NAO a scuola: come agisce sulle capacità di problem-solving degli alunni

La robotica educativa è ben studiata e documentata sin dallo scorso decennio. Ha trovato svariate applicazioni nel settore dell’istruzione, tra queste come strumento educativo, come supporto per l’insegnante nella didattica e supporto emotivo per l'apprendimento, in particolare, per i bambini affetti da autismo. Inoltre è stata impiegata come supporto integrativo per la didattica specifica nei casi di disturbi dell’apprendimento, oltre a come gioco didattico, strumento per l’insegnamento delle materie STEM (acronimo inglese per indicare Science, Technology, Engineering and Mathematics), e molte altre applicazioni.

L’utilizzo di robot nelle classi aiuta a mettere gli studenti a conoscenza di potenziali percorsi professionali che altrimenti non avrebbero probabilmente mai preso in considerazione. Inoltre, la robotica, rendendo più concrete delle idee astratte, può aiutare a dimostrare agli studenti come l'ingegneria e l’informatica possano essere divertenti.

Lavorare con i robot migliora le capacità creative di problem-solving e promuove lo sviluppo delle abilità fondamentali comunicative e interpersonali. Non da ultimo, permette agli studenti di accrescere la capacità di collaborare e spiegare concetti complessi ai compagni.

Cosa succede nella realtà se si introduce l’uso regolare di robot umanoidi nella didattica? Influenza la mente degli studenti, il pensiero computazionale, le loro capacità di assorbire informazioni, o è soltanto un esperimento vano e pretenzioso?

Per rispondere a queste domande, prendiamo lo studio condotto in Australia con l’aiuto del robot NAO. L’Associazione delle Scuole Private dell’Australia Meridionale (Association of Independent Schools of South Australia - AISSA) ha acquistato due robot umanoidi da utilizzare in alcune delle sue scuole. L’AISSA ha assegnato alle scuole prescelte l’uso dei robot per un periodo di otto settimane, coinvolgendo 19 classi di studenti e 12 insegnanti.

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NAO è stato usato con studenti di età compresa tra i 4 e i 15 anni. Per poter valutare il pensiero computazionale, alcuni temi, quali la curiosità, la capacità di mettersi in discussione, la collaborazione, la comunicazione, il pensiero critico e il pensiero creativo sono stati analizzati in maniera approfondita, diventando i parametri fondamentali dello studio.

Qui di seguito alcuni dei risultati ottenuti dallo studio e l’impatto che NAO ha avuto sul pensiero computazionale.

  1. La personalità irresistibile di NAO ha incentivato l’interazione di insegnanti e alunni con lui, favorendo così un insegnamento e apprendimento più efficaci.
  2. La caratteristiche umanoidi di NAO hanno fatto sì che si generasse negli alunni un inaspettato legame emotivo con lui, nonostante tutti gli allievi, dai bambini di anni 4 anni fino agli adolescenti di 15, avessero la consapevolezza che si trattasse semplicemente di un robot con un hardware programmabile.
  3. NAO ha scaturito nei bambini un senso di empatia. Per esempio, quando NAO cadeva, i bambini gli chiedevano “NAO, stai bene?”
  4. La personalità brillante di NAO ha favorito l’interazione dei bambini con lui, trattandolo più come un essere umano che come un robot.
  5. La curiosità dei bambini ha alimentato la loro determinazione nello svolgere con facilità operazioni complesse, quali il riconoscimento vocale.
  6. La relazione di interdipendenza presente tra curiosità e complessità ha alimentato negli alunni la motivazione a padroneggiare il software, determinandone così una conoscenza approfondita.
  7. Gli insegnanti hanno sottolineato come durante le attività con il robot fosse la curiosità iniziale degli alunni a determinarne il loro coinvolgimento cognitivo. Gli insegnanti hanno studiato dei modi per far sì che gli alunni prima dovessero risolvere dei problemi, e poi creassero e ridefinissero un codice affinché il robot si muovesse come desiderato. Gran parte degli studenti ha scelto progetti impegnativi, e riuscire a ottenere il comportamento voluto da parte del robot richiedeva molto studio e l’apprendimento di nuovi concetti.
  8. Gli insegnanti hanno riferito che le classi dotate di robot hanno potuto sperimentare un tipo di apprendimento differenziato e di autoformazione.
  9. I bambini interagivano con NAO in modo autonomo decidendo da soli il grado di difficoltà e complessità, così da seguire i propri tempi. In questo modo hanno potuto sperimentare un approccio basato sull’imparare facendo e l’autoformazione.
  10. L’uso dei robot non solo ha ampliato negli allievi le capacità in termini di creatività e apertura al rischio, ma ha anche fatto sì che venissero superate quelle modalità di insegnamento che in genere sono considerate come stimolanti per l’apprendimento degli studenti.
  11. Sembra che il pensiero creativo e l’apertura al rischio impiegati durante la fase di programmazione eseguita assieme a NAO [robot umanoide] abbiano messo in luce le qualità di questi studenti [non propriamente accademici].
  12. Gli insegnanti affermano che “l’utilizzo di NAO [robot umanoide] permette di capire il modo di pensare dello studente, le sue capacità e le sue qualità meglio di quanto possa rivelare un qualunque test.”
  13. La curiosità di interagire con il robot umanoide era tale che, per programmare, gli allievi si sono spinti dall’utilizzo del Drag and Drop fino, in alcuni casi, addirittura di Python.
  14. All’interno dello studio persino i più piccoli hanno imparato a programmare il robot incollando su un foglio delle icone fatte di carta. In seguito gli alunni usavano un cordino, un filo di lana o un pennarello per collegare le icone e ottenere una rappresentazione visiva del loro diagramma di flusso.
  15. Gli studenti sono stati in grado di superare barriere sociali e mentali e hanno accolto un approccio più aperto al rischio, ottenendo una conoscenza più approfondita.

Nel video Rosa, allieva di 10 anni dello St. George College, racconta la sua esperienza nello studio delle materie STEM assieme a NAO.

 

Conclusioni

Lo studio australiano ha dimostrato come il coinvolgimento di robot umanoidi favorisca la curiosità, il mettersi in gioco, il pensiero critico, la creatività, la collaborazione e la comunicazione. Questo risultato non solo mette in discussione presupposti di lunga data circa gli studenti e le loro potenzialità nell’apprendimento ma anche le strategie e metodi di insegnamento.

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Gli insegnanti hanno notato che il grado di conoscenza degli studenti in materia di pensiero computazionale e programmazione è andato ben oltre le capacità tipiche della loro età. È interessante infatti come alcuni studenti fossero talmente motivati da imparare da soli l’utilizzo di un linguaggio di programmazione avanzato come Python. Inoltre gli insegnanti hanno sottolineato che lo sviluppo del pensiero computativo accresce automaticamente le capacità di programmazione.

Grazie allo studio, gli insegnanti hanno compreso che l’approccio pedagogico deve essere adattato a seconda delle capacità computazionali degli studenti, come è emerso dall’impiego del robot NAO. Integrare nella classe una tecnologia innovativa come quella di un robot umanoide ha spinto sia gli insegnanti che gli alunni a comunicare le proprie idee e la propria visione, creando un clima più collaborativo.

Nello studio gli insegnanti hanno osservato come ognuno di loro fosse diventato parte di un gruppo di apprendimento a cui ogni membro contribuiva con le proprie capacità. In classe è cambiato il rapporto tra insegnanti e alunni e si è compreso meglio come le nuove tecnologie determinino un nuovo ruolo per gli insegnanti. Per mettere in pratica le loro idee di programmazione, gli studenti hanno dovuto sfruttare le capacità di problem-solving sia per ampliare le funzioni di NAO e sia per realizzare quelle idee più complesse. Le idee degli studenti e le loro capacità di programmazione sono aumentate poiché sperimentavano di volta in volta la programmazione del robot umanoide sulla base delle proprie idee e quelle degli altri.

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