Stefania Bertolazzi

Simona Empoli

Francesco Luigi Navarria

Tiziano Rovelli

20 Novembre 1998

Dip.di Fisica, Università di Bologna

Fac. di Farmacia, , Università di Bologna

INFN, Sezione di Bologna

Gli sviluppi più recenti, in campo educativo ed informatico, hanno favorito l’introduzione degli ipermedia nella didattica. Infatti la presenza di diversi media può aumentare notevolmente la capacità di comunicare contenuti complessi: in molti casi una singola immagine o una animazione riescono a comunicare più concetti e in modo più efficace che non intere pagine di spiegazioni verbali, nonché a renderli più attraenti proprio per l’impostazione meno statica e "scolastica".

L’ipertesto, poi, avendo una struttura reticolare, permette di personalizzare e individualizzare il percorso didattico proprio perchè non obbliga lo studente a seguire un percorso stabilito, anche se inserito in una logica interna dei temi trattati [1].

Accanto a questo non va dimenticato che l’apprendimento comporta anche astrazione, schematizzazione e formalizzazione. Il soggetto che apprende deve quindi avere a disposizione approfondimenti formali ed esercizi di verifica verso i quali deve essere spinto dal percorso multimediale.

La World Wide Web rende possibile il trasporto di documenti ipermediali all’interno della rete Internet e i browser oggi disponibili fanno sì che questi documenti possano venir reperiti con facilità e visualizzati attraverso procedure elementari ed intuitive. Anche se l’ambiente della rete non è stato specificamente progettato per la didattica, per la ricchezza di risorse che possiede e la versatilità delle strutture, può essere proficuamente sfruttato in questo settore, pur non implicando competenze di informatica o familiarità con la Web da parte dello studente.

Nel pacchetto "Meccanica dei fluidi" il materiale didattico è stato strutturato in un insieme di pagine, collegate tra loro secondo una struttura che prevede un filone principale dal quale si diramano le varie pagine di approfondimento. Questa struttura è conforme ad una concezione ipermediale del progetto, per cui le pagine includono parti di testo, brani audio, immagini, simulazioni interattive e link ad altre parti del documento stesso o ad altri documenti.

L’idea non è quella di abbandonare lo studente davanti al calcolatore, ma di sfruttare le capacità offerte dall’informatica e dalla Web in particolare come supporti ai tradizionali metodi di insegnamento.

La scelta dell’argomento è stata motivata dal fatto che tale tema è spesso trattato in modo marginale nei testi "classici" di Fisica, dedicati a studenti di Fisica ed Ingegneria, da cui sono estratti i testi semplificati per le altre tipologie di studenti. La ricchezza di risorse dell’ipertesto e la possibilità di introdurre naturalmente diversi livelli di approfondimento, hanno permesso di trattare il tema in maniera che si ritiene abbastanza completa per il pubblico a cui si rivolge.

Il pacchetto si sviluppa in un unico percorso didattico che permette di approfondire i diversi aspetti delle tematiche proposte a discrezione dell’utente, sia come genere che come livello di indagine. Puntando con il mouse sui link corrispondenti è infatti possibile analizzare uno stesso argomento da una prospettiva storica, da un punto di vista matematicamente più complesso di quello presentato nelle pagine di base, avere esempi ed applicazioni delle leggi ricavate, fare esercizi [2].

Il percorso proposto tratta gli argomenti inerenti al tema in modo da potersi adattare al patrimonio di conoscenze di uno studente che ha frequentato o stia frequentando gli ultimi anni della Scuola Superiore. Per coloro i quali abbiano già una certa competenza nell’ambito delle tematiche trattate, ma non necessariamente maturato una conoscenza approfondita dell’analisi matematica (come è quasi sempre il caso degli studenti di Chimica e Tecnologie Farmaceutiche, Farmacia, Medicina, Biologia o Scienze Naturali), il corso base è stato integrato con schede di approfondimento che ripropongono in maniera matematicamente più complessa le dimostrazioni presentate.

Nelle pagine principali (o pagine portanti) le leggi e fenomeni riguardanti la meccanica dei fluidi sono dimostrate e spiegate in maniera completa, anche se matematicamente semplice, come mostrato ad esempio in fig.1.

Un esempio di pagina di approfondimento con un livello matematico più elevato è mostrato in fig.2.

Le altre icone presenti in fig.1 portano a pagine di approfondimento del tema trattato nella pagina principale sotto diversi aspetti: storia, esempi, applicazioni, ecc.

L’ apprendimento attraverso mezzi multimediali offre maggiori possibilità di comprensione del tema trattato attraverso l’uso di applicazioni interattive: è questo il caso della simulazione del funzionamento del torchio idraulico, per mezzo della quale lo studente ha la possibilità di effettuare "esperimenti virtuali" (le pagine sul torchio sono raggiungibili premendo sull’icona simulazione). Collocando masse di diverso valore e scegliendo diversi rapporti, ci si rende conto di come si svolga il fenomeno e di come si possa sfruttare il principio su cui si basa il funzionamento del torchio idraulico (vedi fig.3 e 4).

Il corso è inoltre corredato di un insieme di esercizi, proposti attraverso un’icona nelle pagine principali (un esempo è mostrato nella fig.5).

Tutti gli esercizi sono comunque raccolti anche in un blocco unico in modo tale che lo studente abbia la possibilità di adattare la fase di esercitazione al proprio metodo di studio, cioè possa svolgerli passo passo, secondo il susseguirsi degli argomenti (anche per soffermarsi su quanto studiato e verificarne il grado di comprensione), oppure dedicarvisi alla fine del percorso di apprendimento.

In generale gli esercizi sono caratterizzati dalla possibilità di variare alcuni parametri (in certi casi liberamente, in altri selezionandoli attraverso un menù stabilito di possibilità) e quindi di risolvere una stessa tipologia di esercizio cambiando volta per volta una delle variabili, svolgendo uno stesso algoritmo di soluzione in condizioni diverse. Gli esercizi sono ordinati per gradi di difficoltà e, ove necessario contengono link a tabelle di dati richiesti per la soluzione.

Ogni pagina, sia essa portante o di approfondimento, presenta al termine una serie di link che rimandano direttamente alla pagina seguente quella considerata (se c’è), a quella che la precede e all’indice, in modo da permettere all’utente una scelta flessibile del percorso e così, allo stesso tempo, ridurre al minimo il rischio di disorientamento.

Figura 4 : il torchio idraulico : i risultati.

Nessun browser, sulla Web, è in grado di effettuare calcoli online (a parte quando gira programmi in Java, per cui nella realizzazione di software didattico che implichi l’intervento diretto dello studente per il conseguimento di risultati (grafici, simulazioni, soluzioni numeriche...) è necessario sfruttare l’architettura tipo client-server su cui si basa WWW [3].

Normalmente, la chiamata al server attraverso il browser dello studente, che funge da client, produce l’invio del documento Web corrispondente all’indirizzo impostato. Per i documenti interattivi i parametri inseriti dall’utente possono essere trasferiti al programma relativo alla simulazione o all’esercizio scelti che il server manda in esecuzione. Segue la fase di scrittura su un file del grafico generato o dei risultati del problema e successivamente la conversione del grafico in immagine da inserire nella pagina Web, la generazione della pagina stessa e cancellazione dei files non più utilizzati. I dati sono inseriti attraverso form, l’equivalente telematico dei moduli cartacei, e i programmi che sono mandati in esecuzione sul server sono detti CGI-scripts (Common Gateway Interface-script) [4].

Nel pacchetto è inclusa anche una applet [5], applicazione interattiva in linguaggio Java, che permette la generazione di immagini in movimento. La applet è stata ricompilata ed è utilizzata dietro gentile concessione del suo ideatore Fu-Kwun Hwang; la particolarità di questo tipo di applicazione sta nel fatto di utilizzare le risorse della macchina del client. Il server fornisce infatti solo il codice del programma richiesto, che verrà lanciato attraverso il browser dell’utente.

L’ipermedia è arricchito inoltre da file sonori che accompagnano le pagine più didascaliche: i brani sono stati registrati per mezzo di uno degli accessori multimediali di Windows NT Server: Sound Recorder. Se il sistema attraverso il quale si sta consultando il pacchetto è dotato di scheda audio ed altoparlanti, è possibile ascoltare il passo premendo con il tasto del mouse il bottone di link al file sonoro.

È previsto il continuo arricchimento del corso di Fisica attraverso la realizzazione di un ipercorso riguardante la "Termodinamica" e si sta tentando di trasformare il server sul quale risiedono i pacchetti software finora prodotti in un vero e proprio sito per la didattica interattiva su Internet, attraverso la realizzazione di pacchetti software rivolti ai docenti, per la costruzione e gestione di ipertesti e delle risorse della rete ed in generale per la gestione della didattica via Internet [7].

[1] MediaMente: TV "Tecnologie dell’educazione" , puntata del 12/2/97.

[2] S.Bertolazzi, F.L.Navarria, T.Rovelli, R.Veraldi "Meccanica dei fluidi per un

Presentato tra i Poster del LXXXIV Congresso della Società Italiana di Fisica

(Salerno, 28 settembre-2ottobre1998).

http://axdel1.bo.infn.it/pub/art/infor98/m_fluidi/index.htm

[3] M.C.Coperchio, F.L.Navarria, T.Rovelli Un esempio di applicazione didattica

su World Wide Web: "Il fenomeno della diffusione" Dipartimento di Fisica

dell’Università di Bologna, Preprint, DFUB 95-19, presentato a

"INFORSCUOLA ’95", VI Mostra-Convegno Internazionale di Informatica e

Telematica per la Formazione e lo Studio, Napoli (Ottobre 1995).

[4] G.Cattani "WWW e nuove tecnologie per la didattica: elementi di Stistica per

un corso di Fisica" Tesi di laurea in Fisica, I Sessione, Anno Accademico

1996-1997, Università di Bologna.

[5] http://axdel1.bo.infn.it/did/corsi.html

[6] http://www.phy.ntnu.edu.tw/java/index.html

[7] S.Bertolazzi, F.L.Navarria, T.Rovelli, R.Veraldi "I.S.H.T.A.R.: un sito per la didattica interattiva su Internet" , nota interna del Dipartimento di Fisica dell’Università di Bologna (DFUB98/26).