Di cosa parliamo quando parliamo di pensiero computazionale

di Enrico Nardelli

Nota: Questo articolo è stato pubblicato anche su rivista (PDF scaricabile).

Risposta super-breve: del fatto che l’informatica è fondamentale e trasversale.

La risposta lunga inizia spiegando il perché del titolo: si tratta di un omaggio a Raymond Carver, scrittore americano che è considerato l’iniziatore della corrente del minimalismo (cito dalla Treccani on line). Il motivo è che provo a spiegare con parole semplici (come, appunto, si dice Carver facesse nelle sue opere) cosa intendiamo quando parliamo di pensiero computazionale.

1. Introduzione: le discipline di valore generale

Inizio ribadendo che col termine “pensiero computazionale” indichiamo gli aspetti culturali e scientifici dell’informatica, a prescindere da qualunque aspetto strumentale o tecnologico. Ne ho fornito alcuni approfondimenti su questo blog, illustrando alcuni termini chiave e discutendo una definizione in dettaglio.

Ritorno adesso sul perché usiamo questa espressione, ovvero “di cosa parliamo quando parliamo di pensiero computazionale”. Comincio con un paio di citazioni.

Donald Knuth, scienziato conosciutissimo sia dai matematici che dagli informatici, nel 1974 ha scritto (p.327) «In realtà una persona non ha davvero capito qualcosa fino a che non è in grado di insegnarla ad un computer».

George Forsythe, analista numerico ed uno dei padri della formazione universitaria in informatica (è stato tra i fondatori del Dipartimento di Computer Science di Stanford – uno dei primi a nascere e tuttora tra i migliori al mondo), nel 1968 ha scritto (p.456): «Le acquisizioni più valide nell’educazione scientifica e tecnologica sono quegli strumenti mentali di tipo generale che rimangono utili per tutta la vita. Ritengo che il linguaggio naturale e la matematica siano i due strumenti più importanti in questo senso, e l’informatica sia il terzo».

Linguaggio naturale e matematica sono, giustamente, insegnati fin dal primo anno delle elementari, perché costituiscono delle competenze “fondamentali e trasversali”, cioè utili sia in sé e per sé che nell’applicazione a qualunque altra materia.

È infatti evidente che per qualunque relazione sociale serve conoscere il linguaggio naturale ed è altrettanto evidente che per discutere di quantità è necessario sapere la matematica: soltanto con “niente”, “poco” e “tanto” non si fanno molti progressi. Linguaggio e matematica sono quindi fondamentali.

Inoltre, per riuscire bene in storia, geografia, scienze, arte, il linguaggio naturale è indispensabile, altrimenti non riusciremmo a spiegare e descrivere i soggetti che stiamo trattando, ed è altrettanto necessaria la matematica, pena l'impossibilità – nel discutere di questi soggetti –di confrontare quantità, stabilire relazioni numeriche, ordinare valori. Linguaggio e matematica hanno quindi un valore trasversale, cioè un’utilità ed un’applicabilità interdisciplinari.

Non accade – però – che si insegnino il “pensiero linguistico” o il “pensiero matematico” unicamente per il loro valore interdisciplinare. Si insegnano, giustamente, “italiano” e “matematica” come materie di base, e poi le competenze linguistiche e matematiche vengono naturalmente travasate e messe in gioco quando si parla – ad esempio – di arte o di storia.

Nel seguito spiegherò perché anche l’informatica è una disciplina fondamentale e con un valore trasversale, come italiano e matematica.

Devo però prima spiegare perché usiamo il termine “pensiero computazionale” parlando di insegnamento dell’informatica nella scuola.

Questo dipende essenzialmente dal fatto che se si usa il termine “informatica”, si possono intendere concetti che vanno dalla “teoria della complessità computazionale” a “quale formato ha il file system sulla pennetta USB”. Questa è una maledizione da cui forse solo l'informatica è afflitta. Nessuno confonde più ormai il medico con l'infermiere, l'ingegnere con il meccanico, tutti mestieri nobilissimi ed ugualmente rispettabili, ma che hanno ovviamente diverse aree di competenza.

Usiamo quindi questa espressione affinché tutti abbiano ben chiaro che, che quando parliamo della necessità di “insegnare informatica nella scuola”, l’obiettivo non è insegnare l’uso di un certo strumento o applicazione o di una determinata tecnologia e sistema, quanto l’apprendimento dei concetti scientifici di base. Esattamente come a tutti è chiaro che insegnare matematica nella scuola non vuol dire insegnare a diventare esperti nel fare i conti, ma far sviluppare competenze relative alle quantità ed alle loro relazioni e manipolazioni.

2. Perché l’informatica è una disciplina fondamentale

Oltre alle due citazioni precedentemente riportate fornisco argomenti già articolati in altri paesi.

Una prima risposta è quanto si sta facendo negli Stati Uniti (non certo una nazione di secondario rilievo). A dicembre del 2015 sia la Camera che il Senato, con un appoggio bipartisan ed a larghissima maggioranza, hanno approvato l’ “Every Student Succeeds Act” (ESSA). Questa legge, firmata dal Presidente Obama il 10 dicembre scorso, riconosce che l’informatica (computer science) è un soggetto fondamentale per l’educazione scolastica K-12 (negli USA si usa quest’espressione per indicare i 12 anni di educazione dalla prima elementare all’ultimo anno delle superiori, la cui durata è di 4 anni).

La legge riconosce che l’informatica è un’abilità fondamentale per fornire a tutti gli studenti un’educazione bilanciata e adeguata al 21-mo secolo. Di conseguenza la inserisce, a pari merito con discipline più tradizionali (quali la madrelingua, la matematica, le scienze, solo per citarne alcune) nell’insieme delle materie (well rounded education subjects) che dovranno far parte dei programmi educativi che i singoli stati dovranno definire e che saranno obiettivo di programmi di sviluppo professionale degli insegnanti.

Aver aggiunto l’informatica all’insieme dei well rounded education subjects significa che il legislatore americano ha ritenuto necessario esporre gli studenti da subito e con continuità a questo soggetto di studio, in modo integrato con le altre parti del curriculum, allo scopo di apportare benefici durevoli alla società e all’economia.

Successivamente, nel Gennaio 2016, il Presidente Obama ha proposto un piano da 4 miliardi di dollari affinché «tutti gli studenti americani dall’asilo al liceo imparino l’informatica e acquisiscano la competenza di pensiero computazionale necessaria per essere creatori, e non semplici consumatori, nell’economia digitale, e cittadini attivi di una società sempre più tecnologica».

Una seconda risposta viene dall'Académie des Sciences, l’accademia nazionale degli scienziati della Francia, che nel Maggio 2013 ha prodotto un rapporto (L’enseignement de l’informatique en France. Il est urgent de ne plus attendre) che osserva che la maggior parte degli avanzamenti tecnologici più innovativi degli ultimi decenni sono il risultato diretto dell’informatica (dai motori di ricerca, alle reti di comunicazione, ai computer miniaturizzati presenti in ogni oggetto).

Il documento poi ricorda che la capacità dell’informatica di elaborare simboli di qualunque tipo la rende utile per tutte le altre discipline scientifiche alle quali l’informatica fornisce nuovi modi di pensare ed argomenta la necessità di insegnare l'informatica nelle scuole, a tutti i livelli, al di là dell’insegnamento a livello utente degli strumenti di base hardware e software. L’approccio suggerito è quello di iniziare esponendo i bambini alle nozioni fondamentali dell’informatica come scienza nella scuola primaria, proseguendo nella secondaria inferiore con l’acquisizione e l’approfondimento dei concetti – che conduca gli studenti ad un loro uso in autonomia, e sviluppando ulteriormente la formazione nella secondaria superiore.

Il rapporto francese sottolinea l’importanza che tutti i cittadini ricevano un’adeguata formazione sull’informatica, in modo da fornire loro le chiavi per comprendere un futuro in cui tutto sarà sempre più digitalizzato. Questa comprensione è necessaria per capire e prendere attivamente parte alla sua evoluzione invece di consumare e subire ciò che è stato deciso altrove. Il rapporto ricorda anche che in tutte le professioni, da quelle letterarie a quelle sociali, scientifiche o artistiche, l’interazione con strumenti digitali sta diventando la norma e la comprensione dei principi scientifici di base – che sono sempre gli stessi indipendentemente dai settori applicativi – è fondamentale.

In questi mesi tali indicazioni stanno diventando in Francia documenti che saranno operativi a partire dal prossimo anno scolastico.

Infine, una terza risposta è stata data dalla Royal Society, l’ente nel Regno Unito analogo dell’Académie des Sciences francese, che a Gennaio 2012 ha messo nero su bianco (Shut down or restart? The way forward for computing in UK schools) che ogni bambino dovrebbe avere la possibilità di imparare i concetti e i principi dell'informatica, sia per il proprio beneficio personale che nell’ottica della prosperità della nazione. Il rapporto rimarca l’importanza di apprendere concetti e principî dell’informatica sin dall’inizio della scuola primaria.

Anche per la Royal Society le motivazioni per insegnare l’informatica sono l’importanza per gli studenti di comprendere il mondo digitale che ci circonda e la possibilità di giocare un ruolo attivo e non essere consumatori passivi di una tecnologia misteriosa ed opaca. Inoltre osserva che cittadini che conoscono le basi scientifiche della tecnologia informatica sono in grado di partecipare in modo più informato e razionale di argomenti come i brevetti software, furti d’identità, ingegneria genetica, votazioni elettroniche.

Sulla base di questo rapporto, a partire da settembre 2014 ogni scuola del Regno Unito, ad ogni livello, deve insegnare i principî base dell'informatica.

3. Perché l’informatica ha un valore trasversale

L'informatica ha una caratteristica, nuova e sua specifica, che la rende ancora più interessante in un’ottica interdisciplinare rispetto alla lingua naturale ed alla matematica.

La lingua naturale è il mezzo base di espressione, ed in quanto tale permette di trattare qualunque soggetto, dai più concreti a quelli più rarefatti. Ovviamente ha un enorme “potere evocativo” ma purtroppo, o meglio per fortuna, possiede una sua intrinseca “ambiguità”, che non gli consente quella precisione che però in alcuni casi è necessaria. Quando leggiamo “I tre moschettieri” è la nostra fantasia che dà vita ai dettagli. Infatti, ogni regista che si è confrontato con l’opera ha dato vita alla sua rappresentazione del romanzo.

A compensare questa caratteristica della lingua naturale interviene la matematica, che fa del rigore e dell'esattezza la sua forza. Se si vuole descrivere qualcosa con precisione assoluta, allora il formalismo matematico è la soluzione giusta, ed una formula matematica ha sempre un preciso significato nel contesto della sua teoria di riferimento. Ma questa forza può essere inadeguata, in molti casi della vita. Perché non sempre ciò che trattiamo è suscettibile di quella formulazione così rigorosa di cui la matematica ha bisogno per esplicare il suo potere descrittivo. Appunto, non è possibile descrivere “I tre moschettieri” in formule.

La matematica è certamente in grado di definire simboli che rappresentano, ad opportuno livello di astrazione, concetti del mondo. Però, se non ha teorie, cioè teoremi, in grado di dedurne conseguenze, tale formalizzazione non è poi così produttiva. Ne abbiamo un esempio lampante nella biologia, in cui diversi aspetti erano stati modellati matematicamente già molti decenni fa. Ma è stato solo quando ad essi si è applicata l’informatica, con le sue peculiari caratteristiche sopra ricordate, che in quest’area “formale” della biologia è scoppiata una fioritura di risultati senza precedenti.

Un esempio più articolato è relativo alla manipolazione del linguaggio naturale. Non si può costruire una teoria matematica precisa del linguaggio naturale, perché troppe sono le eccezioni e le sfumature. Ma l'informatica, che come lo stesso Knuth ricorda (p.326), eccelle nel trattare sia casi particolari ed eccezioni che relazioni che cambiano subito dopo che sono state definite, riesce a gestire queste situazioni. Infatti gli impressionanti avanzamenti degli ultimi anni nella comprensione del linguaggio da parte dei calcolatori sono concretamente possibili solo grazie all’informatica, anche se basati su teorie matematiche molto sofisticate.

La forza dell’informatica in un contesto educativo è costituita dalla capacità di concretizzare mondi virtuali, grazie alle sue possibilità apparentemente illimitate di elaborare simboli di qualunque tipo ed in qualunque modo. Perché niente è utile per apprendere un concetto come farne esperienza concreta.

Con l'informatica è possibile costruire qualunque mondo vogliamo esplorare e dargli senso, definire un insieme di regole e dar loro vita, animandole mediante un'esecuzione su di un appropriato dispositivo automatico. Con l’informatica è possibile costruire una simulazione di fenomeni fisici, biologici o sociali di cui si conoscano (anche in modo parziale ed approssimato) le leggi, osservare cosa accade e “cosa accadrebbe se…”. Ed estendendo queste simulazioni è possibile costruire quelle “realtà virtuali” di cui stiamo vedendo l’incalzante diffusione ed alle quali è comunque necessario fare attenzione per le possibili conseguenze sulla vita reale.

4. Conclusioni

Questi sono i motivi per cui parliamo di “pensiero computazionale” nella scuola. Ma non chiediamo che sia questo il nome della materia, non ha senso. Non chiediamo che in tutte le materie ci sia “il momento del coding”, non ha senso, Bisogna insegnare “informatica”, così come si insegna “italiano” e “matematica”. E poi, se questo viene fatto in modo adeguato, da docenti che sono stati adeguatamente preparati a questo scopo, allora i benefici verranno.

Il nostro Paese, in cui già 25.000 insegnanti hanno portato più di un milione di studenti a svolgere quasi 10 ore a testa di informatica, ha dimostrato di essere pronto ed interessato a seguire questa strada.

Non perdiamo quest’occasione.


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Una sintetica versione preliminare di questo articolo è stata pubblicata su "Il Fatto Quotidiano" il 23 gennaio 2017.

Ringrazio i lettori che con i loro commenti alla versione preliminare hanno contribuito a estendere e migliorare la presentazione.