Insegnare l'informatica: motivazioni e riflessioni

Insegnare l'informatica:
motivazioni e riflessioni
Prof. Enrico Nardelli
Univ. Roma “Tor Vergata”
Presidente di Informatics Europe
Giornata di studio:
«Quale informatica per gli studenti del liceo?»
Lugano, 15 ottobre 2019

Albert Einstein sulla scuola (1931)
• Obiettivo primario
• … sviluppare in modo bilanciato la persona
• … e una generale abilità nel pensare in modo
indipendente e giudicare criticamente
• … troverà sicuramente la sua strada e inoltre
sarà meglio in grado di adattarsi al progresso
e ai cambiamenti
Enrico Nardelli © 2019 Insegnare l'informatica: motivazioni e riflessioni 2

Una provocazione di 50 anni fa…
• I vantaggi più importanti dell'istruzione sono
quegli strumenti mentali generali che sono utili
per tutta la vita…
• … ritengo che la lingua e la matematica siano i
più importanti di tutti, e l'informatica sia il
terzo…
[George Forsythe, What to do till the computer scientist comes.
Amer. Math. Monthly (1968)75:454-462, p. 456-457.]

Informatica come ponte
• Charles Snow: Le due culture
• Informatica può costituire il ponte tra
 la cultura della precisione e dell'oggettività (digitale –
scientifica)
 la cultura della sfumatura e della soggettività
(analoga – letteraria/artistica)
[Enrico Nardelli, Informatica: un ponte tra le due culture,
in "Informatica: cultura e società", Carocci, 2006.]

Lo scopo della scuola
Diventare cittadini consapevoli in grado di
partecipare pienamente ad una società libera e
democratica
Capire è fondamentale per poter decidere
Non c’è vera democrazia senza istruzione

La scuola qualche secolo fa…
• Alfabetizzazione…
• … le 3 R: Reading, wRiting, aRithmetic
• … leggere, scrivere, far di conto
• E poi…
• … preparare cittadini per la società
⇒ Storia, Geografia, Letteratura, …
• E ancora dopo…
• … preparare cittadini per la società industriale
⇒ Fisica, Biologia, Chimica, …

La scuola nella società digitale
• La società è cambiata e la scuola si deve
adeguare
… … …
• … le persone sono sempre fatte allo stesso modo!

I tre dominî della conoscenza scientifica
1. Conoscenza della materia non vivente (physical )
- materia, energia, gravità, moto, elettromagnetismo, …
2. Conoscenza della materia vivente (life )
- metabolismo, riproduzione, evoluzione, …
3. Conoscenza dell’uomo e della società (social )
- comportamento, cognizione, economia, …
[P.J.Denning, P.S. Rosenbloom, Computing: The fourth great domain of science,
Comm. ACM, 52(8), 27-29, 2009.]

• Sempre più dati, sempre più digitali…
• Sempre più algoritmi che decidono…
Enrico Nardelli © 2019 Insegnare l'informatica: motivazioni e riflessioni
Mondo Digitale
???
Mondo Fisico
Fisica
Biologia & Chimica
Matematica
9

Un mondo digitale per cui siamo ciechi
• Non abbiamo organi di senso per il digitale
• (È una delle motivazioni per la situazione
deplorevole della sicurezza informatica)
• L'unico approccio possibile è quello attraverso
istruzione, educazione e consapevolezza, con
solide basi scientifiche

Cosa sono le competenze digitali?
• Digitale è un termine "ombrello" che si riferisce a
tutte le tecnologie basate su computer
• È un evoluzione di "industriale"
"Rivoluzione industriale" ⇒"Rivoluzione digitale"
"Società delle macchine"
⇒"Società delle macchine digitali"
⇒"Società delle macchine cognitive"

Come si fa a preparare i cittadini?
• Per preparare i cittadini alla società industriale è stata
inserita nella scuola l'istruzione scientifica di base:
Fisica, Chimica, Biologia, …
• Non sono state date loro competenze operative sui
macchinari industriali
• Per preparare i cittadini alla società digitale dobbiamo
inserire nella scuola l'istruzione scientifica nella
disciplina che ne è alla base: l' Informatica

Un po’ di etimologia…
• digitale è la rappresentazione
• informatica è
 Computazione meccanica
 Elaborare "rappresentazioni" in modo automatico
• Elaborazione automatica di rappresentazioni
• Automatica, cioè meccanica, come un orologio
• Rappresentazioni, cioè segni senza significato
• Elaborazione, manipolazione da parte di un agente

Una rivoluzione…
• Una computazione "meccanica" e
"inconsapevole" …
 replica funzioni cognitive "umane"
 costituisce una vera e propria rivoluzione

Cos'è la computazione (1)
• Domanda fondamentale ancora irrisolta…
• Un processo di trasformazione (elaborare un
ingresso per ottenere un’uscita)
 Non è fisico, anche se usa la materia
 Non vive di per sé, anche se si attua nei viventi
 Non è un fenomeno sociale, anche se ne descrive
l’evoluzione
• …che può anche ripetersi senza terminare mai
Insegnare l'informatica: motivazioni e riflessioniEnrico Nardelli © 2019 15

Cos'è la computazione (2)
• Una computazione è una «sequenza di
rappresentazioni»
 … prodotta dalla trasformazione di una
rappresentazione in un’altra
 … che avviene sotto il controllo di una
rappresentazione

Un nuovo dominio della conoscenza
Dominio computazionale
A. Sistemi naturali e artificiali studiati mediante la
lente computazionale forniscono un nuovo
approccio all'acquisizione di conoscenza
 Studiarli con la lente della computazione, cioè come
se fossero computazioni, non vuol dire che sono
computazioni!
B. La computazione è un fenomeno caratteristico,
specifico e pervasivo
[Paul S. Rosenbloom, A new framework for computer science and engineering,
IEEE Computer, 31-36, 2004.]

Esempi
• Sistemi fisici che si evolvono verso l’equilibrio
• Reti di proteine che regolano l’attività delle cellule
• Sviluppo degli embrioni in funzione dell’ambiente
• Processi di apprendimento negli uomini e negli
animali
• Auto assemblamento di macro-molecole
• Comportamento di aziende, mercati, stormi
• Evoluzione di reti sociali
• Comportamento di persone

La terza "rivoluzione dei rapporti di potere"
http://link-and-think.blogspot.com/2019/02/informatica-la-terza-
rivoluzione-dei-rapporti-di-potere.html
1. (1400): stampa a caratteri mobili
… circa 800 milioni di libri dopo…
2. (1700): rivoluzione industriale
… circa 800 miliardi di macchine dopo…
3. (1900): rivoluzione informatica

La terza "rivoluzione dei rapporti di potere"
http://link-and-think.blogspot.com/2019/02/informatica-la-terza-
rivoluzione-dei-rapporti-di-potere.html
1. (1400): stampa a caratteri mobili
• Replicabilità del testo rompe il potere dell' autorità
• Supera i vincoli di tempo e di spazio
… circa 800 milioni di libri dopo…
2. (1700): rivoluzione industriale
• Replicabilità della forza fisica rompe il potere della natura
• tramite "macchine" (artefatti meccanici)
… circa 800 miliardi di macchine dopo…
3. (1900): rivoluzione informatica
• Replicabilità della conoscenza "in azione" (actionable = "ready to be
put in action") rompe il potere dell'intelligenza umana

… si tratta di un linguaggio?
• Non è il "nuovo inglese"…
• Un linguaggio è solo uno strumento
• Successo dipende dalle competenze umane e
professionali
http://link-and-think.blogspot.com/2017/10/dal-coding-a-borges.html

… si tratta di coding?
• Informatica non è (solo) coding (cioè
programmazione), come Matematica non è (solo) "tavola
pitagorica"
• Moltiplicazione è (solo una) parte della Aritmetica
• Aritmetica è (solo una) parte della Matematica (Geometria,
Algebra, Probabilità, Statisticà, Analisi, …)
• Coding (o programmazione) è (solo una) parte del processo di
sviluppo del software
 Analisi – Progetto – Coding (Programmazione) – Verifica – Debugging
• Software è (solo una) parte della Informatica
(Rappresentazione Dati, Algoritmi, Linguaggi di
Programmazione, Architetture di Calcolo, Calcolo Distribuito,
Interazione Persona-Computer, …)

… si tratta di pensiero computazionale?
• Cosè il "computational thinking" ?
• E' il modo di pensare sviluppato da parte di chi ha
studiato e pratica Informatica, come "mathematical
thinking" è il modo di pensare dei matematici
• Fisico: massa, forza, campi, …
• Biologo: cella, organismo, metabolismo, …
• Matematico: quantità, relazione, struttura, …
• Informatico: automa, algoritmo, programma, …
• A scuola insegniamo il "pensiero matematico" o "il
pensiero biologico"?

Pensiero computazionale
• La capacità di pensare come un informatico
• Ciò che rimane dopo aver studiato informatica
• L'informatica senza la tecnologia informatica
• L'informatica "povera e cognitiva"
 termine introdotto da Giovanni Lariccia

Perché parliamo di
"pensiero computazionale" ?
Un'espressione sintetica per spiegare
perché l'informatica è una scienza nuova e
indipendente e qual è il suo "nucleo concettuale"
E.Nardelli, Do we really need computational
thinking?, Comm. ACM, April 2019
• Come spiegarlo attraverso il "pensiero
computazionale"?

Sono un informatico.
Risolvo problemi.
Siamo proprio sicuri?
Cos’è il pensiero computazionale?
Si dice … il pensiero computazionale è un processo mentale
per risolvere problemi seguendo metodi e strumenti
specifici … ma è proprio così?
26

La "differenza che fa la differenza"
DAL
risolvere i problemi
AL
far risolvere i problemi
Do we really need computational thinking?,
Comm. ACM, Feb. 2019 27

problem solving
nella matematica e nell'informatica
• Si ha una soluzione matematica ad un problema
quando la soluzione è una formula che definisce
la risposta
• Si ha una soluzione informatica ad un problema
quando la soluzione è un processo che computa
la risposta
 Un processo è un algoritmo espresso in un linguaggio
che viene eseguito da un automa

Insegnare l'informatica: motivazioni e riflessioni
Dal risolvere problemi
al far risolvere problemi
processi
mentali
specificare
raggiungere obiettivi
agente
autonomo
persona
o macchina
modellare
effettività
Enrico Nardelli © 2019
Abbiamo davvero bisogno del pensiero
computazionale?, Mondo Digitale, n.72, nov.2017 29

Dai problemi agli scenari
• Processo mentale di definizione di scenari e dei
modi con cui un "agente che processa
informazioni" vi opera per raggiungere gli
obiettivi assegnati
• Non solo "problemi da risolvere"
… ma la simulazione di qualunque realtà
• Valore educativo trasversale
• La "grande bellezza" dell'informatica
http://link-and-think.blogspot.com/2017/05/la-grande-bellezza-
dellinformatica.html

Nasce una nuova prospettiva…
1. Metodi e dispositivi per effettuare
automaticamente calcoli numerici
2. Metodi e dispositivi per trasformare
automaticamente simboli
3. Un nuovo modo per acquisire conoscenza
scientifica, in aggiunta a teoria e
sperimentazione
4. I processi di trasformazione di rappresentazioni
sotto il controllo di altre trasformazioni

Il potere dell'informatica
• L'agente esegue istruzioni
 di cui non conosce il significato
per elaborare i simboli (cioè i dati)
 di cui non conosce il significato
• Le istruzioni sono anch'esse dati e possono
essere elaborate
• I dati possono essere considerati come istruzioni
• Rappresentazioni che manipolano
rappresentazioni: auto-riferimento (self-loop)

Un programma replicante (1)
def. A P = ₪; (assegnazione )
prog.1 P = ₪; print P; ⇒ ₪
prog.2 P = ₪; print "P"; ⇒ P
prog.3 P = ₪; print "P =" P; ⇒ P = ₪
def. B 3|₪; stands for ₪; ₪; ₪; (un'abbreviazione )
prog.4 P = 3|₪; print P; ⇒ ₪; ₪; ₪;
prog.5 P = 3|₪; print "P"; ⇒ P
prog.6 P = 3|₪; print "P =" P; ⇒ P = ₪; ₪; ₪;
Print the value of P
33

Il repertorio delle istruzioni
• … determina quali specifici automi possono
essere costruiti
• E' fondamentale per iniziare a far capire
l'informatica ai più piccoli
• http://programmailfuturo.it

Conseguenze della rivoluzione
informatica
• Difficili da prevedere...
• "Macchine digitali" stanno sostituendo le persone…
• … ma senza la flessibilità e l'adattabilità degli esseri
umani
• Le persone saranno sempre necessarie…
• …ma dovranno essere state educate alla scienza alla
base di queste macchine digitali
• Come?
• Informatica per Tutti

Apprendisti stregoni?
• Quelli che s'innamoran di pratica sanza scienza
son come 'l nocchiere, ch'entra in navilio sanza
timone o bussola, che mai ha certezza dove si
vada (Leonardo da Vinci, Trattato della pittura)

Insegnare informatica nella scuola
• Necessari interventi di due tipi
 Ordinamentale
 Formativo
• Volontà politica
• Risorse economiche
• Inserire informatica nei programmi nazionali
 Percorso seguito da molti paesi avanzati (USA, UK,
Francia, Germania, Israele, Polonia …)

Proposta in Italia (1)
• Proposta di Indicazioni Nazionali per
l'insegnamento dell'Informatica nel primo ciclo
• Gruppo di Lavoro CINI "Informatica e Scuola"
http://consorzio-cini.it/gdl-informatica-scuola
• Visione dell'informatica
 disciplina scientifica di base che fornisce i concetti
ed i linguaggi indispensabili per comprendere e per
partecipare a pieno titolo alla società digitale
 disciplina di interesse trasversale che mette a
disposizione un punto di vista addizionale,
complementare a quello di altre discipline, per
analizzare e affrontare situazioni e fenomeni.

Proposta in Italia (2)
Proposta di Indicazioni Nazionali per l'insegnamento
dell'Informatica nel primo ciclo
Propone 5 ambiti per strutturare il percorso
formativo
• Algoritmi
• Programmazione
• Dati e informazione
• Consapevolezza digitale
• Creatività digitale

Intervento formativo
• Indispensabile formazione degli insegnanti
 In servizio
 Futuri
• Non solo per insegnare informatica ma per usare
l’informatica nell’insegnare altre materie
 Se un’astrazione “disciplinare” viene riformulata in termini
informatici può essere resa concreta ed eseguita
 Questo valore trasversale (simulazione di scenari)
permette di fornire punti di vista addizionali e utili nello
studio di altre discipline
Informatica nella scuola: disciplina fondamentale e trasversale,
Scienze e Ricerche Magazine, Aprile 2017, pp. 36-40.

•
• All students must have
access to ongoing education
in Informatics in the school
system and Informatics
teaching should start in
primary school
• Informatics curricula should
reflect the scientific and
constructive nature of the
discipline, and be seen as
fundamental to twenty-
first century education by
all stakeholders (including
educators, pupils and their
parents)
• Informatics courses must be
compulsory and recognized
by each country’s educational
system as being at least on a
par with courses in STEM
https://informaticsforall.org/informatics-for-all-the-strategy/

Published in Comm. of the
ACM (2019)
Wide dissemination ~4K
download since April
• Informatics:
computational structures,
processes, artifacts, and
systems
• Industrial machines
mechanized physical tasks
• Digital machines
mechanize cognitive tasks
• A "two-tier" approach
44

http://www.informaticsforall.org
• Brussels workshop Febbraio 2019
 Presentazioni nazionale: Denmark, England, France,
Germany, Israel, Poland, Portugal, USA
• Piano di azione
 Allargamento della coalizione
 Crescita di ricerca e relazioni internazionali
 Repository di risorse per l'insegnamento
 Contatti con organizzazioni internazionale (e la CE)
 Sviluppo di comunità nazionali di reti di insegnanti
• Dichiarazione di Roma
 Asking for policy support at national & European level

Informatica per Tutti
Una grande sfida educativa per l'Europa
Approccio a due livelli
1. Insegnare informatica come materia
fondamentale a partire dalla primaria fino alle
superiori
2. Insegnare informatica come metodo e strumento
che offre un modo nuovo e aggiuntivo per
descrivere e spiegare fenomeni (integrata in altre
materie)
• Non facile ma necessario!
• Esperimento mentale: immaginate la Matematica si
insegni solo all'università e fate un piano per
introdurla in tutti i livelli di scuola

La Grande Sfida Educativa
Livello
istruzione
Integrata
(in altre materie)
Fondamentale
(come materia
autonoma)
Università
Secondaria
Primaria
Espansione dell'Informatica
Curriculum ♦ Insegnanti ♦ Ricerca

Aree di intervento
Per entrambi i livelli
• Curriculum
 Sviluppare curricula di dettaglio per tutti i livelli scolastici
 Sviluppare materiale didattico efficace
• Insegnanti
 Formare gli insegnanti di tutti i livelli scolastici
 Fornire supporto agli insegnanti (strumenti e contenuti)
• Ricerca
 Cosa insegnare
 Quando insegnare
 Come insegnare

The "Informatics for All" coalition
http://informaticsforall.org

GRAZIE!
Enrico Nardelli
Univ. Roma “Tor Vergata”
http://www.mat.uniroma2.it/~nardelli/
@enriconardelli
http://www.linkedin.com/in/enriconardelli
https://www.facebook.com/enrico.nardelli

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