Architettura dei Sistemi di Elaborazione

Introduzione

Qualunque luogo, e tanto più quel complesso strutturato che è la città, può essere letto come architettura dell’informazione e palinsesto. Luoghi e città infatti non sono una mera infrastruttura fisica e sociale ma sistemi informativi complessi che elaborano informazioni piuttosto che farle semplicemente circolare (Coward & Salingaros 2004).

Questa introduzione, tratta dal Seminario "I luoghi come architettura dell’informazione e palinsesto" recentemente tenuto presso il DISI – Dipartimento di Informatica, Scienza e Ingegneria – sintetizza, il legame che sussiste fra i luoghi in cui le persone svolgono le attività proprie della routine quotidiana e le moderne architetture dei sistemi di elaborazione.

Questa osservazione, identifica una analogia fra due contesti che solo all'apparenza appaiono distanti, e ribadisce il concetto che il pensiero definisce una pluralità di modelli e strutture spesso ripetitive. Questi mondi, come ogni altra cosa che appartiene alla dimensione oggettuale che ci circonda, sono manifestazione di quella creatività umana che suscita e orienta tutte le attività e si delinea come quella capacità della mente che si traduce nella produzione di processi cognitivi innovativi e di dominio del mondo fisico.

Nel linguaggio quotidiano il concetto di creatività, legato al significato del verbo "creare", si traduce nell'idea di una generazione di qualcosa che non esisteva. Da un punto di vista più psicologico, i processi di conoscenza non avanzano tanto per accumulo di informazione e dati, quanto più per modificazioni repentine e improvvise delle prospettive e dei punti di vista. L’utilizzo della meta-cognizione, intesa come la capacità di essere coscienti dei propri stati mentali, favorisce appunto il cambiamento di quei paradigmi che mettono in luce le matrici principali della creatività sul piano più strettamente cognitivo.

L'analisi delle moderne architetture, pertanto, ci costringe a riflettere in termini non solo tecnologici, ma è opera di meta-riflessione sui quei processi di costruzione del pensiero e creatività, che si traducono nelle opere concrete del'uomo e definiscono le modalità di interazione che stanno alla base dei contesti sociali ai quali ogni individuo partecipa attivamente e liberamente. Motivazioni

Un tema molto caro e centrale per molte arti e scienze è quello dell'astrazione; normalmente considerato come quell'espressione mentale che cerca di separare nei suoi pensieri, e catturare in qualche modo conciso, l'essenza di una certa entità, in informatica tale concetto è trattato molto concretamente, definendo che sia una dichiarazione di "ciò che l'oggetto fa" e ignorando i dettagli di "come lo fa". Questa descrizione funzionale deve catturare tutto ciò che deve essere conosciuto per utilizzare i servizi offerti dall'entità, e niente di più. Il limite di quest'interpretazione è che tutta l'intelligenza, l'informazione e il lavoro, che hanno contribuito allo sviluppo dell'entità e che ne permettono l'utilizzo, sono nascosti e considerati semplicemente irrilevanti.

Al contrario l'articolazione, l'uso e l'attuazione di tali astrazioni sono il sale della pratica professionale dell'informatico. Ogni sviluppatore hardware e software definisce abitualmente astrazioni (chiamate anche "interfacce"). Spesso le astrazioni suddividono il modello in strati indipendenti nel tentativo di ridurre la complessità propria del problema in origine, in questo modo ogni strato poggia stabilmente su quello sottostante e la sua definizione introduce funzionalità sempre più elevate. (Noam Nisan and Shimon Schocken 2015)

La società moderna, tecnologica e frenetica, ci costringe ad utilizzare strumenti che ci permetto di risolvere problemi anche complessi rapidamente, e rispondere in modo adeguato alle richieste dell'ambiente circostante. In questo modo ci illudiamo di avere il controllo pieno delle cose che ci circondano e che adoperiamo come fossero estensione corporee, ma se da un lato siamo costretti a imparare come si utilizzano quelle cose, dall'altro ignoriamo completamente come esse funzionano a attribuiamo loro una sorta di astrazione magica su come esse "fanno ciò che devono fare". Oggi ogni individuo interagisce quotidianamente con questi oggetti e non solo con i personal computer o strumenti di calcolo in generale, ma con una vasta gamma di dispositivi eterogenei fra loro. Con essi lavoriamo, giochiamo studiamo, ricerchiamo informazioni e andiamo in vacanza, senza sapere che tutti rispondo alle stesse regole, certo vi sono tante differenze ma anche tante analogie. La conoscenza di queste differenze ci aiuta a valutare meglio le prestazioni anche nell'ottica di indicarci cosa acquistare e cosa no ecc. Conoscere significa maturare la consapevolezza di noi stessi e del mondo circostante, ciò conduce a scelte più libere e favorisce lo sviluppo della nostra autonomia. Inoltre lo sforzo compiuto, nel corso degli anni, per realizzare meccanismi più efficienti, più ecosostenibili, più abbordabili economicamente, è inteso nella costruzione di un percorso atto ad incrementare la capacità individuali. Ripercorre quelle tappe fondamentali permette l'emersione di quegli stessi processi cognitivi che favoriscono lo sviluppo delle strutture cognitive complesse.

Un altra questione che dobbiamo affrontare prima di procedere, riguarda la definizione dell'oggetto di studio dell'informatica. Il mero senso comune spesso tende a confondere la disciplina informatica con gli strumenti che essa stessa definisce e realizza. Questa erronea visione, trova riscontro nella logica di mercato che richiede agli individui competenze immediatamente spendibili, definite in termini di strumenti produttivi che tanto piacciono alle aziende di oggi, senza riflettere che l'obsolescenza tecnologica ridurrà in breve tempo quegli stessi strumenti tanto venerati in vecchi "utensili arrugginiti" riposti in qualche angolo di ripostiglio senza più alcun valore. Tutto ciò ci aiuta a individuare gli obiettivi in termini di dimensione temporale e ridefinire i contenuti in un ottica di Program Solving, ovvero la capacità di identificare e formulare soluzioni ai problemi, piuttosto che memorizzare informazione a prescindere dalla loro importanza in un particolare settore e/o periodo storico.

Contenuti

Astrazione - Attuazione

Progettare buone astrazioni è un'arte pratica che poggia le sue fondamenta nella prassi. Pertanto, questa unità didattica si basa su un paradigma astrazione-attuazione. La metodologia e le lezioni ricalcano il modello a livelli su cui è basata una moderna architettura. L'questa unità viene suddivisa in sottounità ben definite ed auto-contenute, ognuna delle quali costituisce prerequisito per la comprensione della seguente. Ogni sottounità presenta una chiave di lettura astratta della funzionalità da realizzare ("come lo fa"), e un progetto volto ad implementarla concretamente. Grazie alla modularità di queste astrazioni, ogni sottounità costituisce una unità intellettuale autonoma, invitando lo studente a concentrarsi solo su due cose: comprendere l'astrazione data (un ricco mondo a sé), e quindi progettare la sua attuazione definendo i servizi astratti offerti a livello superiore ed i blocchi costruttivi sul quale poggia a livello inferiore.

Metodologia didattica

Il Mastery learning

Sulla base di quanto esposto sopra la strategia di apprendimento si fonda sul modello del mastery learning. Esso prevede una procedura che articola lo svolgimento del modulo e quindi dell'unità didattica 1 in alcune fasi fondamentali. Per ogni di sotto unità si prevede un segmento iniziale d'istruzione, nel corso del quale il docente espone e spiega i contenuti teorici, fa svolgere esercizi allo studente e gli assegna un semplice progetto da svolgere a casa, volto a realizzare concretamente ciò che è stato esposto in linea teorica; ogni progetto possiede anche funzione di valutazione formativa, intermedia allo svolgimento dell'unità didattica nella sua totalità, volta a con¬trollare l'andamento dell'apprendimento nel gruppo-classe e ad individua¬re le lacune più diffuse e quali alunni sono in difficoltà; un segmento di recupero attraverso il quale, concedendo ulteriori tempi di apprendimento e diversificando l'approccio didattico, si cerca di colmare le lacune riscontrate e di fornire aiuto agli alunni che le manifestano.

Per ogni sotto unita si prevede un parte teorica ed una pratica, la prima da svolgere in classe attraverso una lezione frontale, utilizzando materiale opportunamente preparato dal docente e tale per cui non si renda necessario l'ausilio di alcun libro di testo a supporto dell'azione didattica. La seconda da svolgere in laboratorio mettendo mano a quegli strumenti che vengono in ausilio dell'informatica e permettono di avere un feedback immediato a ciò che si è appreso. Questa separazione diviene condizione necessaria per l'identificazione di un modello certo che permette la formulazione e la verifica delle ipotesi fatte in momenti ben definiti e il cui riflesso si connota in quel metodo sperimentale già largamente utilizzato nelle discipline scientifiche in generale. In questo ottica il docente riveste il ruolo d'istruttore durante le lezioni teoriche in aula per passare successivamente ad una veste di tutor-facilitatore durante le ore di laboratorio. Pertanto dopo una breve introduzione (alcuni minuti) che individua il contesto di definizione del problema, si passa ad una analisi vera e propria della problematica proposta. E opportuno spezzare l'esposizione-spiegazione con momenti più leggeri, individuando volta per volta laddove sia possibile, curiosità e dettagli a contenuti disciplinari trasversali. La lezione deve prevedere, nella sua fase terminale, momenti di riflessione collettiva ed esercitazione individuale.

Questo è anche il momento nel quale definire i gruppi di lavoro che si occuperanno di svolgere l'attività progettuale oggetto della lezione successiva. L'insegnate in laboratorio potrà verificare il lavoro svolto a casa, identificare le difficoltà incontrate, e progettare le azione necessarie per il completamento del progetto assegnato. Necessariamente il docente dovrà, prima del termine della lezione, presentare una propria soluzione e permettere un confronto con ciò che è stato realizzato. In questo modo gli studenti potranno beneficiare di una soluzione alternativa e completare, qualora sia necessario, il loro lavoro. In questo modo la classe sarà sempre allineata ed il progetto concluso costituirà la base di partenza per il lavoro successivo.

Materiali e strumenti utilizzati

The Elements of Computing Systems

La realizzazione di questo percorso didattico passa attraverso l'utilizzo di un testo edito dalla MIT Press, "The Element Of Computing Systems". Questo fondamentale strumento costituisce una linea guida, per l'organizzazione del materiale e dei contenuti, per il docente, che attraverso una accurata opera di filtraggio degli stessi potrà avvalersi di una metodologia ampiamente sperimentata non solo all'interno della scuola secondaria ma anche all'interno dell'istruzione superiore universitaria. Quest'opera fornisce accanto ad un insieme di strumenti letterari, anche strumenti software didattici appositamente progettati per l'uso combinato con il testo di riferimento oppure in modalità autonoma previa consultazione del manuale di riferimento. A carattere gratuito e di semplice gestione, tali strumenti ben si prestano ad essere utilizzati in qualsiasi laboratorio divenendo insostituibili per lo studio dei sistemi di elaborazione.

La scelta di non utilizzare direttamente il libro è voluta e consapevole, le motivazioni sono da ricercare da un lato nell'ampia esposizione e profonda completezza degli argomenti trattati, dall'altra il docente potrà definire gli obiettivi da raggiungere sulla base del capacità dello stile apprendimento della classe nella sua interezza e in rispetto dei tempi scolastici, evitando che il mancato raggiungimento di quest'ultimi motivo di frustazione da parte dei ragazzi che rischiano di non vedere realizzata l'opera compiuta. Il docente cosi può immergersi completamente nel ruolo di guida del percorso didattico attraverso una attenta e accurata selezione dei contenuti e del materiale offerto. In questo modo il discente non rischia di perdersi nella vastità di idee proposte e l'insegnante riesce a mantenere il controllo sul percorso d'apprendimento, fornendo dettagli maggiori solo a quegli studenti più recettivi e che manifestano un interesse personale nei confronti della materia.