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METODOLOGIE E TECNOLOGIE |
Mente e computer nei processi di apprendimento
· dei sistemi che operano come gli esseri umani;
· dei sistemi che pensano razionalmente;
· dei sistemi che agiscono razionalmente.
In pratica si tratta di costruire programmi per computer tenendo presente due dimensioni principali: una che riguarda la simulazione dei processi del pensiero e il ragionamento e un’altra che si riferisce al comportamento umano.
Non è mia intenzione parlare in questa sede della relazione mente/computer passando in rassegna i differenti approcci che su questo tema sono stati seguiti nei diversi ambiti disciplinari. Invece mi limiterò solo a fare alcune semplici riflessioni sul contributo che l’elaboratore può dare ai processi mentali in modo da favorire l’apprendimento.
Questo è un tema che mi è molto caro e al quale sto lavorando ormai da più tempo. Ad esempio, come coordinatore di un gruppo di ricerca, sono impegnato da circa due anni nella realizzazione di un progetto dal titolo: costruzione di un percorso multimediale per l’acquisizione diretta di concetti e strutture matematiche nel primo biennio della scuola elementare. E di questa ricerca che oggi voglio parlare.
A dire il vero, nel progettare questa ricerca siamo partiti dall’idea che l’elaboratore, da semplice strumento per il trattamento dell’informazione, attraverso il contributo fornito dalla telematica e dalla multimedialità, è oggi diventato un potente mezzo di conoscenza. Esso, quale strumento duttile, flessibile e aperto, consente la costruzione di una metodologia didattica tesa allo sviluppo delle capacità di pensiero costruttivo, inventivo e creativo.
E’ un dato di fatto che attualmente il computer è ampiamente utilizzato dalla maggior parte dei bambini nell’ambiente extra-scolastico e che essi riescono a familiarizzano con il PC molto più facilmente degli adulti. In particolare, i bambini imparano ad usare prima il mouse e la tastiera e poi la penna.
L’obiettivo principale della nostra ricerca è stato la costruzione e la sperimentazione di un software multimediale con il quale facilitare nel bambino – a iniziare dall’ultimo anno della scuola materna e fino alla seconda elementare - l’acquisizione di alcuni concetti e strutture matematiche, quali: la capacità di distinguere i colori fondamentali, l’orientamento spazio-temporale e le nozioni principali dell’insiemistica.
Come primo intervento operativo, in perfetto accordo con il paradigma costruttivista dell’insegnamento/apprendimento, si è pensato di privilegiare un approccio educativo che veda il bambino protagonista attivo e costruttore della propria conoscenza. Il modello teorico che ha fatto da supporto alla nostra ricerca è stato quello piagettiano con alcuni dei correttivi introdotti dal suo allievo e collaboratore Seymour Papert (costruttivismo sociale).
Detto in breve, secondo l’approccio costruttivista lo studente costruisce da sé la propria conoscenza attraverso l’interazione con l’ambiente e, aggiunge Papert, che, “come ogni costruttore, il bambino si appropria, per usarli a modo suo, dei materiali che trova intorno a sé, e soprattutto dei modelli e delle metafore proposte dalla cultura circostante”. Secondo questo modo di concepire l’apprendimento, l’insegnante non va visto più come un semplice trasmettitore d’idee, ma essenzialmente come un costruttore di ambienti per l’apprendimento (micromondi) che inglobino idee potenti che formano l’oggetto dell’apprendimento. In realtà, è nostra convinzione che se l’insegnante saprà costruire e mette a disposizione del discente ambienti software appropriati, ricchi di materiali per apprendere, ne beneficerà il processo di sviluppo della mente dell’allievo, il quale, così, sarà capace di rendere concreto il suo pensiero astratto. Infatti, i bambini con l’informatica possono dare concretezza a forme di conoscenza che altrimenti risulterebbero incomprensibili e astratte. Essa rappresenta una nuova forma di razionalità, capace di dare forza al processo di apprendimento che si realizza con la costruzione di modelli logici del reale. L’informatica, quale strumento di conoscenza, fornisce una ricchezza di stimolazioni per la costruzione di modi di pensare ed aiuta a riflettere sul pensiero stesso.
Basandoci su questi presupposti e in perfetto accordo con il concetto papertiano di “micromondo”, abbiamo ideato un ambiente software ad alta interattività, attualmente in fase avanzata di realizzazione, per mezzo del quale è possibile simulare situazioni di apprendimento che riproducono l'apprendimento naturale. Riteniamo che i bambini, posti di fronte a situazioni concrete, anche se sono immersi in scenari di fantasia, hanno la possibilità di esplorare la conoscenza e dirigere da soli le proprie abilità cognitive.
Sostiene Papert che l'essenza della vita intellettuale di un bambino sta nell'immaginazione, nell'avventura, nella fantasia. Il bambino si inventa modi di comprendere il mondo ed è interessato alle storie. In sintonia con questa idea di Papert, abbiamo concepito l’ambiente di apprendimento sotto forma di videogioco, che riproduce una fiaba ipermediale nella quale i bambini fanno da protagonisti e ne sono coinvolti in pieno. Si sa che il fanciullo nel gioco e nell’esplorazione dell’ambiente che lo circonda segue stili personali di apprendimento ed è portato a riflettere sulle proprie idee. Favorire questo comportamento significa potenziare notevolmente lo sviluppo individuale della mente. Chiarisco meglio questo concetto: i bambini quando giocano combinano le loro idee con “ipotetici risultati di situazioni immaginarie e di eventi”; questo fatto costituisce “una forma di esplorazione mentale nella quale i ragazzi creano, riflettono e costruiscono il loro pensiero”.
Abbiamo progettato il materiale didattico dell’ipermedia tenendo conto, oltre che delle caratteristiche dell’utenza alla quale è destinato (per esempio, allievi che si trovano in particolari situazioni di handicap), anche dei processi cognitivi sottostanti alle abilità che si vogliono fare acquisire. E proprio su quest’ultimo aspetto ci siamo soffermati maggiormente. Infatti, avendo scelto di costruire un percorso formativo di tipo logico-matematico, l’ambiente di apprendimento è stato strutturato in modo da favorire lo sviluppo di certe capacità della mente che, secondo noi, sono necessarie per la costruzione della conoscenza in ambito logico-matematico. Ad esempio, le abilità di base che le unità didattiche inserite nell’ipermedia vogliono fare acquisire, favoriscono lo sviluppo delle seguenti capacità: organizzazione spazio-temporale, discriminazione, raggruppamento, ordinamento, rappresentazione, conservazione.
Nella realizzazione del percorso di apprendimento abbiamo tenuto presente, in particolare, l’idea costruttivista secondo la quale la matematica è una forma di pensiero attivo, un modo per conoscere e dare senso alle cose che ci circondano, e, per dirla in breve, un’attività che consiste nel costruire matematica. Anche se questa idea deve fare i conti con l’opinione, oggi molto diffusa nell’era dell’informatica, secondo la quale la matematica è essenzialmente attività di problem-solving. Però, noi riteniamo che le abilità generali di problem-solving, così importanti nel processo di algoritmizzazione della conoscenza, siano consequenziali alla formazione delle categorie logiche del pensiero matematico
Inoltre, abbiamo posto una particolare attenzione nella messa a punto dell’interfaccia utente dell’ipermedia in quanto sappiamo che la formazione dei concetti ha inizio con l’attività percettiva, per mezzo della quale la realtà è conosciuta nelle sue caratteristiche di colori, forme, dimensioni, etc. In pratica, abbiamo costruito degli ambiente virtuale per l’apprendimento molto ricchi di “materiali per apprendere”, e con una veste grafica che è stata curata nei minimi particolari. Ad esempio, ci siamo resi conti che il bambino trova molto accattivante una interfaccia utente ricca di immagini colorate e di animazioni, e la navigazione nell’ipermedia diventa molto più semplice.
Quando l’allievo opera in un ambiente software di buona qualità, ha più possibilità di fare esperienze di apprendimento efficienti ed appropriate di quando è nella classe tradizionale, dove l’ambiente è notoriamente più povero e meno accattivante. Il bambino, posto in un ambiente virtuale di apprendimento ben strutturato, può arricchire notevolmente il suo livello di conoscenza e di abilità e, successivamente, sarà anche in grado di riversarle nel mondo reale. Dunque, è proprio passando attraverso una serie di esperienze ricche e significative che si favorisce la formazione delle categorie logiche del pensiero!
I bambini imparano molto presto a classificare oggetti e a riconoscere certi loro attributi. Per questo motivo, molti studiosi concordano nel dire che, se a due anni il bambino è capace di distinguere diverse figure e a tre anni conosce buona parte dei colori principali, poco dopo sarà in grado di distinguere situazioni più complesse. Riteniamo che queste costituiscono le tappe fondamentali che conducono alla nascita del pensiero matematico.
Infatti, nel momento in cui il fanciullo sarà capace di percepire esplicitamente somiglianze e differenze sarà anche capace di operare nell’ambito di strutture matematiche in cui siano rilevanti somiglianze e differenze. Così, anche l’apprendimento fondato sulla distinzione va tenuto presente quando si organizzano le attività pre-matematiche, in quanto l’acquisizione di questo concetto è propedeutico per altre forme di apprendimento.
I percorsi didattici per le attività pre-matematiche che noi abbiamo realizzato, favoriscono l’acquisizione di alcuni concetti logici di base, quali, ad esempio: la classificazione mediante attributi, l’inclusione, la seriazione, la conservazione e la corrispondenza.
In pratica, alcune unità didattiche contenute nell’ipermedia sono state concepite con l’intento di dare all’allievo degli strumenti operativi che gli consentissero di manipolare degli oggetti, confrontarli tra loro in modo da trovare somiglianze e differenze. Attraverso questo percorso i bambini arrivano facilmente a scoprire che di gli oggetti posseggono degli attributi, ad elencarli e, successivamente sono capaci di costruire insiemi di oggetti in base ad attributi comuni. Inoltre, attraverso il metodo, che chiamiamo del contrasto, viene chiesto all’alunno di operare una distinzione tra oggetti che presentano lo stesso attributo e oggetti che hanno attributi diversi. In questo modo il bambino giunge, senza grosse difficoltà, all’acquisizione del concetto di classe.
Voglio far notare che la scelta di costruire percorsi di apprendimento basati su attività di classificazione è stata dettata dalla considerazione che questo tipo di attività richiama alla naturale propensione del fanciullo ad effettuare collezioni e raccolte di oggetti.
In sintesi, navigando nell’ipermedia, gli alunni possono osservare, descrivere, confrontare oggetti e situazioni. L’ambiente è strutturato in modo che essi possono cogliere somiglianze e differenze tra oggetti e, dopo aver operato con un solo attributo, possono passare gradualmente ad utilizzare due o più attributi. Seguendo questo percorso imparano a distinguere e a classificare oggetti.
Inoltre, senza entrare nei dettagli, abbiamo realizzato nell’ipermedia alcuni percorsi di apprendimento che consentono al discente di giungere alla scoperta di relazioni di tipo temporale e spaziale.
Con l’impiego di software dedicati – sviluppati per le applicazioni di realtà virtuale o che si basano su metafore – ci è stato possibile costruire micromondi di fantasia o simulare delle situazioni reali che il bambino stesso può programmare. In questo modo abbiamo potuto facilitare un apprendimento concreto di concetti astratti di matematica.
Infatti, l’ipermedia, per ricchezza di materiale e facilità di browsing, consente all’allievo di costruire la propria conoscenza in perfetta autonomia, senza alcuna imposizione dall’alto. Per aiutare il discente a superare eventuali difficoltà, incertezze o errori (bug), attualmente stiamo lavorando alla messa a punto di alcuni moduli software con l’intento di simulare il comportamento di un tutor. Mi preme chiarire subito che tale tutor ha solo il compito di orientare il discente e non di esercitare la benché minima azione direttiva nei confronti del processo d’apprendimento. L’allievo è guidato nelle sue scelte solo dalle sollecitazioni che provengono dall’ambiente, oltre, ben s’intende, dal suo desiderio di conoscere giocando.
In fase di progetto abbiamo stabilito gli attributi e le modalità d’intervento del tutor artificiale. Dette in sintesi, le sue modalità d’intervento consistono nell’attivare all’occorrenza una voce guida pre-registrata (help), oppure, mediante sofisticate operazioni di feed-back, nel dare la possibilità agli allievi di gestire in itinere gli aggiustamenti necessari. In questo modo lo studente può riflettere sulle situazioni, scegliere dei percorsi alternativi che, di volta in volta, riterrà più adeguati, ridefinire, se necessario, il progetto iniziale e individuare e correggere l’errore, in accordo con quanto sostiene Papert che si apprende dall’errore.
La costruzione di un Sistema Tutoriale applicato ad un ambiente software ad elevata interattività, direttamente gestibile dal bambino, interamente adattabile a livello utente, motivante, ci ha posti di fronte una serie di problemi di non facile soluzione. Per questa realizzazione ci siamo serviti degli strumenti più avanzati messi a disposizione dall’Intelligenza Artificiale e, in particolare, dall’ingegneria dei Sistemi Esperti.
In pratica, la struttura del nostro Sistema Tutoriale si regge sulla interconnessione di tre moduli software, secondo lo schema ormai consolidato per questo tipo di applicazioni: il modulo di tutoring, il modulo esperto e il modello dello studente. Dove, invece, riteniamo di essere stati piuttosto innovativi è nella definizione degli obiettivi e nella scelta delle strategie per implementare i tre moduli.
Non è mia intenzione, in questa sede, procedere ad una descrizione dettagliata dell’intero Sistema, mi limiterò solo a fare una brevissima presentazione del modulo tutoring che, come già abbiamo accennato, ha la funzione di monitorare ed assistere il bambino durante l’intera fase di navigazione.
Per la realizzazione di tale modulo stiamo provvedendo a mettere a punto un data-base dinamico di tipo relazionale e a sviluppare un software che gestisca in “modo intelligente” i dati che di volta in volta vengono rilevati in modo da orientare il bambino ogni qual volta si venga a trovare in situazioni di difficoltà. In pratica, la funzione specifica di tale sistema esperto è quella di diagnosticare automaticamente il comportamento del bambino, i suoi eventuali errori e orientarlo con opportuni percorsi di correzione.
Il modulo esperto che stiamo realizzando è di tipo probabilistico e il suo dominio applicativo è composto di due fasi principali:
La prima fase consiste nella raccolta di indicatori comuni che caratterizzano il comportamento dei bambini in situazioni di apprendimento. Questi indicatori vengono individuati osservando un campione rappresentativo di bambini ai quali è stato somministrato l’ipermedia. Il loro valor medio formerà il data-base relazionale.
La seconda fase consiste nella valutazione del comportamento del discente e nella diagnostica degli errori e indecisioni durante la navigazione nell’ipermedia. Il sistema esperto sarà in grado d’intervenire correggendo ed orientando il bambino con delle operazioni di feed-back, basate su criteri statistici.
Inoltre, il sistema esperto sarà capace di “evolversi” in modo da adattarsi sempre meglio alle caratteristiche dei singoli bambini.
Per meglio chiarire quanto ho detto, voglio porre alla vostra attenzione alcune demo del nostro ipermedia. Affido la loro presentazione a due componenti il gruppo di ricerca: la dottoressa Gioconda Bottiglieri per la parte relativa alle unità didattiche e il dott. Ferrante Formato per il Sistema Tutoriale.
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