La Danza dei Bit

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, 3 – 56127 Pisa
{chiara,grossi,lagana}@di.unipi.it
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 978-88-8443-277-3
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
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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).
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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
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[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 e-mail 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.
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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.
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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, 85107, 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 F4
0008484389, Università di Pisa, 2007.
[Logo] http://el.media.mit.edu/Logo-foundation/pubs/authorindex.html.
[NetLogo] http://ccl.northwestern.edu/netlogo/
[Papert, 1993] Mindstorms: Children, Computers, And Powerful Ideas, Basic Books,
New York, 1993.
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DIDAMATICA 2009
[Resnick, 1991] Resnick M., Turtles, Termites, and Traffic Jams: Explorations in
Massively Parallel Microworlds (Complex Adaptive Systems) MIT Press, Cambridge,
Massachusettts, 1991.
[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, 1999.
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