Vespucci II
Projects
Resources
People
Search
Mail

Editori esperti di situazioni dinamiche relative a temi didattici specifici

Tra gli obiettivi principali delle tecniche informatiche applicate alla didattica si colloca la realizzazione di prodotti che costituiscano: Tali obiettivi da raggiungere presentano un importante aspetto in comune: si tratta della capacità, da parte dei docenti ma anche da parte degli allievi, di preparare, aggiornare e gestire rapidamente e efficacemente esempi ed esercizi che riguardino la materia alla quale si è interessati. Si tratterebbe in sostanza di creare e gestire situazioni riguardanti la materia in questione in modo che essere possano essere studiate, prese a esempio, modificate, completate etc., sia da parte del docente che da parte degli allievi. Questa possibilità può risultare basica per la preparazione delle lezioni, delle esercitazioni in aula, dei temi di approfondimento personale per gli allievi, etc.

Recenti esperienze, sviluppate anche all'Accademia Navale nell'ambito del progetto denominato "Vespucci II" durante il periodo 97/98, hanno suggerito che l'uso di metodi multimediali con animazioni, ma più in generale con l'introduzione di una buona dinamicità delle situazioni riprodotte, possono essere di grande importanza al fine di ottenere un adeguato effetto, anche psicologico, nei confronti dell'allievo.

La realizzazione di buone riproduzioni di scenari attinenti le possibili materie di insegnamento sono tuttavia al momento relativamente costose. In particolare l'introduzione di animazioni e aspetti dinamici, adeguatamente arricchite da notazioni e commenti ben integrati nella dinamicità delle situazioni, non è immediata. Si arriva allora a intuire che una vera soluzione al problema di cui sopra passa attraverso la realizzazione di veri e propri editori di esercizi, anzi meglio, di editori di situazioni attinenti alla materia in questione.

Pur ipotizzando che certe tecniche editoriali di base possano essere impiegate anche al variare della materia di insegnamento, si immagina che certe caratteristiche e capacità dell'editore di situazioni dovranno dipendere dalla materia stessa. In particolare, si intuisce che la tipologia e il contenuto delle esperienze e degli strumenti da sfruttare varia fortemente al cambiare della materia. Si conclude allora che un editore di situazioni, orientato a una certa materia di insegnamento, sarà veramente efficace solo se in esso saranno integrati strumenti operativi e esperienze caratteristiche della materia medesima.

Per esemplificare, in un editori di esercizi per la Matematica potrà essere integrato un sistema matematico del tipo MatLab. Analogamente, in un editore di esercizi su una materia di carattere economico potrà essere integrato un sistema capace di trattare modelli matematici di previsione di mercato. Passando poi alla considerazione di esperienze e conoscenze riguardanti la materia, un semplice esempio per la Fisica può riguardare la capacità di controllare la correttezza delle unità di misura, magari anche in relazione al tipo di problema fisico che si studia. Per la Matematica si può per esempio pensare alla capacità di valutare quanto il grafico di una funzione, tracciato dall'allievo, si discosta da quello della derivata di una funzione, data all'origine come spunto di esercizio.

Si arriva perciò alla idea che un editore di esercizi relativi a una determinata materia di insegnamento, potrà diventare veramente efficace se sarà concepito e realizzato come un editore esperto di situazioni relative alla materia

L'introduzione di esperienze e conoscenze, relative a un campo specifico, in un sistema informatico non è operazione di poca difficoltà. Le difficoltà crescono evidentemente quando il settore cui siamo interessati si allarga o si arricchisce dal punto di vista concettuale. La realizzazione di un prototipo sul tema degli editori esperti per la didattica dovrà perciò considerare un tema che sia:

Il tema individuato in questa proposta sembra presentare esattamente questo compromesso tra ricchezza e estensione concettuale. Si propone infatti di realizzare un editore esperto di situazioni di navigazione e di regata, con specifico interesse alle regole per evitare gli abbordi in mare e alle regole di regata. Il corpo principale di dette regole ha una dimensione trattabile, in quanto le regole basiche possono essere riassunte in 5 o 6 pagine. Le regole medesime si poggiano però su concetti non banali, come per esempio il "tenersi discosti" o il "dare spazio" , tipiche delle regole di regata.

La ricerca e la sperimentazione potranno sfruttare le esperienze già fatte, sullo stesso tema, nell'ambito del progetto denominato " Vespucci II " presso L'accademia Navale nel periodo 97/98. Tali attività hanno dato luogo a un prodotto multimediale per l'insegnamento delle regole di navigazione e di regata. In tale prodotto è integrato un "movimentatore di imbarcazioni" capace di tenere in moto le imbarcazioni in modo assai realistico, anche nel caso di barche a vela.

Tale movimentatore non è riuscito a raggiungere una vera veste di editore di situazioni di navigazione, anche se è stato efficacemente usato per realizzare molti esempi illustrativi delle regole. Diciamo, per la precisione, che sono state le difficoltà incontrate nell'uso di questo movimentatore di imbarcazioni a suggerire molte delle osservazioni precedenti e, in particolare, a suggerire con chiarezza l'idea di editore esperto di situazioni (anche dinamicamente intese) attinenti a una certa materia.

Il sistema sarà costituito da due componenti principali:

Il primo componente permetterà di creare e definire situazioni dove una o più imbarcazioni si muovono in condizioni di ambiente specificate. Tali situazioni, una volta create, potranno essere riviste, aggiornate, combinate, così come i testi scritti possono essere gestiti per esempio dall'editore Word. Evidentemente, già in quest'editore saranno presenti conoscenze riguardanti il movimento delle imbarcazioni. Per esempio, l'attuale movimentatore di imbarcazioni è in grado di effettuare virate con barche a vela, con effetti realistici sulla diminuzione di velocità quando la barca va al vento. In particolare, molto realisticamente, la virata "non riesce" se la velocità iniziale non è sufficiente. Tuttavia, questo primo componente non conterrà specificamente codifiche di regole per evitare gli abbordi né di quelle di regata.

La conoscenza relativa alle regole verrà invece introdotta nel secondo componente del sistema, che ne costituirà la parte veramente esperta. La parte esperta del sistema verrà sfruttata per dare notifiche di vario genere durante il movimento delle imbarcazioni. Si segnalerà tipicamente che una certa regola diventa applicabile e che una certa regola è stata violata.

La parte esperta risulterà poi preziosa nella preparazione delle situazioni di navigazione intese come esempi e esercizi. Il sistema potrà infatti suggerire o inserire automaticamente commenti e notazioni a ciò che sta avvenendo. L'inserimento di commenti adeguati alle situazioni dinamiche, come ha messo in luce l'esperienza già fatta, è una attività di costo relativamente alto. Il fatto che il sistema sia capace di suggerire commenti specifici potrà risultare di notevole alleggerimento per il docente, oltre a portare una prevedibile buona omogeneità tipologica e qualitativa del materiale didattico prodotto.

È convinzione dei proponenti, che il prodotto sopra delineato possa risultare utile immediatamente per la didattica all'interno dell'Accademia Navale, possa essere ceduto a altri enti didattici della Marina, come pure dato eventualmente in uso a enti sportivi associati alla FIV o al CONI. E' d'altronde convinzione che l'esito della sperimentazione darà suggerimenti preziosi per l'applicazione di tecniche analoghe nell'ambito di altre materie di insegnamento, magari con maggiori contenuti concettuali e/o scientifico-metodologici.

 

Allegato tecnico

Obiettivo

Realizzazione di un prototipo di editore esperto di situazioni dinamiche per il dominio delle situazioni di navigazione e di regata. Il prototipo sarà corredato da una serie di esempi significativi di scenari già realizzati e dotato di una guida per l'utilizzo, che consentirà ai docenti e agli studenti di realizzare e sperimentare nuove situazioni.

Sarà prodotto anche un documento tecnico che descriverà come lo strumento realizzato possa essere adattato a domini didattici diversi (guida allo sviluppatore di specifici editori di situazioni dinamiche). Un obiettivo legato a questo progetto è l'avanzamento dello stato dell'arte nell'ambito delle tecnologie didattiche e della costruzione di sistemi esperti "ibridi" e la diffusione a livello internazionale dei risultati.

Metodologia nella realizzazione del modulo esperto

Quello che si propone di realizzare può essere caratterizzato come un sistema esperto di monitoraggio che opera in stretta connessione con il modulo di simulazione che sta alla base del movimentatore di barche e che fa uso di modelli fisico-matematici del movimento. Dal monitoraggio continuo di alcuni parametri dinamici il modulo esperto dovrà riconoscere situazioni particolari o critiche e notificarle tramite l'interfaccia utente. Il compito presenta interessanti caratteristiche di sincronizzazione e di reazione in tempo reale.

Nella realizzazione del modulo esperto si prevedono le seguenti fasi:

  1. acquisizione della conoscenza sulle regole di navigazione e di regata e sua formalizzazione;
  2. individuazione e acquisizione dello strumento per lo sviluppo del modulo esperto;
  3. realizzazione del modulo esperto;
  4. integrazione con l'editore di situazione dinamiche.

Miglioramenti dell'editore esistente

I miglioramenti all'editore esistente che abbiamo individuato sono:

  1. Rendere più realistico il modello matematico del movimentatore di barche tenendo conto di parametri secondari che influenzano il movimento e che sono stati trascurati nella prima versione;
  2. miglioramento del meccanismo per la individuazione di situazioni di collisione e per la loro visualizzazione;
  3. possibilità di ritornare a situazioni precedenti nel corso della registrazione dell'esempio;
  4. possibilità di editare separatamente frammenti temporali del movimento complessivo e di comporli in sequenza;
  5. possibilità di produrre separatamente il movimento nel tempo di oggetti diversi e di integrarli spazialmente tenendo conto di eventuali collisioni;

  6. aiuto da parte nell'editore nella definizione di movimenti data una situazione di partenza e una di arrivo.

Nella realizzazione del prototipo si presterà particolare attenzione alla modularità del sistema, in modo da garantire la portabilità delle tecniche utilizzate ad altri domini didattici.

Durata e articolazione del progetto

Il progetto avrà la durata di nove mesi, indicativamente da Gennaio a Settembre 1999. Lo sviluppo e la realizzazione del progetto richiederanno:
Dipartimento di Informatica, Pisa, Italy