Nuove tecnologie informatiche e scienze motorie: approcci applicativi in ambienti educativi

Abstract

The development of new technologies to support Teaching has grown significantly lately. Computer science technologies created more effective and flexible models of learning and teaching than the standard ones. Nowadays, many informatic technologies are used in teaching contexts such as educational software, electronic resources, learning management systems for e-learning and digital learning environment. In this scenario, nevertheless, technologies have been used in different ways according to the different teaching contexts. In fact, it is possible to identify their use in teaching approaches to address purely scientific subjects, such as the teaching of mathematics, physics or chemistry. In the humanities, it is already possible to observe a moderate use of new technologies; in sports and physical activity new technologies are barely used. A student who plays sports develops better his physical and cognitive profile: that’s why the use of new technologies in sports and physical activity education can help students in their growth. In this thesis I try to demonstrate how some information technologies can integrate standard teaching approaches in sports and physical activity subjects. Furthermore we propose the use of specific digital instruments to assess students’ performances. These instruments were classified according to their applicability during the evaluation stage and to the input/output requirements and their physical and technological characteristics. The most significant scientific papers and researches on physical activity for young and adult people were accurately studied in order to understand whether new technologies were effective and not invasive in teaching contexts. Moreover in this work I encode physical activities using MET – Metabolic Equivalent Task code that define the amount of energy expenditure (EE) for each individual performance; this way to evaluate the physical activities has been accepted by all sport scientific communities. All the values defined by MET were collected in a scientific compendium. Once the study and the analysis of the compendium was finished, I focused on the development of Intelligent Tutoring System – ITS – that can be used to evaluate sport and physical activities in school contexts. ITSs have a modular structure which is composed by four elements; Expert Model, Pedagogical Model, Student Module and Interface. In my research I implemented only the “Student Module” system, whose use is suitable to assess students’ performances in school contexts. In order to get assessment results as real as the ones gotten by teachers, I implemented some AI technologies, such as Fuzzy Logic and Neural Networks. The output of this element will be a mark linked with the physical activity performance. This platform has been evaluated by simulation and experimental techniques. The evaluation session took place in a middle school of Enna: pupils were asked to carry out a program of physical activities implemented by their teacher while playing “EA Sports Active” videogame using Nintendo Wii, a wireless interactive games console, and wearing a Nike accelerometer linked to an Apple iPod. I decided to use the Nike accelerometer because its sensor can detect accurately energy expenditure levels. At the end of this exercise pupils were asked to plug their iPod into my PC, where I had previously installed the Student Module system. The Student Module system evaluated properly energy expenditure levels during pupils’ physical activity compering the expected energy expenditure, predetermined by MET, and the ones given by the Nike sensor. The results I got confirmed that the teachers’ evaluations and the ones provided by the Student Module were almost the same. It means that pupils and students can always evaluate their physical activity performances even if they are not in school contexts: it can help them in terms of self-assessment of their own performances keeping an objective attitude towards them. [edited by Author]

Lo sviluppo delle nuove tecnologie a supporto della didattica ha determinato l’inarrestabile crescita dei modelli d’insegnamento–apprendimento a distanza, sempre più flessibili ed efficaci, basati sull’utilizzo delle tecnologie digitali. Ad oggi è sicuramente possibile individuare diversi ausili tecnologici adoperati, al pari di differenti risorse didattiche per l’apprendimento, come i software specifici per la didattica, noti con il nome di edu-software, le risorse elettroniche, come archivi di immagini e video, e gli ambienti tecnologici per l’apprendimento. In questo scenario, però, le tecnologie non sono state utilizzate in modo del tutto equo nei diversi contesti educativi. Infatti, è possibile individuarne l’utilizzo negli approcci didattici prettamente ad indirizzo scientifico, come l’insegnamento della matematica, della fisica o della chimica; nell’area umanistica, già è possibile osservare un utilizzo moderato delle nuove tecnologie, mentre nell’ambito delle attività motorie hanno trovato impieghi poco significativi. La pratica di attività motorie come strumento educativo rappresenta un momento di crescita sia sotto il profilo fisico che sotto il profilo intellettivo e può anch’essa trovare punti di contatto significativi ed opportuni con le nuove tecnologie informatiche. In questo lavoro di tesi ci si è posti l’obiettivo di dimostrare come sia possibile utilizzare le nuove tecnologie informatiche, limitatamente ad alcune sue forme, per integrare i classici approcci formativi adoperati nel mondo delle attività motorie, proponendo l’utilizzo di specifici ausili tecnologici per la fase di valutazione dei gradi di abilità conseguiti dagli studenti. Il lavoro di tesi si fonda su un’accurata analisi e una precisa dissertazione delle tecnologie utilizzate in ambito educativo e su una disamina puntuale delle peculiarità necessarie per la sperimentazione delle tecnologie informatiche nell’educazione motoria, con particolare riferimento ai sistemi di valutazione della “prestazione”. Al fine di determinare la metodologia e le tecnologie più adeguate per la valutazione motoria si sono analizzati i contributi scientifici più significativi, ponendo particolare enfasi sui requisiti che gli strumenti adoperati devono possedere per un corretto, efficace e non invasivo impiego anche in contesti educativi. Gli strumenti sono stati classificati in funzione dell’applicabilità nei diversi momenti valutativi dell’attività motoria, in funzione dei requisiti di input/output richiesti e delle relative caratteristiche fisiche e tecnologiche. Con riferimento alla valutazione motoria, inoltre, sono stati ampiamente dettagliati i compendi sull’attività fisica proposti sia per i giovani che per gli adulti, evidenziando come la codifica delle singole attività motorie attraverso i MET – Metabolic Equivalent Task permetta una classificazione efficace e condivisa da tutta la comunità scientifica. Definiti gli strumenti per la valutazione dell’attività motoria, è stato sviluppato un sistema ITS – Intelligent Tutoring System, cioè un software in grado di emulare le prestazioni di un tutor, specificatamente progettato ed implementato per l’utilizzo nell’attività motoria. L’aspetto più innovativo del sistema è rappresentato dal modello studente che, attraverso l’implementazione con tecnologie proprie dell’intelligenza artificiale, come la logica Fuzzy e le Reti Neurali, garantisce una classificazione delle attività motorie con schemi di valutazione e codifiche assolutamente affini a quelle effettuate, nella realtà, dai docenti. La tecnologia proposta è stata oggetto di diversi step di valutazione, legati ad aspetti simulativi e sperimentali. In particolare è stata organizzata una sessione di valutazione presso una scuola media di Enna, in cui i ragazzi hanno svolto un programma di attività motoria predisposto dal loro docente di educazione fisica attraverso una console di Active Video Gaming, la Nintendo Wii, “giocando” con il video-game “EA Active Sports” ed indossando un accelerometro della Nike connesso con un iPod della Apple. Alla fine del percorso di attività motoria il sensore è stato collegato al PC e il modulo studente implementato ha opportunamente valutato l’attività fisica espletata, per mezzo di una comparazione tra il consumo calorico atteso, predeterminato attraverso i MET delle diverse attività, e quello realmente misurato dal sensore indossato. Le sperimentazioni proposte hanno fornito indicazioni di assoluta affinità tra le valutazioni dei docenti e quelle fornite dal modulo studente. La proposta descritta vuole rappresentare una modalità educativa, in quanto consente agli studenti di svolgere esercizi di educazione motoria, al pari delle altre discipline, in maniera autonoma. Il sistema proposto, inoltre, fornisce loro una valutazione oggettiva della “prestazione” eseguita che consente loro di monitorare i loro progressi formativi. [a cura dell'Autore]