1 Introduzione

Pro Hackin’ (Product Hackathons for Innovative Development) è un progetto internazionale finanziato dal programma Erasmus, mirato a migliorare gli approcci nell’istruzione superiore. Quattro università – UL-FME, TUW, POLIMI e UNI-ZG – sono le istituzioni leader in questo progetto.

L’obiettivo principale del progetto è introdurre i Product hackathons nei corsi di progettazione ingegneristica, con lo scopo di migliorare la qualità dell’esperienza di apprendimento degli studenti. Il concetto di hackathon non è nuovo in ambiti come la programmazione e lo sviluppo software, tuttavia, è ancora poco esplorato per quanto riguarda altri settori dell’ingegneria. I numerosi vantaggi degli hackathon, come la rapida ed efficace generazione di idee in tempi brevi, l’aumento della concentrazione e della motivazione dei partecipanti, e la collaborazione e il lavoro di squadra intensi, sono alcuni degli aspetti che potrebbero migliorare significativamente i corsi di progettazione ingegneristica basati su progetti. Questo progetto, quindi, si propone di indagare il potenziale degli hackathon nell’educazione alla progettazione ingegneristica e sviluppare una metodologia per la loro implementazione come strumento di innovazione aperta tra università e aziende.

2 Product hackathons

I Product hackathons sono una nuova forma di competizione intensiva in termini di tempo, focalizzata sulla progettazione di prodotti fisici. La progettazione e lo sviluppo di prodotti fisici comportano solitamente un processo complesso e prolungato, caratterizzato da specificità particolari. L’obiettivo generale di questo progetto è incorporare gli elementi chiave del processo di progettazione ingegneristica negli hackathon, al fine di offrire un nuovo approccio di apprendimento coinvolgente e partecipativo per gli studenti di ingegneria, che incoraggi le iniziative di innovazione aperta. Per sviluppare una metodologia che consenta di concettualizzare e condurre i Product hackathons nonché integrarli nell’educazione ingegneristica, abbiamo innanzitutto identificato le principali caratteristiche degli hackathon:

• Evento a tempo limitato
• Breve durata (1-2 giorni)
• Ambiente chiuso
• Inclusione degli stakeholder (parti interessate)
• Inizio con una presentazione introduttiva
• Compito o sfida aperta e legata a situazioni reali
• Competizione
• Partecipanti
• Lavoro di squadra
• Premi
• Nessuna struttura di lavoro imposta
• I risultati sono proposte di soluzioni
  • Presentazioni finali (“pitch”)

Come parte dell’insegnamento tradizionale del processo di progettazione ingegneristica nei corsi basati su apprendimento per progetti, gli studenti sperimentano l’apprendimento basato su problemi, che può essere descritto come un processo in cinque fasi (Hmelo-Silver, 2004): 1) Comprensione del problema, 2) Esplorazione del problema, 3) Identificazione, recupero e interpretazione delle informazioni rilevanti, 4) Esplorazione delle possibili soluzioni e formulazione della soluzione al problema, e 5) Analisi della soluzione e del processo che ha portato alla sua generazione. Esistono diverse implementazioni dell’apprendimento basato su problemi, a seconda che si concentrino sull’identificazione del problema o sulla generazione della soluzione (problemi definiti dall’industria o dagli studenti). Pertanto, questo concetto può essere facilmente trasferito nel contesto del processo di progettazione ingegneristica e mappato alle varie fasi del processo.

Il processo di progettazione può essere visto più ampiamente come un ciclo iterativo di chiarimento del problema, ideazione, valutazione, prototipazione e test. Questi passaggi sono ben allineati con il processo di sviluppo delle soluzioni presente negli hackathon. Tuttavia, a causa dell’ordine predefinito delle fasi nella progettazione ingegneristica, l’introduzione degli hackathon richiede la creazione di una struttura di corso con tappe intermedie specifiche che guidino il processo di progettazione. Durante lo svolgimento dei Product hackathons, deve essere considerata la natura limitata nel tempo degli hackathon, insieme al tempo minimo necessario per produrre risultati di progettazione concreti. Per questa ragione, i Product hackathons saranno più efficaci se copriranno solo alcune fasi del processo di progettazione alla volta, con un output chiaramente definito.

Come affermato sopra, il processo di progettazione è suddiviso in una serie di fasi [Pahl&Beitz], dove ciascuna fase dovrebbe portare a una soluzione di progettazione del prodotto tangibile e meglio definita. Le fasi del processo di progettazione, con i loro risultati attesi, sono mostrate di seguito:

In un contesto industriale, i progetti di design innovativi solitamente iniziano con un problema aperto o mal definito posto dall’organizzazione, il che offre spazio sufficiente per la creatività. Attraverso la fase iniziale (fuzzy front-end), il problema di design viene gradualmente chiarito utilizzando diverse tecniche di ricerca su utenti e mercati, e i requisiti per il prodotto vengono formulati in una proposta di design.

Nella fase successiva, le funzioni del prodotto vengono definite e vengono proposti diversi concetti. Dopo l’identificazione dei concetti preliminari promettenti, lo sviluppo continua con la ricerca di possibili principi di funzionamento e la definizione di soluzioni progettuali parziali. Queste soluzioni vengono quindi combinate, e vengono selezionati i componenti fisici appropriati per il prodotto.

Nella fase finale, viene solitamente costruito, testato e valutato un prototipo virtuale e/o fisico del prodotto, prima che esso possa essere avviato alla produzione. Pertanto, i principali aspetti del processo di progettazione innovativo, che devono essere considerati nei product hackathons, sono:

• Open design task
• Fasi e obiettivi della progettazione
• Durata appropriata
• Metodi e strumenti di progettazione
• Risultati sotto forma di prototipi
• Presentazioni delle soluzioni e dei prodotti
• Coinvolgimento degli stakeholder

3 Implementazione degli Hackathon nei Corsi di Progettazione Ingegneristica

In questo progetto, esploriamo come i Product hackathons possano essere implementati nel curriculum di apprendimento per gli studenti di ingegneria. Questo approccio incoraggia l’apprendimento auto-regolato, ma, a differenza dei corsi basati su progetti comuni, attraverso i Product hackathons, gli studenti possono acquisire conoscenze e competenze preziose per la risoluzione di problemi con tempo limitato. Maggiori dettagli sull’esecuzione di un corso universitario in cui abbiamo implementato i Product hackathons sono forniti come parte del secondo risultato del progetto: Case study.

4 Methodological framework

Progettare e ingegnerizzare prodotti fisici comprende un processo lungo e complesso. Considerando le limitazioni di tempo degli hackathon e la loro esecuzione durante un corso universitario, abbiamo deciso di suddividere il tradizionale processo di design, con traguardi definiti, in una serie di hackathon. La sfida di design comprendeva tre Product hackathons consecutivi, ognuno focalizzato su una fase principale del processo di design: ideazione, progettazione concettuale e progettazione strutturale. Questo ci ha permesso di stabilire chiaramente le aspettative e specificare i risultati richiesti per ciascun hackathon. Con questi tre hackathon, volevamo esplorare il ruolo degli hackathon e fino a che punto possono beneficiare il processo di apprendimento. Durante ogni hackathon sono state proposte diverse soluzioni di design, ogni volta con un livello di dettaglio diverso. La figura sottostante mostra un confronto tra il processo di design tradizionale e il processo basato sui Product hackathons.

Gli hackathon dovrebbero essere distribuiti uniformemente durante l’intera durata del corso universitario per bilanciare il carico di lavoro con altre obbligazioni del corso all’interno dello stesso semestre. Durante gli hackathon, gli studenti dovrebbero essere in grado di produrre la maggior parte dei risultati tangibili, ovvero le idee di design. Tra un hackathon e l’altro, i gruppi di studenti dovrebbero avere il tempo di consolidare i feedback ricevuti dai rappresentanti delle aziende con le loro idee proposte, valutare i risultati, identificare eventuali miglioramenti e chiarire la direzione da prendere.

Prima di ogni hackathon, agli studenti devono essere forniti materiali didattici sui metodi e strumenti di design che dovrebbero/potrebbero essere utilizzati nei rispettivi hackathon. Questi materiali dovrebbero fornire agli studenti le basi teoriche fondamentali e le migliori pratiche per l’utilizzo di diversi metodi e strumenti. Inoltre, i coach accademici dovrebbero essere disponibili per ogni team per fornire supporto e consulenza su questi aspetti.

Hackathon #1: Ideation

Per condurre correttamente questo hackathon iniziale, agli studenti è stato dato il seguente incarico:

• Ricerca di mercato
• Ricerca sugli utenti
• Brainstorming su idee e direzioni del prodotto
• Definire almeno 3 visioni di prodotto per team

Insieme alle lezioni introduttive e ai tutorial forniti dai docenti, agli studenti sono stati forniti materiali di supporto per l’apprendimento autonomo (nella settimana precedente l’evento), che potevano utilizzare anche durante l’hackathon.

Materiali di supporto:

• Diapositive e istruzioni che spiegano la fase di ideazione
• Introduzione alla ricerca di mercato e sugli utenti con una panoramica dei relativi metodi
• Esempi e modelli per tecniche di brainstorming
• Tecniche ed esempi per la conduzione di ricerche di mercato
• Tecniche e modelli per la conduzione di ricerche sugli utenti
• Strumenti, esempi e modelli per la creazione di visioni di prodotto

Dal punto di vista metodologico, è importante sottolineare che il primo hackathon è stato condotto come evento virtuale. Inoltre, per introdurre l’hackathon come evento e integrarlo come parte del corso, i docenti hanno dovuto tenere conto degli altri obblighi accademici degli studenti. Per questo motivo, l’hackathon è stato suddiviso in 2 giorni consecutivi, 4 ore lavorative ciascun giorno, nel pomeriggio. Per facilitare gli aspetti collaborativi in un ambiente virtuale durante questo tipo di evento a tempo limitato, l’infrastruttura e-learning è stata preparata in anticipo dai coach. I membri del team (gli studenti sono stati suddivisi in gruppi di 8) comunicavano tramite MS Teams e potevano dividersi in sottogruppi più piccoli all’interno del team su richiesta. Inoltre, la maggior parte dei team ha utilizzato lo strumento Miro come lavagna per condividere, presentare e raggruppare i loro problemi, idee e soluzioni. Occasionalmente, gli studenti chiedevano al loro coach di aiutare con le spiegazioni dei metodi e di consigliarli su come organizzare il lavoro.  

Hackathon #2: Conceptual design 

Nel secondo hackathon, agli studenti è stato assegnato il compito di:  

• Trovare soluzioni per le funzioni del prodotto
• Generare diversi concept di prodotto

I materiali e le istruzioni forniti erano:

• Presentazioni e diapositive che spiegano la fase di progettazione concettuale
• Lezioni e modelli per definire i requisiti di design
• Lezioni e modelli per i metodi e le tecniche di progettazione concettuale
• Materiali di lettura: capitoli selezionati da libri di design ingegneristico sui metodi per la progettazione concettuale

Il secondo hackathon è stato di nuovo condotto come evento virtuale. È stato suddiviso in 2 giorni consecutivi, 4 ore lavorative ciascun giorno nel pomeriggio, con intervalli aggiuntivi. La comunicazione e la collaborazione tra i membri del team sono state supportate in modo simile al primo hackathon. Tuttavia, in questo hackathon, è stato enfatizzato l’uso di strumenti grafici per la visualizzazione delle idee più rispetto alla prima fase. Gli studenti hanno avuto nuovamente la possibilità di chiedere chiarimenti e approfondimenti al personale docente sull’uso dei diversi strumenti di design e ICT. 

Hackathon #3: Embodiment design 

Nel 3° hackathon, agli studenti è stato richiesto di:

• Definire l’assemblaggio del prodotto: parti del prodotto e materiali
• Condurre studi di fattibilità e produttività
• Creare un prototipo virtuale del prodotto (modelli 3D/schizzi dettagliati, calcoli)

Sono stati forniti i seguenti materiali didattici:

• Presentazioni e diapositive che spiegano la fase di progettazione dell’assemblaggio
• Diapositive e tutorial per strumenti di modellazione e simulazione CAD (OnShape, Simscale)
• Lezioni su CAD e CAE

Questo hackathon è stato organizzato come un evento dal vivo in un ambiente fisico. L’evento si è svolto in una aula CAD (computer-aided design) presso la TUW a Vienna, Austria, ed ha avuto una durata totale di 12 ore. Gli studenti hanno utilizzato uno strumento CAD basato su cloud (Onshape) per creare prototipi virtuali dei loro design. Gli studenti dovevano suddividere e delegare il carico di lavoro, ciascun membro del team doveva contribuire individualmente utilizzando il proprio computer e account. L’obiettivo principale di questo hackathon era integrare le loro sotto-soluzioni (per diverse funzioni) in un tutto coerente e generare la rappresentazione virtuale della loro soluzione.

Gli strumenti di comunicazione digitale sono stati ancora utilizzati per comunicare con i membri che non erano presenti fisicamente (solo due di loro) e per supportare alcune discussioni e condivisioni durante il lavoro. L’hackathon si è concluso con una revisione del design, durante la quale i prototipi virtuali sono stati discussi e analizzati.

.  

Design challenge finale

Infine, dopo il terzo hackathon, gli studenti hanno avuto un po’ più di tempo per finalizzare i loro design e preparare le presentazioni finali delle loro idee. Il risultato di ciascun team è stato una soluzione dettagliata del prodotto/servizio, che includeva molteplici sotto-soluzioni di design per le diverse funzioni del progetto. Le soluzioni di design finali sono state presentate ai rappresentanti industriali e a un pubblico più ampio durante l’evento conclusivo.

4 Impostazione

Per sviluppare e convalidare la metodologia per l’introduzione e la conduzione di hackathon come parte dell’istruzione ingegneristica, il progetto è stato suddiviso in 3 anni accademici consecutivi durante i quali è prevista l’implementazione di una serie di Product hackathons in diversi contesti. I contesti possono variare in termini di tipo di ambiente (virtuale, fisico, ibrido), diverse fasi del processo di sviluppo del prodotto (concettualizzazione, realizzazione, ecc.), attività intracurricolare/extra-curricolare, evento autonomo/serie di hackathon, ecc. Per questo motivo, nel corso del progetto si otterrà una migliore comprensione dei risultati di apprendimento e degli effetti degli hackathon.

Come principale attività di convalida, gli studenti saranno coinvolti in un corso internazionale di design ingegneristico. Questo corso servirà per convalidare le nostre scoperte preliminari nei primi due anni del progetto, ma anche per definire i passi di miglioramento per gli anni successivi. Ogni anno un gruppo di 40 studenti di ingegneria parteciperà a una sfida di design ingegneristico assegnata da un partner industriale, durante un corso di progettazione e sviluppo del prodotto di un semestre. Gli studenti lavoreranno in team internazionali misti (fino a 8 membri) e collaboreranno utilizzando vari strumenti di design e comunicazione. Alla fine di ogni hackathon, presenteranno i loro risultati ai partner industriali, i quali dovranno poi rivedere e indicare la direzione per lo sviluppo futuro del prodotto per ciascun team. I risultati finali degli hackathon consistono nel numero di soluzioni di prodotto dettagliate sviluppate dai team di studenti. Questi risultati vengono condivisi con i rappresentanti industriali, che possono utilizzare le idee per i loro futuri prodotti. Attraverso gli hackathon, gli studenti apprendono il processo di design in modo coinvolgente e acquisiscono esperienza pratica lavorando su compiti industriali reali. Inoltre, attraverso la sfida si creano connessioni tra tutti i soggetti coinvolti nel progetto. In questo modo, si facilita l’innovazione aperta tra studenti, personale accademico e industria.

Durante la sfida, ogni team è seguito da un coach, un consulente accademico, che li aiuta con spiegazioni e suggerimenti sui metodi e strumenti da utilizzare. Per incoraggiare creatività e innovazione, la sfida complessiva sarà definita come un compito aperto e mal definito, che permetterà agli studenti di esplorare e concettualizzare varie alternative per sviluppare soluzioni di design innovative.

Come indicato sopra, all’interno del corso, ogni sfida di sviluppo del prodotto comprenderà 3 Product hackathons, per diverse fasi del processo di design. Tuttavia, i loro obiettivi principali e i risultati attesi possono variare a seconda delle lezioni apprese dall’anno precedente. In questo modo, potrebbero essere testati diversi tempi e ambiti delle attività degli hackathon per massimizzare il valore potenziale sia per gli studenti che per i partner industriali. Un aspetto aggiuntivo che è diventato più rilevante negli ultimi anni è distinguere tra principi di lavoro e pratiche negli ambienti fisici, virtuali e ibridi. La durata di ogni hackathon dovrebbe essere adattata al contesto pianificato e ai risultati attesi, ad esempio, evento online o dal vivo, e dovrebbe durare da alcune ore a un’intera giornata (ad es. 12 o 24 ore). Diverse attività di design e mezzi di comunicazione comporteranno richieste diverse sui partecipanti e potrebbero influire sui livelli di stress, motivazione e coinvolgimento. Pertanto, in questo progetto, numerosi aspetti degli hackathon saranno considerati, testati e valutati per trovare i parametri ottimali per i Product hackathons.