RICERCA 2023
An educational kit to support experimental mechanics courses in engineering schools
Roberto Felicetti
Department of Civil and Environmental Engineering (DICA), Politecnico di Milano
roberto.felicetti@polimi.it
Structural 248 | Settembre - Ottobre  2023
10.12917/Stru248.25 – https://doi.org/10.12917/STRU248.25

Academic courses on experimental methods in the many fields of engineering are an extraordinary opportunity to delve into the behaviour of materials and discover the potential and limitations of the physical models adopted in design. A fundamental tool in this journey is the measuring chain, namely the sequence of steps required for sensing, processing, and recording the variables monitored during a test. In the era of electronic sensors and digital data, one first risk is to lose control of the actual performance and possible errors entailed by this process and to regard the measurements magically streaming from the experiment as unquestionably correct. Another issue is to instill the perspective that measuring systems lie in the realm of well-equipped labs and expert technicians, rather than being an inherent part of the test design. This is more specifically the case of Civil Engineering students, who feel more distant from the necessary Electronic and Information Engineering skills.
To overcome these problems, a low-cost kit has been developed, allowing students to autonomously carry out simple experimental tests and interactively compare the observed evidence and the underlying models. The set is based on an Arduino Uno board working as a datalogger and some simple analog sensors measuring acceleration, displacement, and temperature. Besides the intriguing exercises made possible by the kit, which will be discussed in detail in the article, this is also a chance to disclose the digital craftsmanship revolution as an opportunity to boost students' creativity and an interdisciplinary approach to their studies.

ARGOMENTO:  DIAGNOSTICS, STRUCTURAL MONITORING - DIAGNOSTICA, MONITORAGGIO,COMPUTER SCIENCE AND DESIGN - INFORMATICA E PROGETTAZIONE
PAROLE CHIAVE: Artigianato digitale, didattica, misure, microcontrollori, sperimentazione
Abstract
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Un kit didattico a supporto dei corsi di meccanica sperimentale nelle scuole di ingegneria

I corsi accademici sui metodi sperimentali nei molteplici campi dell'ingegneria sono una straordinaria opportunità per approfondire il comportamento dei materiali e scoprire le potenzialità e i limiti dei modelli fisici adottati nella progettazione. Uno strumento fondamentale in questo percorso è la catena di misura, ovvero la sequenza di passaggi necessari per il rilevamento, l'elaborazione e la registrazione delle variabili monitorate durante una prova sperimentale. Nell'era dei sensori elettronici e dei dati digitali, un primo rischio è quello di perdere il controllo delle effettive prestazioni e dei possibili errori che questo processo comporta e di considerare indiscutibilmente corrette le misure che scaturiscono magicamente dall'esperimento. Un altro problema è quello insinuare l’idea che l’organizzazione dei sistemi di misura sia una prerogativa di laboratori ben attrezzati e di tecnici specializzati, e non una parte integrante della progettazione della prova. Questo è più nello specifico il caso degli studenti di Ingegneria Civile, che si sentono più distanti dalle necessarie competenze di Ingegneria Elettronica e dell'Informazione.
Per ovviare a queste problematiche è stato sviluppato un kit a basso costo, che consente agli studenti di effettuare autonomamente semplici prove sperimentali e confrontare in modo interattivo le evidenze osservate e i modelli teorici che le descrivono. La strumentazione è basata su una scheda Arduino Uno per l’acquisizione dei dati e su alcuni semplici sensori analogici che misurano l'accelerazione, lo spostamento e la temperatura. Oltre ai coinvolgenti esercizi resi possibili dal kit, di cui si discuterà in dettaglio in questo articolo, questa è anche l'occasione per divulgare la rivoluzione dell'artigianato digitale, come opportunità per stimolare la creatività degli studenti e un approccio interdisciplinare ai loro studi.

KEYWORDS: Didactics, digital craftsmanship, measurement, microcontrollers, testing
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