SIMULAZIONI AL COMPUTER NELLA DIDATTICA

di Arcisio Brunetti

Il processo d’apprendimento è un’attività molto complessa, influenzata da numerosi elementi. Quasi tutti gli psicologi, però, concordano sul fatto che esso "… consiste nell’acquisizione di nuove abilità o conoscenze mediante l’esperienza …". ^[1] Questa definizione sottolinea come l’apprendimento è il risultato di un’esperienza: esso avviene "sporcandosi le mani", esplorando la realtà circostante, intervenendo su di essa con la nostra azione e osservando gli effetti prodotti. E’ il tipo di apprendimento più naturale per l’uomo, è quello usato dal bambino quando esplora il mondo circostante, è quello che usiamo quando, invece di leggere il manuale delle istruzioni, smanettiamo al computer per scoprire come funziona un certo programma.

In particolare, il costruttivismo sottolinea che la conoscenza è il prodotto di una costruzione attiva del soggetto, ha un carattere "situato", ancorato al contesto concreto.

Tuttavia, nella pratica didattica, spesso l’insegnante fatica a mettere in atto metodologie di tipo esperienziale. La difficoltà maggiore consiste nel porre in contatto diretto gli allievi con l’oggetto di studio, in modo che egli possa, appunto, "fare esperienza". Ciò si verifica ogni qualvolta bisogna operare su concetti astratti; quando occorre osservare fenomeni lontani nel tempo e nello spazio; quando il fenomeno da osservare è troppo grande o troppo piccolo per essere percepito dai nostri sensi, oppure quando esso avviene troppo velocemente o troppo lentamente; quando sono richieste attrezzature costose; quando l’operare su una certa realtà comporta dei rischi; ecc.

Queste difficoltà, come afferma Antinucci ^[2], hanno determinato nell’organizzazione della scuola la prevalenza dell’apprendimento "simbolico-ricostruttivo", basato sul linguaggio e sul testo scritto: l’insegnante o il libro trasmettono l’informazione che viene decodificata nella mente dell’allievo per ricostruire gli oggetti e le situazioni. L’apprendimento dipenderà da due fattori essenziali: dalla capacità dell’insegnante di saper trasmettere l’informazione in modo adeguato e dalla capacità che ha l’allievo di saper ricostruire i messaggi che riceve. Non c’è nessun contatto diretto con oggetti, ma tutto avviene nella mente di chi apprende.

Può l’introduzione del computer consentire alla scuola di riappropiarsi del metodo esperienziale nelle normali attività di insegnamento-apprendimento?

In un’intervista rilasciata a La Repubblica, Michael Resnick affermava: "Quando pensiamo di portare i computer nella vita di un bambino, se il modello rimane quello della trasmissione di informazioni, allora non avremo grandi cambiamenti. […] I computer possono avere un ruolo importante, anche decisivo, per realizzare una scuola dove si impara esplorando, inventando, progettando."

Le simulazioni al computer, insieme ai videogiochi e ai micromondi, costituiscono uno dei modi che possono consentire di realizzare un apprendimento esperienziale, basato sull’azione, dove si impara facendo, manipolando oggetti e, magari, divertendosi. "Resta una sola, fondamentale domanda: si potrà mai giocare a scuola? Se non ci si riuscirà, se la scuola non si metterà seriamente a giocare, il computer a scuola farà la fine dei "sussidi audiovisivi" - e in genere di tutte le tecnologie che hanno invano bussato al portone dell'edificio scolastico - relegato in apposita "aula informatica" come utile (a chi?) complemento della didattica fondamentale (e, naturalmente, tradizionale). O, al massimo, se avrà fortuna, sarà un mezzo più complicato e scomodo per leggere e scrivere testi." ^[2]

Non è facile definire esattamente cosa s’intende per simulazione, anche perché questo termine viene usato spesso con significati diversi.

In ambito didattico, il termine simulazione fa riferimento a metodologie educative basate su una finzione, rappresentazione o riproduzione virtuale di situazioni, cose, persone.

In generale, una simulazione al computer è un programma che riproduce un modello di un sistema reale o immaginario. Tale modello è regolato da leggi matematiche e/o proposizioni logiche e l’utente può interagire con esso variando alcuni parametri ed osservando le modificazioni indotte sul modello stesso. La complessità del modello dipende dal grado di fedeltà con il sistema reale che si intende ottenere. Nel passato, l’input e l’ouput degli ambienti di simulazioni erano piuttosto limitati ed avvenivano prevalentemente inserendo dei dati con la tastiera, ma oggi i software di simulazione utilizzano interfacce grafiche che consentono la manipolazione diretta degli oggetti come input e restituiscono grafici, animazioni, suoni come output.

In ambito tecnico-scientifico, gli ambienti di simulazione sono usati frequentemente per l’addestramento di personale; per la ricerca scientifica; per lo studio di apparecchiature; ecc. Fino a qualche anno fa, le simulazioni per fini didattici erano impiegate quasi esclusivamente nelle Università. Oggi, però, sono disponibili ambienti di sviluppo facili da usare, che permettono di realizzare simulazioni in modo relativamente semplice e che non richiedono grosse conoscenze di linguaggi di programmazione. Esiste, perciò, la possibilità per gli insegnanti di costruirsi direttamente semplici ma efficaci strumenti didattici.

Il punto di forza delle simulazioni come strumento didattico risiede nella loro flessibilità. L’insegnante le può usare in svariati modi: per realizzare giochi didattici, esperimenti di laboratorio, per lo studio di fenomeni, per esercitazioni, per rinforzo, per verifiche di apprendimento. Ma l’aspetto più rilevante è che le simulazioni consentono di costruire sia ambienti di "apprendimento per scoperta" ^[3] che di "apprendimento programmato".

I vantaggi che si possono ottenere introducendo le simulazioni e i giochi nelle normali attività didattiche sono molteplici. Come tutte le attività che hanno una componente emozionale o giocosa, attirano e mantengono l’attenzione dell’allievo e ne favoriscono la motivazione. La simulazione crea un ambiente interattivo dove l’alunno apprende attraverso l’esperienza e partecipa in prima persona alla costruzione della propria conoscenza.

Il feedback è immediato e di solito è di tipo visivo e/o sonoro, l’alunno "vede" e "sente" immediatamente le conseguenze delle sue azioni e può valutare da solo la correttezza dei suoi ragionamenti.

Con le simulazioni è possibile studiare qualsiasi fenomeno, anche quelli che sarebbe impossibile per altra via.

Nelle scuole ad indirizzo tecnico-scientifico, le simulazioni possono essere realizzate dagli studenti stessi. Ciò permetterà di raggiungere specifici vantaggi: farà comprendere l’importanza di usare dei modelli per descrivere la realtà ^(*); aiuterà a formulare in modo chiaro e dettagliato la teoria che sta alla base del fenomeno che si vuole rappresentare e favorirà le capacità matematizzazione e di costruzione di algoritmi.

E’ bene sottolineare che diversi studi ^[3] hanno dimostrato che le simulazioni di per sé non recano alcun vantaggio sulla qualità dell’apprendimento. Esse vanno viste come strumenti capaci di creare degli ambienti educativi più aderenti alle modalità di apprendere degli studenti. Questi ambienti, però, danno risultati positivi se sono ancorati al contesto didattico, integrati nella progettazione educativa ed hanno un un obiettivo preciso. Gli alunni devono essere già in possesso dei necessari prerequisiti di apprendimento, devono, cioè, avere gli strumenti per interpretare correttamente ciò che accade. L’insegnante, infine, deve anche riflettere sul fatto che non tutti gli allievi apprendono allo stesso modo, ed è bene, quindi, che le simulazioni siano alternate con altre forme e supporti didattici.

La costruzione di una simulazione al computer richiede competenze in varie discipline che un singolo insegnante non può avere. Questi supporti didattici sono costruiti da equipes di esperti in software educativi e in programmazione. Tuttavia, i prodotti presenti sul mercato spesso non soddisfano le esigenze dei docenti e, pertanto, negli ultimi anni sempre più insegnanti si dedicano allo sviluppo di programmi multimediali da utilizzare nelle loro attività didattiche. Questi software "fatti in casa", pur non avendo interfacce grafiche accattivanti, sono per certi aspetti i migliori perché pensati e realizzati per i "propri" allievi, progettati per conseguire obiettivi personalizzati e con un grado di difficoltà aderente alle capacità degli alunni ai quali sono diretti. Inoltre, l’insegnante nell’utilizzare il suo "prodotto" con la classe può verificarne direttamente la validità e, se occorre, apportare le modifiche necessarie.

Uno degli obiettivi di questo seminario è quello di incoraggiare gli insegnanti all’utilizzo delle nuove tecnologie per realizzare semplici ambienti di apprendimento. In questo paragrafo si esamineranno alcuni criteri da tenere presente quando si costruisce una simulazione.

Prima di accingerci alla progettazione di una simulazione è di fondamentale importanza considerare le sue finalità educative, esplicitare in modo preciso gli obiettivi e riflettere se essi non possono essere raggiunti in modo più efficace per altra via.

E’ altrettanto importante stabilire se quello che si vuole rappresentare può essere tradotto in un algoritmo codificabile nel linguaggio di programmazione prescelto. A tal proposito si tenga presente che quando si parla di simulazioni non bisogna necessariamente pensare a complicati sistemi e interfacce particolari. Una simulazione didatticamente valida non deve riprodurre in modo molto accurato la realtà. Secondo molti studiosi^[3], una simulazione molto sofisticata spesso inganna l’allievo e non lo aiuta nel processo di semplificazione della realtà; essa, invece, deve condurre lo studente a considerare solo i punti d’interesse, a comprendere quali sono le variabili significative del sistema e come intervenire su di esse per ottenere gli effetti voluti.

Quando Galileo ha utilizzato il piano inclinato per studiare le leggi della caduta dei corpi, non ha fatto altro che creare un ambiente di simulazione semplificato della realtà. Egli, in pratica, ha "rallentato" il fenomeno intervenendo sulla forza di gravità, in modo da osservare più facilmente il sistema ed effettuare agevolmente le misurazioni.

Nella fase di progettazione del modello bisogna ricercare gli elementi e le relazioni che governano il comportamento del sistema; decidere quali di essi sono necessari per la comprensione del fenomeno e quali è possibile eliminare; stabilire le azioni che l’utente può compiere e il comportamento del sistema in risposta alle azioni; fissare i valori che possono assumere le costanti e le variabili in modo da poter essere rappresentate sullo schermo.

Bisogna anche fare attenzione affinché le possibili soluzioni del problema siano finite e deducibili dal modello stesso. Se il numero di soluzioni possibili è elevato c’è il rischio di creare disorientamento nell’allievo che non riesce ad individuare le azioni più significative per raggiungere lo scopo. Perciò, quando si affronta un sistema complesso governato da molte variabili, può essere utile scomporlo in sottosistemi in modo che l’allievo possa concentrarsi di volta in volta solo su alcuni aspetti del problema. In un secondo tempo il fenomeno verrà presentato nella sua interezza.

Ultimato il modello, si dovranno codificare separatamente le procedure che lo compongono e verificarle singolarmente. Successivamente esse potranno essere implementate in un programma di prova, che consentirà di far emergere quegli aspetti del problema che erano sfuggiti nella prima fase o che non erano stati valutati in modo corretto.

Nella fase di verifica è necessario accertarsi che tutte le possibili azioni dell’utente siano controllate dal programma e bloccare le possibilità di intervento non pertinenti.

E’ opportuno che l’efficacia delle soluzioni sia evidenziata con opportuni feedback animati o sonori.

Infine, è conveniente che nel programma sia prevista una sezione dimostrativa per gli studenti e una guida per gli insegnanti (nel caso si decida di distribuire il programma ai colleghi) e approntare degli strumenti per mettere in grado gli insegnanti di fare delle modifiche al programma, così da adattarlo alle esigenze personali.

Tra i sistemi autore che consentono di realizzare ambienti di apprendimento interattivi, Multimedia ToolBook della Click2Learn (ex Asymetrix) è certamente uno dei più apprezzati sia per le potenzialità che offre che per la sua flessibilità. I fattori che hanno contribuito alla sua affermazione come ambiente di sviluppo per programmi didattici sono molteplici.

In primo luogo ToolBook è un ambiente guidato dagli eventi (event-driven). In pratica sono le azioni dell’utente che determinano il funzionamento dell’applicazione. Possiamo sintetizzare il funzionamento di un programma ToolBook con la seguente relazione:

OGGETTO + EVENTO à RISPOSTA

Qualsiasi azione (evento) effettuata dall’utente genera un messaggio inviato all’oggetto destinatario che risponde al messaggio in modo prestabilito. E’ facile intuire come questa caratteristica lo renda particolarmente adatto per la produzione di strumenti didattici orientati verso un apprendimento di tipo costruttivista.

Un altro punto di forza di TB è il suo linguaggio di programmazione. OpenScript è un linguaggio semplice ma potente, simile al Pascal, che permette di ottenere prestazioni molto sofisticate.

Per chi non ha esperienza di programmazione, TB mette a disposizione un nutrito catalogo di oggetti già programmati che possono essere scelti facilmente e trascinati nell’applicazione che si sta costruendo ed, eventualmente, modificati per adattarli alle nostre esigenze.

I widget per i test sono oggetti già programmati che consentono di costruire facilmente test per la valutazione. I test possono essere di vario tipo: domande a scelta multipla, domande vero-falso, domande dove l’alunno deve inserire del testo, ecc. E’ possibile stabilire un punteggio per le varie risposte e un feedback.

ToolBook consente di costruire giochi molto interattivi. Con l’utility "Path Animation" è possibile realizzare animazioni stabilendo il percorso di un determinato oggetto e la durata dell’animazione stessa. Mentre la funzionalità di drag-and-drop consente di trascinare oggetti.

TB permette anche di creare collegamenti alle librerie di Windows (DLL) e sfruttare in tal modo altre risorse windows.

Nelle ultime versioni, infine, le applicazioni ToolBook possono essere esportate in linguaggio HTML/JAVA per essere pubblicate in internet. La casa produttrice sta appunto indirizzando questo prodotto per l’apprendimento a distanza (online learning).

Tuttavia, per avere effetti particolari bisogna necessariamente ricorrere ad OpenScript. Chi vuole imparare a programmare può iniziare creando semplici applicazioni con l’uso degli strumenti prima descritti e, successivamente, "curiosare" negli script degli oggetti per comprendere il meccanismo.

Bibliografia

[1] a cura di J. M. Prellezo, C. Nanni, G. Malizia – Dizionario di scienze dell’educazione – ELLE DI CI – L.A.S. – S.E.I.

[2] Francesco Antinucci - Con il computer nelle scuole simulando (e giocando) s’impara -Telèma n.16 – In Internet: http://baldo.fub.it/telema

[3] Ton de Jong - Wouter R. van Joolingen - Using Computer Simulations for Learning
In Internet: http://projects.edte.utwente.nl/proo/jong.htm
Ton de Jong - Wouter R. van Joolingen Discovery Learning with Computer
Simulations of Conceptual Domains - In Internet: http://phoenix.sce.fct.unl.pt/simposio/Ton_de_Jong.htm

[4] Giuseppe Marucci - Simulazioni al computer Applicazioni nella didattica delle scienze e sviluppo cognitivo - Garamond

[5] Fabio Celi e Francesco Romani Macchine per imparare L'uso del computer nella scuola
Erickson

[6] Asymetrix – ToolBook Manuale Utente – CT2 Computer Tecnologies