OLIMPIADI DI PROBLEM SOLVING Strumenti per comunicare, calcolare e pensare in modo effettivo. Giorgio Casadei Storia dell’informatica Università di Bologna giorgio.casadei@unibo.it

Competenze generali di problem solving sono un obiettivo educativo riconosciuto e che viene perseguito nella scuola in diverse discipline: Lingua madre, Lingue straniere (latino!), Matematica, Filosofia, Scienze (fisica!), … Ci sono problemi?

Olimpiadi di problem solving Si, ci sono problemi Olimpiadi di problem solving Si, ci sono problemi. Ogni disciplina usa linguaggi e metodi propri applicati e sperimentati su esempi e problemi specifici di quella disciplina. Le competenze di problem solving acquisite in una disciplina non sempre si amalgamano con quelle acquisite in altre. Di uno studente bravo si sente dire: non è portato per …

La via informatica al problem solving Alle tradizionali competenze di problem solving leggere scrivere fare i conti dobbiamo aggiungere il pensiero computazionale, il nuovo modo di pensare indotto dall’informatica.

Olimpiadi di problem solving L’Informatica non è solo una tecnologia come disciplina è stata «intuita» da migliaia di anni, come tecnologia è presente da 200 anni, come idea rivoluzionaria ci stimola da 70 anni. Il computer è una macchina singolare perché possiede un linguaggio col quale può essere istruito per: elaborare l’informazione svolgere professioni, imparare dall’esperienza.

Olimpiadi di problem solving Senza trovare nuovi modi di pensare non saremo in grado di risolvere problemi che abbiamo creato usando il nostro attuale modo di pensare. (Albert Einstein). Le esperienze di problem solving stimolano nuove competenze e nuovo modo di pensare: Il pensiero computazionale

Olimpiadi di problem solving Il pensiero computazionale arricchisce l’insieme delle competenze di problem solving già presenti con le discipline curricolari (consente simulazioni in fisica, economia e scienze sociali). Fornisce strumenti concettuali per descrivere in modo effettivo le informazioni rilevanti (dati e procedimenti) per risolvere i problemi. Suggerisce metodi per trovare procedimenti e non solo per fare calcoli.

Olimpiadi di problem solving Prima rivoluzione culturale: dall’oralità alla scrittura Dalla dettatura di appunti alla adozione dei libri di testo. L’acquisizione culturale e concettuale di lettura, scrittura e far di conto ha influito sui processi educativi; Socrate e il rogo dei libri. Attuale rivoluzione culturale: computer e informatica Il computer può essere istruito e può apprendere dall’esperienza; per questo è più rivoluzionario come idea che come insieme di servizi. Dal sapere e saper fare al saper insegnare Dal sapere e saper fare, al saper far fare.

Olimpiadi di problem solving La via informatica al problem solving, il modo di pensare ai problemi adottato in informatica. 0. Pensiero della scrittura: l’effetto dirompente è mostrato dal passaggio da Mnemosine alle Muse e il suo ruolo è acquisito da Platone a Lutero a Comenio (verba volant, scripta manent), 1. Pensiero logico-matematico: dalla geometria di Euclide alla fisica di Galileo e Newton; del risultato di una argomentazione ben articolata si dice “è matematico”. 2. Pensiero scientifico, “ciò che l’esperienza insegna si deve anteporre a ogni ragionamento ancorché ben fondato.” Noi apprendiamo facendo tesoro dell’esperienza 3. Pensiero computazionale?

Olimpiadi di problem solving Il pensiero computazionale non compare con il computer, ma ha, come l’informatica, una lunga storia! Hammurabi (1800 A.C. circa) Platone, Aristotele, Leibniz, Simon, Iverson. Chaitin, Penco,

Olimpiadi di problem solving Hammurabi: prima applicazione documentata di pensiero computazionale per amministrare la giustizia. (Farsi in 4). Le leggi sono scritte in pseudo-linguaggio di programmazione. Se <A accusa B> e <A dice il vero> allora B sia condannato altrimenti A sia condannato Fine. I predicati <…> sono tutti decidibili, le leggi sono i programmi i funzionari del Re (i giudici) sono i computer (alla de Prony) Il caso da trattare fornisce di volta in volta i dati di input.

Olimpiadi di problem solving Da Platone, Filebo Tra tutte queste scienze (ἐπιστήμη) il primato spetta alla dialettica, la più alta forma di conoscenza, «in grado di investigare la chiarezza, la precisione, e il massimo grado di verità». Convincere con il ragionamento. Ma, se non sai calcolare non riuscirai a discutere del bene e del male e la tua vita non sarà quella di un uomo, ma quella di un’ostrica o di una medusa. Computational thinking antelitteram.

Olimpiadi di problem solving Il sogno di Aristotele: Supponi che uno strumento con un comando potesse svolgere la sua funzione da solo in modo indipendente; ovvero supponete che le spolette di un telaio potessero essere autonome nel tessere (Jacquard!) e il plettro potesse pizzicare da solo le corde della cetra; in questo caso non ci sarebbe bisogno di alcun lavoro manuale e non ci sarebbe più la necessità di avere schiavi!!! La prima macchina automatica programmabile, costruita 2000 dopo, è stata proprio un telaio!!!

Olimpiadi di problem solving Leibniz formalizza il sogno dell’Informatica. Quo facto, quando orientur controversiae, non magis disputatione opus erit inter duos philosophos, quam inter duos computistas. Sufficiet enim calamos in manus sumere sedereque ad abacos, et sibi mutuo (accito si placet amico) dicere: calculemus. (De scientia universalis seu calculo philosophico) Definire un linguaggio che consenta di descrivere e usare i concetti così come l’aritmetica descrive e usa i numeri!

Olimpiadi di problem solving Chaitin: “A mio giudizio, si capisce qualcosa solo se si è capaci (noi stessi e non altri) di scrivere il programma; altrimenti non si ha una vera comprensione, si crede soltanto di aver capito!”

Olimpiadi di problem solving Penco: “… Oggi non è nemmeno pensabile studiare lingue naturali e teorie scientifiche senza l’ausilio di qualche formalismo logico-matematico. I linguaggi di programmazione sono diventati uno strumento indispensabile non solo per l’analisi, ma anche per la riproduzione di certe funzioni delle lingue naturali.

Olimpiadi di problem solving Herbert Simon, uno dei fondatori della disciplina Intelligenza Artificiale. “Il mio scopo non è stupire o sbalordire, ma è dire che ora nel mondo esistono macchine che possono pensare, imparare e creare. Inoltre, la loro abilità nel fare queste cose aumenterà rapidamente finché, in un prossimo futuro, il campo dei problemi che esse potranno gestire avrà la stessa estensione di quello a cui si applica la mente umana. Il computer può essere istruito e può apprendere dall’esperienza; per questo è più rivoluzionario come idea che come insieme di servizi.

Olimpiadi di problem solving K. Iverson, Notation as a tool for thought, Comm. of ACM, Vol. 33(8) pp. 444-465 (1980). «I linguaggi di programmazione offrono importanti vantaggi in quanto strumenti del pensiero. Non solo sono universali (general purpose), ma sono anche eseguibili e non ambigui. L’eseguibilità implica che è possibile utilizzare i calcolatori per effettuare esperimenti su idee espresse in un linguaggio di programmazione» La realizzazione di simulazioni aumenta e potenzia gli strumenti per pensare e apprendere.

Olimpiadi di problem solving Pensiero computazionale: saper leggere la trama algoritmica (“effettiva”) della realtà saper descrivere tale trama in un linguaggio opportuno in modo che tale descrizione sia eseguibile da macchine reali (computer) o astratte (funzionari umani).

Olimpiadi di problem solving Il pensiero computazionale nei processi educativi: insegnamento e apprendimento. L’acquisizione culturale e concettuale di lettura, scrittura e far di conto ha influito sui processi educativi; così dovrà avvenire con l’acquisizione del pensiero computazionale. Dalla dettatura di appunti alla adozione dei libri di testo. Dal sapere e saper fare, al saper far fare.

Olimpiadi di problem solving Pensiero computazionale. Saper leggere la trama algoritmica (“effettiva”) della realtà e saper descrivere tale trama in un linguaggio opportuno in modo che tale descrizione sia eseguibile su computer. Il pensiero computazionale fornisce un mezzo per descrivere l’uno all’altro quello che sappiamo fare. È un principio di organizzazione intellettuale per comprendere e descrivere il passato, e render conto delle competenze che si svilupparono e giunsero a maturità. [H. Mairson, Functional Geometry and the Traité de Lutherie. ICFP 2013]

Olimpiadi di problem solving Il pensiero computazionale arricchisce l’insieme delle competenze di problem solving già presenti con le discipline curricolari (consente simulazioni in fisica, economia e scienze sociali). Fornisce strumenti concettuali per descrivere in modo effettivo le informazioni rilevanti (dati e procedimenti) per risolvere i problemi. Suggerisce metodi per trovare procedimenti e non solo per fare calcoli.

Olimpiadi di problem solving Le Olimpiadi di Problem Solving offrono una occasione esplicita e operativa per fare esperienze di «pensiero computazionale». Sono previste 4/5 prove mensili di allenamento, una selezione regionale e le migliori squadre di ogni regione sono invitate alla finalissima. Ogni prova contiene un problema di italiano, due di lingua inglese, nove di «informatichese»

Olimpiadi di problem solving I primi tre problemi sono relativi alla comunicazione tra persone. I restanti nove (scelti di volta in volta da una quindicina di tipologie diverse) sono la dimostrazione evidente della efficacia del pensiero computazionale. E’ infatti possibile scrivere un programma che, ricevuto in input il testo di uno qualunque di questi problemi, produce i risultato!