Università della Calabria Finanziamento di progetti di ricerca “Giovani ricercatori” (D.R. n. 227 – 13/02/2006)
PROGETTO DI RICERCA
Proponente:
Membri del gruppo di ricerca:
Titolo:
Firma del Direttore del Dipartimento di Linguistica:
Dr. Elvira Di Bianco
Dr. Gianpiero Di Blasi Dott. Gianfranco Campolongo Dott.ssa Michela Ponticorvo
MODELLI E TECNOLOGIE PER LA SPETTACOLARIZZAZIONE DELLA DIDATTICA
Prof. Roberto Guarasci
PROGETTO DI RICERCA
Soggetto proponente:
Elvira Di Bianco
Membri del gruppo di ricerca:
Gianpiero Di Blasi Gianfranco Campolongo Michela Ponticorvo
Durata del progetto:
24 mesi
Titolo della ricerca:
MODELLI E TECNOLOGIE PER LA SPETTACOLARIZZAZIONE DELLA DIDATTICA
BASE DI PARTENZA SCIENTIFICA
Nel maggio 1996 il Consiglio Europeo dei Ministri dell’Istruzione ha avviato, su proposta della Commissione, una risoluzione relativa al software educativo e multimediale nell’educazione e nella formazione e, successivamente, nel settembre 1997 propone agli stati membri di: -
sviluppare o continuare le azioni nei settori della ricerca, della sperimentazione, della valutazione e dell'impiego delle nuove tecnologie dell'informazione e della comunicazione nei sistemi educativi e di formazione, nella prospettiva di un adeguamento ad esigenze e metodi pedagogici che tengano pienamente conto del ruolo degli insegnanti, della valorizzazione del ruolo attivo e cooperativo di allievi e studenti, dell'individualizzazione dell'apprendimento, degli approcci interdisciplinari ...;
-
incoraggiare azioni di ricerca sui prodotti e i processi di apprendimento ... nonché la creazione e la progettazione di software educativo multimediale ... .
Attraverso queste due normative a livello europeo si prende coscienza che grandi cambiamenti si stanno verificando nel modo in cui gli individui creano, conservano e trasmettono informazioni oltre che nei modi di comunicare, di conseguenza i sistemi d’istruzione e di formazione sono tenuti a tenere conto di queste evoluzioni per definire un nuovo sistema educativo. Gli ambienti tecnologici per l’apprendimento sono nati per migliorare le basi biologiche dell’apprendimento. Le tecnologie dell'educazione riguardano lo sviluppo, l’applicazione e la valutazione di sistemi, tecniche e ausili che migliorano il processo dell'apprendimento umano [3].
Questo nuovo settore si sviluppò con estrema rapidità, soprattutto nel mondo anglosassone, dove fu identificato con il termine di Educational Technology. Negli anni '60 i “tecnologi dell'educazione” non avevano una chiara ed individuata professionalità, coloro i quali cominciarono a lavorare in questo settore erano dei produttori di audio-visivi che, in qualche modo, consigliavano e supportavano gli insegnanti nel loro compito. Le tecnologie educative non sono una singola tecnologia ma piuttosto una complessa combinazione di hardware e software (codici di computer, testi, grafica, audio o video).
PROGRAMMA DELLA RICERCA
Il nostro progetto di ricerca si propone di studiare nuovi modelli e tecnologie per la didattica. Il programma di ricerca si compone di tre unità:
applicazioni creative dell’utilizzo della scienza delle reti in musica;
realtà virtuale e computer grafica nella spettacolarizzazione della didattica;
prototipi di Artificial Life e intrattenimento culturale;
Applicazioni creative dell’utilizzo della scienza delle reti in musica La scienza delle reti è una disciplina molto giovane che ha rapidamente influenzato molti settori della ricerca scientifica. Lo studio delle proprietà topologiche e statistiche delle reti ha recentemente trovato applicazioni in medicina, biologia, informatica, economia ecc [1, 2, 4, 18]. Anche settori come l’arte e la musica hanno potuto beneficiare dell’apporto di questa scienza, usando le reti come strumento per la rappresentazione, l’analisi e la creazione di melodie. La musica, come ipotizzato da Olivier Lartillot [12] può essere pensata come una rete in cui le singole note sono rappresentate da nodi di un grafo e gli archi rappresentano le connessioni tra note. Questo tipo di ricerche si sono dimostrate fruttuose allorché la formalizzazione di strutture musicali attraverso configurazioni reticolari ha dato la possibilità al musicista di indagare la relazione tra dati uditivi, grafici e numerici. In particolare l’uso di grafi ha consentito modalità di visualizzazione del tutto inedite, capaci di rappresentare in un unico grafico l’intera composizione musicale ponendo l’accento sull’interplay tra le note e mostrando in modo estremamente immediato la complessa trama di interazioni prodotta in un determinato brano musicale. L’analisi di tali reti ha dato al compositore e al musicologo la possibilità di comprendere in modo rigoroso e attraverso dati numerici le differenze strutturali esistenti tra composizioni di diversi autori. Oltre alle possibilità analitiche appena descritte l’applicazione delle reti in musica ha fornito possibilità creative del tutto inedite, ad esempio ha consentito lo sviluppo di softwares che
sfruttando le connessioni tra intervalli evidenziate della rete permettono di creare scale musicali e melodie. Le reti possono inoltre avere un impiego didattico, ad esempio possono aiutare utenti non esperti a comprendere meglio alcuni concetti musicali come ad esempio quello di intervallo melodico. Le rappresentazioni grafiche di concetti astratti o talvolta assai difficili da formalizzare possono essere un valido aiuto per la comprensione di nozioni difficili e meno immediate. Esempi in tal senso sono le “Interconnected Musical Networks” di Weinberg [19] e il software SWAP -Small World Analyser and Player [8, 9]. Le reti interconnesse sono un esempio di struttura interattiva in cui singoli elementi situati ai vertici del grafo si influenzano reciprocamente producendo performances musicali basate sullo scambio di informazioni tra gli elementi della rete. I vari esecutori variando indipendentemente gli elementi della composizione (pitch, ritmo, frequenza ecc.) collaborano al risultato finale dando vita a creazioni estemporanee. La cooperazione tra musicisti (anche a grandi distanze) oltre a consentire l’emergere di performance originali e impressionanti, favorisce l’apprendimento di nozioni musicali e aiuta gli utenti a mettere in pratica, in una forma compartecipativa quanto appreso. Analogamente SWAP sfrutta le reti per modellizzare composizioni musicali in formato MIDI sotto forma di reti permettendo all’utente di estrarre informazioni numeriche sulla struttura del grafo. Questo tipo di approccio, oltre a favorire l’apprendimento, può essere impiegato per generare applicazioni per la spettacolarizzazione e la divulgazione scientifica nonché per la creazione di programmi didattici. Ad esempio applicazioni in cui l’utente interagendo liberamente con i nodi della rete, modifica i percorsi al suo interno producendo melodie e al contempo apprendendo informazioni utili sulla musica.
Realtà virtuale e computer grafica nella spettacolarizzazione della didattica La Realtà Virtuale (VR), ed in generale la Computer Grafica (CG), è stata per molti anni una tecnologia relegata a scopi scientifici e di ricerca applicata. Solo a partire dagli anni ’90 la VR viene usata e fruita dalle masse, improvvisamente i sistemi di VR sono diventati sempre più economicamente accessibili ai ricercatori ed agli sviluppatori anche al di fuori dei classici contesti scientifici [5]. Poco è stato invece fatto nel campo della didattica ed in particolare nella ricerca di nuovi metodi e modelli d’insegnamento che permettano di sfruttare il potenziale messo a disposizione dalla VR per “spettacolarizzare” la presentazione di importanti concetti didattico/culturali nel tentativo di renderli più appetibili e fruibili a tutti.
Questa unità di ricerca si pone come obiettivo lo sviluppo di un insieme di applicativi software che aiutino il docente all’esposizione di concetti attraverso un ambiente virtuale in cui degli attori cibernetici (avatar) coadiuvano il docente stesso nella spiegazione [10]. Gli attori possono essere totalmente inventati oppure possono riprodurre i volti e le sembianze di personaggi storici famosi. Ad esempio se si volesse spiegare la legge della gravitazione universale si potrebbe usare un avatar che riproduca il volto di Isaac Newton; allo stesso modo se si volesse presentare il Dialogo sui massimi sistemi sarebbe spettacolare permettere allo stesso Galileo (o meglio ad un suo avatar digitale) di recitare in prima persona alcuni passi del suo trattato. Ovviamente è possibile immaginare molti altri esempi in differenti contesti culturali e didattici: nel campo della storia dell’arte si potrebbe pensare agli avatar di Leonardo da Vinci e di Michelangelo che spiegano i loro quadri ed affreschi, mettendo in evidenza le differenti tecniche utilizzate ed instaurando una sorta di “dibattito virtuale”. Un altro esempio interessante potrebbe essere la riproduzione virtuale dell’affresco “La Scuola di Atene” di Raffaello; in questo caso si potrebbe immaginare di realizzare un intero corso di Storia della Filosofia in cui in ogni lezione si dà vita ad uno o più filosofi dell’affresco permettendogli di esporre le proprie teorie. A questa prima parte di ricerca, in cui delle “maschere” si affiancano al docente nella docenza “parlata”, si affianca una seconda parte in cui CG e VR vengono usate per migliorare la comprensione dei concetti esposti dal docente attraverso la presentazione tridimensionale “dal vivo” dei concetti stessi. Si supponga ad esempio di voler presentare alcuni esperimenti classici della fisica newtoniana quali la caduta dei gravi, il moto rettilineo o le tre leggi della dinamica, in tal caso le maschere parlanti potrebbero presentare delle simulazioni degli esperimenti che rendano più chiaro e comprensibile i concetti teorici. Il grande vantaggio che l’insegnamento tramite CG e VR dà rispetto alla didattica classica è quello di permettere la presentazione di esperimenti materialmente impossibili ma incredibilmente spettacolari ed accattivanti se riprodotti virtualmente al computer. Ancora è possibile pensare all’utilizzo delle tecnologie virtuali nel campo umanistico e dei beni culturali in particolare, per la presentazione di beni ormai distrutti, come le antiche città greche e romane [6, 7], o di beni difficilmente raggiungibili e fruibili, o semplicemente di beni difficilmente “ammirabili”. Si pensi ad esempio al David di Michelangelo a stento osservabile in ogni suo dettaglio a causa delle notevoli dimensioni, proprio di recente grazie ad una scansione 3D dell’intera statua ed ad una sua riproduzione virtuale al computer è stato scoperto che gli occhi della statua sono “strabici”.
Prototipi di Artificial Life e intrattenimento culturale La Vita Artificiale [11] in inglese Artificial Life, è una disciplina scientifica che ha l’obiettivo di studiare la vita degli organismi ed il loro comportamento riproducendoli mediante artefatti come simulazioni, robot autonomi, wet-ware. Essa studia la “biologia del possibile”, le forme di vita ipotizzabili, ma non reali, attraverso l’utilizzo di tecniche computazionali innovative quali le reti neurali artificiali [17], gli algoritmi genetici [15] e gli automi cellulari [20] costituendo quindi uno strumento di grande efficacia e potenza modellistica per superare l’ottica ottimizzatrice di stampo ingegneristico a favore di un adattamento “bio-simile”. La Vita Artificiale permette quindi di studiare, per mezzo delle simulazioni al computer, i vari aspetti della vita, da quelli psicologici a quelli comportamentali, da quelli genetici a quelli sociali. In generale, una simulazione è una teoria dei meccanismi, dei processi e dei fattori sottostanti a certi fenomeni, tradotta in un programma per computer [13, 16]. In pratica, con una simulazione noi produciamo dei meccanismi e dei processi sotto forma di programma, ed osserviamo sul monitor del computer (o in un altro sistema fisico controllato dal programma, ad esempio un robot) i fenomeni cui essi danno vita, confrontandoli con quelli che vogliamo studiare. La simulazione, dunque, non è semplicemente una rappresentazione della realtà perché essa non riproduce solamente il modo in cui i fenomeni appaiono, ma anche i meccanismi ed i processi che ne sono alla base. Questa loro caratteristica fa sì che sia possibile utilizzare le simulazioni di Vita Artificiale come dei laboratori virtuali, che si pongono a complemento di altre modalità didattiche quali l’apprendimento per prove ed errori, la ricerca in archivi bibliografici o telematici, e la lezione frontale. In questa unità di ricerca proponiamo di utilizzare un prototipo realizzato grazie alla collaborazione tra i ricercatori dell’Istituto di Scienze e Tecnologie della Cognizione di Roma e del Dipartimento di Scienze Relazionali dell’Università di Napoli “Federico II” in un contesto di didattica spettacolarizzata. Il sistema che presentiamo è stato pensato per supportare processi formativi relativi all’evoluzione biologica in soggetti di diverse età e può diventare, come è già accaduto in occasione di manifestazione di rilievo nazionale, quali Futuro Remoto a Napoli e il Festival della Scienza di Genova, un momento nel quale alla formazione si affianca un proficuo intrattenimento culturale. Questo prototipo, BreedBot [14] è stato pensato, progettato e realizzato come un laboratorio. BreedBot è un sistema integrato Hardware/Software che consente ad una persona priva di qualsiasi conoscenza tecnico/informatica di poter allevare una piccola popolazione di robot. L’efficienza di BreedBot come strumento didattico è stata verificata mediante uno studio pilota in cui venivano
osservati due gruppi di studenti liceali impegnati nell’apprendimento della biologia evoluzionistica. Per entrambi i gruppi era prevista una normale lezione seguita da una sessione multimediale, in cui veniva usato un software di apprendimento. Il gruppo di controllo utilizzava un ipertesto multimediale, mentre il gruppo sperimentale il software BreedBot. I risultati hanno mostrato una significativa differenza tra i due gruppi dopo la sessione multimediale, mentre prima e dopo la lezione frontale i due gruppi avevano lo stesso livello di conoscenza. Questa prima esperienza potrebbe essere replicata all’interno di un’esibizione con scopi ludico-didattici. La Vita Artificiale sta ricevendo sempre maggiori consensi come disciplina scientifica e può rappresentare, a nostro avviso, anche una potente e innovativa via per lo sviluppo di sistemi di apprendimento. Attraverso strumenti quali BreedBot siamo in grado di costruire dei veri e propri laboratori virtuali con cui poter osservare e manipolare disparati fenomeni naturali. In generale, un laboratorio virtuale è un sistema informatico che ricostruisce un pezzo di realtà, con il quale l’utente può interagire modificando alcune componenti e osservando i risultati delle sue manipolazioni nella dinamica del sistema stesso. Tali laboratori, inoltre, quando usati per scopo didattico e divulgativo devono possedere inoltre una semplice ed accattivante interfaccia grafica, semplice da utilizzare e tale da non richiedere all’utente alcuna conoscenza informatica specifica. BreedBot è stato costruito con un obiettivo esclusivamente educativo e, in esso, è nascosta la sofisticazione matematica che sta alla base, in modo da costituire un utile strumento di didattica spettacolarizzata.
BIBLIOGRAFIA
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6. Battiato, S., Bertacchini, P.A., Bilotta, E., Di Blasi, G., Gallo, G., Pantano, P. (2005). “3D Facial Animation for Virtual Theatre”. Proceedings of the EMPG2005 (European Mathematical Psychology Group Meeting) conference, Padua, Italy 7. Bertacchini, P. A., Bilotta E., Di Bianco E., Di Blasi G., Pantano P. (2006). "Virtual Museum Net". Springer LNCS (Lecture Notes in Computer Science). In press 8. Campolongo G., Vena S. (2005) “Complessità e Musica. Analisi e Generazione di Melodie con Reti Small-World”. Proceedings of the Conference Mathematics, Art and Cultural Industry Cetraro (CS) May 19-21. 9. Campolongo G., Vena S. (2005). “Analysing and Creating Music through Small-World Networks”. Accepted for the V International Conference Understanding and Creating Music, Seconda Università di Napoli, Caserta November 27-30 10. Kline, C., Blumberg, B. (1999). “The Art and Science of Synthetic Character Design”. In Proceeding of the AISB (Symposium On AI Creativity in Entertainment and Visual Art), Edinburgh, Scotland. 11. Langton, C.G. (1989). Artificial Life. Addison Wesley, Reading (MA). 12. Lartillot O. (2002). “Generalized Musical Pattern Discovery by Analogy from Local Viewpoints”. Discovery Science. 5th International Conference, DS 2002, Lübeck, Germany, November 24-26, 2002, Proceedings, ed. Steffen Lange, Ken Satoh, Carl H. Smith (SpringerVerlag, Heidelberg). 13. Miglino, O., Cardaci, M., Pagliarini, L. (2000). “Capire la Realtà Simulandola”. Sistemi Intelligenti, XII, 3, pag. 471-482. 14. Miglino, O., Gigliotta, O. (2002). “Allevare robot con Breedbot”. Atti del Congresso Nazionale della Sezione di Psicologia sperimentale dell'Associazione Italiana di Psicologia, pag. 400-402, Bellaria-Rimini. 15. Mitchell, M. (1996). An Introduction to Genetic Algorithms. The MIT Press, Cambridge (MA). 16. Parisi, D. (2001). Simulazioni. La realtà rifatta nel computer. Il Mulino, Bologna. 17. Rumelhart, D., McClelland, J. (1986). Parallel Distributed Processing: Explorations in the Microstructure of Cognition. The MIT Press, Cambridge (MA). 18. Watts, D. J., Strogatz, S. H. (1998). “Collective dynamics of «small-world» networks”. Nature, vol. 393, pp. 440-442. 19. Weinberg, G. (2005). “Interconnected Musical Networks: Toward a Theoretical Framework”. Computer Music Journal, vol. 29:2, pp. 23-39, MIT Press. 20. Wolfram, S. (1994). Cellular automata and complexity. Addison Wesley, Reading (MA).
PROGETTO DI RICERCA
Soggetto proponente:
Elvira Di Bianco
Membri del gruppo di ricerca:
Gianpiero Di Blasi Gianfranco Campolongo Michela Ponticorvo
Durata del progetto:
24 mesi
Titolo della ricerca:
MODELLI E TECNOLOGIE PER LA SPETTACOLARIZZAZIONE DELLA DIDATTICA
PIANO DI SPESA
PARTECIPAZIONI A CONVEGNI, MEETING E MISSIONI
2.166,66 Euro
MATERIALE INVENTARIABILE (STRUMENTI, ATTREZZATURE)
2.000 Euro
TOTALE
4.166,66 Euro
