- Trentadue anni
fa, nel 1975, ebbi la fortuna di essere invitato a Pisa assieme ad altri
colleghi americani per celebrare il ventesimo anniversario della nascita
dell'informatica in Italia. In quell'occasione presentai un articolo sui
nostri primi esperimenti con il personal computing allo Xerox PARC.
- Dopo tanti anni
ho smarrito quell'articolo, ma il professor Attardi, che era più
organizzato di me, è stato in grado di ritrovare la sua copia e
il lavoro è stato ripubblicato oggi in occasione della nostra cerimonia.
In questo discorso avrei la tentazione di riprendere in mano quell'articolo
ed esaminare quale influenza ha avuto il nostro lavoro di allora.
- Preferisco però
parlare, più che del passato, delle possibilità future. Per
questo motivo mi sono limitato a scrivere delle brevi note storiche per
fornire un po' di contesto al lavoro del 1975, mentre in questa sede vorrei
provare a parlare di alcuni dei doni più importanti, e spesso nascosti,
che la diffusione mondiale dei personal computer collegati in rete può
portare all'umanità.
- Una connessione
con il passato è comunque data dal fatto che i ricercatori che inventarono
le tecnologie fondamentali per i personal computer, cioè gli schermi
a matrice di bit, le finestre sovrapposte, le interfacce a icone e a puntamento,
la programmazione orientata agli oggetti, la stampa laser, Ethernet e Internet,
furono motivati dai successi e dalle trasformazioni introdotti dalla carta
stampata.
- Per dirla semplicemente,
nel XV secolo si pensava alla stampa solo come a un modo economico per
produrre documenti scritti, ma nel XVII secolo le sue peculiarità
avevano completamente cambiato il modo in cui le idee importanti venivano
concepite, a tal punto che le idee importanti che seguirono e il modo stesso
di concepirle non erano nemmeno esistiti quando la stampa fu inventata.
- Le due idee
più importanti furono la scienza e i nuovi modi di organizzare la
vita politica (che, in alcuni casi importanti, erano in effetti estensioni
della prospettiva scientifica).
- Questi cambiamenti
nel pensiero cambiarono anche il significato dell'"alfabetizzazione",
perché alfabetizzazione non significa solo saper leggere e scrivere,
ma significa anche saper gestire fluentemente le idee abbastanza importanti
da essere messe per iscritto e discusse.
- Una delle proprietà
speciali della stampa era la sua capacità di replicare fedelmente
un testo corretto dall'autore, consentendo la nascita di una forma molto
diversa di argomentazione. Oggi possiamo vedere che nella rivoluzione tipografica
l'evoluzione degli argomenti e quella dei modi della discussione intellettuale
sono profondamente intrecciate.
- Un modo per
guardare alla rivoluzione della stampa nei secoli XVII e XVIII consiste
nel vedere la co-evoluzione del che cosa veniva discusso e del come l'argomentazione
veniva svolta.
- Si è
presa infatti l'abitudine a parlare sempre di più del modo in cui
il mondo reale era costituito, sia fisicamente che psicologicamente, e
l'argomentazione veniva svolta sempre di più usando (e inventando)
la matematica e cercando di dare al linguaggio naturale forme più
logicamente connesse e meno simili alla narrazione di una storia.
- Una delle cose
che capimmo sui computer negli anni Sessanta è che queste macchine
potevano produrre nuove e più potenti forme di argomentazione su
molte cose importanti grazie alle simulazioni dinamiche.
- Cioè,
invece di asserire tesi in modo piuttosto arido, come può essere
fatto usando prosa ed equazioni matematiche, il computer poteva sviluppare
le implicazioni di una tesi per far capire meglio se la tesi stessa costituiva
o meno un modello valido della realtà.
- Comprendemmo
inoltre che, se l'alfabetizzazione del futuro avesse potuto includere la
scrittura di questi nuovi tipi di tesi e non solo la loro fruizione (lettura),
avremmo ottenuto l'invenzione più importante che ci fosse stata
dopo quella della stampa: qualcosa che molto probabilmente avrebbe potuto
cambiare in meglio il pensiero umano.
- È proprio
il caso di dire che avevamo delle aspirazioni ambiziose! Dall'invenzione
della stampa ai grandi cambiamenti del XVII secolo passarono centocinquant'anni
e questo significa che nel complesso della società la rivoluzione
avvenne perché i bambini gradualmente crebbero con la prospettiva
di essere in grado di pensare, discutere, apprendere e comunicare con parole
scritte incisivamente in forme sempre più connesse.
- Le nostre idee
in proposito presero forma dopo l'incontro, avvenuto nel 1968, con Seymour
Papert, un matematico che aveva tra l'altro inventato il linguaggio di
programmazione per bambini LOGO e che iniziava a mostrare che certe forme
di matematica avanzata, presentate su un computer in forma dinamica, si
adattavano perfettamente al modo in cui i bambini potevano pensare.
- Come McLuhan
aveva osservato negli anni Cinquanta, quando un nuovo mezzo di comunicazione
arriva sulla scena esso viene dapprima rifiutato in quanto "troppo
strano e diverso", ma poi spesso viene gradualmente accettato se può
includere i vecchi consueti contenuti. Anni (o secoli) più tardi,
se le proprietà nascoste del mezzo di comunicazione causano cambiamenti
nel modo di pensare della gente, arriva la grossa sorpresa ed esso si rivela
come un lupo nei panni di una pecora.
- Questi cambiamenti
sono a volte benefici (io penso che la stampa sia stato un caso del genere,
anche se la Chiesa Cattolica probabilmente non sarebbe d'accordo) e a volte
no (io penso che la televisione sia un disastro, anche se molti esperti
di marketing non sarebbero d'accordo).
- Dunque, all'epoca
avevamo intuito che la capacità del computer di imitare altri media
(e di farlo a basso costo, grazie alla legge di Moore lo avrebbe aiutato
a consolidarsi nella società e al tempo stesso che questo avrebbe
anche reso difficile per la maggior parte delle persone capire di che cosa
si trattava in realtà. Il nostro pensiero era: ma se riusciamo a
fare in modo che i bambini imparino davvero, allora in poche generazioni
avverrà un enorme cambiamento.
- Trentadue anni
più tardi le tecnologie che la nostra comunità di ricerca
ha inventato sono oggetto di uso generale da parte di oltre un miliardo
di persone e abbiamo gradualmente imparato come insegnare ai bambini.
- Ma sembra che
la vera rivoluzione impiegherà più tempo di quanto il nostro
ottimismo suggeriva, in gran parte perché gli interessi commerciali
ed educativi nei vecchi media e modi di pensare hanno congelato il personal
computing sostanzialmente al livello in cui "imita" carta, registrazioni,
film e TV .
- Nel frattempo,
quello che i computer possono davvero fare - sia in termini di simulazione
che di argomentazione - è stato compreso dalle discipline scientifiche,
matematiche, dell'ingegneria e del design. Coloro che sono interessati
alle visioni di Papert per cambiare in meglio la natura del pensiero dei
bambini, per aiutarli ad apprendere "idee potenti" costruendole
effettivamente, hanno fatto molti progressi negli ultimi tre decenni.
- Adesso c'è
molto da dire, mostrare e insegnare su "ciò che i bambini possono
fare". È una vergogna che i produttori di computer - sia hardware
che software - non abbiano creato nessun amplificatore intellettuale commerciale
per i bambini.
- Le macchine
e gli strumenti software sono principalmente rivolti al mondo del lavoro
e, marginalmente, all'utenza domestica. Questo mostra una grossolana e
disastrosa ignoranza dei bisogni del mondo.
- Sono le nuove
idee e i nuovi modi di pensare ciò di cui i bambini del mondo hanno
bisogno, e un computer per bambini è necessario per il fatto che
questo è adesso il modo migliore per apprendere queste nuove idee...
ed è anche molto meno costoso della carta per i libri e di altri
media conversazionali.
- Due anni fa,
diversi membri della comunità di ricerca che inventò il personal
computing negli anni Sessanta decisero di creare un personal computer laptop
estremamente economico - un Dynabook - per tutti i bambini del mondo.
- Questa iniziativa
- chiamata One Laptop Per Child - fu iniziata da Nicholas Negroponte e
coinvolge ricercatori vecchi e nuovi, incluso Seymour Papert, il nostro
istituto di ricerca e molti altri progettisti interessati e dedicati, tutti
motivati a superare gli enormi ostacoli creati dagli interessi commerciali.
- Questa comunità
è sempre stata disposta a progettare e costruire tutto quanto necessario,
senza chiedersi se i produttori hanno già strumenti e materiali
adeguati. Il minicomputer Alto dello Xerox PARC è un buon esempio
di questo atteggiamento.
- Tutto l'hardware
e tutto il software per l'Alto furono fatti al PARC e lì fu creata
anche una piccola catena di montaggio che costruì in totale circa
2000 di questi primi personal computer moderni.
- Oggi la maggior
parte dei laptop è costruita a Taiwan o in Cina, e prodotti di marche
diverse (come HP, Dell, Sony e Macintosh) possono essere in realtà
realizzati dalla stessa fabbrica. Pertanto, se vuoi costruire il tuo laptop,
non hai che da mettere insieme un progetto, raccogliere ordini per circa
un milione di esemplari e salire su un aereo per Taiwan!
- L'obiettivo
di OLPC è creare una macchina estremamente economica che possa fornire
funzionalità complete; per questo è interessante vedere come
è allocato il denaro che noi spendiamo per i nostri laptop.
- Per esempio,
circa il 50% del prezzo di un laptop standard finisce nel canale di vendita,
nel marketing, nella distribuzione e nei profitti. OLPC invece è
non-profit e vende direttamente alle nazioni.
- Un altro 25%
del prezzo di un laptop è dovuto al software commerciale, in buona
parte fornito da Microsoft. Ma oggi esiste una comunità mondiale
del software aperto e libero che realizza prodotti paragonabili da molti
punti di vista a quelli tradizionali, specialmente nel settore del web
e dell'educazione.
- A questo punto,
i componenti più costosi tra quelli rimasti sono l'unità
a disco e il display. Ma la memoria Flash usata nelle macchine fotografiche
e nei memory stick può essere meno costosa del disco meno costoso
(ed è molto più robusta, perché è a stato solido).
Il display invece è un problema speciale, perché il costo
non è il solo aspetto da considerare. Un display per il terzo mondo
deve richiedere poca energia ed essere visibile alla luce diretta del sole,
con la retroilluminazione spenta.
- La ricercatrice
Mary Lou Jepson di OLPC ha risolto brillantemente il problema inventando
un nuovo tipo di display a schermo piatto che ha una risoluzione più
alta (200 pixel per pollice), un consumo pari a 1/7 e un costo pari a 1/3
rispetto ai prodotti tradizionali. Il risultato è un computer che
adesso costa 170 dollari, può contenere centinaia di libri (molti
dei quali dinamici) a un costo di circa 20 centesimi a libro, e gestisce
un reticolo automatico di interconnessioni con altri laptop.
- Questo computer
è stato inizialmente sbeffeggiato dai produttori di hardware e di
software, ma adesso loro stessi hanno cominciato a fare offerte simili
(per esempio, Intel adesso ha un "laptop da 400 dollari" e Microsoft
ha recentemente annunciato che venderà il proprio software al terzo
mondo per pochi dollari).
- Sarebbe bello
dire che i produttori hanno visto la luce, ma è più probabile
che si sentano semplicemente minacciati e stiano rispondendo.
- Uno dei vantaggi
di lavorare con un'organizzazione non-profit è che via via che il
costo dei materiali si riduce e la produzione è resa meno costosa,
tutto il risparmio in costi viene semplicemente trasferito ai bambini.
Inoltre, la prima fase del progetto si sta svolgendo in poco più
di due anni e quindi molte delle specializzazioni che potrebbero essere
fatte verranno spostate alla fase successiva.
- Sarebbe del
tutto possibile costruire un laptop da 50 dollari o anche meno se tutte
le tecnologie e tecniche di produzione disponibili fossero messe a frutto.
- Naturalmente,
la parte hardware è solo una piccola parte del progetto complessivo
- anche se costruire un "laptop da 100 dollari" con funzionalità
complete è comunque una sfida. Bisogna tener conto anche del software
di sistema, degli ambienti autore per l'utente finale, del contenuto educativo,
dei vari tipi di packaging e della documentazione e, soprattutto, degli
insegnanti necessari per aiutare i bambini ad apprendere le idee potenti.
- Tornerò
tra pochissimo su questo aspetto critico dell'ecologia dell'educazione.
- Per adesso,
notiamo che per la matematica e le scienze nel primo e secondo mondo la
percentuale di insegnanti elementari e genitori che conoscono davvero questi
argomenti è troppo piccola per poter aiutare molti bambini a superare
la soglia.
- Nel terzo mondo
la percentuale è tanto piccola da essere evanescente. Questo porta
a una impasse frustrante. Come dimostrerò tra un minuto, adesso
sappiamo come aiutare bambini di 10 e 11 anni a gestire senza problemi
potenti forme di analisi e altre capacità matematiche avanzate.
Ma nessun bambino ha mai inventato l'analisi matematica!
- La natura meravigliosa
della conoscenza moderna, aiutata dalla scrittura e dalla didattica, è
che molte idee che richiedono un genio (nel caso dell'analisi matematica,
due genî) per essere inventate possono poi essere apprese da una
popolazione molto più ampia e con talenti meno specializzati.
- Ma è
molto difficile inventare nel vuoto, anche per un genio. (Immaginate di
nascere con un quoziente intellettuale di 500 nel 10.000 a.C. Non succederebbe
molto!
- Nemmeno Leonardo
ha potuto inventare un motore per nessuno dei suoi veicoli: era piuttosto
intelligente ma visse nell'epoca sbagliata e pertanto non sapeva abbastanza.)
Se un bambino ha imparato a leggere, può a volte scavalcare gli
adulti - sia a casa che a scuola - andando in biblioteca e imparando attraverso
le letture.
- Ci sono stati
molti casi di questo tipo ed è probabile che un grossa parte della
rivoluzione della stampa sia avvenuta gradualmente in questo modo. Ma è
molto difficile per un bambino imparare a leggere senza l'assistenza (o
almeno la co-operazione) di adulti e, di nuovo, critica l'importanza degli
insegnanti.
- Quando Andrew
Carnegie istituì migliaia di biblioteche pubbliche e gratuite negli
Stati Uniti, in ognuna di queste venne prevista una stanza speciale dove
i bibliotecari insegnavano a leggere a chiunque volesse imparare! Naturalmente,
i bambini possono apprendere molte cose senza un mentore speciale, sperimentando
e condividendo conoscenza tra loro.
- Ma non conosciamo
casi in cui questo abbia portato a invenzioni come la matematica deduttiva
e le scienze empiriche basate sulla matematica.
- Per usare un'analogia:
che cosa succederebbe se costruissimo un pianoforte economico e lo mettessimo
in ogni classe?
- I bambini certamente
imparerebbero da soli a farci qualcosa - e questo qualcosa potrebbe essere
divertente, potrebbe avere degli aspetti realmente espressivi, sarebbe
certamente un tipo di musica. Ma non avrebbe nessun rapporto con ciò
che è stato inventato nella musica nei secoli dai grandi musicisti.
- Questo sarebbe
un peccato nel caso della musica - ma per la scienza e la matematica sarebbe
un disastro. I processi speciali e la prospettiva di queste discipline
(specialmente della scienza) sono talmente critici e nascosti che se non
si è esposti al loro insegnamento come "abilità che
consentono l'arte" si è come invalidi.
- Come ha sottolineato
Ed Wilson, il nostro patrimonio genetico per interessi sociali, motivazioni,
comunicazione e invenzione è essenzialmente quello che era per gli
uomini del Pleistocene.
- Molto di quello
che chiamiamo civilizzazione moderna è costituito da invenzioni
come l'agricoltura, la scrittura e la lettura, la matematica e la scienza,
il governo basato sull'uguaglianza dei diritti, ecc.
- Queste cose
furono difficili da inventare e si apprendono meglio se qualcuno ci guida.
Pertanto, dobbiamo semplicemente trovare modi di risolvere il problema
del mentore, non solo per il terzo mondo, ma anche per il primo e il secondo.
- Possiamo facilmente
costruire cinque milioni di laptop OLPC entro l'autunno, ma nessuna somma
di denaro ci permetterebbe di produrre per la stessa scadenza anche solo
mille nuovi insegnanti con la conoscenza e le abilità richieste
(in parte perché agli esseri umani sono necessari anni per apprendere
e mettere in pratica che hanno bisogno di sapere).
- Questa è
una delle ragioni per cui l'educazione rallenta così tanto la scienza,
la tecnologia e gli altri progressi nelle idee.
- A volte è
strabiliante vedere quello che bambini anche molto piccoli sono in grado
di fare quando sono in un ambiente adatto all'apprendimento. I principi
più importanti da questo punto di vista sono di cercare di scoprire
che cosa i bambini possono fare, quale rappresentazione delle idee è
migliore per loro e quale tipo d'ambiente sociale stimola le loro innate
pulsioni a diventare competenti nel mondo in cui vivono.
- L'insegnante
di prima elementare Julia Nishijima, che incontrammo in una delle scuole
con cui lavoravamo 15 anni fa, aveva l'insolita caratteristica di essere
un matematico naturale. Non credo che avesse studiato formalmente la matematica
o che avesse mai seguito un corso di analisi.
- Ma era come
un musicista jazz di talento che non ha mai preso delle lezioni: capiva
la musica della matematica. Aveva una naturale prospettiva matematica sul
mondo.
- Uno dei progetti
più interessanti che vedemmo nella sua classe partiva dal far scegliere
a ogni bambino la figura geometrica che preferiva; l'idea era, usando solo
quelle figure, di costruire figure immediatamente più grandi che
avessero la stessa forma. Le figure disponibili erano rombi, quadrati,
triangoli e trapezi. Julia poi faceva in modo che i suoi studenti riflettessero
sulle loro creazioni.
- Trattava la
matematica come un sistema per fare in modo che i bambini creassero strutture
con proprietà matematiche interessanti e poi le analizzassero. Lauren,
7 anni, notò che era necessario un pezzo per costruire la prima
figura; il numero totale di pezzi era uno. Per costruire la forma successiva
servivano tre pezzi in più e il numero totale di pezzi diventava
quattro.
- E per la successiva
servivano cinque pezzi in più. Così molto presto Lauren comprese:
"Ah sì, questi sono i numeri dispari; basta aggiungere due
per ottenere i pezzi necessari a fare la figura successiva" .
- Inoltre, la
somma dei pezzi dava la sequenza dei quadrati dei numeri interi, almeno
fino al "sei per sei" (Lauren non era tanto sicura di quanto
facesse sette per sette). Insomma, Lauren aveva scoperto due progressioni
molto interessanti che tutti i matematici e gli scienziati tra il pubblico
riconosceranno.
- Poi l'insegnante
fece in modo che tutti i bambini mettessero i loro progetti sul pavimento
della classe in modo che tutti potessero vederli e i bambini rimasero stupefatti
perché tutte le progressioni erano esattamente uguali!
- Ogni bambino
aveva riempito una tabella che era come quella di Lauren e questo significava
che la legge di crescita per tutti i progetti era esattamente la stessa;
i bambini avevano scoperto una importante generalizzazione riguardo alla
crescita.
- I matematici
e gli scienziati riconosceranno che i numeri dispari sono prodotti come
un rapporto differenziale del prim'ordine, che produce una progressione
graduale e uniforme - nella matematica del computer che usiamo, questo
è espresso con fare più e più volte e con aumenta-di:
Fare più e più volte: Dispari aumenta-di 2
- E il numero
totale di pezzi è prodotto da un rapporto differenziale del second'ordine
(perché usa i risultati di un rapporto del prim'ordine): Fare più
e più volte: Totale aumenta-di Dispari L'idea di aumenta-di è
facile per chiunque, perché è solo mettere cose (cioè
aggiungere cose) in una pila di cose.
- In fin dei conti,
la matematica è una "riflessione attenta su come la rappresentazione
delle idee ha implicazioni su altre rappresentazioni di idee" e il
processo più importante nell'aiutare qualcuno a compiere ragionamenti
matematici consiste nel metterlo in molte situazioni in cui possa pensare
in un modo più attento. In questo caso, i bambini furono in grado
di trovare un buon modo di pensare a due generi di crescita e cambiamento.
- "Aumenta-di"
è un'idea molto potente perché molti cambiamenti nel mondo
fisico possono essere modellati da uno o due "aumenta-di" ed
è una rappresentazione che i bambini sono in grado di capire immediatamente.
- Ora, quale sarebbe
una buona rappresentazione per aiutare i bambini a pensare al teorema di
Pitagora?
- Sotto a sinistra
c'è la dimostrazione di Euclide, così come viene presentata
agli studenti di geometria a livello di scuola superiore. È elegante
e sottile, getta luce su altre aree della geometria, ma non è la
dimostrazione più adatta per la maggior parte dei bambini.
- Sotto a destra
c'è un tipo di dimostrazione molto diversa: forse proprio quella
originale di Pitagora.
- Abbiamo visto
molti bambini di scuola elementare trovare da soli questa dimostrazione
giocando con forme triangolari e quadrate.
- Mostra la disposizione,
circonda il quadrato C con altri 3 triangoli per fare un quadrato più
grande, copia il quadrato più grande, togli il quadrato C, ruota
i due triangoli, osserva che c'è spazio per i quadrati A e B, spostali,
e, tombola!
- Questa dimostrazione
ha un carattere viscerale, una potente semplicità che è perfetta
per le menti dei principanti e fornisce un solido fondamento per successive
visioni più astratte e sottili dell'idea.
- Una regola semplice
qui è quella di trovare idee e rappresentazioni che consentano "ai
principianti di agire ad un livello intermedio", consentano cioè
agli apprendisti di compiere immediatamente l'attività in qualche
forma reale. Il modo in cui l'analisi matematica guarda ad alcune idee
è così potente e così importante che vogliamo che
i bambini imparino a pensare in questo modo molto prima di quanto fanno
di solito.
- Così
abbiamo creato una forma di analisi che può essere concepita da
menti giovani e che il computer fa vivere in molti modi dilettevoli.
- Un progetto
molto amato dai bambini di nove, dieci e undici anni in tutto il mondo
consiste nel progettare e realizzare una macchina che vorrebbero imparare
a guidare.
- Come prima cosa,
questi bambini disegnano la loro macchina (e spesso ci mettono grosse ruote
da fuoristrada come queste).
- Per adesso è
soltanto un disegno. Ma poi i bambini possono guardare "dentro"
il loro disegno per vederne le proprietà (per esempio dove si trova
la macchina e dove è diretta) e comportamento (la capacità
di andare avanti nella direzione verso la quale è diretta, o cambiare
la direzione girando).
- Questi comportamenti
possono essere estratti e fatti cadere nel "mondo" del programma
Etoys per creare uno script - senza bisogno di digitare con la tastiera
- che può essere messo in movimento cliccando sull'orologio.
- Quando lo facciamo,
la macchina inizia a muoversi in accordo con lo script.
- Se facciamo
cadere la penna della macchina nel mondo, disegnerà un percorso
(in questo caso un cerchio), e possiamo vedere che questa è la tartaruga
del LOGO di Papert mascherata - una tartaruga con un "costume"
e modi semplici di visualizzarla, scrivere script e controllarla.
- Per guidare
la macchina, i bambini scoprono che cambiando il numero che segue car turn
by cambierà la sua direzione.
- Poi disegnano
un volante (esattamente lo stesso tipo di oggetto della macchina, ma con
un costume diverso) e vedono che se potessero mettere steer's heading subito
dopo car turn by questo potrebbe consentire al volante di influenzare la
macchina.
- Possono prelevare
steer's heading (il nome per i numeri relativi alla direzione che il volante
emette) e lo fanno cadere nello script.
- Adesso possono
far girare la macchina con il volante! I bambini hanno appena scoperto
che cos'è una variabile e come funziona.
- La nostra esperienza
indica che imparano il concetto di variabile in maniera profonda solo con
questo esempio. Scoprono poi presto che è difficile controllare
la macchina.
- Hanno bisogno
di introdurre un "ingranaggio" nel collegamento tra il volante
e la macchina. Possono avere la consulenza di cui hanno bisogno da un insegnante,
genitore, amico o da un bambino migliaia di miglia lontano tramite l'interfaccia
di consulenza su Internet. Visualizzano l'espressione nello script e dividono
i numeri che provengono dal volante per 3.
- Questo cambio
di scala riduce l'influenza dei movimenti del volante. Hanno appena imparato
a che cosa serve (e la moltiplicazione).
- Una buona parte
di quel che si fa è solo azione, pertanto è una buona idea
riflettere anche su quello che è appena accaduto. Un modo per riflettere
è fare in modo che gli oggetti lascino dei percorsi che mostrino
quello che stavano facendo nel tempo.
- Se la velocità
è costante nel tempo i punti del percorso sono uniformemente distanziati,
e questo mostra che in ogni intervallo di tempo è stata percorsa
una distanza uguale. Se si aumenta la velocità ad ogni battito dell'orologio,
si ottiene un andamento simile a quello mostrato nella seconda figura.
- È lo
schema visivo dell'accelerazione uniforme. Se rendiamo la velocità
casuale ad ogni istante (in questo caso variandola tra 0 e 40), otterremo
un andamento irregolare delle distanze percorse ad ogni battito. È
divertente provare a utilizzare la casualità in due dimensioni.
Qui possiamo far avanzare una macchina casualmente e farla girare casualmente.
Se mettiamo giù la penna, otteniamo una serie di "camminate
da ubriaco".
- Un modo per
vedere questa distribuzione è: una piccola dose di casualità
farà in modo che molto territorio sia visitato dato un tempo abbastanza
lungo.
- Anche la probabilità
di collisioni cambia in maniera significativa (è sempre bassa, ma
adesso "più possibile"). Pertanto si potrebbe supporre
che un percorso casuale in uno script che usi i principi della retro-azione
potrebbe compiere cose sorprendenti.
- Fino a questo
punto i nostri esempi sono stati sostanzialmente matematici, nel senso
che trattano di rappresentazioni nel computer di relazioni di idee.
- Queste idee
possono essere simili al mondo reale (i modelli della velocità e
dell'accelerazione) o diversi dal mondo reale (la macchina negli esempi
della velocità e dell'accelerazione non era sostenuta da niente,
ma non è caduta perché nel mondo del computer non c'è
"gravità" a meno che noi non la inseriamo nel modello).
- A volte possiamo
inventare una storia che è simile al mondo reale e che porta perfino
a una supposizione che funziona. Ma per la maggior parte della storia umana,
le supposizioni sul mondo fisico sono state molto lontane dal vero.
- Le scienze fisiche
iniziarono ad essere una cosa seria quando si iniziò a fare osservazioni
e misure precise del mondo, prima per costruire mappe accurate per la navigazione,
esplorazione e commercio e poi per osservare più da vicino un numero
crescente di fenomeni con strumenti e tecniche migliori.
- Un altro buon
esempio di "alta osservazione a basso costo" è il progetto
della misurazione della circonferenza della ruota della bicicletta per
i bambini della quinta elementare. In questa attività di osservazione
molta della ricchezza della scienza si può trovare.
- Gli studenti
usavano materiali diversi e ottenevano risposte diverse ma erano sicuri
che ci fosse una risposta esatta in centimetri (in parte per il fatto che
la scuola richiede loro di ottenere risposte esatte piuttosto che risposte
reali). Anche uno degli insegnanti la pensava così, perché
sul lato del copertone era riportata l'indicazione di diametro: 20 pollici.
- L'insegnante
"sapeva" che la circonferenza è pi greco per il diametro,
che "pi greco è 3,14" e che "pollici moltiplicato
per 2,54 converte in 'centimetri' ", ecc. e fece le moltiplicazioni
per ottenere la "circonferenza esatta" della ruota = 159,512
cm.
- A quel punto
suggerimmo che i bambini misurassero il diametro e il risultato fu che
in effetti esso era più vicino a 19 pollici e 3/4 (la ruota era
sgonfia)!
- Questo fu uno
shock, poiché erano stati abituati a credere a quasi tutto ciò
che è scritto e l'idea di fare una verifica indipendente non era
venuta in mente a nessuno.
- Questo portò
all'idea di gonfiare con pressioni diverse, ecc. Ma ancora quasi tutti
pensavano che ci fosse una circonferenza esatta.
- Allora uno di
noi contattò il produttore (che si trovava in Corea) e ci furono
molti interessanti e divertenti scambi di posta elettronica finché
non fu trovato un ingegnere che rispose: "In effetti non conosciamo
la circonferenza o il diametro di questi copertoni.
- Li estrudiamo
e li tagliamo a una lunghezza di 159,6 cm ± 1 millimetro di tolleranza!"
Questo fu un vero shock.
- I bambini rimasero
impressionati - nemmeno il produttore conosce il diametro o la circonferenza!
- e questo li spinse a elaborare pensieri ancora più potenti. Forse
non si possono misurare le cose esattamente.
- Non ci sono
gli "atomi" lì dentro? Non si agitano? Gli atomi non sono
fatti di roba che si agita? E così via.
- L'analogia con
il problema di "quanto lunga è una costa" è buona:
la risposta dipende in parte dalla scala e dalla tolleranza della misura.
- Come hanno mostrato
Mandelbrot ed altri studiosi di frattali, la lunghezza di una costa matematica
può essere infinita; la fisica poi ci mostra che la misura fisica
potrebbe essere "quasi" altrettanto lunga (cioè molto
lunga).
- Ci sono molti
modi di utilizzare la potente idea di "tolleranza". Per esempio
quando i bambini fanno il loro progetto sulla gravità e si creano
un modello di ciò che la gravità produce sugli oggetti vicino
alla superficie della terra (vedi il prossimo progetto), è molto
importante che si rendano conto che la precisione delle loro misure è
limitata dalla dimensione dei pixel sullo schermo del computer e che possono
anche fare dei piccoli errori.
- Prendere totalmente
alla lettera le misurazioni può impedire di comprendere che il fenomeno
studiato è una accelerazione uniforme. Pertanto, ci dev'essere una
tolleranza per i piccoli errori.
- D'altra parte
i bambini devono essere molto vigili riguardo alle discrepanze che sono
al di fuori della scala dei tipici errori di misurazione.
- Storicamente,
per Galileo fu importante non essere in grado di misurare in maniera veramente
accurata il modo in cui le palle rotolavano sul piano inclinato e per Newton
non sapere che cosa realmente fa l'orbita di Mercurio se guardata da vicino.
- I bambini scoprono,
misurano e modellano matematicamente la gravità galileiana.
- Un bell'esempio
di "scienza reale" per undicenni consiste nell'esaminare che
cosa accade quando si lasciano cadere oggetti di pesi diversi.
- All'inizio,
i bambini pensano che l'oggetto più pesante cadrà più
velocemente. E pensano che un cronometro dirà loro che cosa succede.
Ma è difficile stabilire quando il peso viene mollato, o il momento
esatto in cui colpisce il suolo.
- In ogni classe
si trova normalmente un "bambino Galileo". In questa classe fu
una bambina che si rese conto che in realtà non abbiamo bisogno
di cronometri: basta lasciar cadere l'oggetto pesante e quello leggero
e vedere se colpiscono terra nello stesso momento. Questa è la stessa
idea che ebbe Galileo quattro secoli fa, e che apparentemente non era venuta
a nessun adulto (nemmeno i più intelligenti tra i Greci) negli ottantamila
anni precedenti!
- Per capire i
dettagli dell'azione gravitazionale vicino alla superficie della Terra
possiamo poi usare una telecamera per catturare i movimenti del peso in
caduta. Con questo strumento possiamo seguire la posizione della palla
fotogramma per fotogramma, a distanza di un trentesimo di secondo. Per
facilitare l'operazione possiamo estrarre un fotogramma su cinque e metterli
uno a fianco all'altro. Possiamo poi prendere tutti i fotogrammi selezionati,
togliere le parti non essenziali e sovrapporli.
- Quando i bambini
lo fanno, molti di loro dicono immediatamente: "Accelerazione!"
Si accorgono che lo schema di spaziatura verticale che emerge è
uguale a quello orizzontale con cui hanno giocato usando le loro automobili
diversi mesi prima.
- Ma di che tipo
di accelerazione si tratta? Per saperlo, dobbiamo prendere delle misure.
Alcuni bambini misureranno direttamente sui fotogrammi affiancati, mentre
altri preferiranno misurare sui fotogrammi sovrapposti. I rettangoli traslucidi
aiutano perché permettono di individuare meglio la parte inferiore
delle palle. L'altezza di ogni rettangolo misura la velocità della
palla in quel momento (la velocità è la distanza percorsa
in una unità di tempo, in questo caso circa 1/5 di secondo). Quando
sovrapponiamo i rettangoli possiamo vedere che la differenza in velocità
è rappresentata dalle piccole strisce che sono esposte e l'altezza
di ognuna di queste strisce appare uguale! Queste misure rivelano che l'accelerazione
appare sostanzialmente costante.
- I bambini avevano
fatto uno script simile per le loro automobili mesi prima, e si rendono
conto molto in fretta che siccome la palla si muove in verticale devono
scrivere lo script in modo che sia la velocità verticale ad aumentare
e la posizione verticale y ciò che deve essere cambiato. A questo
punto dipingono una piccola forma rotonda per simulare la palla e scrivono
lo script: Ora, come si fa a mostrare che questo è un buon modello
dei comportamenti osservati?
- Tyrone, un ragazzino
di undici anni, decise di fare quello che aveva già fatto con la
sua macchina: lasciare tracce puntiformi per mostrare che il percorso della
sua palla simulata seguiva esattamente le stesse posizioni della palla
reale nel video.
- Ecco in che
modo Tyrone ha spiegato il suo procedimento e il modo in cui c'è
arrivato: Per essere sicuro di fare le cose per bene, ho preso una lente
per controllare se era tutto corretto - se la dimensione era proprio giusta.
Dopo aver fatto questo, sono andato a cliccare sul piccolo bottone delle
categorie di base e poi è venuto fuori un piccolo menù e
una delle categorie era Geometria, così ci ho cliccato sopra.
- E qui ci sono
molte cose che hanno a che fare con la dimensione e la forma dei rettangoli.
Così ho visto qual è l'altezza … Ho continuato con il processo
finché non li ho allineati tutti con la loro altezza. Ho sottratto
l'altezza di quello più piccolo dall'altezza di quello più
grande per vedere se c'era una specie di regolarità da qualche parte
che poteva aiutarmi.
- Ed era proprio
così: a questo punto, per mostrare che funzionava, ho deciso di
fare - di lasciare - dei punti come tracce (in modo da mostrare che la
palla andava alla stessa esatta velocità. E accelerazione.)
- Un lavoro di
indagine piuttosto bello, per un ragazzino di undici anni! Negli Stati
Uniti, circa il 70% dei ragazzi del college a cui viene insegnato come
funziona la gravità vicino alla superficie della Terra non capiscono
il concetto.
- Non perché
i ragazzi del college siano più stupidi dei bambini di quinta elementare;
perché il contesto e l'approccio matematico che vengono forniti
alla maggior parte di loro per imparare queste idee non sono adatti al
modo in cui loro possono pensare. Noi abbiamo scoperto che più del
90% dei bambini di quinta è in grado di capire questi concetti usando
questo contesto e rappresentazioni migliori per il cambiamento.
- Quando i bambini
hanno "catturato la gravità", possono usarla per esplorare
altre situazioni fisiche e per costruire giochi.
- Se la palla
viene ridisegnata come astronave, e si crea una luna per atterrarci sopra,
è piuttosto facile per un dodicenne (e per la maggior parte degli
undicenni) realizzare il classico gioco "Lunar Lander".
- Lo script per
la gravità è standard e accelera la nave verso il basso fino
a farla schiantare sulla luna. I bambini possono aggiungere uno script
per far controllare dal joystick il motore del razzo, per accelerare la
nave verso l'alto.
- Notate che in
entrambi i casi il valore di ySpeed viene aumentato, in una direzione o
nell'altra. I bambini in questo caso hanno poi fatto degli abbellimenti:
uno schianto se l'astronave tocca la luna con la velocità verso
il basso troppo alta, una fiamma che compare quando il razzo dell'astronave
è acceso.
- Molti fenomeni
fisici possono essere modellati dai bambini usando "aumenta-di".
Per esempio: inerzia, orbite, molle, ecc.
- Ma diamo un'occhiata
a un'altra idea potente: una che consente di fare progressi senza avere
informazioni sufficienti a fare un piano completo.
- A volte abbiamo
informazioni sufficienti a fare un piano affidabile. Ma spesso le cose
non vanno proprio come ci si aspetta (anche con i nostri piani "affidabili")
e si è costretti a trovare nuove informazioni, fare correzioni,
a volte nuovi piani.
- Tutti gli animali
e gli altri meccanismi hanno abilità limitate nel raccogliere informazioni
e molto poca capacità di estrapolare il futuro.
- Per esempio
i batteri più semplici possono essere feriti o uccisi dalla troppa
(o troppo poca) acidità. I batteri hanno quindi evoluto macchine
molecolari che li aiutano a scoprire quando sostanze pericolose iniziano
a danneggiarli; quelli che nuotano, per esempio, in caso di problemi cambiano
radicalmente (e casualmente) la direzione in cui stanno nuotando.
- Se le cose sono
"buone" non fuggono, se sono cattive ricominciano la fuga. Questa
strategia generale di percepire "buono" e "cattivo"
e fare qualcosa che possa migliorare le cose è diffusissima in biologia
e adesso la ritroviamo anche in molte delle macchine meccaniche ed elettriche
costruite dagli umani.
- Una sfida che
i bambini trovano molto divertente è quella di farsi bendare e fare
il giro di uno degli edifici della loro scuola basandosi solo sul tatto.
- La strategia
più semplice è anche molto funzionale: segui il muro e, se
lo perdi, svolta sempre nella stessa direzione.
- Le nostre macchine
possono fare la stessa cosa usando un colore che funzioni come "sensore
di tatto" e scrivendo uno script come questo: Poi sfidiamo i bambini
a creare una macchina e una strada che porti la macchina a marciare al
centro della strada piuttosto che su uno dei lati. È un problema
che può essere risolto in molti modi.
- Eccone uno carino,
trovato da due ragazze undicenni che lavoravano bene insieme. Le ragazze
hanno capito che se rendevano i marciapiedi della strada di due colori
diversi erano possibili solo tre casi: il sensore è nel centro o
su uno dei due lati. La loro macchina, strada e script sono di questo tipo:
- Questo script
è migliore di quello che avevamo mostrato loro. Le ragazze hanno
deciso che la loro macchina robot potesse andare avanti solo quando sta
nel mezzo. Questo significa che può negoziare ogni svolta in maniera
sicura (la macchina mostrata nel primo esempio non può sempre farlo
perché le sue svolte hanno un raggio costante di 5).
- Adesso modelliamo
il tipico comportamento degli animali che seguono segnali chimici nell'ambiente
essendo in grado di percepire la concentrazione relativa della sostanza
e di ricordare l'odore e concentrazione precedente abbastanza bene da decidere
se continuare a procedere o seguire un percorso diverso.
- Prendiamo un
salmone che nuota contro corrente per depositare le sue uova nella stessa
parte del fiume in cui è nato. Nel nostro modello eviteremo i drammatici
salti su per le cascate e ci concentreremo su come il salmone potrebbe
essere capace di guidare sé stesso annusando una sostanza chimica
proveniente dal terreno in cui sono state depositate le uova ed essendo
capace di ricordare solo la concentrazione dell'ultima annusata.
- Per modellare
l'acqua contenente la sostanza chimica useremo un gradiente di colore,
in cui più il colore è scuro più concentrata è
la sostanza. Etoys ci lascia percepire non solo il colore sotto un oggetto
ma anche la sua brillantezza. Così, per questa simulazione una minore
brillantezza significa "avvicinarsi". Sotto vediamo che il salmone
ha trovato con successo l'angolo più scuro e sulla destra vediamo
il percorso effettuato. Lo script per il percorso è una "tartaruga"
che segue la posizione del salmone e che traccia una scia su un campo di
gioco diverso.
- Il contenitore
e lo script alla base del "fiume" animano il corpo del salmone
e lo inducono a dimenarsi come un pesce. Questo semplice schema di "prova
qualcosa, verifica, continua a farlo se è OK, altrimenti fai qualcosa
a caso" si trova nella maggior parte delle creature viventi, dai batteri
in su, e una specie di astrazione di questo meccanismo fa funzionare l'evoluzione.
Sebbene ogni fenomeno del mondo abbia tratti unici, molte delle cose si
capiscono meglio se si pensa ad esse come membri di specie che condividono
la maggior parte delle loro proprietà e comportamenti.
- Dato che i computer
sono molti bravi a copiare oggetti velocemente ed economicamente, possiamo
usare questa caratteristica per trasformare un modello individuale in uno
che ha molti attori.
- Per esempio
possiamo introdurre nel nostro modello tutti i salmoni che vogliamo. Questo
significa che possiamo modellare ecologie di popolazioni, oltre che di
individui.
- Le formiche
sono un ottimo esempio di animale che può essere studiato e modellato
dai bambini. Esse usano la loro abilità di percepire e seguire gradienti
per comunicare tra di loro depositando scie di odore che usano per marcare
i percorsi e aiutare le altre formiche a trovare "cose interessanti"
(di solito cibo). Le formiche sono animali sociali e spesso si comportano
come un organismo più grande le cui "cellule" possono
percepire, pensare e fare indipendentemente.
- Un esempio convincente
di "nuova e potente argomentazione" è il modo in cui le
simulazioni informatiche create dagli utenti possono aiutare a illuminare
minacce molto complesse e difficili da comprendere - per esempio, epidemie
lente ma mortali come l'AIDS - in modi più complessi rispetto a
semplici ipotesi e asserzioni. Uno dei problemi nella comprensione dell'AIDS
è che il periodo di incubazione per il virus può durare anche
cinque e più anni.
- Per il normale
senso comune umano sembra che "niente stia succedendo" nelle
prime fasi, cioè proprio quando possono essere intraprese le azioni
più importanti per evitare il contagio. In molte società
tradizionali in tutto il mondo si è dato retta al senso comune,
non si sono intraprese azioni e il risultato alcuni anni dopo è
stato ed è devastante.
- Una delle cose
più semplici che può essere fatta da un qualsiasi bambino
utilizzando un sistema autore che può manifestare migliaia di elementi
è quella di costruire un villaggio simulato e provare scenari diversi
relativi al contagio, all'incubazione lenta e alla mancanza di cure.
- Nei casi di
incubazione lenta all'inizio "sembra che niente stia succedendo",
e tuttavia alla fine muoiono tutti. Tuttavia, poiché gli studenti
hanno messo in piedi la simulazione da soli, hanno creato loro stessi la
matematica dinamica e la modellazione di qualcosa a cui tengono.
- Sono loro che
scelgono le condizioni iniziali e l'impatto emotivo dato da esiti sempre
disastrosi ha un effetto profondo sulla loro visione delle epidemie.
- Ci sono adesso
molte migliaia di progetti Etoys fatti in lingua madre da centinaia di
migliaia di bambini in molti paesi del mondo: USA, Canada, Messico, Argentina,
Brasile, Francia, Germania, Spagna, Giappone, Corea, Cina, Nepal e altri
ancora.
- Il laptop OLPC
a basso costo e gli strumenti da esso ispirati si diffonderanno presto
tra milioni di bambini. Pertanto, come per l'avvento del libro nel Quattrocento,
il potenziale per cambiare completamente l'apprendimento - e, come ha sottolineato
McLuhan, per cambiare il cambiamento stesso - è arrivato nella maggior
parte del mondo.
- Noi abbiamo
iniziato la nostra ricerca quarant'anni fa con l'obiettivo di aiutare i
bambini - e quindi l'umanità - a imparare ad assorbire la "scienza
in senso lato".
- Pensiamo alla
scienza come a tutti quei processi che possono aiutare a "rendere
l'invisibile più visibile". Con invisibile intendiamo ciò
che è invisibile agli esseri umani per tutte le ragioni, incluso
non solo i consueti oggetti di interesse per la scienza, troppo piccoli
o troppo lontani o emessi in forme d'onda che non possiamo percepire, ma
anche le idee e oggetti che sono a noi invisibili perché il nostro
apparato mentale non è adatto a pensarli o li ha rifiutati (perché
"non è possibile che siano veri" ), ecc.
- In questa categoria
includo tutte le "arti serie" il cui scopo è quello di
"svegliarci", di portarci a renderci conto che quello che la
consapevolezza ci presenta non è la realtà ma una storia
che potrebbe anche essere molto lontana dalla realtà, e a volte
pericolosamente lontana.
- Quello che la
scienza fa non è tanto cambiare o aggiustare il nostro apparato
mentale pieno di rumore, ma piuttosto aggiungere molti processi nuovi nelle
nostre teste (e fuori, nella società degli scienziati) per scoprire
i nostri molti errori e cercare di ridurli in dimensione e genere.
- Come ha detto
Thomas Jefferson, "Nel momento in cui una persona forma una teoria,
la sua immaginazione vede, in ogni oggetto, solo gli aspetti che favoriscono
quella teoria".
- La società
della scienza agisce come una specie di "super-scienziato" -
e questo ha molte conseguenze, oltre al fatto che la società "conosce"
più cose rispetto a ogni singolo individuo. In questo superorganismo
ci sono debugger di idee migliori e più scettici di quelli che la
maggior parte degli individui ha nella propria mente.
- Rispetto ai
singoli individui, il superorganismo ha più punti di vista su come
l'universo potrebbe funzionare, e questi punti di vista sono molto utili
(anche se alcune delle motivazioni retorostanti potrebbero essere meno
che scientifiche).
- Pertanto, senza
antropomorfizzare inutilmente la scienza, è giusto dire che la "scienza"
è più brillante, più competente, ha prospettive di
maggiore forza ed è uno "scienziato migliore" di un qualsiasi
individuo singolo.
- Rispetto alla
maggior parte degli individui, una società più ampia può
anche agire in modo più intelligente ed essere meno soggetta a decisioni
disastrose e ad azioni inutilmente aggressive.
- Ed è
scopo dell'educazione nelle società democratiche, in particolare
nelle repubbliche democratiche in cui i rappresentanti devono essere scelti
da tutta la società, coinvolgere tutti i cittadini nei processi
di pensiero più forti, nelle conversazioni e dibattiti.
- Sentiamo ancora
Jefferson: Non conosco nessun luogo in cui depositare i poteri ultimi della
società che sia più sicuro delle persone stesse; e se pensiamo
che queste non siano abbastanza illuminate da esercitare il loro controllo
con una buona capacità di discernere, il rimedio non è quello
di toglier loro il controllo, ma di aumentare con l'educazione la loro
capacità di discernere.
- H.G. Wells disse
che "La civiltà è una gara di corsa tra l'educazione
e la catastrofe".
- Forse però
"educazione" è un termine troppo vago. Lo sostituirei
con "gara di corsa tra l'educazione alla prospettiva e la catastrofe",
perché non è la conoscenza in sé che fa la differenza
più grande, ma la prospettiva o punto di vista, che fornisce il
contesto in cui il pensiero razionale si congiunge con il mondo reale al
servizio dell'umanità.
- Per esempio,
nel XX secolo si è consentito che nascesse un contesto in cui alcuni
esseri umani furono considerati animali dannosi, e, poiché noi sterminiamo
gli animali dannosi, in questo orrendo contesto si è presa la logica
decisione di sterminare gli essere umani in questione.
- Questo non è
un processo eccezionale nella storia umana: è stato seguito più
di una volta nel XX secolo e succede ancora oggi.
- La schiavitù
è un altro prodotto di orrendi contesti e convenienza, ed è
ancora con noi in diverse forme. Il primo passosulla strada della scienza
si ha quando si comprende con sorpresa che "il mondo non è
quello che sembra".
- Molti adulti
non hanno mai compiuto questo passo; prendono il mondo per quello che sembra
e scambiano le loro storie interiori per realtà, con conseguenze
a volte disastrose.
- Il primo passo
è un grosso passo ed è meglio che lo facciano i bambini (molti
di coloro che hanno varcato questa soglia di consapevolezza lo hanno fatto
nelle prime fasi della vita).
- Da qui occorre
fare un altro grosso passo per includere noi stessi umani tra gli oggetti
da studiare: cercare di andare oltre le nostre storie su noi stessi per
capire meglio "che cosa siamo?" e chiederci "in che modo
le nostre carenze possono essere mitigate?".
- Sebbene il mondo
stesso sia tutt'altro che pacifico ci sono adesso esempi di gruppi molto
più grandi di persone che vivono in pace e prosperano per molte
più generazioni di quanto sia mai avvenuto prima.
- L'illuminazione
di alcuni ha portato a comunità piene di benessere, commercio, energia
e prospettive che aiutano anche i meno illuminati a comportarsi meglio.
- Non è
affatto una coincidenza che la prima parte di questa vera rivoluzione sociale
sia stata alimentata dalla stampa.
- La prossima
rivoluzione nel pensiero - per esempio, un pensiero e una pianificazione
capaci di gestire sistemi complessi e capaci di portare a nuovi e sostanziali
cambiamenti di prospettiva - sarà alimentata dalla vera rivoluzione
informatica - e potrebbe arrivare giusto in tempo per vincere la corsa
contro la catastrofe.
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