Come funziona il cervello? E le macchine?

Oggi al lab di tecnologie didattiche a Scienze della Formazione Primaria:

Come funziona il cervello? Cosa ci serve sapere per imparare e insegnare? E le macchine? Come imparano? L’arte della simulazione: gioia e dolore dello scienziato contemporaneo

Useremo materiali tratti da:

  • Uncommon sense of teaching – Oakley, Rogowsky, Sejnowski
  • Imparare – Dehaene
  • L’universo in una scatola – Pontzen
  • L’intelligenza artificiale – Mitchell
  • Scuola e intelligenza artificiale – Ranieri, Cuomo, Biagini
  • Neural networks and deep learning – Nielsen
  • “Brain” In A Dish Acts As Autopilot Living Computer – DeMarse
  • The False Promise of ChatGPT – Noam Chomsky
  • E vedremo girare su laptop una rete neurale che riconosce caratteri scritti a mano (Nielsen).

PS: Non volevo occuparmi ora di AI perché detesto le mode, anche se la seguo dagli albori perché la matematica che la sostiene mi affascina. La pressione mediatica è però eccessiva, non posso fare finta che non ci sia parlando di tecnologie con gli studenti, vabbé…

Pensiero breve su scuola, tecnologie, eventi e studio

Dicevo in un post precedente (Le tecnologie didattiche non si comprano, si studiano e si fanno) che anche quest’anno non sento il bisogno di andare a Didacta. Ci aiuta ad approfondire la questione la casuale concomitanza con il laboratorio che faremo oggi pomeriggio, intorno alla missione impossibile di misurare il perimetro di Procida.

Come si evince da quella breve descrizione, i partecipanti dovranno recare strumenti convenzionali: carta, matite, compasso e poco altro. Il laboratorio mira a toccare con mano, è il caso di dirlo, l’incerto che scaturisce da un problema apparentemente banale, come quello della misura di una costa o di un confine; incerto scoperto nella prima metà del XX secolo da un metereologo, Lewis Fry Richardson, e formalizzato pochi decenni dopo dal matematico Benoît Mandelbrot nella forma dei frattali. Una delle tante circostanze in cui l’incerto ha fatto irruzione in tutte le scienze nel corso del ‘900, privando di senso locuzioni quali “scienze esatte” o “scienze dure”.

Eppure stuoli di maturati, e temo anche di laureati, escono dagli studi totalmente ignari di tale fondamentale rivoluzione. Rivoluzione peraltro intimamente legata al ruolo essenziale che le tecnologie giocano fra gli strumenti di lavoro degli scienziati contemporanei in matematica, fisica, astrofisica, biologia, chimica, medicina e non solo. Senza il digitale la maggior parte delle discipline si ridurrebbe a museo della storia della scienza.

Oggi, nel nostro laboratorio, gli studenti useranno carta e matita ma arriveranno a comprendere come descrivere l’oceano di incertezza dalle sponde delle nostre sparute isole di certezza, per dirla con Morin, richieda necessariamente il digitale, e se ne renderanno conto senza nemmeno toccare il computer. Questo è il digitale che va insegnato, prima di mettere mano a qualsivoglia artefatto, software o hardware che sia. Ci sosterremo con brani tratti da vari libri e articoli scientifici (chi legge più libri? chi insegna a leggere libri? noi no a quanto pare…).

È urgente colmare le insopportabili lacune generate dalla polarizzazione fra apocalittici e integrati, gli uni intenti a promuovere pur eccellenti pratiche di scuola attiva, gli altri a inseguire le tendenze del momento, ebbri di nuovo fra gli stand di Didacta.

Nel frattempo metà degli studenti che affrontano gli studi di informatica fuggono quando si accorgono che l’informatica è matematica. Ufficialmente maturi, ignoranti di fatto.

Una missione impossibile: si può misurare il perimetro di Procida? Avventura geografica-storica-matematica-informatica da affrontare con compasso e carta millimetrata. Oh Morin Morin, perché sei sulla bocca di tutti ma tutti ti dimenticano?

Domani un laboratorio senza computer per un’esplorazione reale dell’oceano di incertezza di Morin.

Gli studenti dovranno portare:

  • Lapis e gomma
  • Righello o squadra
  • Fogli di carta a quadretti, o millimetrata…
  • Un compasso. Forse meglio se nautico (senza mina) ma si può fare anche con un compasso normale, purché raggiunga un’estensione di almeno 15 cm

Inoltre dovranno stampare e portare le mappe delle seguenti isole (scaricabili con il tasto destro e “Salva come…”):

Procida
Gran Bretagna
Isola Tonda
Isola che non c’è (scoperta dal matematico Helge von Koch)

Le tecnologie didattiche non si comprano, si studiano e si fanno

Anche quest’anno non sento il bisogno di andare a Didacta. Mi spiegherò meglio altrove. Intanto vediamo a mo’ di esempio come si svolge un empowering lab. Esempio V anno Scienze della Formazione Primaria, coorte 2023/24.

Occorrono computer (NO tablet), carta, carta milimetrata, matite, righello, compasso (meglio se nautico), pasta di sale, elettronica da pochi Euro, rifiuti vari di cucina…

  1. 22 Febbraio — Panorama e regole di un lab dove è vietato scaldare sedie e studiare a pappagallo. Occorre fare ma guai a chi fa senza studiare prima.
  2. 29 Febbraio — Primi passi in Flatland con la Tartaruga (LibreLogo, XLogo micro mini midi maxi, Pencilcode, Scratch).
  3. 7 Marzo — Le tre magie del software: cicli, nuovi comandi (funzioni) e variabili. Pozioni magiche. Alla ricerca della matematica che credevamo di non sapere (più).
  4. 14 Marzo — Triangoli diversi, poligoni e stelle. POLY: così Dio creò Flatland. La geometria della Natura: frattali (IV magia: ricorsione).
  5. 21 Marzo — Una missione impossibile: si può misurare il perimetro di Procida? Avventura geografica-storica-matematica-informatica da affrontare con compasso e carta millimetrata. Oh Morin Morin, perché sei sulla bocca di tutti ma tutti ti dimenticano?
  6. 4 Aprile — Come funziona il cervello? Cosa ci serve sapere per imparare e insegnare? E le macchine? Come imparano? L’arte della simulazione: gioia e dolore dello scienziato contemporaneo.
  7. 18 Aprile — Informatica a corpo libero: performance “Sorting networks” (speriamo di trovare un cortile). E altri giochi di sorting con bilance autocostruite, scatoline ecc.
  8. 2 Maggio — Mani in pasta di sale (e di zucchero) e cianfrusaglie varie trovate in cucina. Alla scoperta dell’elettricità. Scoprire la fisica senza parlare di fisica. Gioco libero.
  9. 23 Maggio — Microcontrollori e Robot ma senza spendere, o spendere il minimo (Art. 34: “… I capaci e meritevoli, anche se privi di mezzi, hanno diritto di raggiungere i gradi più alti degli studi.”). Misurare l’umidità della terra, manovrare un veicolo, trasformare la tastiera…

Il Quadrifoglio della vita

Creato da Angela Cimmino, studentessa di Scienze della Formazione Primaria presso Università di Suor Orsola Benincasa Napoli

La struttura ricorsiva del frattale che rappresenta un “alberino steccoso” è stata trasformata da Angela per generare il suo Quadrifoglio della vita. Non è banale per persone che all’inizio non hanno idea di cosa significhi scrivere un programma al computer. Angela con il suo lavoro di riadattamento dimostra di avere compreso un costrutto non facile al punto da poterlo trasformare ai proprio fini. Questo è il punto: i propri fini. Se l’obiettivo che persegui è tuo diventi un’altra persona, capace di fare cose prima inimmaginabili.

Riporto il codice perché i commenti intercalati danno idea del controllo di un processo di cui Angela poco tempo prima non aveva idea. Forse la testimonianza è ulteriormente impreziosita dal fatto che lei era una studentessa non frequentante: il successo di una relazione educativa dipende dalla qualità delle risorse e dall’attenzione del docente, non da singoli attributi quali presenza o online.

; Funzione che disegna una porzione di albero , viene fornita la
; lunghezza come parametro di input

TO DISEGNA_QUADRIFOGLIO :length
IF :length > 5 [ 
FORWARD :length 
RIGHT 30 
DISEGNA_QUADRIFOGLIO :length / 1.5
LEFT 60 
DISEGNA_QUADRIFOGLIO :length / 1.5 
RIGHT 30
CIRCLE 5
BACK :length 
] END ; fine funzione disegna quadrifoglio

; esecuzione programma
CLEARSCREEN 
HOME

PENWIDTH 2
PENCOLOR "blue" 

; vado avanti di 50 prima di disegnare il cerchio 
; forward e right servono a posizionare il cerchio più centrale
PENUP
FORWARD 50 
RIGHT 90
PENDOWN

REPEAT 928[
FORWARD 1
RIGHT 360/928
]

HOME
 
PENUP 
; vado indietro di  97, perché  r = 928/2pigreco = 147 
; visto che all’inizio vado avanti di forward 50, 
; sottraggo 50 ad r 
BACK 97

PENDOWN 
PENCOLOR "green" 
REPEAT 4 [ 
DISEGNA_QUADRIFOGLIO 50
RIGHT 90 
] 
PENDOWN 
PENWIDTH 2

; disegna il cerchio centrale della fine

REPEAT 4 [
PENUP
RIGHT 90 
PENDOWN 
CIRCLE 7 
] 

HIDETURTLE

L’amor che move il sole e l’altre stelle

Realizzazione con Logo di Deborah Cioffo, studentessa di Scienze della Formazione Primaria, Università Suor Orsola Benincasa di Napoli.

“Alzata la penna” Deborah sentiva che mancava qualcosa. “L’amor che move il sole e l’altre stelle”: così le stelle sono apparse nella sua rappresentazione Logo del Paradiso di Dante.

La chiave di questo laboratorio: mostrare di avere acquisito una certa padronanza nella programmazione del computer attraverso un obiettivo scelto autonomamente. È qui che si passa dalla competenza alla creatività. Vale la pena di leggere la conclusione di Deborah, dove descrive la condivisione di questa esperienza con i suoi alunni:

Continua (1 min)

Ci insegnano a fare i solisti ma poi facciamo tutti musica d’insieme

Me lo disse uno studente che aveva fatto il conservatorio ma si riferiva alla scuola in generale. Invece la raccomandazione di collaborare e aiutarsi a vicenda è una di quelle fondamentali del nostro laboratorio di tecnologie didattiche.

Ne è una prova il brano seguente tratto dal diario di Maria Grazia Cascini, autrice di questo “Quadro dei pesci”:

Continua (1 minuto)

Bellezza e pensiero logico-matematico

Bellezza e pensiero logico-matematico non sono categorie disgiunte. Lo sanno bene i matematici. Ma è sorprendente come questo fatto emerga spontaneamente in giovani che il più delle volte hanno scarsa confidenza con la matematica, un po’ per inclinazione ma molto per via degli studi fatti.

È sorprendente come, inizialmente timorosi e diffidenti, si lascino prendere la mano dalla costruzione geometrica di figure attraverso codici per loro del tutto nuovi guidati da criteri prettamente estetici. È incredibile vedere come si accaniscano per ottenere un risultato appagante, talvolta impiegando un tempo spropositato rispetto a quello che ci si aspetterebbe per conseguire un’idoneità da 3 crediti.

Ho scelto come esempio il lavoro di Cristina Orlando che, dopo pagine di conti e esperimenti apparentemente aridi, scrive:

Dopo la conclusione del corso, avendo acquisito molte conoscenze e avendole applicate, ho deciso di iniziare ad ideare il mio logo. Ho dato sfogo alla mia fantasia e non nego che la creazione del logo mi ha messo alla prova. Se non riuscivo ad ottenere la figura che avevo in mente provavo e riprovavo, facevo calcoli e supposizioni finché non arrivavo all’idea che avevo in mente. È stato super divertente e stimolante! Il logo ho deciso di intitolarlo “IL FIORE DELLA CONOSCENZA” perché credo che la conoscenza sia come un fiore che necessita di cure costanti per poter crescere e sbocciare mostrando al mondo il proprio splendore.

Non è scontata tale profusione di impegno in un lavoro che serve a superare un piccolo esame. Ma solo attraverso compiti che lascino completa libertà sia nella scelta dell’obiettivo che nel processo si può pensare di realizzare piccoli miracoli del genere.

Il caso nel computer?

Ho sviluppato una sorta di dipendenza dai lavori degli studenti. Un pensiero al giorno, anche più di uno, stento a tenere il passo. Oggi è la volta del caso:
— Come può essere che si possa generare il caso in una macchina che pare tutta perfettamente determinata?

La quasi totalità degli studenti rimangono perplessi quando affrontano il capitolo del laboratorio dove si programmano percorsi casuali. Svelando così una delle varie gravi lacune che affligge la scuola, incapace di fornire la benché minima idea del complesso intreccio fra certo e incerto che pervade il mondo in tutti i suoi aspetti.

Alcuni rimangono perplessi, altri fanno tempo a familiarizzare con tale stranezza nel pur breve tempo del laboratorio. Così Angela Meucci che se n’è servita per creare lo sbuffo della balena. Naturalmente viene diverso tutte le volte che si riproduce la figura…