Gli studenti alleneranno lo SpikerBot a riconoscere schemi e raggiungere obiettivi attraverso un processo chiamato machine learning.

Gli studenti iniziano facendo esplorare al robot i suoi dintorni mentre raccolgono dati che includono immagini della camera e azioni del motore. Useranno poi questi dati per addestrare una rete a identificare e navigare verso i luoghi dove sono presenti le tazze.

Questa combinazione di esplorazione, raccolta di dati e allenamento fornisce agli studenti una comprensione pratica di come funzionano sia i processi di apprendimento artificiali che biologici. Saranno in grado di valutare e migliorare le prestazioni del robot in base al loro allenamento.

#Test Pilota del Programma

Per testare l'efficacia del nostro curriculum, abbiamo condotto un workshop in una scuola superiore con una popolazione studentesca diversificata. Per cinque giorni, gli studenti hanno partecipato a lezioni strutturate che combinavano conoscenze teoriche con esperienze pratiche.

All'inizio, gli studenti hanno fatto un quiz per valutare le loro conoscenze di neuroscienze. Durante la settimana, hanno interagito con gli SpikerBots, hanno appreso nuovi concetti e hanno completato esercizi progettati per costruire la loro comprensione.

Alla fine del workshop, gli studenti hanno fatto un altro quiz. I risultati hanno mostrato un chiaro miglioramento nella loro comprensione del materiale, indicando che l'approccio pratico è stato efficace. Inoltre, gli studenti hanno riportato di sentirsi più sicuri delle loro capacità in scienze.

#Affrontare le Sfide

Sebbene il programma sia stato in gran parte un successo, abbiamo affrontato delle sfide lungo il cammino. Le limitazioni di tempo hanno impedito un'esplorazione approfondita di tutti i contenuti delle lezioni. Problemi tecnici con i robot e l'app hanno anche ostacolato il coinvolgimento. Abbiamo notato che, a volte, solo uno studente in un gruppo partecipava attivamente, mentre gli altri osservavano.

Per migliorare il coinvolgimento degli studenti, è essenziale creare più opportunità per l'interazione e il coinvolgimento all'interno dei gruppi. Incoraggiare il lavoro di squadra e la collaborazione aiuterà a garantire che ogni studente sia coinvolto nel processo di apprendimento.

#Guardando Avanti

Basandoci sul feedback del workshop pilota, ci sono diversi miglioramenti che intendiamo implementare nelle future iterazioni del programma. Verranno create istruzioni più chiare e checklist per la configurazione tecnica per ridurre la confusione.

Verrà dedicato più tempo a ciascuna lezione per garantire che gli studenti possano impegnarsi pienamente con tutti gli esercizi. Stiamo anche considerando di utilizzare registrazioni video per monitorare meglio il coinvolgimento degli studenti.

#Conclusione

Il nostro programma mira a portare l'educazione in neuroscienze nelle scuole superiori attraverso un mix innovativo di concetti teorici e robotica pratica. I risultati iniziali dei nostri test pilota dimostrano che gli studenti possono migliorare significativamente la loro comprensione delle neuroscienze e sentirsi più sicuri delle loro capacità.

Affrontando le sfide e costruendo sui nostri successi, speriamo di ispirare la curiosità degli studenti e migliorare le loro esperienze di apprendimento. Man mano che continuiamo a sviluppare questo programma, crediamo che abbia il potenziale per integrare ulteriormente le neuroscienze nel quadro educativo più ampio, aiutando gli studenti ad apprezzare l'incredibile complessità del cervello umano.