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UNIMORE University of Modena and Reggio Emilia L’Informatica nella scuola Linguaggi tools e fondamenti Simone Calderara

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Presentazione sul tema: "UNIMORE University of Modena and Reggio Emilia L’Informatica nella scuola Linguaggi tools e fondamenti Simone Calderara"— Transcript della presentazione:

1 UNIMORE University of Modena and Reggio Emilia L’Informatica nella scuola Linguaggi tools e fondamenti Simone Calderara

2 UNIMORE University of Modena and Reggio Emilia Perché l’informatica adesso Nuova Scuola: Introdurre l’informatica dalla primaria Modello Inglese: Dal 2013 «England will become the first country in the world to mandate computer programming in primary and secondary schools” fonte DailyTelegragph 2013 Nel 2014, Barack Obama è passato alla storia come il primo presidente che sa programmare un computer Nazioni attive nell’insegnamento della programmazione già dalla primaria: Inghilterra, Estonia, Repubblica Ceca, Israele, Cina, Brasile. 2

3 UNIMORE University of Modena and Reggio Emilia In Italia… Il documento la Buona Scuola contiene un intero capitolo, il quarto, dedicato alle competenze che secondo il governo e il ministro la scuola dovrebbe avere. Le attuali scelte guardano in tre diverse direzioni: l’alfabetizzazione digitale fin dalla scuola primaria tramite il coding, un programma di “ digital makers” per i ragazzi delle scuole superiori, e La formazione degli insegnanti.

4 UNIMORE University of Modena and Reggio Emilia Iniziative nei vari paesi sono generalmente individuali Esitono strumenti validi per portare il codice nella scuola Possiamo essere tra le prime nazioni che capiscono questa esigenza. -> #Labuonascuola (governo Renzi) 4 Perché l’informatica adesso

5 UNIMORE University of Modena and Reggio Emilia Perché Programmare 5 I metodi caratteristici e gli strumenti intellettuali che costituiscono la base del “pensiero computazionale ” hanno un loro posto naturale nell’educazione degli studenti del 21-mo secolo.pensiero computazionale L’insegnamento dell’informatica nella scuola ha le seguenti specificità: favorisce lo sviluppo della creatività - per la molteplicità di modi che offre per affrontare e risolvere un problema; è costruttiva - la progettazione di algoritmi è un’attività ingegneristica che produce risultati visibili (anche se nel mondo virtuale); aiuta a padroneggiare la complessità - imparare a risolvere problemi informatici aiuta a risolvere problemi complessi in altre aree; sviluppa il ragionamento accurato e preciso - la scrittura di programmi che funzionano bene richiede l’esattezza in ogni dettaglio.

6 UNIMORE University of Modena and Reggio Emilia dal punto di vista pratico l’informatica è un’abilità utile per gli studenti perchè qualunque lavoro svolgeranno in futuro la componente digitale sarà importante; dal punto di vista formativo l’informatica è un validissimo strumento intellettuale per sviluppare abilità concettuali essenziali che saranno utili agli studenti, qualunque sia il loro sviluppo professionale. 6 Perché Programmare

7 UNIMORE University of Modena and Reggio Emilia USA: Il progetto Code.Org 7

8 UNIMORE University of Modena and Reggio Emilia Hopscotch is the free iPad app for upper elementary and above.Hopscotch Scratch is a programming game that can be downloaded or used on the Web and is supported by MIT.Scratch Lightbot has a version on just about any platform and even has an online one-hour version. This puzzle game has a free version which lasts an hour but sells full versions on iTunes and Google Play. It teaches planning, testing, debugging, procedures, and loops.Lightbotfree version Alice is another popular platform with a unique storytelling aspect. You can use it to create a game, tell a story, or make an animated video.Aliceunique storytelling aspect Minecraft.edu is an option that lets you install and use Minecraft in the classroom. While this does require some purchase and setup, Minecraft seems to be gaining in popularity among educators as an in-house, 3D world-programming environment that kids love.Minecraft.edugaining in popularity 8 I tools a livello internazionale

9 UNIMORE University of Modena and Reggio Emilia Italia: Il progetto Programma il Futuro Il MIUR, in collaborazione con il CINI – Consorzio Interuniversitario Nazionale per l’Informatica, ha avviato questa iniziativa (che fa parte del programma #labuonascuola) con l’obiettivo di fornire alle scuole una serie di strumenti semplici, divertenti e facilmente accessibili per formare gli studenti ai concetti di base dell'informatica. 9

10 In Italia, nei prossimi 3 anni… “Programma il Futuro” le varie classi iscritte alla piattaforma stanno raccontando le proprie esperienze nello svolgimento dell’attività inerente al progetto. Al momento il progetto è in fase di sperimentazione e nel prossimo triennio entrerà a regime (circolare 29/09/2014).

11 UNIMORE University of Modena and Reggio Emilia Italia: Il progetto Programma il Futuro 11

12 UNIMORE University of Modena and Reggio Emilia Italia: Il progetto Programma il Futuro Ci sono diversi programmi di formazione a seconda della fascia di età e degli obiettivi di apprendimento Lezioni Interattive disponibili via web per familiarizzare con lo strumento Una modalità base (denominata "L'Ora del Codice ") Il labirinto Il labirinto Una modalità avanzata (denominata "Corso Introduttivo ") ulteriori 9 lezioni di approfondimento: 1.lezione 5: L'artista. Leggi le informazioni di supporto per L'artista.L'artistasupporto per L'artista 2.lezione 7: L'artista 2. Leggi le informazioni di supporto per L'artista 2.L'artista 2supporto per L'artista 2 3.lezione 9: La contadina. Leggi le informazioni di supporto per La contadina.La contadinasupporto per La contadina 4.lezione 11: L'artista 3. Leggi le informazioni di supporto per L'artista 3.L'artista 3supporto per L'artista 3 5.lezione 13: La contadina 2. Leggi le informazioni di supporto per La contadina 2.La contadina 2supporto per La contadina 2 6.lezione 15: L'artista 4. Leggi le informazioni di supporto per L'artista 4.L'artista 4supporto per L'artista 4 7.lezione 17: La contadina 3. Leggi le informazioni di supporto per La contadina 3.La contadina 3supporto per La contadina 3 8.lezione 19: L'artista 5. Leggi le informazioni di supporto per L'artista 5.L'artista 5supporto per L'artista 5 9.lezione 20: Conclusione. Leggi le informazioni di supporto per Conclusione.Conclusionesupporto per Conclusione 12

13 UNIMORE University of Modena and Reggio Emilia Prima di programmare: Il computer 13

14 UNIMORE University of Modena and Reggio Emilia Il Calcolatore 14 Si possono considerare diversi livelli di astrazione:  Circuiti elettronici (hardware)  Architettura e linguaggio macchina  Sistema operativo (software di sistema)  Linguaggi di programmazione  Programmi applicativi Il calcolatore è basato su circuiti elettronici digitali, ovvero modellabili con l’algebra di Boole; i circuiti elettronici implementano le funzioni logiche AND, OR, NOT, permettono di memorizzare il valore di variabili booleane, di effettuare calcoli, etc. Silicon Graphics

15 UNIMORE University of Modena and Reggio Emilia La macchina di Von Neumann  1 Tutti i calcolatori attuali si rifanno all’architettura di Von Neumann, costituita dalle quattro componenti:  CPU (Central Processing Unit)  Memoria centrale  Bus di sistema  Periferiche 15 BUS di sistema CPU tastiera mouse memoria di massa monitor Memoria centrale Periferiche

16 UNIMORE University of Modena and Reggio Emilia La macchina di Von Neumann  2 16 Carratteristiche del modello di Von NeumannCarratteristiche del modello di Von Neumann  Proceduralità:  Proceduralità: possibilità di eseguire differenti programmi memorizzati  Il modello è basato sul paradigma di programmazione procedurale: il programma indica la sequenza di istruzioni da eseguire per ottenere la soluzione ad una data classe di problemi  Sequenzialità:  Sequenzialità: regola della selezione dell’istruzione da eseguire rigidamente fissata architettura a BUS  Connessione tra le unità funzionali con singolo flusso di informazione tra memoria e processore: architettura a BUS

17 UNIMORE University of Modena and Reggio Emilia La CPU orologio del sistema l’orologio del sistema che fornisce al computer un battito regolare La CPU lavora a N GHz: segue un ritmo di N miliardi di impulsi al secondo (es., una CPU con un clock a 3 GHz è temporizzata da tre miliardi di impulsi al secondo) 17 Intel Pentium Central Processing UnitLa Central Processing Unit è l’unità centrale di elaborazione: esegue le istruzioni dei programmi e ne regola il flusso, esegue i calcoli sincrono clockLa CPU è un dispositivo sincrono, cioè può cambiare stato solo quando riceve un impulso di clock,

18 UNIMORE University of Modena and Reggio Emilia CPU2 18 Set di istruzioni di base:  somma (da cui sottrazione)  scorrimento (shift)  operazioni logiche  operazioni di accesso alla memoria  trasferimento di un dato da una locazione di memoria ad un’altra  trasferimento da memoria a un registro della CPU  trasferimento da un registro della CPU a memoria  operazioni di confronto (sufficiente confronto con zero) Le operazioni (eccetto quelle di accesso alla memoria) sono eseguite all’interno della ALU e “coordinate” dall’unità di controllo

19 UNIMORE University of Modena and Reggio Emilia una alla voltaIl processore esegue le istruzioni di un programma una alla volta in sequenza: estrae le istruzioni dalla memoria, le interpreta e le esegue una dopo l’altra  Un programma indica la sequenza di istruzioni da eseguire per ottenere la soluzione ad un data classe di problemi ciclo di istruzione ciclo macchinaIl processore esegue ogni istruzione mediante una sequenza ben definita di operazioni detta ciclo di istruzione o ciclo macchina fase di fetch  Estrazione di una istruzione: fase di fetch fase di execute  Esecuzione dell’istruzione: fase di execute 19 Come si eseguono i programmi

20 UNIMORE University of Modena and Reggio Emilia Le Memorie Le memorie sono dispositivi per “lo stoccaggio” delle informazioni Ogni memoria è costituita da celle, a cui si accede tramite un indirizzo In ogni elaboratore vi sono tre tipi di memorie:  Registri:  Registri: contengono informazioni necessarie alla elaborazione della singola istruzione  Memoria centrale:  Memoria centrale: contiene dati e istruzioni attualmente elaborati dal processore  Memorie di massa:  Memorie di massa: contengono dati e programmi che non sono oggetto di elaborazione immediata 20

21 UNIMORE University of Modena and Reggio Emilia Il sistema operativo 21

22 UNIMORE University of Modena and Reggio Emilia Cos’è un sistema operativo Il software può essere diviso in due grandi classi: programmi di sistema  i programmi di sistema, che gestiscono le funzionalità del sistema di calcolo programmi applicativi  i programmi applicativi, che risolvono i problemi degli utenti programmi di sistema Sistema Operativo (SO)L’insieme dei programmi di sistema viene comunemente identificato con il nome di Sistema Operativo (SO) Definizione: Un sistema operativo è un programma che controlla l’esecuzione dei programmi applicativi ed agisce come interfaccia fra le applicazioni e l’hardware del calcolatoreDefinizione: Un sistema operativo è un programma che controlla l’esecuzione dei programmi applicativi ed agisce come interfaccia fra le applicazioni e l’hardware del calcolatore 22

23 UNIMORE University of Modena and Reggio Emilia Sistema operativo Tutte le piattaforme hardware/software richiedono un sistema operativo Quando si accende un elaboratore, occorre attendere alcuni istanti per poter iniziare a lavorare: durante questa pausa il computer carica il SO 23

24 UNIMORE University of Modena and Reggio Emilia Scopo del sistema operativo Gestione EFFICIENTE delle risorse del sistema di elaborazione Rendere AGEVOLE l’interfaccia tra l’uomo e la macchina 24

25 UNIMORE University of Modena and Reggio Emilia La programmazione 25

26 UNIMORE University of Modena and Reggio Emilia Gli Educatori e la programmazione Gli educatori per insegnare la programmazione devono esssere consapevoli di cosa è un calcolatore e dei concetti di base dell’informatica Algoritmo Blocchi/Funzioni Variabili Istruzioni condizionali Ripetizioni e cicli 26

27 UNIMORE University of Modena and Reggio Emilia Algoritmo Sequenza di istruzioni per risolvere un problema In forma grafica In forma testuale i passi costituenti devono essere "elementari", ovvero non ulteriormente scomponibili (atomicità); i passi costituenti devono essere interpretabili in modo diretto e univoco dall'esecutore, sia esso umano o artificiale (non ambiguità); l'algoritmo deve essere composto da un numero finito di passi e richiedere una quantità finita di dati in ingresso (finitezza) l'esecuzione deve avere termine dopo un tempo finito (terminazione); l'esecuzione deve portare a un risultato univoco (effettività); a ogni passo, il successivo deve essere uno e uno solo, ben determinato (determinismo). 27

28 UNIMORE University of Modena and Reggio Emilia Algoritmo 28

29 UNIMORE University of Modena and Reggio Emilia Algoritmo 29

30 UNIMORE University of Modena and Reggio Emilia Esempi a) Scambio di liquido fra due bicchieri Supponiamo di avere due bicchieri, denominati A e B, pieni rispettivamente uno di acqua e l'altro di vino, e di voler travasare A in B e viceversa. Avendo un bicchiere vuoto a disposizione C 30 Il problema può essere risolto usando un terzo bicchiere C e l'algoritmo è il seguente: 1) versa A in C 2) versa B in A 3) versa C in B

31 UNIMORE University of Modena and Reggio Emilia Esempi 31 Problema del lupo, del cavolo e della capra Un pastore deve attraversare un fiume portando sull'altra riva un lupo e una capra affamati e una cassa di cavoli. Ha a disposizione una barca a remi con la quale può traghettare un solo oggetto o animale alla volta. Ma, attenzione! Non può lasciare da soli:- il lupo e la capra perchè il lupo si mangia la capra;- la capra ed i cavoli perché la capra si mangia i cavoli. Chiamiamo A la sponda iniziale e B la sponda su cui il barcaiolo deve trasportare lupo, capra e cavoli. 1) il barcaiolo porta la capra in B 2) il barcaiolo torna a prendere il lupo e lo porta in B 3) il barcaiolo riporta la capra in A 4) il barcaiolo porta i cavoli in B 5) il barcaiolo porta la capra in B

32 UNIMORE University of Modena and Reggio Emilia Blocchi o Funzioni In informatica, nell'ambito della programmazione, una funzione (detta anche subroutine, routine, procedura, sottoprogramma o m etodo) è un particolare costrutto sintattico, in qualche linguaggio di programmazione, che permette di raggruppare, all'interno di programma, una sequenza di istruzioni in un unico blocco di istruzioni espletando così una determinata e in generale più complessa operazione, azione o elaborazione sui dati del programma stesso in modo tale che a partire da determinati input restituisca determinati output.informaticaprogrammazionesintatticolinguaggio di programmazioneprogrammaistruzionielaborazioneinputoutput 32

33 UNIMORE University of Modena and Reggio Emilia 33

34 UNIMORE University of Modena and Reggio Emilia Funzioni Es. Mangiare: Visibilità: ciò che la funzione vede al suo interno 34 Mangiare Output INPUT Int Mangiare(Struct Food)

35 UNIMORE University of Modena and Reggio Emilia Variabili La variabile è un identificatore V associato a un insieme prefissato di possibili valori che definiscono il tipo della variabile. L'insieme dei possibili valori definisce il range dei valori che V può assumere durante l'esecuzione di un programma. Definendo il tipo e la rappresentazione della variabile oltre al range di valori, vengono definite anche le operazioni possibili con la variabile stessa. Durante l'esecuzione di un programma ciascuna variabile ha un valore corrente 35

36 UNIMORE University of Modena and Reggio Emilia Variabili Le variabili, in un linguaggio di programmazione, sono quindi dei contenitori. Possono essere riempiti con un valore che poi può essere riletto oppure sostituito. Es: numero a ->dichiarazione a=10 ->assegnamento a=a+5 -> modifica Dove sono le variabili? -> Tipicamente nella memoria del calcolatore 36

37 UNIMORE University of Modena and Reggio Emilia Istruzioni condizionali Controllano il flusso del programma Se accade qualcosa allora esegui determinate operazioni Altrimenti eseguine altre Construtto if-then-else in Logica Booleana 37

38 UNIMORE University of Modena and Reggio Emilia Istruzioni condizionali 38

39 UNIMORE University of Modena and Reggio Emilia Istruzioni condizionali 39

40 UNIMORE University of Modena and Reggio Emilia Ripetizioni e cicli I cicli servono per ripetere sequenze di operazioni: Sono blocchi confinati che hanno una fase di Inizio Elaborazione Fine Il ciclo è sempre caratterizzato da una condizione di fine o condizione di STOP 40

41 UNIMORE University of Modena and Reggio Emilia Ripetizioni e cicli 41 Stampa i numeri minori di 100

42 UNIMORE University of Modena and Reggio Emilia Scratch https://scratch.mit.edu/ 42


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