Prima lezione

LUOGO: laboratorio di sistemi e automazione;

DURATA: 2,5 ore;

CONTENUTI: principi sulle operazioni logiche fondamentali e derivate;

STRUMENTI UTILIZZATI: libro di testo; presentazione multimediale (Microsoft PowerPoint); esercizi al computer (Microsoft Excel).

In questa prima lezione ho portato la classe in laboratorio, dove sono disponibili le attrezzature informatiche (videoproiettore, postazioni PC) necessarie alla presentazione e alla fruizione dei contenuti nelle modalità che avevo previsto. La scelta del "setting didattico" multimediale, dove vecchi e nuovi media: libro, voce e computer concorrono ad arricchire la lezione, risulta senza dubbio utile per attivare forme di interazione tra una comunicazione di tipo verbale ed una non verbale.

Rispetto alla classica lezione alla lavagna, le presentazioni multimediali offrono una maggior efficacia visiva poichè possono contenere elementi comunicativi diversi come: testo, numeri, immagini e grafica, e consentono perciò di andare oltre la classica lezione frontale promuovendo in ciascun allievo l'attivazione di capacità analitiche e deduttive personali. Ho cercato di calibrare adeguatamente la presentazione sui tempi e sui contenuti, per evitare di rendere la lezione troppo noiosa o troppo corposa. In genere dopo venti minuti l'attenzione di chi segue cala drasticamente! Per questo motivo ho pensato di bilanciare la lezione interfacciando i momenti esplicativi con quelli sperimentativi, puntando quindi su un lavoro che fornisse gli strumenti e le informazioni e permettesse al contempo di elaborarle nella fase di apprendimento individuale o in gruppo.

Lo strumento voce, ovvero il commento sincronizzato alla presentazione, è di fondamentale importanza, lo si deve integrare e alternare alla visione delle slide per guidare lo studente alla comprensione dei contenuti proposti e per mantenerlo attivo sul piano dell'attenzione. La visione passiva delle diapositive può risultare anche molto noiosa, se non si escogitano strategie che favoriscono l'apprendimento attivo. Fare domande, proporre esempi ed esercizi sono attività che possono servire a rendere la lezione più interessante e al contempo consentono di valutare il grado di comprensione raggiunto fino a quel momento dai discenti.
Un aspetto, che ritengo fondamentale a supporto di queste tecnologie, è la possibilità di creare un ambiente di apprendimento più efficace e più attivo sul piano cognitivo. L'utilizzo di un ambiente di apprendimento "multimediale" è stimolante sia per i docenti sia per gli allievi perchè da un lato consente ai primi di personalizzare e differenziare l'insegnamento, focalizzando l'attenzione su aspetti a volte difficili da trasmettere solo oralmente, dall'altro facilita i discenti nella stesura degli appunti e quindi nella comprensione e successiva rielaborazione delle nozioni. Un ulteriore aspetto, non secondario nella gestione della didattica, è la possibilità di riutilizzare e manipolare in modi differenti i contenuti proposti al fine di sperimentare e determinare le modalità più adatte alla loro presentazione.

Vediamo ora come si è sviluppata la lezione. Nelle prime diapositive ho introdotto l'argomento dando anche qualche cenno di carattere storico su George Boole e sulla nascita dell'algebra logica.
L'uso delle immagini spesso aiuta a ricordare meglio ciò che si è visto, in questo caso non mi aspetto che gli allievi si ricordino l'anno in cui è nato Boole, ma lo scopo è quello di creare una associazione mnemonica tra la figura e ciò che è stato detto insieme ad essa: "la logica matematica nasce con Boole e con la sua idea di applicare alla vecchia logica formale, di origine Aristotelica, le regole ed i procedimenti dell'algebra. Storicamente infatti la logica era la disciplina filosofica che studiava le regole del ragionamento corretto. Verso la metà dell'ottocento Boole pubblicò un trattato nel quale utilizzava '0 e '1' per rappresentare rispettivamente verità e falsità e forniva le regole del calcolo logico basate su tale convenzione".
Ma che cos'è l'algebra logica e a che cosa serve?
Semplice! Possiamo pensare all'algebra logica come ad un insieme di operazioni nelle quali i simboli '1' e '0' rappresentano rispettivamente 'vero' e 'falso'. Le operazioni logiche sono alla base del funzionamento dei computer. I microprocessori, contenuti nei computer, sono il vero cervello della macchina e svolgono milioni di operazioni al secondo sfruttando le regole della logica con le variabili binarie ('1' e '0). Quando utilizziamo un computer, interagiamo con esso ad esempio tramite il mouse o la tastiera e quindi immettiamo dei dati (variabili di ingresso) che, una volta elaborati, vengono trasformati in altri dati (variabili di uscita) e visualizzati ad esempio sullo schermo. Il computer svolge questi compiti molto rapidamente elaborando le istruzioni di un programma, tali istruzioni hanno generalmente la forma di proposizioni del tipo: "se si verificano questa condizione e quest'altra condizione, allora fai questo", oppure "se si verifica questa o quella condizione fai quest'altro", o ancora "se non si verifica questa condizione, fai quest'altro". Dunque, è importante che il microprocessore sappia 'calcolare', utilizzando le regole della logica, se una proposizione complessa è vera o falsa, partendo dalla verità o falsità delle proposizioni semplici che la compongono.
Durante l'esposizione cerco sempre di fornire esempi esplicativi di questo tipo, perchè li ritengo utili a chiarire la funzione e l'utilizzo dei concetti teorici esposti.
Dopo aver capito a che cosa servono le operazioni logiche, bisogna ora conoscere quali sono, come si usano e rappresentano. In questa e nelle successive tre slide ho utilizzato, per la rappresentazione delle porte logiche, la simbologia unificata IEC perchè è quella utilizzata dal libro di testo e dal software di simulazione che verrà utilizzato nella seconda lezione.
Nelle slide è cosigliabile presentare pochi concetti e fondamentali, in modo da focalizzare l'attenzione su ciò che serve sapere. Partendo dalle operazioni fondamentali (NOT, AND, OR) ho illustrato, per ciascuna di esse, come si ricava la "tavola della verità" che è utile per rappresentare i possibili stati in funzione della combinazione degli stati della/e variabile/i di ingresso. Il passaggio successivo è relativo alle funzioni derivate, ottenute cioè dalla composizione di quelle fondamentali, esse sono la NOR, la NAND, la EXOR ed infine la EXNOR.
Avvalendosi delle immagini il compito del docente è sicuramente facilitato in questo tipo di lezione. Infatti, superata necessità di dare le spalle alla classe per scrivere formule e tabelle, si può gestisce meglio l'erogazione dei contenuti potendo anche cogliere nelle espressioni degli allievi cenni di conferma o altro, una sorta di feed-back diretto.
Terminata la fase "informativa" si passa alla parte più interattiva della lezione, per la quale è necessario utilizzare il PC. Utilizzando Excel ho predisposto un foglio elettronico che contenesse esempi ed esercizi sul calcolo logico ed in particolare sulle operazioni logiche, fondamentali e derivate, a due o più variabili. Tramite semplici operatori come: E, O, SE, NON, e formule presenti negli strumenti di cui dispone, il programma Excel consente di comporre qualsiasi operazione Booleana semplice o complessa.
Per occupare tutte le postazioni informatiche disponibili, ho formato 8 gruppi da 3 persone (la classe conta 24 allievi). In questo modo il lavoro offre quindi la possibilità di utilizzare un approccio didattico di tipo collaborativo, in base al concetto che "il computer può essere usato per facilitare, accrescere e perfezionare l'interazione tra membri di un gruppo" [1].

Prima di parlare della mia esperienza però, intendo spendere qualche parola su come l'utilizzo del computer a scuola possa favorire l'approccio ad un apprendimento di tipo costruttivista e quindi, rispettando i canoni propri di questa teoria, facilitare la costruzione di un ambiente interattivo nel quale l'utente o il gruppo di untenti possano sperimentare nuovi spazi cognitivi e partecipare attivamente al proprio apprendimento attraverso molteplici meccanismi.
Allo scopo mi sembra giusto utilizzare una frase di David H. Jonassen (professore di Instructional Systems alla Pennsylvania State University) che ben definisce l'ambiente di apprendimento basato sull'uso del computer:

.. Poiché le caratteristiche fondamentali delle nuove tecnologie sono l’interattività e la capacità di processare informazioni, quando gli allievi studiano con il computer esso diventa un “mindtool”.
ll computer diventa quindi un ambiente di apprendimento completo perché funge da "partners intellettuale" del discente.
Quanto detto può indurre a pensare che il computer divenga una sorta di tutor che rimpiazza e sostituisce l'insegnante, ma questo non è vero. Ciò che cambia è il ruolo del docente e il rapporto comunicativo esistente con il discente. In tale contesto, l'insegnante diviene un "compagno" più esperto che guida l'allievo in un processo di apprendimento più attivo perchè più personalizzato. Il computer invece, diviene un utensile cognitivo e creativo che offre all'utente una positiva e stimolante sensazione di lavorare in un ambiente molto ricco di potenzialità.
Dal punto di vista strutturale i flussi comunicativi e le attività che avvengono in un contesto multimediale sono quelli illustrati nella seguente immagine e che Calvani propone nel libro "Elementi di didattica"[2].

Vediamo ora il proseguo della lezione...
Dopo aver introdotto gli strumenti teorici, si passa ad un aspetto più pratico. Nell'ultima slide proiettata propongo alla classe di lavorare con un foglio elettronico da me predisposto per approfondire e sperimentare quanto spiegato. Il programma Excel è installato su tutti gli 8 PC, però devo distribuire manualmente il file, che ho sulla chiavetta, a tutte le postazioni perchè purtroppo in questo laboratorio non è stata installata una rete LAN (un hub o switch di rete c'è, ma per qualche strano motivo non è collegato!). Terminata questa operazione illustro alla classe il contenuto del foglio di lavoro spigando che vi sono diverse schede: nelle prime cinque è possibile analizzare il funzionamento delle porte logiche a due o tre variabili interagendo direttamente con il software.
Questa esperienza è utile per verificare e fornire una descrizione esaustiva della relazione che intercorre tra le singole operazioni logiche e la relativa tavola della verità. Tutto è molto schematico e le formule inserite negli spazi verdi servono ai discenti per capire il comportamento delle operazioni logiche e come implementarle in questo ambiente di calcolo. Questi strumenti permettono in ogni caso di manipolare ed elaborare in maniera interattiva il contenuto delle celle per creare esperienze proprie e utilizzare propri percorsi di analisi nella interpretazione di modelli che, a piccoli passi, divengono un bagaglio di conoscenze individuale.

In questa prima fase di lavoro, il mio ruolo è stato quello di guidare gli studenti in una esperienza di laboratorio e fornire loro le basi per utilizzare al meglio questi strumenti. Nonostante l'esperienza si svolgesse in gruppi, i lavori si sono svolti con livelli di concentrazione inaspettate; i miei compiti sono stati quindi notevolmente facilitati.