La Danza dei Bit Un approccio multidisciplinare per l apprendimento dell informatica nella scuola primaria

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1 La Danza dei Bit Un approccio multidisciplinare per l apprendimento dell informatica nella scuola primaria Chiara Bodei, Roberto Grossi, Maria Rita Laganà Dipartimento di informatica - Università di Pisa Largo B. Pontecorvo, Pisa Descriviamo in queste pagine un percorso didattico multidisciplinare per l insegnamento dell informatica nella scuola primaria, culminato con la rappresentazione teatrale di un'operetta musicale. L'apprendimento dei bambini è guidato attraverso la narrazione di una storia che si svolge all'interno del calcolatore, dove ciascun bimbo rimpicciolisce e diventa un bit. L'obiettivo è mostrare ai bambini la notazione binaria e l'addizione, nonché la struttura logica del calcolatore, riconducendo diverse attività, come fotografare, ascoltare musica, utilizzare videogiochi e così via, al calcolo (sincronizzato dal Generale Clock ) con numeri in notazione binaria (gödelizzazione). La potenza di un sistema calcolo viene quindi messa in discussione mediante una metafora del famoso test di Turing. La peculiarità del percorso didattico è quella di insegnare l'informatica di base senza ricorrere all'uso del calcolatore, proprio per distinguere lo strumento dalla disciplina. 1. Introduzione Si ritiene ormai che l apprendimento dei principi dell informatica debba far parte della conoscenza culturale scolastica indipendentemente dall acquisizione di familiarità con il calcolatore, con cui l informatica viene spesso scambiata. A causa di questa anomalia, che non si riscontra in altre discipline scientifiche come la matematica, la fisica e la chimica, gli strumenti informatici introdotti nella scuola primaria vengono spesso confusi con la disciplina stessa, come si può osservare in molti testi scolastici. Si apre dunque il problema metodologico di come coinvolgere concretamente i bambini della scuola primaria per far loro (ri)scoprire alcuni dei concetti fondamentali dell'informatica, vista la natura astratta della disciplina (un bit non si può toccare né disegnare...). Nell esperienza che qui documentiamo, le nozioni, o meglio le loro definizioni, costituiscono il punto di arrivo e non di partenza del percorso proposto. Per insegnare la rappresentazione binaria dei numeri e la struttura logica del calcolatore, si è stabilito un patto di fantasia, secondo il quale i bambini vengono tramutati in bit e come tali agiscono nello spazio teatrale della città computer. La peculiarità del nostro approccio A. Andronico, L. Colazzo (Eds.): DIDAMATICA 2009 ISBN

2 DIDAMATICA 2009 consiste nell insegnare l'informatica di base senza ricorrere all uso del calcolatore, proprio per distinguere lo strumento dalla disciplina. 2. Rappresentazione teatrale I bambini vengono proiettati nella città computer, guidati dalla Danza dei Bit, marcia scritta appositamente per loro e leit motiv dell'operetta teatrale omonima, dove i bambini assumono la forma di bit e byte (codificando lo zero mettendosi giù a carponi e l'uno alzandosi in piedi) e mettono in scena ciò che avviene all'interno di un computer. L architettura non è definita ma suggerita, o meglio, raccontata dalle parole e dalla coreografia della canzone, di cui riportiamo alcuni stralci. Noi siamo i bit, il popolo dei bit, siam qui al tuo comando, il popolo dei bit Così i bit non possono fare ancora niente. Ecco che arriva allora il terribile scienziato von Neumann che rivendica la sua genialità e mette ordine tra i bit, schierandoli in byte. Legati siamo a byte. Noi siamo i byte, l esercito dei byte, siam qui al tuo comando, l esercito dei byte I byte sono confusi, non sanno dove andare. Vogliamo una casetta, vogliamo un indirizzo dove andare ad abitare. Dove andremo? Dove andremo? In via della RAM numero zero Noi invece andremo in piazza, in piazza CPU, la piazza del controllo, su va anche tu. Composto l'esercito di byte, viene pertanto suddivido in due parti, la RAM e la CPU, destinando a ciascuna la propria specializzazione. I bambini si dispongono in due aree diverse del palcoscenico. La RAM, e solo a questo punto viene a loro detto, è la memoria del computer, dove si raccolgono i dati da usare, mentre la CPU è il cervello che controlla che tutto proceda come si deve e fa i calcoli, usando i dati della RAM. L idea che ne traggono non può essere più concreta. Persino l idea di indirizzo di cella di memoria appare naturale. Non sorprende inoltre che per comunicare tra loro servano i bus, autobus speciali che trasmettono i bit da una parte all altra. I bambini della RAM cantano a quelli della CPU i dati su cui fare i calcoli. Per non far confusione, entra in scena il generale Clock, che dà il tempo a tutti e dirige il traffico. Un occasione 2

3 La Danza dei Bit Un approccio multidisciplinare per l apprendimento dell informatica nella scuola primaria per parlare anche di unità di misura che normalmente non fanno parte di un bagaglio dei bambini di questa età: gigahertz, megahertz, gigabyte, megabyte. A questo punto, per eseguire la somma (senza riporto) basta trasmettere due byte dalla RAM alla CPU e poi seguire ancora le parole della canzone. Per la somma in CPU zero e uno salgo su. Per la somma in CPU zero e zero scendo giù La rappresentazione continua con vari dialoghi tra la presentatrice e il professore von Neumann e interventi esplicativi di voci fuori campo di alcuni dei bambini. A un certo punto la presentatrice rivela la sua vera natura, ossia quella di robot, a causa della pile scariche (ma il dubbio se sia veramente un robot rimarrà anche se ha superato il test di Turing con il professore von Neumann...). Il tutto si conclude con la canzone principale e una cascata di palloncini colorati. 3. Metodologia La nostra esperienza ha visto la prima volta sul palcoscenico 120 bambini di due plessi scolastici: bambini della Scuola primaria Zerboglio di Pisa con bambini della scuola Giovanni Paolo II di Fauglia. La seconda volta sul palcoscenico sono saliti circa 90 bambini: di altre classi della scuola Zerboglio (i bit dell anno precedente erano ormai alle medie!) e bambini della scuola Sauro. Nei primi incontri, organizzati per classi individuali e con il supporto degli insegnanti, si è insegnato ai bambini come recitare i bit e si sono introdotti i primi concetti di notazione binaria. I bambini devono inizialmente saper fare solo due cose: zero (stare a terra), uno (stare in piedi) e passare dall una all altra. Una volta suddivisi in file, ai bambini viene spiegato che a seconda della loro posizione il loro valore cambia: chi non ha un compagno a sinistra vale uno, il vicino a destra vale due, l altro quattro, fino ad arrivare al signor centoventotto. Ed ecco crearsi un abaco vivente in base due, in cui i bambini imparano ad alzarsi e ad abbassarsi a seconda del numero che si vuole formare. In questa fase è utile il supporto dell'insegnante di educazione fisica per guidare l'attività motoria dei bambini. Una volta spiegato come rappresentare 0, 1 e 2 in termini di quali file di bambini devono alzarsi, non c è bisogno di spiegare altro: autonomamente capiscono che per fare 3, occorre unire le forze della fila dell 1 e di quella del 2. Lo stesso gioco si può fare con tutti i numeri fino a 255 (ci sono solo otto file ed ecco che nasce anche il concetto di byte). 3

4 DIDAMATICA 2009 Invece di ricevere la definizione di numero in base due, i bambini prendono parte alla sua rappresentazione concreta. Così facendo, capiscono come convertire implicitamente i numeri da base dieci a base due, ossia che la base è solo un altra moneta con la quale fare le somme. Per il numero 12, in base dieci basta usare una moneta da dieci e due da uno, mentre in base due basta usare una moneta da otto e una da quattro. I bambini hanno potuto al contempo riflettere sulla numerazione decimale, mettendola in prospettiva e sul concetto stesso di numero. Infatti poter scrivere uno stesso numero in modi diversi, fa capire che il numero come tale è un concetto astratto (e difficile: equipotenza tra insiemi finiti). Un momento della rappresentazione teatrale Il metodo usato fa leva sull affabulazione e sulla teatralizzazione che, come insegna Bruner [Bruner, 1996], è un elemento naturale dell apprendimento. Nella nostra rappresentazione ogni bambino è un personaggio fondamentale. Il metodo fa inoltre uso della sintonia tra la rappresentazione numerica e il proprio corpo. Il valore dell apprendimento sintonico è stato messo in luce da Papert nel suo linguaggio LOGO [Papert, 1993] che continua, al passare degli anni a manifestare la sua valenza didattica nelle forme più evolute di StarLogo 4

5 La Danza dei Bit Un approccio multidisciplinare per l apprendimento dell informatica nella scuola primaria [Resnick, 1991] e NetLogo [Wilensky e Stroup,1999]. Nel nostro caso il tipo di apprendimento che si realizza è anche collaborativo: tutti insieme I bambini possono rappresentare il numero correttamente e lo sbaglio di uno soltanto diventa uno sbaglio per tutti. Il bambino che ha capito prima esorta il compagno più lento: No! Tu adesso vali otto. Uffa! Devi alzarti: stiamo rappresentando il quarantadue! Indirizziamo il lettore interessato all'aspetto pedagogico della Danza dei Bit alle osservazioni riportate in [Bodei et al., 2008]. 4. Risultati e osservazioni La riprova che quel che i bambini hanno rappresentato in teatro ha lasciato una traccia è data dal fatto che portando in seguito in aula una scheda madre con i suoi componenti, le domande dei bambini sono state pertinenti e appropriate. Hanno domandato di vedere le parti che conoscevano, come la RAM, la CPU e i bus e hanno chiesto spiegazioni su quello che non conoscevano, come la ventola di raffreddamento, il cui uso è risultato chiaro: i bit, a muoversi così tanto, si scaldano!. Su questa prima base e sulla consapevolezza che ogni configurazione di bit ordinati è sempre un numero binario, si è continuato a lavorare, proponendo ai bambini di pensare a come rappresentare le lettere e, più in generale, i caratteri alfanumerici, usando ancora i numeri binari. Niente affatto stupiti dalla richiesta, i bambini hanno indicato varie possibili soluzioni. È nata in classe una sorta di piccola Torre di Babele, a dimostrazione della natura convenzionale della codifica alfabetica, a differenza di quella della codifica numerica, più vicina al concetto astratto di numero. Questa esperienza è servita a spiegare vari fenomeni, per esempio, come mai alle volte nelle troviamo segni strani: questo è dovuto ad una diversa codifica dello stesso carattere, in computer diversi. In fondo, anche il codice segreto che spesso piccoli gruppi di bambini si inventano per comunicare tra di loro senza farsi capire dagli altri, condivide la stessa idea di codifica. Su questa scia, hanno provato a inventare codici segreti basati ancora sui numeri binari. Come sappiamo, il computer è in grado di manipolare non solo numeri e lettere, come cantano nell operetta: Con noi (i bit) puoi calcolar, ed anche disegnare e poi fotografare, scrivere, leggere, ascoltare e puoi telefonare Ma come si rappresentano le immagini? Per spiegarlo, paragoniamo lo schermo del computer ad un foglio a quadretti su cui disegnare, o al pannello del gioco dei chiodini o anche allo schema dei ricami a punto a croce con cui qualche zia passa il suo tempo. L immagine si scompone sullo schermo in tanti punti di colore, i pixel. 5

6 DIDAMATICA 2009 Come fa il computer a memorizzare i pixel? Per ogni quadretto dello schermo si ricorda un numero che indica quanto intensa è la luce in quel punto. Dopo aver inventato convenzioni con poche intensità (anche solo acceso/spento), i bambini hanno creato e si sono scambiati alcune immagini. Di seguito è stato posto il problema del colore. Niente di sorprendente per bambini che già sanno che per esempio giallo più blu, dà verde. E i suoni? Anche in questo caso, è possibile associarli a dei numeri. Addirittura le istruzioni eseguite dalla CPU si memorizzano sotto forma di bit. Una domanda naturale a questo punto è: come fa il computer a sapere cosa corrisponde ad una sequenza di bit? Abbiamo infatti visto che tutto è numero nel computer, una lettera, un pixel, un suono, un istruzione. Ebbene, il concetto di stato ci viene in soccorso: a seconda dello stato in cui il computer si trova (che dipende dalle istruzioni impartitegli), interpreta la sequenza di bit nel modo appropriato. Approfittando di una sinergia con l insegnante di Inglese, si è pensato anche di tradurre la canzone dei bit in inglese e di farla cantare. I bambini hanno in questa occasione appreso un ulteriore insegnamento trasversale: non possiamo tradurre e basta. Il ritmo della lingua e quello della musica devono coniugarsi tra loro. Ancora una volta, il bambino è sempre protagonista. È sempre sollecitato a inventare, condividere per accettare infine senza particolari problemi quelli che sono le convenzioni usate dal computer. Un altro argomento affrontato riguarda l intelligenza del calcolatore. Potrebbe il computer arrivare a pensare? Posta così, la domanda è troppo difficile. Prendiamo lo spunto dal verbo giocare del ritornello e chiediamo: il vostro computer è più intelligente di voi quando vi batte a scacchi? Qualcuno decreta: Fa finta. Ha solo un buon programma! Il "fa finta" ci sorprende, ma rende l idea. Come si fa a distinguere se abbiamo a che fare con un altra persona o con un computer? Se interagendoci non notiamo la differenza, si può dire che il computer sia intelligente. Questa è l idea su cui si basa il Test di Turing. In fondo, questo semplice gioco ne cattura in parte lo spirito. Noi insistiamo: allora il computer è intelligente? No, ci dicono, solo su poche cose. Preferiscono considerare intelligente il cane che va a prendere il guinzaglio quando vuole uscire. Mentre un computer che si inceppa improvvisamente sembra piuttosto stupido. I punti salienti della nostra discussione vengono ripresi nella rappresentazione, in un dialogo tra il visionario professore scienziato e l impertinente presentatrice. 6

7 La Danza dei Bit Un approccio multidisciplinare per l apprendimento dell informatica nella scuola primaria 5. Conclusioni Riteniamo che il metodo di insegnamento qui illustrato abbia un valore intrinseco e che possa essere tagliato ed adattato secondo le esigenze di una qualsiasi classe. Il nostro lavoro in particolare nella prima parte è totalmente ripetibile, data la documentazione prodotta in [Bodei et al., 2008]. Inoltre l evento teatrale è disponibile su DVD a richiesta [Laganà, 2007]. Ringraziamenti Il progetto è stato parzialmente finanziato dal MIUR e ha avuto un supporto anche da La Limonaia: Scienza viva di Pisa, dal Comune e dalla Provincia di Pisa, dal Pianeta Galileo organizzato dalla Regione Toscana e dal Teatro Verdi di Pisa. Hanno composto le musiche Paolo Leoni e Massimiliano Picchetti. Il libretto è a cura di Maria Rita Lagana' e Paolo Leoni. Ha tradotto in inglese i brani musicali Marco Leoni. Hanno addestrato i bit nella esperienza informatica Diego Ceccarelli, Marco Righi e nella esperienza musicale Marco Leoni e Massimiliano Picchetti. La rappresentazione si è svolta con la regia di Annalisa Cima e Mauro Pasqualini. Vogliamo comunque ringraziare tutti coloro che, a vario titolo hanno contribuito alla realizzazione dell'operetta, in primis il nostro collega Marco Massai che ci ha dato l'idea di far uscire lo spettacolo dalle mura della scuola e portarlo in un vero teatro. Bibliografia [Bodei et al., 2008] Bodei, C., Giannetti, A., Laganà M.R., La Danza dei bit: imparare l informatica con attività motoria e teatrale. Difficoltà di apprendimento, 14(1), 2008, , Erickson, Trento. [Bruner, 1996] Bruner J., The Culture of Education, Harvard University Press,1996. [Laganà, 2007] Laganà M.R. curatrice, La danza dei bit, DVD multimediale, SIAE F , Università di Pisa, [Logo] [NetLogo] [Papert, 1993] Mindstorms: Children, Computers, And Powerful Ideas, Basic Books, New York,

8 DIDAMATICA 2009 [Resnick, 1991] Resnick M., Turtles, Termites, and Traffic Jams: Explorations in Massively Parallel Microworlds (Complex Adaptive Systems) MIT Press, Cambridge, Massachusettts, [Wilensky e Stroup,1999] Wilensky, U. e Stroup, W. (1999). Learning through Participatory Simulations: Network-Based Design for Systems Learning in Classrooms. Computer Supported Collaborative Learning (CSCL'99). Stanford University, December 12-15,

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