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]