PENSIERO COMPUTAZIONALE, CREATIVITÀ DIGITALE ED INTELLIGENZA ARTIFICIALE NELLA SCUOLA PRIMARIA: UN POSSIBILE SCENARIO CURRICOLARE

Abstract: Alla luce delle profonde trasformazioni socio-economiche indotte dallo sviluppo tecnologico, è fondamentale che gli studenti di oggi, sin dagli anni della Scuola Primaria, comprendano come la tecnologia digitale sia uno strumento potente per l’espressione di sé e della propria creatività (fonte di nuovi “alfabeti”), ma anche per attingere e costruire conoscenze utili alla comprensione e al miglioramento della complessa realtà in cui viviamo. Inoltre, è ormai ineludibile promuovere la riflessione dei ragazzi, anche nell’ambito di esperienze laboratoriali, sulla logica e sul ruolo sociale dei modelli d’intelligenza artificiale. Questa memoria intende dare un contributo in tale direzione, illustrando le linee essenziali del percorso dell’autore alla ricerca di contenuti, metodi didattici e di valutazione per promuovere la formazione del pensiero computazionale e della creatività digitale nella Scuola Primaria.

Fig. 1: “Sorprese a 64 bit”, un video sulle ragioni pedagogiche dello studio dell’intelligenza artificiale nel I° Ciclo d’Istruzione.

Nel 2015, il Governo Italiano, in sintonia con gli orientamenti internazionali delle politiche in materia di formazione, ha elaborato un Piano Nazionale per la Scuola Digitale. Il piano ha lo scopo di guidare le istituzioni scolastiche lungo un percorso d’innovazione in chiave digitale. Si tratta, dunque, di un documento d'indirizzo che sfida il mondo della Scuola sul suo stesso terreno: la capacità di cambiare, d’imparare ad agire in modo nuovo. Da alcuni anni, infatti, tutti gli attori delle comunità scolastiche italiane sono chiamati a promuovere e realizzare un ripensamento complessivo del sistema educativo, che ponga al servizio dell'azione didattica e dell'organizzazione scolastica le tecnologie digitali.

Una conquista di grande rilievo per il Paese, che è anche il frutto di una crescente azione di contagio in ambito europeo, ove la cultura dell'educazione digitale sta sempre più permeando la vita della Scuola militante, attraverso il diffondersi di sperimentazioni di singole realtà e di network nazionali ed internazionali.

Un contributo importante ai processi di cambiamento in corso è indubbiamente ascrivibile alla ricerca scientifica che, attraverso un incessante lavoro di esplorazione di nuove possibilità, propone modelli educativi e ne verifica empiricamente i benefici. In particolare, grazie all'impegno e alla passione di ricercatori e docenti, si sta affermando l'idea che sperimentare la programmazione digitale (coding) e la robotica educativa possa favorire, nei giovani, lo sviluppo della creatività e del pensiero computazionale. Secondo le attuali concezioni scientifiche, questa dimensione dell'intelligenza umana si manifesta nella capacità di definire processi, di risoluzione di un problema, eseguibili da un automa e di cogliere i nessi sinergici tra le componenti di un sistema. Ancora, si rivelerebbe in quell'agilità del pensiero che consente di affrontare un problema complesso scomponendolo in una certa sequenza di compiti elementari oppure trasformandolo in una versione più semplice, da ricondurre a quella originaria attraverso livelli crescenti di complessità (Wing, 2006). Si tratta, quindi, di vere e proprie meta-competenze, utili in molti ambiti della vita e del lavoro, tali da suscitare negli educatori l'ambizione di poter preparare i propri ragazzi, ancor meglio che in passato, a sostenere il progresso dell'umanità.

Inoltre, considerati gli interessi dei più giovani, le tecnologie digitali rappresentano l'opportunità di proporre agli allievi contesti di apprendimento motivanti, in cui imparare equivalga a cambiare, ovvero a maturare nuove categorie per conoscere la realtà.

Infine, è crescente l’attenzione in ambito internazionale delle istituzioni educative e del mondo delle imprese per le competenze di data science, richieste dai progressi nello sviluppo di una promettente forma d’intelligenza artificiale, gli algoritmi di machine learning. Queste tecnologie possono ricavare automaticamente conoscenze, modelli di comportamento e previsioni da un insieme di dati, ossia sono in grado, in una certa misura, di conferire alle “macchine” la capacità d’imparare. In questo scenario, le intelligenze artificiali stanno sempre più dimostrando di poter coadiuvare l’uomo nel prendere decisioni, in virtù degli elevati livelli di accuratezza nello svolgimento dei loro compiti e della loro straordinaria produttività. È, ad esempio, il caso di quelle applicazioni intelligenti per smartphone in grado di avvertire tempestivamente un medico se i suoi pazienti corrono il rischio di una grave problema di salute. Ciò, tuttavia, solleva il tema cruciale della dimensione etica del ruolo sociale degli algoritmi, potenziali artefici di ingiustizie ed errori su grande scala, e l’esigenza che il dibattito pubblico e il mondo della formazione contribuiscano ad orientare tali processi d’innovazione verso quello che Paolo Benanti (2018) - esperto di teologia morale e bioetica - definisce “un progresso dal volto umano”.

Per le ragioni suesposte, si ritiene fondamentale che gli studenti, sin dagli anni della Scuola Primaria, comprendano come la tecnologia digitale sia uno strumento potente per l’espressione di sé e della propria creatività (fonte di nuovi “alfabeti”), ma anche per attingere e costruire conoscenze utili alla comprensione e al miglioramento della complessa realtà in cui viviamo. In particolare, si considera importante promuovere la riflessione dei ragazzi, anche nell’ambito di esperienze laboratoriali, sulla logica e sul ruolo sociale dei modelli d’intelligenza artificiale.

L’autore, da alcuni anni, è impegnato in attività di formazione dedicate al pensiero computazionale e all’intelligenza artificiale nella Scuola Primaria, anche esplorando nuove forme di valutazione dell’apprendimento. In particolare, è in corso di elaborazione una proposta curricolare che persegue alcuni fondamentali traguardi per lo sviluppo delle competenze al termine della Scuola Primaria:

• essere consapevoli che le tecnologie digitali sono uno strumento potente per esprimere la propria creatività, le proprie idee… sé stessi e contribuire al progresso umano, lavorando con e per gli altri.
• Saper avvalersi in modo efficiente ed efficace delle tecnologie per le proprie attività di studio ed utilizzarle in modo responsabile e rispettoso delle regole.
• Conoscere le caratteristiche essenziali di un algoritmo, nonché saper affrontare problemi scomponendoli in compiti elementari e sviluppando procedure algoritmiche di risoluzione.
• Saper avvalersi in modo efficiente della programmazione visuale per esprimere la propria creatività e il pensiero computazionale nell’ambito di esperienze di digital design: realizzazione di storie, animazioni, giochi, artefatti robotici (Brennan e Resnick, 2012).
• Essere in grado di spiegare specifiche funzioni di un artefatto robotico alla luce di concetti e principi studiati nell’ambito scientifico-tecnologico.
• Scoprirsi capaci di realizzare progetti originali, mettendo in gioco fantasia e razionalità, e riscoprire le discipline come strumenti del pensiero con i quali risolvere problemi (Papert, 1980).
• Saper sviluppare semplici ed efficaci modelli di machine learning con cui arricchire media digitali originali, realizzati con la programmazione visuale (ad esempio, videogiochi).
• Capire che i sistemi d’intelligenza artificiale, nel perseguire gli scopi prescelti dai loro creatori, possono influenzare in modo differente i vari gruppi d’interesse coinvolti e possono avere delle implicazioni etiche rilevanti (Blakeley H. Payne, 2019).
• Saper immaginare e progettare, avvalendosi delle conoscenze ed abilità acquisite, nuove caratteristiche di sistemi d’intelligenza artificiale esistenti, che possano rispondere a precisi bisogni della collettività (Blakeley H. Payne, 2019).

Relativamente alle concrete esperienze didattiche dell’autore, queste hanno riguardato le aree del game design, della robotica educativa e dell’intelligenza artificiale. Più in dettaglio, diversi gruppi di alunni della Scuola Primaria sono stati coinvolti in percorsi annuali di formazione caratterizzati da due fasi fondamentali:

1. gli allievi realizzano alcuni progetti di digital design con la guida del docente, che alterna forme di didattica direttiva ad esperienze che prevedano un loro coinvolgimento attivo (tramite domande-stimolo, conflitti cognitivi, etc.): ad esempio, l’insegnante mostra una sequenza animata digitale o la sequenza di azioni di un robot e propone un'attenta riflessione collettiva sul piano logico-linguistico, volta ad individuare l'insieme di istruzioni verbali da dare ai personaggi/oggetti/unità robotiche in gioco, per ottenere il risultato desiderato.
2. In seguito, gli studenti cominciano ad elaborare e realizzare progetti originali di digital design, dapprima, nella forma di evoluzione creativa di quelli proposti inizialmente dal docente (remixing), in una fase più avanzata, dando vita a nuovi contenuti.

Più in dettaglio, gli obiettivi di apprendimento perseguiti per lo sviluppo del pensiero computazionale possono essere così sintetizzati:

• comprendere come un algoritmo sia realizzato mediante una sequenza di comandi non ambigui eseguiti da un automa e possa essere concepito in modo diverso a seconda dell’interesse che s’intende privilegiare.
• Conoscere gli elementi hardware e software essenziali di un computer e le relative funzioni e relazioni.
• Imparare a realizzare semplici algoritmi e, successivamente, semplici programmi che prevedano l'impiego dei seguenti elementi di un linguaggio di programmazione visuale: azioni e sequenze di azioni, ripetizioni finite e infinite di azioni, eventi, parallelismi, condizioni, ripetizioni condizionate, variabili, operatori logici/matematici/testuali, subroutine.
• Saper distinguere i concetti di caso, necessità e probabilità ed utilizzare generatori di numeri pseudo-casuali nell’ambito della programmazione.
• Imparare a prevedere l'effetto di singole istruzioni o semplici gruppi di comandi e correggere eventuali errori.
• Imparare ad usare i comandi fondamentali della videografica.
• Comprendere i principi alla base del funzionamento di Internet e dei principali strumenti che offre per la ricerca delle informazioni, la comunicazione e la collaborazione.
• Riconoscere le funzioni di sensori e componenti meccaniche e saperli integrare in modo originale in artefatti robotici realizzati con l’ausilio di semplici kit di tipo education.

Fig. 2: “Sorprese a 64 bit”, un video che illustra una proposta didattica, rivolta al I° Ciclo d’Istruzione, per sperimentare l’intelligenza artificiale attraverso la realizzazione di un videogioco.

Nel campo specifico dello studio dell’intelligenza artificiale, poi, gli obiettivi di apprendimento perseguiti possono essere così espressi:

• comprendere che un modello di machine learning è costituito da tre elementi fondamentali: l’insieme dei dati, l’algoritmo di apprendimento, la previsione finale.
• Capire la differenza essenziale tra classificazione e regressione e la logica dell’apprendimento supervisionato.
• Saper sviluppare semplici modelli di machine learning (ad esempio, per la classificazione di un frutto) - con applicazioni software concepite per avvicinare giovani e non esperti al mondo dell’intelligenza artificiale- e scoprire, per esplorazione, gli effetti negativi sull’accuratezza di un modello di eventuali problemi nei dati di input. Ad esempio, nel caso della classificazione binaria di un frutto (è un arancia o una mela?), un problema potrebbe consistere nel disporre di molte osservazioni per una delle due categorie e poche per l’altra oppure in uno scarso livello di variabilità delle osservazioni.
• Imparare ad individuare gli stakeholder e i relativi interessi coinvolti nella realizzazione di un semplice algoritmo tratto dalla vita quotidiana (ad esempio, la ricetta per la preparazione di un sandwich) e saperli rappresentare in forma schematica.

Fig. 3: “Sorprese a 64 bit”, canale di formazione sul mondo del coding, della robotica e dell'intelligenza artificiale.

In conclusione, preme sottolineare che l’autore ha di recente avviato la realizzazione di contenuti formativi nell’ambito di un canale YouTube (“Sorprese a 64 bit”; https://www.youtube.com/c/Sorpresea64bit) in cui illustra, a docenti ed appassionati, concreti esempi di attività didattiche che possono essere proposte agli studenti della Scuola Primaria e a quelli della Scuola Secondaria di Primo Grado per lo sviluppo del loro pensiero computazionale e l’esplorazione del mondo affascinante dell’intelligenza artificiale.

Mario Catalano

Docente, Ricercatore, Editore Scientifico

BIBLIOGRAFIA:

• Benanti, P. (2018). Le Macchine sapienti - Intelligenze artificiali e decisioni umane, Casa Editrice Marietti.
• Blakeley H. Payne (2019). An Ethics of Artificial Intelligence Curriculum for Middle School Students (with support from the MIT Media Lab Personal Robots Group, directed by Cynthia Breazeal). Disponibile all’indirizzo: https://www.media.mit.edu/projects/ai-ethics-for-middle-school/overview/
• Brennan, K. and Resnick, M. (2012). Using artifact-based interviews to study the development of computational thinking in interactive media design. Paper presented at annual American Educational Research Association meeting, Vancouver, BC, Canada.
• Papert, S. (1980). Mindstorms: Children, Computers, and Powerful Ideas. Basic Books, Inc., New York, NY, USA. Disponibile all’indirizzo: http://dspace.mit.edu/handle/1721.1/5837
• Wing, J. M. (2006). Computational Thinking. Communications of the ACM, Vol. 49, No. 3, pp. 33-35.