UNIVERSITÀ DEGLI STUDI DI TRENTO

UNIVERSITÀ DEGLI STUDI DI TRENTO Facoltà di Scienze Matematiche, Fisiche e Naturali Corso di Laurea triennale in INFORMATICA Elaborato Finale Edugames e mobile devices per stimolare l apprendimento nella scuola primaria Relatore: Prof. Marchese Maurizio Correlatore: Ing. De Amicis Raffaele Laureando: Da Ronch Erika 118975 Anno Accademico 2009-2010

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Ringraziamenti Per prima cosa voglio ringraziare la mia famiglia che mi ha appoggiato durante questo percorso, nonostante sia stato tutt altro che facile, quindi grazie mamma e grazie papà. Vorrei poi ringraziare Graphitech e, in particolare, Raffaele De Amicis per avermi dato la possibilità di svolgere il tirocinio in azienda e per avermi poi assistito nella scrittura dell elaborato. Ringrazio il professor Maurizio Marchese per la disponibilità e i preziosi consigli. Un enorme grazie va anche a Gabrio Girardi e Michele Andreolli per l aiuto e i consigli indispensabili che mi hanno dato, sia durante la fase di sviluppo del progetto che durante la stesura della tesi. Non mi resta che ringraziare gli amici. Un ringraziamento speciale va a due persone per me importantissime che hanno contribuito a rendere questi miei anni a Trento indimenticabili: Simone e Lorena. Poi voglio ringraziare anche tutti gli amici, specialmente i miei coinquilini Martina, Enrico, Vale e anche Nicola direi, i compagni di corso, in particolare Chiara, Martina, Mattia, Mattia, Stefano, Alex, Alessandro, Michele, Daniele, Fabio e tutte le altre persone che ho conosciuto e mi sono state vicine durante questi anni di università. Erika 3

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Sommario Introduzione... 9 Abstract... 11 1 Mobile devices... 13 1.1 PDA - Personal Digital Assistant... 13 1.2 Un evoluzione dei PDA: Smartphone... 14 1.3 Sistemi operativi per dispositivi mobili... 15 1.3.1 i-phone OS (ios)... 15 1.3.2 BlackBerry OS... 17 1.3.3 Symbian OS... 18 1.3.4 Windows Mobile... 20 1.3.5 Android di Google... 21 1.4 Tecnologia touchscreen... 21 2 Edutainment... 25 2.1 Scuola 2.0... 26 2.2 Serious Games... 27 2.3 Edugames... 30 2.3.1 Edugames esistenti... 31 3 Android... 37 3.1 Architettura OS... 37 3.2 Struttura Applicazioni... 40 3.3 Statistiche Android Market... 44 3.4 App Inventor... 47 4 Android vs iphone: App Store e Multitasking... 49 4.1 Android Market e App Store... 49 4.2 Multitasking... 53 5 Let s play with knowledge!... 57 5.1 Eclipse... 57 5.2 Java... 58 5.3 Android SDK... 59 5.4 Struttura edugame... 60 5.5 Sviluppo applicazione... 63 5.5.1 Use case diagram... 64 5.5.2 Activity diagrams... 64 5.5.3 Class Diagrams... 67 6 Presentazione edugame a scuola... 71 6.1 Organizzazione esperienza... 71 6.2 Questionario alunni... 72 6.3 Questionario insegnanti... 78 Conclusioni... 81 Bibliografia... 83 5

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Indice delle figure Figura 1.1 - Architettura ios...16 Figura 1.2 - Architettura Symbian OS...19 Figura 1.3 - Architettura di Windows CE...20 Figura 1.4 - Navigatore satellitare...22 Figura 1.5 - Tablet PC...23 Figura 1.6 - Nintendo DS...23 Figura 2.1 - Imparo giocando...27 Figura 2.2 - BBC Schools Bitesize...31 Figura 2.3 - Rino nella Storia...32 Figura 2.4 - Arcademic Skill Builders...32 Figura 2.5 - My coach...33 Figura 2.6 - Brain Training...33 Figura 2.7 - Kids Connects the Dots...34 Figura 2.8 - Kids Numbers and Math...34 Figura 2.9 - ABC Animals...35 Figura 2.10 - Feed Me!...35 Figura 2.11 - Audiofiabe...36 Figura 3.1 - Architettura Android OS...37 Figura 3.2 - Activity lifecycle...43 Figura 3.3 - Application downloads...45 Figura 3.4 - Rating applications...45 Figura 3.5 - Free and paid applications...46 Figura 3.6 - Applications and games...46 Figura 3.7 - App Inventor...47 Figura 5.1 - Ambiente di sviluppo Eclipse...58 Figura 5.2 - Skin emulatore Android 1.5...60 Figura 5.3 - Schermata principale edugame...60 Figura 5.4 - Schermate principali micro giochi...61 Figura 5.5 European Foreigners game...61 Figura 5.6 - Around the World...62 Figura 5.7 - Numbers Storm game...63 Figura 5.8 - Use case diagram...64 Figura 5.9 - Activity diagram, generale...64 Figura 5.10 - Activity diagram, impostazione micro giochi...65 Figura 5.11 - Activity diagram, European Foreigners...65 Figura 5.12 - Activity diagram, Around the world...66 Figura 5.13 - Activity Diagram, Numbers storm...66 Figura 5.14 - Class diagram, generale...67 Figura 5.15 - Class diagram, European Foreigners...68 Figura 5.16 - Class diagram, Around the world...69 Figura 5.17 - Class diagram, Numbers storm...70 Figura 6.1- Alunni scuola elementare A. Degasperi...71 Figura 6.2 - Gradimento edugame...72 Figura 6.3 - Semplicità utilizzo edugame...73 Figura 6.4 - Gioco più apprezzato (classi terza, quarta e quinta)...73 Figura 6.5 - Gioco più apprezzato (classe terza)...74 Figura 6.6 - Gioco più apprezzato (classe quarta)...74 Figura 6.7 - Gioco più apprezzato (classe quinta)...75 Figura 6.8 - Gioco meno apprezzato (classi terza, quarta e quinta)...75 Figura 6.9 - Gioco meno apprezzato (classi terza)...76 Figura 6.10 - Gioco meno apprezzato (classi quarta)...76 Figura 6.11 - Gioco meno apprezzato (classe quinta)...77 Figura 6.12 - Motivazioni scarso apprezzamento gioco...77 Figura 6.13 Volontà utilizzo edugame per apprendimento...78 7

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Introduzione Il presente elaborato è stato realizzato in seguito al lavoro svolto durante il periodo di stage previsto per la fase finale nel percorso di studio della Laurea Triennale in Scienze Informatiche. Tale attività di tirocinio è stata intrapresa presso la Fondazione Graphitech, centro di ricerca sulle tecnologie della computer grafica avanzata con sede a Povo (TN). Al giorno d oggi i sistemi d istruzione di tutto il mondo stanno attraversando un periodo di crisi dovuto anche al mutamento tecnologico che sta avvenendo in tutti i campi, ma che fatica ad insediarsi nell ambito scolastico. Il perno centrale della scuola, infatti, continua ad essere il libro, nonostante l introduzione del computer e l evoluzione delle tecnologie permettano un altro tipo di approccio alla conoscenza, più consono alle nuove generazioni. I cosiddetti nativi digitali hanno sempre meno familiarità con i libri, ma in compenso hanno un approccio massiccio e precoce con la tecnologia; personal computer, DS e altre console più o meno portatili, telefonini dei genitori: ecco i principali dispositivi che utilizzano fin da piccoli per giocare ovviamente! Contrariamente a quanto si potrebbe pensare, è stato dimostrato che il gioco virtuale è un innovativo ed efficace strumento utilizzabile nella fase di apprendimento grazie alla sua notevole capacità di coinvolgere lo studente-giocatore. Quindi, perché non sfruttare i videogiochi per veicolare il materiale didattico? E qui nasce l idea di questa tesi di laurea: creare un videogioco, ma non un videogioco qualunque, bensì un videogioco che possa insegnare qualcosa a qualcuno: un edugame. La scelta del target di riferimento è ricaduta sui bambini dai 9 anni in su e tre sono le materie scolastiche d interesse: lingue straniere, geografia e matematica. Per quanto riguarda la scelta del dispositivo su cui sviluppare, ho pensato che sarebbe stato più coinvolgente e intuitivo per i bambini utilizzare un dispositivo con tecnologia touchscreen, in quanto asseconda il loro stimolo naturale di toccare ciò che vedono sullo schermo e, considerando poi che la maggior parte dei bambini sa utilizzare benissimo il telefonino dei genitori (o addirittura ne possiede uno), ho pensato al telefonino come mezzo, un telefonino touchscreen. La scelta della piattaforma era tra iphone e Android, ricaduta poi su quest ultimo in quanto poteva essere considerato un po la novità del periodo con la sua politica open source. 9

Per avvalorare la tesi che il videogioco stimola l apprendimento, ho presentato il mio edugame in una scuola elementare in modo da raccogliere le opinioni dei bambini al riguardo attraverso un questionario di gradimento. L elaborato è composto da sei capitoli, vediamoli velocemente uno ad uno. Nel primo capitolo si parlerà dell evoluzione delle piattaforme mobili, dei relativi sistemi operativi e dell invasione della tecnologia touchscreen. Nel secondo capitolo si analizzerà il mondo dell edutaiment e dei cosiddetti serious game, in particolar modo l ambito di applicazione degli edugames, soffermandosi anche sugli aspetti pedagogici che stanno alla base dell apprendimento virtuale. Inoltre sono riportati alcuni interessanti edugames esistenti su internet, DS, Android e iphone. Nel terzo capitolo ci si soffermerà sulla piattaforma Android, si descriverà l architettura del sistema operativo, la struttura delle applicazioni, verranno riportate alcune statistiche riguardanti le applicazioni presenti nello store per poi terminare parlando di App Inventor, uno strumento appena rilasciato da Google per gli sviluppatori e non. Nel quarto capitolo si affronteranno le differenze tra iphone e Android per quanto riguarda lo sviluppo e la diffusione delle applicazioni e l approccio utilizzato dai due sistemi operativi nella gestione del multitasking. Nel quinto capitolo si riporteranno le caratteristiche principali, requisiti e tools utilizzati durante la fase di implementazione dell edugame. Ed infine, nel sesto capitolo si analizzerà l impatto che l applicazione sviluppata ha avuto in una scuola elementare, dove è stata testata con i bambini, e si discuteranno i risultati ottenuti. 10

Abstract Questo lavoro di tesi nasce dallo studio di applicazioni definite edugames e dalle ragioni pedagogiche che li rendono un valido strumento per l apprendimento didattico e si pone come obiettivo quello di cercare dei riscontri effettivi a queste teorie sviluppando e testando un edugame. Gli edugames per bambini della scuola primaria, di per sé, non rappresentano una novità, ne sono stati sviluppati già molti e molti altri saranno sviluppati in futuro, la novità è il mezzo attraverso cui renderli fruibili: lo smartphone. Sono stati esaminati e descritti brevemente i diversi sistemi operativi mobili per smartphone, ponendo particolare attenzione ad Android, piattaforma open source per cui è stato sviluppato l edugame, mettendo anche in risalto alcune caratteristiche che lo differenziano da iphone per quanto riguarda lo sviluppo e la diffusione di applicazioni. Let s play with knowledge è stato presentato nella scuola primaria A. Degasperi ottenendo risultati molto positivi, entusiasmando gli alunni e raccogliendo consensi anche tra gli insegnanti, ma, per il momento, lo smartphone presenta un limite di fruibilità: l impossibilità di inserirlo nella quotidianità scolastica. A breve l edugame verrà pubblicato sull Android Market. 11

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1 Mobile devices La tecnologia ha incredibilmente cambiato il modo di vivere di tutti, in particolare la nascita e l evoluzione dei dispositivi mobili ha contribuito ad una vera e propria rivoluzione del progresso tecnologico. Negli ultimi decenni il telefonino è diventato un oggetto indispensabile e alla portata di tutti: si calcola che nel mercato mondiale ne circolino circa 4 miliardi, questo significa che 6 persone su 10 ne possiedono uno e, solo dal 2002, si ha assistito ad un incremento pari ad un miliardo (International Telecommunications Union, 2009). Inizialmente gestiva solamente chiamate e messaggi vocali e il sistema operativo, se così si poteva chiamare, era molto rudimentale ed era piuttosto simile per tutti i modelli disponibili sul mercato. Nel corso degli anni esso ha gradualmente mutato la sua funzione di semplice e utile strumento di comunicazione trasformandosi in un vero e proprio computer portatile in miniatura. Così è iniziata la corsa al prodotto migliore che ha portato a profonde differenziazioni nel concepimento e nello sviluppo della nuova generazione di apparecchi cellulari. La telefonia mobile è uno dei pochi campi che non ha conosciuto crisi negli ultimi anni, o meglio, a fronte di una flessione della vendita dei telefonini, nel 2008 si è registrato un sostanziale aumento della vendita dei palmari. In questo capitolo si analizzeranno le differenze tra palmare e smartphone e si riporterà una breve descrizione delle caratteristiche principali dei sistemi operativi di cui è dotata la maggior parte dei dispositivi mobili attualmente prodotti: Symbian, Blackberry, iphone OS, Windows Mobile e Android. 1.1 PDA - Personal Digital Assistant Un PDA, meglio conosciuto con il nome di palmare, è un computer di dimensioni contenute dotato di uno schermo tattile o touchscreen. Possiamo dire che esso ha sostanzialmente un utilizzo da ufficio (documenti office, gestione dati personali, calcoli, utilizzo programmi) o multimediale (lettore MP3, riproduzione di filmati, visualizzazione di foto) e si avvale di connessione ad Internet tramite un cellulare abilitato o collegamento seriale/usb o wireless. Da solo, insomma, non è generalmente in grado di connettersi ad Internet o di consentirci di comunicare con altre persone. 13

Originariamente era stato concepito come agenda elettronica, un sistema non particolarmente evoluto che permetteva di memorizzare note e appunti, dotato di orologio, calcolatrice, calendario, rubrica dei contatti e lista di impegni/attività. E stato prodotto inizialmente da Apple come un vero minicomputer e nel corso degli anni si è arricchito di funzioni sempre più potenti ed avanzate. Il primo modello di PDA, il Newton Message Pad, fu presentato nel 1993 da Apple. Questo palmare era all'avanguardia per l'epoca sul fronte software (dal riconoscimento della scrittura a quello vocale, dalla navigazione in internet agli applicativi base), tuttavia non ricevette dal pubblico il successo sperato, anche a causa del costo elevato, rimanendo ai margini del mercato fino a scomparire. Anni dopo altri produttori si sono affacciati su questo settore proponendo palmari con caratteristiche generalmente inferiori al Newton originale, ma con un prezzo e dimensioni più contenute, ricevendo ampi riscontri economici. 1.2 Un evoluzione dei PDA: Smartphone Uno smartphone è un dispositivo portatile che abbina funzionalità di gestione di dati personali e di telefono, una sorta di evoluzione dei PDA. Al contrario di un PDA, esso nasce col concetto di connettività. Sostanzialmente è un cellulare con la possibilità di collegarsi ad Internet tramite rete GSM / GPRS / EDGE / UMTS e navigare siti web o scaricare posta elettronica senza il bisogno di altre apparecchiature aggiuntive; generalmente non ha la versatilità o la potenza di un palmare ma è in grado di svolgere al meglio i compiti per cui è progettato. Questo non significa, però, che palmari con parte telefonica incorporata siano necessariamente degli smartphone. Possiamo dire che uno smartphone è di fatto un cellulare che offre le caratteristiche tipiche di un palmare, mantenendo come utilizzo principale l uso telefonico. La caratteristica più interessante è la possibilità di installarvi altri programmi applicativi, che aggiungono nuove funzionalità. Questi programmi possono essere sviluppati dal produttore, dallo stesso utilizzatore, o da terze parti. Tutti gli smartphone sono essenzialmente identici per quanto riguarda le funzionalità: navigazione internet, foto/video camere integrate, touchscreen e via dicendo, ciò che li differenzia fra loro è il motore che sta alla base del loro funzionamento, ovvero il sistema operativo. 14

I problemi affrontati dalle case produttrici possono essere legati a molteplici aspetti. Si pensi, ad esempio, alla necessità di avere dispositivi di dimensioni ridotte e contemporaneamente all esigenza di garantire la fruibilità delle pagine web o delle riproduzioni video, o ancora, si pensi alla necessità di ottenere elevate capacità elaborative e, al tempo stesso, l esigenza di limitare i consumi energetici per garantire una sufficiente autonomia elettrica. La crescente importanza del mercato dei dispositivi mobili ha avviato una serrata competizione nello sviluppo dei sistemi operativi e del software applicativo. Tra i colossi che si dividono gran parte del mercato sono presenti: Nokia, Microsoft, Apple, RIM e più recentemente Google. 1.3 Sistemi operativi per dispositivi mobili La maggior parte dei sistemi operativi mobili dispone di funzionalità di multithreading, multitasking e protezione della memoria. I produttori prestano grande importanza a tutto ciò che riguarda l'utilizzo efficiente della memoria. Symbian, ad esempio, offre tecniche specifiche che determinano la rarità degli errori dovuti ad una cattiva gestione della memoria (memory leak). Quest aspetto è fondamentale se si pensa che il normale uso di un dispositivo mobile, ad esempio di uno smartphone, può portare a non riavviare il sistema operativo per lunghi periodi di tempo rendendo necessarie soluzioni per limitare gli effetti negativi dell aging. Altra peculiarità di un sistema operativo per dispositivi mobili è la gestione della CPU volta alla minimizzazione dei consumi elettrici. Una soluzione specifica, nei sistemi operativi per dispositivi mobili basati su eventi, è quella di disabilitare completamente la CPU quando non vi siano eventi attivi. Il corretto uso di questa tecnica aiuta ad assicurare alle batterie elettriche una durata maggiore. La panoramica dei principali sistemi operativi per dispositivi mobili presentata nei prossimi paragrafi consente di ottenere una visione delle differenti scelte operate dai diversi produttori. 1.3.1 i-phone OS (ios) E il sistema operativo sviluppato da Apple per l'iphone, l'ipod touch e l'ipad. Il primo iphone è stato presentato nel gennaio 2007 ed è comparso il 29 giugno nei negozi Americani e l 11 luglio in altri 70 paesi tra cui l Italia. Esistono solo quattro 15

modelli di iphone, uno per anno a partire dal 2007: iphone, iphone 3G, iphone 3GS e iphone 4. Anche per l'iphone, così come per gli altri prodotti Apple, la scelta operata dalla casa è stata quella di legare il sistema operativo al dispositivo hardware. Diversamente dalla concorrenza non sono previsti meccanismi di portabilità del suo sistema operativo su dispositivi sviluppati da altri produttori. L iphone OS utilizza una versione del sistema operativo Mac OS ottimizzato per gestire le funzionalità dello smartphone. Esso è derivato precisamente dal sistema operativo per personal computer di Apple. L ambiente integrato di sviluppo per l iphone è Xcode, che è lo stesso che consente lo sviluppo di applicazioni per Mac OS X. Come possiamo osservare in figura 1.1, il sistema operativo ios è costituito da quattro strati, vediamo di analizzarli sinteticamente uno ad uno: Figura 1.1 - Architettura ios Core Services e Core OS offrono i servizi fondamentali del sistema operativo. Lo strato Media fornisce principalmente strumenti per lo sviluppo di grafica, per la gestione dell audio e per la gestione del video. I framework OpenGLES, ad esempio, rendono disponibili strumenti per il disegno 2D e 3D, o ancora, il framework Quartz Core, con le interfacce Core Animation, consente di progettare animazioni ed effetti visivi. Lo strato Cocoa Touch si compone dei framework UIKit e foundation; questi framework rendono disponibili gli strumenti necessari per la realizzazione della grafica. Cocoa Touch è utilizzato per l'implementazione delle seguenti caratteristiche: 16

Application Management Supporto ala grafica Supporto alla gestione di eventi Gestione dell UI Supporto per testo e contenuti web Gestione dell accelerometro Gestione della fotocamera L ambiente di sviluppo Cocoa fornisce strumenti per la produzione di software utilizzando diversi linguaggi di programmazione, nonostante il linguaggio privilegiato sia l Objective C. 1.3.2 BlackBerry OS Blackberry OS è il sistema operativo proprietario sviluppato da RIM - Research In Motion, per la sua linea di smartphone. Il primo modello di Blackberry, il 950, è stato introdotto sul mercato nel 1998. I dispositivi presentano come periferica di input una trackball, attraverso cui è possibile navigare tra i menù, e, solo i modelli più recenti, sono dotati di un touchscreen. Il sistema operativo, dalla versione 4.0, supporta parte delle specifiche Java MIDP 2.0 e consente la sincronizzazione con i server di posta Exchange e Lotus Domino, oltre a fornire una serie di applicazioni che vanno dalle agende elettroniche, ai riproduttori di file video e audio. La caratteristica principale è la gestione delle e-mail: tramite il servizio push mail, la posta elettronica viene consegnata da appositi server analogamente a quanto avviene per i comuni SMS; è quindi possibile ricevere e-mail direttamente sul dispositivo senza dover ricorrere all utilizzo del personal computer. Esistono due differenti modalità di gestione della posta: BlackBerry Internet Service (BIS) e BlackBerry Enterprise Server (BES). BlackBerry Internet Service Prevede che l operatore telefonico, una volta che l utente abbia configurato i servizi BlackBerry, si connetta ad uno o più indirizzi di posta indicati dall utente utilizzando gli standard. L operatore telefonico funge in questo caso da tramite tra cassetta postale dell utente ed il dispositivo Blackberry controllando la presenza 17

di nuova posta ad intervalli di circa 10-15 minuti e inoltrando la posta da e verso lo smartphone. Le limitazioni di questo tipo di servizio sono: la mancanza della possibilità di sincronizzare calendario e contatti, dal momento che gli standard di posta POP3 e IMAP non supportano tale funzionalità e la non istantaneità della ricezione della posta. BlackBerry Enterprise Server Prevede che sia presente un server di posta all interno dell'azienda (Microsoft Exchange, Lotus Domino o Novell GroupWise). Il server BES mantiene costantemente sincronizzati i telefoni con le cassette postali sul server di posta, inoltrando le email alla rete BlackBerry appena arrivano. Lo sviluppo di software può avvenire utilizzando le API proprietarie, benché l uso di alcune funzionalità sia possibile soltanto dopo un meccanismo di firma digitale, che garantisce la paternità dei prodotti sviluppati, ma non qualità e sicurezza del codice. Blackberry fornisce un set di tools, BlackBerry Java Development Environment, per lo sviluppo di applicazioni Java. È possibile utilizzare BlackBerry JDE anche per sviluppare applicazioni Java Micro Edition. Quest ultimo strumento contiene una serie di tools per sviluppare, testare e distribuire applicazioni, incluso un simulatore del dispositivo Blackberry. È inoltre possibile l integrazione con l IDE Eclipse. 1.3.3 Symbian OS Symbian rappresenta ad oggi la più diffusa piattaforma di gestione di sistemi smartphone; è l'erede del sistema operativo EPOC, creato dalla Psion alla fine degli anni novanta per la sua linea di palmari. La sua nascita risale al giugno del 1998 con la creazione della compagnia indipendente Symbian Limited nata dalla cooperazione di diverse compagnie telefoniche (Nokia, Ericsson e Motorola) e dalla stessa Psion; l intento era quello di sviluppare un sistema operativo ed una piattaforma software che potessero adattarsi a dispositivi mobili come palmari e smartphone. Il sistema operativo, inizialmente closed, di recente è stato reso open source. 18

Il primo telefonino dotato di sistema operativo Symbian è stato l R380 realizzato dalla Ericsson nel 2000. La versione deriva direttamente da Epoc release 5. Negli ultimi anni Symbian Ltd. si è affermata come leader mondiale nello sviluppo di sistemi operativi per dispositivi mobili. Ad oggi Symbian equipaggia il maggior numero di smarthphone in commercio. Dal 2000 le differenti release hanno costantemente aggiunto nuove funzionalità. Sono stati introdotti, nel tempo, supporto alla tecnologia Bluetooth ed alla tecnologia IrDA, agli standard EDGE e 3G, ai servizi offerti dal protocollo IPv6, al VoIP ed alle reti Wi-Fi. Figura 1.2 - Architettura Symbian OS Symbian presenta una struttura a microkernel, ovvero, il kernel gestisce direttamente solo una parte minima e strettamente necessaria dei servizi e ciò garantisce elevata robustezza, affidabilità ed efficienza. Altri servizi, quali networking, telefonia e gestione del filesystem sono collocati, all interno della struttura del sistema operativo, a livelli superiori. Le caratteristiche del sistema operativo Symbian possono essere riassunte nei seguenti punti: performance - il sistema è progettato per minimizzare i consumi elettrici e per lavorare con memorie di bassa capacità; 19

multitasking - le applicazioni software devono poter essere eseguite simultaneamente; object-oriented - architettura software orientata agli oggetti; memory management optimized - gestione ottimizzata della memoria; la quantità di memoria necessaria al funzionamento del sistema è ridotta al minimo; security sono implementati meccanismi di sicurezza per garantire le comunicazioni e l integrità dei dati; elevata varietà di API per consentire la reusable components per il software applicativo. Il linguaggio nativo di Symbian è il C++ e ci sono molteplici piattaforme basate su Symbian OS che forniscono l SDK per gli sviluppatori. Altri linguaggi con cui è possibile sviluppare software applicativo per dispositivi mobili dotati di sistema operativo Symbian sono Java Micro Edition e Python. 1.3.4 Windows Mobile È il sistema operativo sviluppato da Microsoft per dispositivi mobili. L'ultima versione, la 5.0, è stato pensata per gestire sia architetture smartphone che PDA. E orientato alla multimedialità e alla produttività da ufficio. Un suo punto di forza è sicuramente l'elevata compatibilità con i desktop che si avvalgono di sistemi Windows, in particolare con programmi di personal management come Outlook. Figura 1.3 - Architettura di Windows CE 20

Lo sviluppo delle applicazioni è facilitato da Windows Mobile SDK, un tool di sviluppo che fornisce strumenti grafici per l editing, per la compilazione e per il testing del codice. Tra gli strumenti di sviluppo forniti da Microsoft ci sono anche emulatori per un discreto numero di dispositivi mobili: è dunque possibile sviluppare codice anche qualora non si abbia accesso ad alcuni dispositivi fisici. 1.3.5 Android di Google E un sistema operativo open source per dispositivi mobili, basato sul kernel Linux ed ottimizzato per i dispositivi mobili. Il primo dispositivo è stato il T-Mobile G1 della HTC. Il prodotto è stato presentato il 23 Settembre 2008, mentre la data di uscita nel mercato è stata il 22 ottobre 2008. Al momento esistono 25 modelli di dispositivi mobili con questo sistema operativo. L architettura del sistema e la struttura delle applicazioni le vedremo in dettaglio nel capitolo 3. 1.4 Tecnologia touchscreen Un touchscreen, o schermo tattile, è un particolare dispositivo, che permette all'utente di interagire con un interfaccia grafica mediante le dita o particolari oggetti. Esistono due tipi di touchscreen: resistivo, che è quello in dotazione alla maggior parte dei dispositivi in circolazione, e capacitivo, un esempio è il display dell iphone o dell HTC. Vediamo ora in cosa si differenziano. Il touchscreen resistivo basa il suo funzionamento sulla resistenza elettrica: premendo lo schermo si crea un contatto tra due strati conduttori di elettricità. Il dispositivo traccia le coordinate posizionali del contatto comunicando i dati al sistema operativo. Il touchscreen capacitivo genera un flusso di elettroni attraverso la superficie del display: quando un oggetto capacitivo, come le dita umane, toccano (o semplicemente sfiorano) lo schermo il flusso di elettroni si distorce. Il dispositivo, tramite dei sensori posizionati in ciascun angolo del display, rileva la distorsione e assegna le coordinate del tocco. Ecco perchè su schermi capacitivi non è possibile utilizzare oggetti inanimati come ad esempio i pennini. 21

Gli schermi tattili sono particolarmente diffusi fin dagli anni '80 in vari dispositivi destinati ad un uso intenso da parte del pubblico, quali i bancomat o gli sportelli informativi. Inizialmente l interfaccia touchscreen sui dispositivi mobili (PDA e smartphone) prevedeva l uso di un pennino come mezzo di interazione con il display; col passare del tempo sono nati i primi dispositivi finger-friendly, ovvero dispositivi che consentono l interazione diretta tra le dita e lo schermo senza ricorrere ad alcun mezzo intermedio. La vera rivoluzione la si deve ad Apple, questo perchè il primo dispositivo che ha portato all attenzione del grande pubblico questa caratteristica è stato sicuramente l iphone, nonostante già altri produttori avessero presentato interfacce simili ancor prima, un esempio tra tutti l'lg Prada, non riscuotendo un gran successo. E da li è stato un susseguirsi di terminali touch: sia cellulari che smartphone hanno deciso di eliminare la tastiera fisica (QWERTY o il tastierino numerico) per una versione digitale, ma cliccabile come se fosse vera. Questa scelta ha i suoi lati positivi, infatti permette di eliminare parti inutili del cellulare e quindi di rendere ancora più sottili i dispositivi, permettendo anche di far crescere le dimensioni dei display. Ma la tecnologia touchscreen non si è diffusa solamente nel mondo della telefonia, ci sono anche altri dispositivi, più o meno recenti, che la supportano: Navigatore satellitare Il navigatore satellitare è un dispositivo dotato di capacità di ricezione del segnale satellitare GPS (Global Positioning System) integrato con un sistema di database stradale, progettato per assistere il conducente di un'automobile indicandogli interattivamente il percorso da seguire per raggiungere una destinazione impostata dall'utente. Un navigatore tipico include un display LCD in cui viene Figura 1.4 - Navigatore satellitare visualizzato il percorso da seguire, in genere con funzionalità touchscreen per consentire all'utente di interagire con il sistema attraverso un interfaccia grafica, e un altoparlante attraverso cui vengono fornite indicazioni verbali sul percorso. 22

Tablet PC Figura 1.5 - Tablet PC Il tablet PC è un computer portatile che, grazie alla presenza di uno o più digitalizzatori, permette all'utente di interfacciarsi con il sistema direttamente sullo schermo mediante una penna e, in particolari modelli, anche le dita. Due esempio attuali sono l ipad e l Android Tablet. Nintendo DS Il Nintendo DS è stato presentato nel 2004 ed è l evoluzione del Game Boy. E una console portatile ideata e fabbricata da Nintendo, che presenta un design a conchiglia, e possiede due schermi LCD al suo interno, uno dei quali è touch. Figura 1.6 - Nintendo DS Il Nintendo DS, per aumentare l interattività, offre anche un microfono incorporato, una webcam e supporta la connettività wireless, grazie al servizio di gaming online Nintendo Wi-Fi Connection. Il Nintendo DS, attualmente, è la console di settimana generazione più popolare e venduta (125 milioni). 23

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2 Edutainment <<Coloro che fanno distinzione fra intrattenimento ed educazione forse non sanno che l educazione deve essere divertente e il divertimento deve essere educativo.>> Marshall McLuhan, Gli strumenti del comunicare, 1964 L edutainment è un neologismo ottenuto dalla fusione delle parole education e entertainment e sta a indicare una forma di intrattenimento finalizzata a educare mediante programmi televisivi e radiofonici, musica, film e cartoni animati, siti web, software e videogiochi. La televisione, in particolare, inserisce da molti anni nei propri palinsesti programmi dedicati principalmente al mondo dell infanzia: non semplici cartoni animati, ma trasmissioni nate con l obiettivo di educare alla manualità, all uso dei colori, all ascolto, alle operazioni basilari della scuola, dalla numerazione all alfabeto. In Italia, gli esempi più noti sono quelli de L albero azzurro, della Melevisione, di Art Attack e dei tanti programmi del pomeriggio di Rai Tre. Dall estero arrivano invece dei programmi diversi, impostati sull assenza dell uomo e sulla creazione di un mondo parallelo, come i Teletubbies e i Fimbles, entrambi prodotti nel Regno Unito dalla BBC. Con l avvento delle tecnologie digitali, il discorso sull edutainment si è tuttavia spostato essenzialmente dallo schermo della televisione al monitor del computer: l informatica in generale, e il videogioco più nello specifico, hanno aperto ampissimi scenari e nuove possibilità di apprendimento divertente. I videogiochi didattici prendono anche il nome di edugames e fanno parte di una famiglia più ampia, quella dei cosiddetti serious games o giochi seri. Uno dei maggiori ostacoli alla diffusione di questa nuova realtà, è stata senza dubbio la società contemporanea. La nostra cultura è governata infatti da determinati preconcetti che hanno impedito fino ad ora l introduzione di qualsiasi metodologia didattica non convenzionale. Negli ultimi anni però la relazione tra videogioco ed educazione si sta consolidando e sta apportando un graduale cambiamento anche in un ambiente rigido come la scuola. In questo capitolo si analizzerà brevemente la struttura della scuola e il suo difficile rapporto con le nuove tecnologie, si vedrà poi cos è un serious game e in che contesti può 25

essere utilizzato, per poi entrare nello specifico parlando di edugames e degli aspetti pedagogici per cui possono essere considerati uno strumento efficace nella fase di apprendimento. Il capitolo terminerà con la descrizione di alcuni edugames esistenti ritenuti didatticamente validi. 2.1 Scuola 2.0 Finora la scuola è stata strutturata sul libro, si basa quindi su un tipo di apprendimento simbolico-ricostruttivo : la conoscenza da apprendere è formulata in linguaggio verbale, un insieme di simboli a cui assegnare un significato per poi ricostruire le situazioni tramite dei processi mentali; inutile dire che questo approccio è faticoso e stanca. Esso si contrappone a quello percettivo-motorio che è tipico dei bambini ed è basato su cicli ripetuti di percezione-azione, sostanzialmente si impara facendo esperienza; il processo di apprendimento è inconscio, non si compie una particolare fatica né si richiede un particolare sforzo. Le nuove tecnologie stanno mettendo a disposizione di tutti l'ambiente per l'apprendimento percettivo-motorio, il problema sta nell utilizzarle in modo appropriato. In Italia, l introduzione del computer nella scuola e nell attività didattica è avvenuta a partire dalla seconda metà degli anni 80 in seguito alle prime esperienze straniere, ma è mancata fin da subito una visione pedagogica ragionevole del rapporto tra nuove tecnologie e sistemi educativi. La storia delle ICT - Information and Communication Technology, comprende spesso esempi di programmi e piattaforme poco utilizzate, di laboratori di informatica visti come aule speciali poco collegate con l apprendimento vero, quello della pratica didattica di tutti i giorni che avviene ancora sui banchi e sui libri. Negli ultimi anni però molti educatori e poli scolastici hanno aderito a progetti che prevedono l uso dei personal computer, di internet e degli edugames per cercare di stimolare l apprendimento a scuola. Un esempio è rappresentato dal Trentino Alto Adige che, grazie all IPRASE (Istituto Provinciale per la Ricerca, l Aggiornamento e la Sperimentazione Educativi), ente che conduce una sperimentazione basata proprio su software che permettano di apprendere con divertimento, ha messo a disposizione degli alunni trentini parecchio materiale didattico in forma di gioco interattivo. 26

Uno dei progetti sperimentali dell IPRASE (dal 2000 al 2006) è stato il D.A.N.T. (Didattica Assistita dalle Nuove Tecnologie) che si colloca all interno degli interventi a cofinanziamento del Fondo Sociale Figura 2.1 - Imparo giocando Europeo, programma operativo della provincia autonoma di Trento e si occupa della professionalizzazione degli insegnanti sul tema dell'utilizzo delle nuove tecnologie informatiche a supporto della didattica. Un interessante sperimentazione è "Imparo giocando" centrata sui temi giochi e simulazioni al computer per l'apprendimento delle discipline. 2.2 Serious Games I serious games sono una simulazione virtuale interattiva che ha il classico aspetto ludico, quindi interattivi e coinvolgenti, ma con in più una finalità formativa. Essi riproducono situazioni reali nelle quali si ha la necessità di raggiungere un obiettivo mediante l impiego di conoscenze e l attuazione di strategie sperimentando le dinamiche di reazione del sistema rispetto alle azioni del giocatore. Ciò che sta alla base di questi giochi, infatti, è il concetto di learning by doing : interiorizzare qualcosa che si è fatto di persona, quindi attivamente, risulta molto più semplice rispetto all apprendimento di contenuti veicolati durante lezioni frontali. Il fatto di agire in ambito protetto, ovvero il poter simulare una situazione reale tramite un software, riduce la paura del nuovo aumentando la fiducia dell utente nel mettersi in gioco e si aumenta l esperienza pratica. L elemento ludico aumenta il coinvolgimento e permette di agire più spontaneamente, senza sentirsi giudicati. La possibilità di simulare e quindi di poter ripetere l esercizio innumerevoli volte permette di giungere alla totale padronanza della dinamica esplorata, aumentando la serenità con la quale si utilizza lo strumento e con la quale si affronterà la situazione reale. I serious games vengono quindi utilizzati per simulare tutte quelle situazioni in cui si rende necessaria un esperienza diretta per assimilare contenuti e comportamenti; permettono anche di apprendere in modo esperienziale nel caso in cui la realtà non sia a disposizione, si debbano accorciare i tempi o si vogliano ridurre rischi e costi. 27

Essi costituiscono infatti l estensione tecnologica dell esperienza di apprendimento sul campo, ulteriormente arricchita dalla possibilità di ricevere dei feedback da ogni azione intrapresa nello scenario simulato. Ambiti di Applicazione Vediamo un po in dettaglio alcune delle varie applicazioni dei serious games: Simulazione degli effetti di diverse strategie Si simulano strategie di comportamento in situazioni reali o professionali e strategie di comunicazione di prodotto in un processo di marketing. Alcuni esempi sono: decision making, che permette di simulare diversi stili decisionali in situazioni che contengono elementi conflittuali; la gestione delle obiezioni, vale a dire la sperimentazione di svariati modi di aggirare e superare le obiezioni di un eventuale interlocutore e la scelta della strategia comunicativa tramite la quale vengono simulate diverse situazioni in cui la comunicazione, verbale e non, è di importanza strategica. Scopi sociali (social games, eco-games) Campagne di informazione e sensibilizzazione riguardo a temi sociali, umanitari, ambientali, sanitari, culturali. Le finalità principali di una campagna sociale sono l immedesimazione e il coinvolgimento. La causa che viene presentata ai potenziali donatori deve essere quanto più possibile interiorizzata in modo tale che il messaggio comunicato rimanga impresso. Alla semplice sensibilizzazione può essere facilmente affiancata una campagna di raccolta fondi. All interno del gioco viene quindi inserito uno scenario o un link che permettano, a seconda degli strumenti già a disposizione dell associazione di destinare del denaro alla causa promossa. Formazione e governo del business (learning games, edugames, business games) Consistono in esercitazioni pratiche e supporto didattico: consentono di accorciare notevolmente i tempi tra il training e l'applicazione di ciò che si è appreso. Si 28

prestano ad essere utilizzati sia per la formazione professionale iniziale sia per la formazione permanente e l aggiornamento. Essi possono essere impiegati nel percorso formativo integrando la formazione tradizionale. In particolare si possono rivelare utili in tre diversi momenti: nella fase di pre-assessment iniziale delle competenze, per la valutazione dei livelli delle competenze su cui si agirà nel training; durante la formazione vera e propria, come esercitazione, per diversificare la formazione e coinvolgere l utente in una nuova esperienza, permettendo di cimentarsi immediatamente nella pratica di quanto appreso, seppur in un contesto simulato e quindi più protetto; al termine del percorso formativo, per verificare le competenze acquisite e quindi valutare l efficacia della formazione. Promozione e marketing proattivo (advergames) Il potenziale cliente viene coinvolto attraverso giochi promozionali oppure vengono simulati gli effetti sul mercato di diverse strategie, agendo sulle leve di marketing. Utile per promuovere in maniera efficace ed originale un azienda e i suoi prodotti sia online che in occasione di convegni e congressi, in cui il gioco permette di veicolare le informazioni utili per la promozione e l interiorizzazione delle caratteristiche distintive del prodotto, del servizio e per la valorizzazione del brand. All interno del serious game è possibile prevedere e strutturare le situazioni in modo tale che le scelte del cliente forniscano informazioni sulle sue aree d insoddisfazione, sulle sue aspettative, preferenze, orientamenti e comportamenti nonché sulle percezioni e sulla rappresentazione dell oggetto (immagine di prodotto/servizio) e della realtà (immagine aziendale). Supporto a ricerche di mercato Si realizzano sondaggi-gioco innovativi, piacevoli per gli utenti-giocatori. Mediante l inserimento di un serious game nell ambito di una ricerca di mercato online, si può ottenere: 29

un aumento della spontaneità e dell attendibilità delle risposte (l intervistato si sente coinvolto nella situazione); una riduzione dell invasività vissuta (rispetto ad es. ad una indagine telefonica); risultati immediatamente aggregabili e più rapidamente presentabili. 2.3 Edugames I cosiddetti edugames sono quei particolari videogiochi, commerciali o specifici, che vengono utilizzati per scopi didattici e per le nuove metodologie dell'insegnamento. Il videogioco è nato trent anni fa ed è ormai entrato a far parte della nostra cultura. Nel corso di questi anni il comportamento delle persone rispetto a questo nuovo media è mutato ed esso ha subito molte trasformazioni così, da semplice passatempo, è diventato una vera e propria esperienza ludico-interattiva. I videogiochi sono spesso vittime di preconcetti e accusati di esercitare un influenza negativa sulla salute mentale e fisica del giocatore, ma in realtà essi offrono diversi vantaggi didattici impliciti: possono sviluppare competenze cognitive, spaziali e motorie, e contribuire a migliorare le competenze TIC; possono essere usati per insegnare dati di fatto (conoscenza, capacità di ricordare, apprendimento meccanico o memorizzazione), principi (rapporto causa/effetto) e problem-solving complessi, e per accrescere la creatività. I giochi elettronici sono basati sulla premessa che i giocatori devono imparare, memorizzare, collaborare, esplorare od ottenere ulteriori informazioni per progredire nei diversi livelli di gioco. Giocare diventa così sinonimo di apprendimento, e uno dei molti vantaggi dei giochi elettronici è la capacità di permettere ai giocatori di imparare in un ambiente stimolante, nel quale possono commettere degli errori e imparare facendo. Un esperienza simile può aiutarli a capire meglio alcuni concetti che, altrimenti, potrebbero percepire come complicati o noiosi. Una delle principali qualità dei giochi elettronici è la loro capacità di motivare, coinvolgere e avvincere i giocatori. I giochi elettronici comprendono un ampia gamma di 30

stimoli uditivi, tattili, visivi e intellettuali, che li rendono divertenti e, in certi casi, appassionanti fino all assuefazione. La motivazione dei giocatori può essere favorita od ostacolata da molti fattori diversi, come il modo di giocare, la grafica, l interfaccia o il genere di gioco. 2.3.1 Edugames esistenti Gli edugames sono un fenomeno in forte crescita: dopo aver conquistato console come il Nintendo DS e il web, in cui sono nati tantissimi siti che li raccolgono, sono arrivati perfino agli smartphone. Niente di sorprendente per quanto riguarda DS e internet, quello che può stupire è che gli edugames per i più piccini si stanno creando un mercato anche sugli smartphone, almeno per quanto riguarda Android e iphone. Le applicazioni per bambini cominciano a diventare numerose e risultano molto scaricate, questo significa che lo smartphone sta diventando anche uno strumento di intrattenimento per bambini. Sono stati analizzati alcuni degli edugames esistenti su internet, DS, Android e iphone e si riportano di seguito, per ciascuno di essi, due o tre giochi ritenuti didatticamente validi e interessanti. Per quanto riguarda i giochi per DS, non potendoli provare, ci si è basati sulla descrizione delle funzionalità, eventuali video dimostrativi e voti / commenti da parte degli utenti. Edugames su internet BBC Schools Bitesize ( http://www.bbc.co.uk/schools/bitesize/ ) Figura 2.2 - BBC Schools Bitesize BBC Schools Bitesize è un ambiente ludico-didattico suddiviso in diverse categorie: KS1 (per bambini dai 5 ai 7 anni), KS2 (8-11 anni), KS3 (11-14 anni) e GCSE (14-17 anni), più altre sezioni riservate a specifici ordini di scuole del Regno Unito. 31

All'interno di ogni sezione si trovano giochi ed esercizi prevalentemente dedicati alla matematica e all'inglese, ma anche altre attività per le scienze e la storia, sempre proposte in maniera gradevole e stimolante. Rino nella Storia (http://www.pianetascuola.it/risorse/media/primaria/adozionali/rino_storia/start.ht m) Figura 2.3 - Rino nella Storia Rino nella storia è un gioco in cui si possono esplorare alcune civiltà del passato; per ogni civiltà c è un introduzione accompagnata da un video in cui si spiega un po la storia, si ha la possibilità di giocare con le civiltà (aiutare i fenici a costruire la nave, vestire un personaggio con gli abiti tipici di quel popolo, ecc), stamparne la storia, ecc. Arcademic Skill Builders ( http://www.arcademicskillbuilders.com/ ) Figura 2.4 - Arcademic Skill Builders Il sito Arcademic Skill Builders propone una serie di giochi didattici cui accedere gratuitamente on line in modalità multiplayer o come singolo giocatore. Si tratta di giochi arcade in Flash utili per mettere alla prova le capacità aritmetiche di base, le conoscenze geografiche e linguistiche. 32

Edugames per Nintendo DS My Coach (Ubisoft) My Coach comprende una serie di videogiochi realizzati dalla Ubisoft per aiutare le persone a migliorare il proprio vocabolario e la comunicazione verbale in modo divertente. Oltre a vari tipi di esercizi tra cui associazioni di parole e Figura 2.5 - My coach definizioni, è presente anche un vocabolario vero e proprio con oltre 17000 parole. Sono disponibili varie lingue. Brain Training (Nintendo) Figura 2.6 - Brain Training I giochi Brain Training sono molto diffusi sul DS e si ispirano alle teorie del Dr. Kawashima, un neuroscienziato giapponese che sostiene l'utilità di stimolare la mente con semplici esercizi ripetuti nel tempo, proponendo una serie di piccoli e divertenti quiz. La modalità principale di "Brain Training" prevede una serie di esercizi, alcuni disponibili da subito ed altri da sbloccare nel corso dell'allenamento. Gli esercizi sono di vario genere, da semplici operazioni matematiche, a quiz di memoria, passando da letture ad alta voce di testi. Nella maggior parte dei casi il giocatore non deve fare altro che scrivere le sue risposte sul touchscreen di Nintendo DS o, in altre circostanze, rispondere a voce grazie al microfono integrato nella console. Edugames per Android Kids Connect the Dots E il classico gioco in cui unire i punti seguendo un ordine specificato (alfabetico in caso di lettere, crescente o decrescente in caso di numeri) per veder apparire una figura. Aiuta ad imparare l alfabeto e i numeri. 33

Figura 2.7 - Kids Connects the Dots ABCs, Colors, Shapes, Numbers 10 (Five Pumpkins) La compagnia Five Pumpkins ha sviluppato alcune applicazioni che, utilizzando le flash cards, insegnano ai più piccini l alfabeto, i colori, le forme e i numeri. Comprende anche una modalità quiz. Kids Numbers and Math divertenti. Semplice applicazione sulla matematica per aiutare i bambini ad imparare i numeri e a fare semplice addizioni e sottrazioni divertendosi. Scuotendo il telefono si ottengono anche effetti Figura 2.8 - Kids Numbers and Math 34

Edugames per iphone ABC Animals (Critical Matter, Inc.) Insegna ai più piccini a riconoscere (attraverso flash cards), pronunciare e scrivere le lettere dell'alfabeto. Feed Me! (Edutainment Resources, Inc.) Figura 2.9 - ABC Animals Insegna ai bambini di età prescolare a ragionare con colori, forme, numeri e parole: si tratta di rispondere alle buffe richieste del mostro dandogli in pasto la risposta giusta. E disponibile in diverse lingue, compreso l italiano. Figura 2.10 - Feed Me! Audiofiabe (De Agostini Editore) Applicazione che racconta fiabe a più voci con musiche, suoni e immagini. Oltre ad ascoltare una fiaba, infatti, è possibile guardare le immagini e farla proseguire mediante semplici tocchi sullo 35

schermo. Ogni pagina mostra anche il testo e scuotendo l iphone verranno visualizzate varie animazioni (ad esempio le foglie che cadono dagli alberi). Figura 2.11 - Audiofiabe 36

3 Android In questo capitolo si esploreranno le caratteristiche principali della piattaforma Android: architettura di sistema, struttura delle applicazioni, statistiche relative all Android Market e infine si parlerà di App Inventor, un editor visuale appena rilasciato da Google. Android è una piattaforma open source per dispositivi mobili, basata sul sistema operativo Linux. Il processo che ha portato alla luce Android è iniziato nel luglio del 2005 con l acquisizione da parte di Google di una giovane società (Android Inc). L intento di Google non era ancora ufficiale e noto: la società si preparava ad effettuare il suo ingresso nel mercato dei dispositivi mobili. Nel novembre del 2007 viene presentata la Open Handset Alliance, un accordo tra 35 società produttrici di dispositivi mobili, di software e operatori di telefonia mobile, tra cui, oltre la capofila Google, erano presenti: Texas Instruments, HTC, Intel, Motorola, Samsung, T-Mobile, Vodafone, Telecom Italia e Ebay. Lo scopo della Open Handset Alliance (OHA) è quello di sviluppare standard aperti per dispositivi mobili ed in coincidenza con la presentazione dell OHA, viene presentato il primo prodotto sviluppato: Android. 3.1 Architettura OS Il diagramma seguente mostra i componenti principali del sistema Android: Figura 3.1 - Architettura Android OS 37

Applicazioni Android mette a disposizione un insieme di applicazioni di base tra cui un client di posta elettronica, un programma SMS, calendario, mappe, browser, contatti e altro. Tutte le applicazioni sono scritte in linguaggio Java. Framework per applicazioni Fornendo una piattaforma aperta allo sviluppo, Android offre agli sviluppatori la possibilità di creare applicazioni sfruttando l hardware del dispositivo, eseguire servizi in background, impostare allarmi, aggiungere le notifiche alla barra di stato, e molto, molto altro. Essi hanno anche pieno accesso agli stessi framework API utilizzati dalle applicazioni di base. Alla base di ogni applicazione si trova un set di servizi e sistemi, tra cui: Un gruppo ricco ed estensibile di Views (viste) che possono essere usate per costruire un'applicazione; contiene liste, caselle di testo, pulsanti, e addirittura un browser web integrato; Dei Content Providers che permettono alle applicazioni di accedere a dati da altre applicazioni o di condividere i propri dati; Un Resource Manager, che offre l'accesso a risorse esterne al codice come, ad esempio, elementi grafici e file di layout; Un Notification Manager, che permette a tutte le applicazioni di mostrare avvisi personalizzati nella barra di stato Un Activity Manager, che gestisce il ciclo di vita delle applicazioni e fornisce una sorta di cronologia di navigazione. Librerie Android comprende un set di librerie C/C++ utilizzate da varie componenti del sistema di Android. Questi elementi sono presentati allo sviluppatore attraverso il framework per applicazioni di Android. Queste sono alcune delle librerie principali: 38

System C library - un'implementazione BSD-derived della libreria standard C system (libc), disegnata per dispositivi basati su Linux; Media Libraries - basate sull'opencore di PacketVideo; le librerie supportano la riproduzione e la registrazione di molti popolari formati audio e video, compresi file di immagini, inclusi MPEG4, H.264, MP3, AAC, AMR, JPG, e PNG; Surface Manager - gestisce l'accesso al display subsystem e compone layer grafici 2D e 3D da applicazioni multiple; LibWebCore - un motore di browser moderno che fa funzionare sia il browser Android sia la visualizzazione web implementata; SGL - il motore grafico 2D sottostante; 3D libraries - un'implementazione basata su APIs OpenGL ES 1.0; le librerie usano sia accelerazione hardware 3D (quando disponibile) sia quella inclusa, un rasterizer software 3D altamente ottimizzato; FreeType - rendering di bitmap e vector font; SQLite - un motore di database relazionale potente e leggero disponibile per tutte le applicazioni. Runtime Android comprende un set di librerie che forniscono la maggior parte delle funzionalità disponibili nelle librerie di base del linguaggio di programmazione Java. Ogni processo ha una propria virtual machine, la Dalvik, così ogni applicativo vive nel suo spazio isolato e non intacca il funzionamento del resto del software. La virtual machine Dalvik é in grado si eseguire file in formato *.dex, un formato ottimizzato per l esecuzione in memoria creato dal sdk di Android. Basata sul registro, è in grado di eseguire classi compilate da java e trasformate nel linguaggio nativo dal tool dx. DalvikVm è ottimizzata per essere eseguita in istanze multiple e si caratterizza per un utilizzo ottimizzato della memoria e per l isolamento tra le diverse istanze di VM, queste, infatti, risultano protette da eventuali crash di altre applicazioni. Tutto ciò per consentire un'elevata robustezza del sistema e per evitare possibili crash nell'esecuzione. Quando un 39

utente apre diversi programmi Android provvede a "saltare" da un programma ad un altro e a cancellare i programmi non più necessari salvandone lo stato. Kernel Linux Android si appoggia sulla versione 2.6 di Linux per servizi del sistema centrale come sicurezza, gestione della memoria, esecuzione, network stack, e driver model. Il kernel funziona anche da abstraction layer tra l'hardware e il resto del software. 3.2 Struttura Applicazioni La caratteristica principale di Android è il riutilizzo dei componenti: un applicazione può utilizzare elementi di altre applicazioni, ammesso che queste lo permettano. Per fare questo il sistema deve essere in grado di avviare un processo di un altra applicazione nel momento in cui sia necessario accedere ad una parte di esso e istanzia gli oggetti Java richiesti. Le applicazioni Android hanno quattro componenti essenziali: Activity Un Activity è il componente fondamentale attraverso il quale un applicazione interagisce con l utente, potremmo considerarla una singola schermata di un applicazione. Ogni Activity è implementata come una classe singola che estende la classe di base Activity e presenterà un'interfaccia utente composta di Views. La maggior parte delle applicazioni sono composte da schermate multiple che sono gestite tramite l'activity history stack, una sorta di pila FIFO (First In First Out) che consente all utente la navigazione tra esse. Services Un Service è un codice di lunga vita che gira senza un interfaccia grafica, ma spesso viene eseguito in background per un indefinito periodo di tempo. Un esempio di Service è un applicazione tipo Media Player: una o più Activities permetteranno all'utente di scegliere le canzoni e iniziare ad ascoltarle, tuttavia, la riproduzione della musica non dovrebbe essere gestita da un'activity, poiché 40

l'utente si aspetterà di continuare a sentire le canzoni anche quando naviga su un'altra schermata. In questo caso, l'activity Media Player può avviare un Service, in modo che possa essere eseguita in background e la musica continui. Come per Activity e altri componenti, i Services vengono eseguiti nel thread principale del processo dell applicazione, in modo che non blocchino altri componenti. Broadcast Receivers Un Broadcast Receiver è un componente che non effettua operazioni ma riceve e reagisce a comunicazioni broadcast. Alcuni broadcast hanno origine nel codice di sistema (batteria scarica, una fotografia è stata scattata, ecc), altri possono aver origine da applicazioni (potrebbe essere necessario far sapere ad un applicazione quando dei dati richiesti sono stati scaricati e quindi pronti per l uso). I Broadcast Receivers non hanno un interfaccia grafica, tuttavia possono eseguire un Activity in risposta ad informazioni ricevute o interagire con l utente attraverso notifiche. Content Providers Un Content Provider è una classe che implementa un set standard di metodi che permettono ad altre applicazioni di immagazzinare e recuperare il tipo di dati che è gestito dallo stesso. Tuttavia, le applicazioni non chiamano direttamente questi metodi, spesso si servono di un Content Resolver, un componente che può comunicare con tutti i Content Providers e collabora con essi per gestire tutte le comunicazioni tra i processi coinvolti. Intents e Intent Filters Gli Intents sono messaggi asincroni che attivano Activities, Services e Broadcast Receivers, essi descrivono cosa un'applicazione vuole che venga eseguito. L Intent stesso è una struttura dati passiva che contiene una descrizione astratta di un operazione che deve essere eseguita o, come spesso nel caso di broadcasts, una descrizione di qualcosa che è successo e sta per essere comunicato. 41

Android usa questa classe per spostarsi da schermata a schermata. Esiste anche una classe collegata chiamata Intent Filter. Mentre un Intent è effettivamente una richiesta di fare qualcosa, un Intent Filter è una descrizione di quanti Intent / Intent Receiver un'activity è capace di gestire. Android Manifest Tutti i componenti descritti sopra, qualora presenti nell applicazione, devono essere dichiarati nell AndroidManifest. AndroidManifest.xml è un file necessario per ogni applicazione Android, si trova nella cartella principale dell'applicazione e viene utilizzato per: descrivere i componenti dell applicazione (Activities, Services e Broadcast Receivers) e il modo in cui devono essere eseguiti determinare quale processo ospiterà i componenti dell applicazione dichiarare eventuali permessi dell applicazione per interagire con altre applicazioni o per poter accedere a parti protette delle API dichiarare il livello minimo delle API Android richiesto dall applicazione <?xml version="1.0" encoding="utf-8"?> <manifest... > <application... > <activity android:name="com.example.project.freneticactivity" android:icon="@drawable/small_pic.png" android:label="@string/freneticlabel"... > </activity>... </application> </manifest> Activity Lifecycle Le risorse di calcolo di uno smartphone sono modeste, quindi non è possibile mantenere attivi o in background troppi programmi simultaneamente. Per questo Android consente l esecuzione simultanea di più attività, ma queste possono occupare il display soltanto una alla volta. 42

L attività che occupa il display è in esecuzione ed interagisce direttamente con l utente, mentre le altre sono ibernate e tenute nascoste in background, in modo da ridurre al minimo il consumo delle risorse di calcolo. L utente, naturalmente, può ripristinare un attività ibernata e riprenderla da dove l aveva interrotta, riportandola in primo piano. L attività dalla quale si sta allontanando, invece, sarà ibernata e mandata in background al posto di quella ripristinata. In Android il concetto di chiusura delle attività è secondario e tenuto nascosto all utente, il quale non può terminarle, a meno che il codice dell applicazione non implementi questa funzione. La distruzione, solitamente, è gestita direttamente dal sistema e avviene in due casi: l attività è ibernata ed il sistema, arbitrariamente, decide che non è più utile e perciò la distrugge; il sistema è a corto di memoria e per recuperare spazio termina le attività in background. Esistono poi dei task manager di terze parti che permettono di terminare le attività in background, ma non sono previsti nel sistema di base. I differenti passaggi di stato di un attività attraversano alcuni metodi della classe Activity che si possono ridefinire per intercettare gli eventi desiderati. oncreate(bundle): e' richiamato quando l'activity viene avviata per la prima volta. Il metodo accetta un parametro che può essere nullo, oppure può ritornare le informazioni salvate precedentemente con il metodo onsaveinstancestate( ); onstart( ): indica che l'activity sta per essere visualizzata; onresume( ): richiamato quando l'activity comincia ad interagire con l'utente; Figura 3.2 - Activity lifecycle 43

onpause( ): viene richiamato quando l'activity sta per andare in background, normalmente perche e' stata avviata un'altra Activity che si prepara a prendere il foreground. In questo metodo conviene salvare tutti i dati; onstop( ): richiamato quando l'activity non è più visibile all'utente. onrestart( ): se e' richiamato, significa che l'activity sta per essere ridisegnata; ondestroy(): richiamato giusto prima che l'activity venga distrutta; onsaveinstancestate(bundle): Android invoca questo metodo per salvare alcune informazioni di stato dell'activity. Normalmente non serve eseguire l'override di questo metodo, perché Android salva per noi queste informazioni di stato aggiuntive; onrestoreinstancestate(bundle): richiamato solo se alcuni stati dell'activity sono precedentemente stati salvati con onsaveinstancestate. Back e Home key Il pulsante back, di default, non fa altro che uscire dall attività corrente per ripristinare l attività precedente, ovvero l ultima schermata con cui l utente ha interagito. Uscire dall applicazione corrente non significa distruggere l Activity, essa termina la sua esecuzione, ma continua a rimanere in memoria fino a quando il sistema necessiterà di più memoria e solo allora la terminerà. E possibile ridefinire il pulsante, ma non è consigliabile stravolgerne il comportamento anche per non disorientare gli utenti. Un pulsante che invece non può essere ridefinito è home, la cui pressione provoca l uscita dall applicazione, che viene messa in pausa ma non terminata, e la visualizzazione della schermata principale (home); questo pulsante combinato con il metodo onsaveinstancestate() permette all utente di riprendere l attività dal punto in cui l avevano lasciata. 3.3 Statistiche Android Market AndroLib (www.androlib.com) è un sito web dedicato interamente al mondo Android, in particolar modo alle applicazioni presenti sull Android Market. Esso riporta, per ogni applicazione presente, rating, commenti degli utenti e numero di downloads, oltre ad una serie di statistiche sempre aggiornate. Secondo i dati riportati, le applicazioni Android attualmente (aggiornate al 26 agosto 2010) presenti nell Android Market sono 94606. Le statistiche più interessanti dicono che: 44

la maggior parte delle applicazioni (48.7%) ha registrato meno di 50 downloads, mentre solo una piccolissima parte (0.7%) ha superato i 250000 downloads. Figura 3.3 - Application downloads la maggior parte delle valutazioni date dagli utenti alle applicazioni sono positive o molto positive (59.6%), anche se poi spicca un 28.1% di applicazioni ritenute scadenti; Figura 3.4 - Rating applications 45

la maggior parte delle applicazioni (63.9%) è scaricabile gratuitamente; Figura 3.5 - Free and paid applications solo una piccolissima parte delle applicazioni sono giochi (12.5%); Figura 3.6 - Applications and games 46