Negli ultimi anni l'evoluzione tecnologica ha
consentito lo sviluppo di ambienti di apprendimento su reti telematiche
(on-line) e su dispositivi di memorizzazione di massa quali CD-Rom e Dvd
(off-line). Questo fenomeno ha sollevato impellenti problemi riguardanti lo
studio degli aspetti cognitivi legati all'apprendimento realizzato mediante tali
ambienti e della natura e qualità dell'interazione uomo-computer-uomo
(docente-medium-discente). In seguito vengono affrontati tali problemi ed,
inoltre, si presenta il modello generale della didattica a distanza insieme allo
stato dell'arte.
L'informatica nella didatticaIl rapporto tra
didattica e informatica nacque nel corso degli anni '50 quando il
"
comportamentismo" vide nel calcolatore il supporto perfetto
all'istruzione programmata, che quel filone di ricerca tendeva a privilegiare.
Tuttavia, proprio i limiti tecnologici determinavano il fatto che la maggior
parte delle applicazioni, prodotte negli Stati Uniti negli anni Sessanta,
confinavano il computer in un semplice ruolo di ripetitore meccanico dando vita
a programmi didatticamente poveri e ancora molto rudimentali. Solo in seguito si
cominciò a vedere nel computer l'occasione per aprire altri spazi di attività,
di tipo creativo, così da valorizzare lo sviluppo di nuove reti concettuali.
Il momento di svolta vero e proprio fu la diffusione del personal computer:
questo mezzo, ormai accessibile a tutti, ha fatto progressivamente cadere le
precedenti diffidenze verso una tecnologia che, attualmente, costituisce uno dei
nodi fondamentali dell'azione educativa. Da quel momento in poi, in effetti, i
sistemi, i metodi ed i processi educativi si sono modificati ed evoluti
profondamente. La loro forte obsolescenza ed il tumultuoso espandersi sia dei
contenuti del sapere che e dei mezzi di circolazione della informazione nella
società postindustriale portavano il sistema educativo pubblico e privato ad una
svolta di grande impegno.
Tutto questo susseguirsi di scenari al quale
abbiamo assistito, è avvenuto a causa dell'innovazione scientifico-tecnologica
che ha modificato la cultura, il lavoro-se non addirittura lo stesso modo di
pensare e di affrontare i problemi. In particolare questa innovazione ha
consentito la modifica dei processi educativi offrendo nuove vie
all'insegnamento e all'apprendimento.
L'agente centrale di questo processo
di innovazione è l'informatica, nella sua più ampia accezione inclusiva della
telematica; essa fornisce al mondo dell'istruzione un insieme di strumenti di
facile utilizzo per tutto il personale docente e per gli allievi, ed è una
scienza che favorisce la formazione logica, che si integra con molte altre
discipline, costituendo un elemento indispensabile per la formazione
professionale. L'informatica, infatti, nella scuola può essere utilizzata:
-
sotto il profilo strettamente strumentale come ausilio per informatizzare
funzioni della gestione scolastica;
- sotto il profilo didattico come
ausilio per gli insegnanti e come risorsa didattica diretta allo studente;
-
sotto il profilo pedagogico e finalistico come mezzo per sviluppare la capacità
di ragionamento e di problem solving nella formazione generale.
La
trasformazione e la crisi del mercato del lavoro, in particolare l'elevato tasso
di disoccupazione dei giovani, fanno maggiormente avvertire ai responsabili
dell'educazione la necessità di fornire ai nuovi discenti l'ormai indispensabile
know-how informatico. Le tecnologie informatiche, dunque, rappresentano uno
strumento importantissimo ai fini della capacità di orientamento nella società
del futuro, che non permetterà lacune in materia di fruizione e gestione delle
nuove tecnologie.
L'informatica nel processo formativo scolastico
Le continue trasformazioni in atto nella nostra società sia a livello
formativo che professionale, rendono sempre più impellente lo sviluppo di una
elevata capacità di adattamento verso i mutati bisogni, nonché una preparazione
orientata sul sistema informatico. L'essere in grado di utilizzare i nuovi
strumenti informatici è una necessità urgente della futura generazione: una
prerogativa fondamentale per rimanere parte attiva del sistema produttivo e del
mercato del lavoro.
L'innovazione data dalle metodologie e dalle tecnologie
informatiche può incidere in modo significativo sull'insegnamento delle varie
discipline del curricolo. Il rinnovamento può avvenire su due livelli distinti:
- sul piano didattico disciplinare
- sul piano valutativo.
Nel primo
caso l'informatica aiuterà ad introdurre i vari argomenti ed ad individuare i
percorsi più semplici per far acquisire determinati concetti all'allievo. Nel
secondo caso lo aiuterà a realizzare una verifica continua e obiettiva del grado
di preparazione raggiunto dagli allievi.
L'informatica, inoltre, si rivela
determinante nella formazione a distanza e nell'aggiornamento professionale di
cui è parte integrante.
Le nuove tecnologie educative, infatti, prevedono
l'utilizzo del computer sia nella fase teorica di apprendimento che in quella
pratica di addestramento. Mentre nella prima, il calcolatore è chiamato a
svolgere il ruolo di
tutor, fornendo nozioni ed informazioni secondo
modalità che si possono definire rivoluzionarie, verificando il lavoro svolto ed
offrendo aiuto contestualizzato all'occorrenza; nella seconda fase il computer,
attraverso opportuni programmi, è capace di riprodurre l'ambiente operativo nel
quale l'allievo deve addestrarsi. Questa fase pratica richiede lo sfruttamento
dei programmi di simulazione al computer.
A livello generico l'utilizzo del
personal computer risulta particolarmente appropriato nei seguenti casi:
-
quando la formazione ha una prospettiva di lunga durata ed il numero dei
soggetti da formare risulta elevato;
- quando gli allievi in una eventuale
fase di riepilogo si dimostrano scarsamente motivati a ripetere le nozioni
secondo le metodologie tradizionali;
- quando gli strumenti tradizionali
messi a loro disposizione risultano essere poco adatti alla natura delle
informazioni, come nel caso delle materie scientifiche;
- quando non esiste
la possibilità di mettere in pratica l'addestramento ricevuto. La simulazione al
calcolatore, per esempio, permette agli allievi di imparare come maneggiare
sostanze pericolose o costose apparecchiature senza pericolo o costi eccessivi.
L'apprendimento per mezzo del calcolatore L'apprendimento è un
processo complesso che consiste in una attività di trasferimento della
conoscenza dal docente al discente. In questo processo, nella sua forma
tradizionale, la maggiore "facilitazione" si verifica quando si attua un
colloquio diretto tra studente e docente, in margine ad un chiarimento, ad una
spiegazione relativa ad un concetto che non è stato compreso e assimilato.
Infatti, come è noto, il rapporto diretto facilita l'apprendimento.
Nel
campo delle applicazioni dell'informatica alla didattica, il maggiore sforzo è
stato diretto alla creazione di programmi in grado di creare una situazione di
questo stesso tipo, in cui il computer possa svolgere le funzioni
dell'insegnante, comunicando con lo studente in modo che alla fine della
"conversazione", l'allievo abbia appreso un nuovo argomento. Gli attuali
computer possono essere programmati per elaborare testi, disegni e animazioni su
uno schermo, ed anche per realizzare suoni e parlato. In questo modo con lo
studente comunica una nuova entità che utilizza il calcolatore come un mezzo di
comunicazione, in grado di arricchire in modo molto accentuato la comunicazione
didattica rispetto a quella resa possibile dal libro. Oltre alla quantità e
varietà dei materiali che il computer può mettere a disposizione, esso può
realizzare animazioni, sovrapporre disegni su pagine già scritte, ed in generale
può comunicare con lo studente in modo più ricco e vario di quanto sia possibile
fare con i diversi mezzi legati all'uso esclusivo del linguaggio naturale. In
questo scenario interattivo lo studente deve inviare messaggi in una forma
significativa e senza alcuna ambiguità, per realizzare una comunicazione
bilaterale studente-computer.
Le potenzialità dei calcolatori possono essere
utilizzate in diversi modi nell'attività didattica. Vengono di seguito elencati
alcuni dei settori in cui il ricorso al calcolatore appare addirittura prezioso,
soprattutto nella prospettiva di una intensificazione e generalizzazione dei
processi dell'apprendimento:
- apprendimento guidato (tutoraggio): il
computer presenta un concetto ed il relativo esempio oppure guida l'allievo alla
scoperta di un concetto;
- attività esercitative: il computer presenta allo
studente una serie di esercizi dello stesso tipo. In caso di errore, fornisce
suggerimenti per svolgere gli esercizi successivi oppure propone esercizi più
facili. In caso di successo può proporre esercizi più difficili;
- uso di
modelli: una delle principali possibilità offerte dal computer è quella della
simulazione di certe realtà. Infatti, può simulare reazioni chimiche, circuiti
elettronici esperimenti sulle apparecchiature di laboratorio. Lo studente può
usare questi modelli come se avesse a disposizione un laboratorio personale: in
tal modo l'allievo non manipola la realtà ma un modello della realtà. Le
possibilità aperte dall'uso del computer sono dunque diverse da quelle che offre
il laboratorio nell'ambito del quale lo studente interagisce con il mondo reale
e con le determinanti del mondo empirico: misure, quantità, uso di strumenti,
caratteri fisici, ecc.. Invece, con la simulazione l'allievo utilizza un modello
preconfezionato nel quale tutto ciò che avviene deve essere già previsto dal
modello. Il computer viene programmato per simulare i fenomeni e anche per
guidare lo studente nell'uso dei relativi modelli;
- creazione dei modelli:
in questo caso è lo studente a creare modelli specifici di particolari realtà
realizzandoli tramite il computer. Si tratta di un compito che può essere
eseguito grazie al ricorso di opportuni strumenti. Citiamo tra questi Matlab,
Simulink, Labview, LabWindows/Cvi;
- valutazione dell'apprendimento: il
computer presenta una serie di domande relative all'argomento di cui si vuole
valutare l'apprendimento e valuta le risposte dello studente. In base a queste
può assegnare un punteggio, informare lo studente delle sue carenze o presentare
informazioni di rimedio.
Da questa semplice elencazione, si evince che le
applicazioni del computer alla didattica possono andare da attività in cui c'è
un forte controllo da parte del programma sullo studente, ad applicazioni in cui
all'allievo spetta una notevole autonomia.
In generale la procedura prevede
che lo studente interagisca, da solo ovvero in gruppo, con un computer. Egli
utilizza materiali didattici specifici con l'aiuto di un docente allo scopo di
raggiungere gli obiettivi didattici adeguati alla sua posizione scolastica.
Pre-requisiti di un ambiente di apprendimento Sulla base dei
contributi delle varie scuole di pensiero possiamo definire un insieme di
elementi che costituiscono i pre-requisiti che dovrebbe soddisfare un ambiente
di apprendimento informatico/telematico. Il processo di apprendimento prevede in
questo caso due aspetti distinti, anche se strettamente interrelati: il primo
riguarda l'assimilazione delle logiche sottostanti allo strumento didattico, il
secondo riguarda l'assimilazione dei contenuti veicolati dallo strumento stesso,
ossia il corso vero e proprio. Questi due aspetti sono strettamente interrelati
dato che lo strumento didattico, che rappresenta l'interfaccia tra il docente e
i discenti, non è "trasparente" ma determina la strutturazione della conoscenza
che costituisce il corso vero e proprio. Tale strutturazione può favorire o
rendere più difficile il processo di apprendimento, oppure può introdurre
rigidità e vincoli tali da snaturare la conoscenza messa in gioco. Un processo
di apprendimento mediato dal calcolatore si può schematizzare nel seguente modo:
|
|
L'ambiente di apprendimento "media" la trasmissione di conoscenze tra il
docente e i discenti. L'ingegnere della conoscenza (knowledge engeneer)
rappresenta la figura professionale addetta a "tradurre" la conoscenza
dell'esperto di dominio in un formato (e quindi in una struttura) definito
dall'ambiente di apprendimento che consenta di ottimizzarne la trasmissione e
l'assimilazione ai discenti. Tale ottimizzazione, sulla quale si misura
l'efficacia dell'ambiente stesso, passa attraverso una serie di requisiti che
potrebbero essere sintetizzati in:
- l'ambiente di apprendimento deve
consentire lo sviluppo di un sistema di associazioni stimolo-risposta stabile e
rapidamente assimilabile;
- l'ambiente di apprendimento deve fare uso di
mediatori di senso per facilitare l'assimilazione e la ritenzione delle
competenze. Sul versante dell'interfaccia software questo significa fare uso di
mezzi che rendano più ricco lo scambio comunicativo (multimedialità) per colpire
in modo opportuno i meccanismi percettivi dei discenti in modo da sottolineare
l'importanza relativa di termini e concetti. L'uso del colore e della
comunicazione visiva abbinata a quella testuale favorisce la comprensione e la
memorizzazione. Sul versante dell'esposizione di contenuti l'utilizzo di
metafore e immagini mentali ad effetto favorisce l'interesse e l'attenzione dei
discenti, oltre ad indurre una miglior comprensione e memorizzazione;
-
l'ambiente di apprendimento deve sviluppare le capacità di "scoperta" e di
produzione originale di conoscenza dei discenti. Un buon ambiente di
apprendimento deve consentire al discente di provare, sperimentare, inventare
soluzioni nuove e personali ad un problema. L'uso di sistemi di simulazione su
calcolatore fornisce al discente un'ottima palestra e un ottimo laboratorio per
sviluppare le sue capacità di scoperta, per arricchire le sue motivazioni, e per
fare dell'apprendimento un'esperienza coinvolgente e stimolante;
-
l'ambiente di apprendimento deve coniugare per quanto possibile l'apprendere con
il fare. La possibilità di svolgere esercizi, risolvere problemi concreti
(naturalmente simulati al calcolatore) ed utilizzare le conoscenze assimilate
per costruirne di nuove aggiunge all'ambiente di apprendimento i vantaggi del
learning-by-doing, e stimola i discenti ad un ruolo attivo verso la macchina,
più che ad un ruolo passivo.
Stato dell'arte
Nel mondo
accademico e industriale esistono numerose iniziative che si propongono la
realizzazione della didattica a distanza. Attualmente sono disponibili, in
diversi siti Web, sia esperimenti simulati, tramite Java, sia esperimenti reali
implementati con Labview, CGI (Common Gate Interfarce).
Al sito Web della John Hopkins University, è
disponibile un laboratorio virtuale completamente realizzato in Java, che
propone interessantissimi esperimenti che riguardano:
- Circuiti logici:
consente di realizzare circuiti logici ed i comandi di controllo di un robot,
partendo dalle porte logiche elementari.
- Processi di diffusione: si tratta
di un simulatore dei fenomeni di diffusione del calore e delle sostanze chimiche
che consente di analizzare e progettare i processi stessi.
- Perforazione
per la ricerca del petrolio: consente di dedurre i contorni di un giacimento di
petrolio dai risultati della trivellazione in una serie di punti piloti.
-
Controllo del bracco di un robot: consente di programmare il movimento circolare
di due segmenti, che rappresentano il braccio del robot stesso, per far in modo
che la pinza del braccio attraversi un determinato percorso.
- Trasmissione
del calore in un condotto: consente di dedurre la velocità di propagazione del
calore.
- Progetto di in ponte: consente di progettare un ponte e di
ottenere gli sforzi di tensione e compressione in ogni punto.
- Valutazione
del numero di alberi: consente di effettuare la stima del numero di alberi
presenti in un ampia area geografica, sulla base di una fotografia scattata da
un satellite.
- Propagazione del suono: la propagazione del suono è
influenzata dal vento, dalla temperatura e dalla superficie terrestre. Questo
esperimento consente di misurare questi effetti seguendo la traiettoria di un
raggio acustico su un mezzo di propagazione regolabile (adjustable propagation
medium).
- Conduzione del calore: consente di dedurre la sezione trasversale
di una barra di metallo con sezione non costante, quindi non uniformemente
conduttiva, dal profilo di temperatura.
- Distribuzione di probabilità: i
fenomeni aleatori si presentano sia in natura che nel mondo scientifico: errori
di misura, diffusione delle molecole sono due esempi di eventi aleatori. Questo
esperimento consente di valutare come i risultati sono influenzati da questi
fenomeni.
Al sito Web del HEWLET PACKARD sono
disponibili numerosi esperimenti, simulati con Java, che oltre a mostrare
graficamente concetti teorici dell'analisi dei segnali (FFT, modulazione, misure
in alternata e in continua, incertezze nel processo di misura, ecc.) propongono
le simulazioni di tutti gli strumenti che la casa produce, corredati degli
esempi di programmazione degli stessi.
Il sito Web della Portland University propone un
laboratorio virtuale, realizzato tramite le immagini dell'interfaccia grafica,
implementata in Labview, che riportano lo stato di avanzamento dell'esperimento.
Si tratta di software per il controllo della strumentazione di misura, tramite
gli standard GPIB, VXI e VISA.
Il laboratorio IXL dell'università di
Bordeaux propone con il progetto Retwine (REmoTe
Worldwide Instrumentation Network) veri e propri corsi sugli strumenti,
corredati dalle esercitazioni che consentono di verificare l'autoapprendimento.
Gli strumenti disponibili sono:
- HP 4145B.
- HP 4155.
- HP 4194.;
- HP 8510B.
- TEK 11802B.
Gli studenti possono comunicare con i
dispositivi di misura attraverso un'interfaccia grafica contenuta in una pagina
HTML e l'applicazione utilizza la tecnologia CGI per la comunicazione con gli
strumenti.
Il laboratorio didattico di
misure elettriche della Facoltà di Ingegneria, dell'Università degli studi di
Roma "La Sapienza", propone sia esperimenti virtuali che reali. Le esercitazioni
virtuali non vengono effettuate in rete, e per realizzarle è necessario
scaricare gli eseguibili Labview, per poi eseguirle sul proprio computer (in
locale). Per ogni esercitazione virtuale viene proposta una parte teorica ed una
pratica. Le esercitazioni virtuali proposte sono:
- Ponti in corrente
continua.
- Ponti in corrente alternata.
- Misure di potenza.
-
Metodi potenziometrici in corrente continua.
- Metodi potenziometrici in
corrente alternata.
- Oscilloscopio analogico.
L'esperimento reale
consente di eseguire un'esercitazione di isura su un Preamplificatore, tramite
Labview.
Al laboratorio
remoto (RemLab) della facoltà di Ingegneria, dell'Università degli studi di
Napoli "Federico II", sono disponibili esercitazioni in rete corredate di
materiale didattico. Gli esperimenti virtuali proposti sono:
- Misure di
tensione in alternata.
- Misure di tensione in continua.
-
Individuazione della risposta in frequenza di un provino di materiale in prova
sulla base di tre algoritmi: (i) DFT con finestra, (ii) FFT con finestra, e
(iii) rivelazione della frequenza del tono. Questa esercitazione mostra come i
materiali attivi (smart) sono capaci di modificare le loro caratteristiche
fisiche quando sono interessati da un opportuno campo magnetico.
Gli
studenti, durante l'esercitazione, possono accedere al pannello di controllo,
realizzato in CGI, per verificare le condizioni di prova e visualizzare i
risultati parziali. Gli utenti autorizzati, invece, possono definire le
condizioni di prova, attivare personalmente la misura, e scaricare i risultati.
