Mobile Lessons: un framework per la realizzazione e lo svolgimento di “lezioni sul campo”

Emanuela De Vita1, Sylvain Giroux2, Claude Moulin3, Gavino Paddeu1,
Antonio Pintus1, Raffaella Sanna1

1 CRS4, Parco Scientifico e Tecnologico, POLARIS, Edificio 1, 09010 PULA (CA)
2 UMR CNRS 6599 Heudiasyc, Univ. de Technologie de Compiègne, Francia
3 Dept. of Mathematics and Computer Science, Univ. of Sherbrooke, Canada

1 {emy, gavino, pintux, raffa}@crs4.it
2sylvain.giroux@dmi.usherb.ca
3claude.moulin@utc.fr

Sommario

Le gite di istruzione costituiscono un valido strumento complementare alla normale attività didattica in aula. Al fine di trarre il massimo vantaggio dall'esperienza sul campo, abbiamo sviluppato il concetto di “Mobile Lessons”. Esso definisce delle metodologie e degli strumenti per lo svolgimento di lezioni scolastiche all'esterno delle mura della scuola, con l'impiego di dispositivi portatili (PDA, cellulari di nuova generazione, ecc.) e con possibilità di gestire la posizione (GPS). Gli attori coinvolti, insegnanti e studenti, dotati di dispositivi portatili, sono liberi di muoversi sul campo. 
Un prototipo software è stato implementato inserendosi nel contesto del mobile computing e dell’m-Learning.

1.	  Introduzione
In questo articolo illustriamo il concetto di Mobile Lessons e gli strumenti che rendono possibile la realizzazione di lezioni scolastiche sul campo. Dal concetto generale deriva un’applicazione reale, che è stata testata in un sito archeologico della Sardegna, con gli alunni e gli insegnanti di una classe seconda media inferiore.
L’articolo illustra questa soluzione e l’esperienza pratica e ne traccia alcune alternative. Sia dal feedback, ottenuto testando l’applicazione con gli studenti e gli insegnanti, sia dalle caratteristiche del concetto elaborato, riteniamo che Mobile Lessons possa costituire un valido strumento didattico ausiliario alle lezioni scolastiche tradizionali.

2.	  Un caso d’uso 
Il seguente scenario illustra le diverse tappe necessarie per l’elaborazione di una Mobile Lesson. L’insegnante tiene in aula una lezione di storia romana. Spiega agli studenti come era costituita una tipica cittadina dell’epoca, cosa erano il foro, il teatro, le terme, come erano fatte le strade che l’attraversavano, ecc. In seguito sceglie un sito archeologico e vi si reca per preparare il materiale pedagogico. Inoltre, informa gli allievi di una successiva lezione “sul campo”, spiegando in cosa essa consiste, come ci si muoverà e quali strumenti si avranno a disposizione. Infine, predispone il materiale didattico in formato elettronico per una Mobile Lesson. In seguito illustreremo in cosa esso consiste.
A questo punto, lo scenario della lezione si sposta sul sito archeologico scelto. Gli allievi sono dotati di propri dispositivi mobili ed è possibile rilevare continuamente la loro posizione all’interno del sito mediante un sistema di georeferenziazione (GPS). Il software presenta agli studenti una lista di punti chiave (foro, teatro, tempio, ecc), rilevati dall’insegnante in fase di preparazione e chiamati “hotspot”, da riconoscere all’interno del sito archeologico. Gli alunni devono individuare questi punti in base a ciò che hanno appreso in aula, e possono verificare realmente se il particolare hotspot è stato effettivamente raggiunto. Portandosi su di esso, infatti, possono “interrogare” il software: esso risponde affermativamente se la posizione satellitare, rilevata in fase di preparazione dall’insegnante, coincide con quella che l’alunno ha raggiunto. A questo punto l’applicazione, oltre che fornire eventuali informazioni aggiuntive a complemento della lezione, presenta un test all’allievo, e incrementa o decrementa un punteggio in base alla correttezza delle risposte. Una volta tornati in classe, il docente esamina i risultati raggiunti da ogni singolo allievo (o gruppo di allievi), in base agli esiti dei test che il software ha memorizzato. La lezione richiede, comunque, un ulteriore lavoro di approfondimento della materia in aula.

3.	  Mobile Lessons: il concetto
Il caso d’uso illustrato nella sezione precedente è una possibile applicazione del concetto che abbiamo battezzato col nome di Mobile Lessons. Tale concetto si riferisce a lezioni scolastiche il cui scenario di svolgimento si sposta direttamente dall’aula tradizionale  al campo di applicazione. Queste lezioni diventano mobile in quanto gli attori, studenti e insegnanti, sono liberi di muoversi in loco [Nyiri, 2002]. 
Ruolo fondamentale gioca, naturalmente, la tecnologia, che viene incontro all’applicazione pratica del concetto. Risultano importanti in particolar modo i dispositivi mobili: Tablet PC, PDA, telefoni cellulari di nuova generazione [Lehner e Nosekabel, 2002].
Il concetto di Mobile Lessons può essere visto come la successione di quattro fasi fondamentali [Giroux et al, 2002]:

•	Design di una Mobile Lesson (inclusa la preparazione sul campo)
•	Preparazione degli allievi, in aula, sulla lezione e sui suoi argomenti
•	Esperienza sul campo (la lezione diventa mobile)
•	Feedback in aula e approfondimenti

Figura 1 - Le quattro fasi principali di Mobile Lessons.

Durante la prima fase, l’insegnante costruisce la Mobile Lesson scegliendo la materia e il sito in cui effettuarla: sceglie gli argomenti, rileva i punti chiave (hotspot), scrive i possibili test e le informazioni supplementari da fornire agli allievi, assemblando il materiale in formato elettronico, formato riconosciuto dall’applicazione software. Il rilevamento dei punti chiave può tenere conto delle informazioni che si possono trovare sul campo (per esempio cartelli, pannelli, ecc.). I test riguardano l’argomento affrontato ma possono anche servirsi  dell’osservazione dei punti rilevati. 
Segue una fase di lezioni “tradizionali”, in aula, in cui l’insegnante fa scoprire agli alunni la materia e illustra gli scenari e le modalità di svolgimento della Mobile Lesson.
La terza fase è il cuore di Mobile Lessons. È qui che la lezione diventa veramente mobile e tutto si svolge sul campo scelto: un sito archeologico, un orto botanico, un museo o, in virtù della “creatività” dell’insegnante, innumerevoli altri siti.
Sul campo, assistiti continuamente dalla tecnologia, gli studenti si “immergono” letteralmente nella materia trattata; i test possono essere svolti e i risultati opportunamente salvati. L’autonomia di movimento degli studenti può essere parziale o totale. Il docente può osservare su una mappa il progresso degli studenti sul campo, e intervenire se pensa che questi abbiano bisogno di aiuto. 
La quarta e ultima fase vede il ritorno della classe in aula. In questa fase, grazie ai risultati dell’esperienza mobile, l’insegnante ha modo di valutare il livello di apprendimento della materia e può scegliere eventualmente di approfondire la lezione, verificare i deficit di apprendimento dell’argomento da parte di ogni singolo studente, e decidere o pianificare eventuali strategie di recupero. 

4.	  Tipi di architettura per l’applicazione
L’applicazione pratica del concetto di Mobile Lessons richiede ovviamente la realizzazione di un sistema e la conseguente scelta di un’architettura hardware e software. Questa scelta rimane a discrezione degli implementatori, sia nella scelta dell’hardware che dell’architettura e dei linguaggi di programmazione, anche se l’utilizzo di device mobili deve costituire la base di tutto il sistema. Infatti, è su di essi che nasce il concetto di mobile in riferimento alle lezioni. Tecnologie quali i linguaggi di programmazione utilizzati rimangono invece una scelta opinabile e completamente aperta. Nel nostro caso si è scelto di utilizzare Java e XML per quanto riguarda i linguaggi [W3C, 2001], dispositivi GPS per la georeferenziazione.
La più semplice implementazione (la meno flessibile e anche la meno “affascinante”) è un’architettura stand-alone, dove ogni singolo dispositivo mobile contiene sia l’applicazione Mobile Lesson, sia i dati che costituiscono la lezione stessa. In tal caso, nel preparare la lezione, l’insegnante, o chi per lui, deve trasferire queste informazioni su ciascun dispositivo che gli alunni utilizzeranno. Da questa “scomodità” deriva la principale limitazione alla flessibilità del sistema. Infatti, in tal caso, per ciascun device, fatta eccezione per il GPS, non è prevista nessuna connessione con il mondo esterno. Ciò, comunque, non impedisce un regolare svolgimento e applicazione di Mobile Lessons, si tratta solo della via più semplice. L’applicazione stand-alone ha dei vantaggi dal punto di vista della velocità con cui è possibile visualizzare le domande, per esempio.
Una seconda scelta di architettura, più complessa, è quella chiamata client-server. Su ogni device viene installata la parte client dell’implementazione, che comunica con una parte server in remoto (mediante, per esempio, GPRS): da qui attinge ai dati sulle lezioni e ad essa può comunicare, in tempo reale, svariate informazioni quali la sua posizione, le risposte ai test, o, semplicemente, gestire la richiesta di informazioni supplementari sulla materia in fase di applicazione. Per quanto riguarda la georeferenziazione o, più in generale, la gestione della posizione, questa può essere realizzata mediante uso di dispositivi GPS per esperienze all’aperto. In tal caso tutto avviene in automatico, ma anche altre soluzioni possono essere adottate, come ad esempio la più semplice, adottata in molti musei o mostre, che consiste nell’associare ad ogni opera o oggetto un numero univoco: le persone vengono poi dotate di un dispositivo con tastierino numerico, sul quale le informazioni sugli hotspot vengono registrate, per poter essere poi riascoltate semplicemente premendo il tasto numerico corrispondente.

5.	  Il prototipo e la sperimentazione sul campo
Durante la nostra fase di ricerca e implementazione del concetto di Mobile Lessons al CRS4 (Centro di Ricerca, Sviluppo e Studi Superiori in Sardegna), sono stati sviluppati due prototipi di applicazione, uno l’evoluzione dell’altro, ma solo il primo sperimentato realmente con i professori e gli alunni di una classe seconda media inferiore, sul sito archeologico fenicio-punico-romano di Nora, in Sardegna.
L’hardware scelto per il primo prototipo era basato su notebook leggeri collegati a dispositivi GPS per la rilevazione della posizione. Abbiamo organizzato la lezione come una “caccia al tesoro”. Gli alunni avevano a disposizione un’ora di tempo per trovare particolari punti di interesse all’interno del sito, per esempio il foro, le terme a mare, il tempio di Esculapio. Tali punti erano stati scelti, in una fase precedente, dagli insegnanti, che ne avevano rilevato la posizione mediante un modulo del software capace di leggere la posizione da GPS. I punti sono stati scelti in base a ciò che era stato spiegato e affrontato in aula, ossia la storia romana e la tipologia delle cittadine romane all’epoca di Nora. Alcuni punti sono stati scelti vicini ai pannelli presenti sul campo e considerati più semplici da trovare. Altri, invece, richiedevano una maggiore riflessione e impegno da parte degli studenti. Per ciascun hotspot, gli insegnanti hanno poi creato dei test “a scelta multipla” e di tipo “vero-falso” riguardanti l’argomento. La caccia al tesoro consisteva, quindi, per gli alunni, nel trovare, durante il tempo prestabilito, il maggior numero di hotspot possibili che il software proponeva loro. Ad ogni hotspot individuato correttamente corrispondeva un incremento del punteggio, così come ad ogni tentativo errato il software decrementava il totale fino ad allora accumulato. Inoltre, quando il particolare hotspot veniva trovato, il software proponeva il test associato, dando la possibilità di incrementare (o decrementare) il punteggio totale del “gioco”.
Lo studente, quando riteneva di aver trovato l’hotspot, chiedeva al software la conferma. Quest’ultimo, mediante il confronto delle posizioni date dal GPS (con un margine di precisione), verificava automaticamente se l’alunno aveva raggiunto la posizione giusta. Al termine del tempo prestabilito, la “caccia al tesoro” finiva e potevano essere decretati i “vincitori” in base al punteggio raggiunto.

Figura 2 – Gli “hotspot” scelti sul sito archeologico di Nora in Sardegna.

L’applicazione Mobile Lessons è stata interamente realizzata in Java, mentre tutti i dati riguardanti gli hotspot, le informazioni e i test, sono stati scritti e memorizzati in XML. Il codice Java si interfaccia con il dispositivo GPS mediante porta seriale ed effettua un parsing delle stringhe che esso invia continuamente all’applicazione.
Essenzialmente il nostro prototipo di applicazione di Mobile Lessons è costituito da un software composto da due moduli principali: un modulo client per lo studente e un modulo editor per l’insegnante, entrambi basati su una interfaccia grafica.
Il primo permette la fruizione della lezione come spiegato in precedenza, mentre il secondo permette all’insegnante di creare una lezione e immagazzinare i dati sotto forma di strutture di documenti XML. L’applicazione decide cosa l’utente corrente può fare in base ad una gestione di utenti e permessi. Per esempio, ad un utente che è solo studente, non è permesso modificare una lezione, cosa permessa a utenti di tipo “insegnante”.
Sempre al CRS4 abbiamo realizzato un’evoluzione dell’applicazione rivedendo l’architettura di Mobile Lessons e orientandola verso un framework per applicazioni distribuite e multi-modali chiamato e-MATE, anch’esso sviluppato al CRS4 [Carboni et al, 2002]. In quest’ultima versione, l’applicazione è fruibile, senza modifiche, mediante vari device (PDA, telefonini, notebook), sia come applicazione vera e propria, sia via browser HTML.

Figura 3 - Telefonini, PDA, TabletPC, la tecnologia ci viene incontro.

I dati risiedono in un server remoto e la sua localizzazione è “nascosta” ai client.
La parte client di Mobile Lessons è, per così dire, un’applicazione che “gira” su un client generico apposito di e-MATE. Quest’ultimo, disponibile per ogni piattaforma, si occupa, tra le altre cose, di costruire un’interfaccia grafica per il device sottostante, senza che lo sviluppatore dell’applicazione ospite se ne debba preoccupare. La multimodalità è essenzialmente realizzata mediante questo meccanismo.
La parte server è un’applicazione ospite, a sua volta, di un Application Server di e-MATE; parte client e parte server comunicano tra loro scambiandosi i dati quando richiesti. Essenzialmente possiamo vedere questa come un’architettura distribuita. Infatti, essa amplia il concetto client-server mettendo in gioco applicazioni che stanno su macchine diverse, costituendo, appunto, un’applicazione distribuita. Inoltre, se la si confronta con il secondo tipo di architettura presentato nella sezione precedente, introduce l’utilizzo multimodale senza richiedere la riscrittura del client (soprattutto l’interfaccia grafica) per device e piattaforma differenti.

6.	  Conclusioni
L’esperienza pratica, svoltasi a Nora, ha confermato la nostra convinzione sulla reale validità didattica di Mobile Lessons [Rogovin, 1998]. Infatti, già l’aver reso possibile, anche in modo “giocoso”, una lezione di storia romana sul campo, direttamente nei luoghi studiati in aula e con l’utilizzo di nuove tecnologie, costituisce un diversivo didattico sia per gli insegnanti che per gli alunni, contribuendo alla crescita del loro sapere. A fine lezione, l’insegnante può poi valutare il grado di apprendimento della specifica materia da parte dell’allievo. Mobile Lessons permette dunque ad allievi e insegnanti di essere liberi di muoversi sul campo, rendendo più stimolante l’esperienza e consentendo una full-immersion nella lezione. La nostra opinione è che Mobile Lessons possa costituire un valido strumento pedagogico e possa contribuire ad incrementare le conoscenze degli allievi, soprattutto considerando la validità che l’esperienza sul campo possiede nel completamento dell’attività didattica.
Il concetto di Mobile Lessons permette una discreta interazione tra insegnante e allievi. Ogni sua particolare implementazione può farne variare il livello, ma un minimo grado di interattività è garantito. Infatti, anche mediante il software applicativo, gli allievi possono essere seguiti rilevandone continuamente la posizione sul campo. Inoltre, l’insegnante potrebbe inviare messaggi istantanei al singolo allievo, potendo, ad esempio, guidarlo se in difficoltà. Il software può fornire dei suggerimenti per ogni particolare hotspot all’interno del sito di svolgimento della lezione, e potrebbe anche garantire un’assistenza continua allo studente relativamente alla sua georeferenziazione, per esempio fornendo delle informazioni aggiuntive sul particolare punto. L’interazione, comunque, è presente in tutte le quattro fasi di Mobile Lessons e costituisce l’elemento fondamentale per un corretto svolgimento delle lezioni.
Questo è stato confermato anche dal feedback ottenuto e dal coinvolgimento di insegnanti e alunni durante l’esperienza. Gli studenti hanno dimostrato grande attenzione per ciò che stavano apprendendo, potevano vedere da vicino i luoghi studiati sui libri ed inoltre, grazie al senso di novità apportato da Mobile Lessons, hanno partecipato attivamente alla lezione-gioco. Per gli insegnanti, sia durante la “caccia al tesoro”, sia al rientro in aula, vi è stata occasione di spiegare meglio e soprattutto rendere “più reale” ciò che non sempre è facile far assimilare agli alunni. Anche da parte dei docenti il parere sull’esperienza è stato molto positivo, sia per quanto riguarda la loro opinione sull’utilità di una lezione tenuta direttamente nei luoghi studiati in aula, sia perché hanno potuto riscontrare un interesse ed un entusiasmo maggiori nei propri alunni, anche in quelli solitamente più “difficili”.
Dal punto di vista tecnologico, sia il prototipo effettivamente testato, sia la sua evoluzione, hanno dimostrato la fattibilità dell’applicazione del concetto di lezioni sul campo e una loro reale diffusione e applicazione. Naturalmente, le tecnologie utilizzate, costituiscono solo una delle vie percorribili.
Al CRS4 è in corso di studio un’evoluzione del progetto Mobile Lessons per migliorare l’applicazione software e portare tutto su dispositivi PDA o telefonini di nuova generazione. A tal proposito, sono in corso di ingegnerizzazione delle architetture che permettano un miglioramento del sistema. In questo senso la continua e rapida evoluzione della tecnologia ci viene incontro: sul mercato, infatti, si affacciano oggi nuovi PDA, nuovi telefonini sempre più potenti e capaci di far girare applicazioni sempre più complesse, oltre che dispositivi GPS integrabili, nuove infrastrutture e nuove tecnologie di comunicazione, UMTS su tutte. 

7.	  Riferimenti bibliografici
Giroux S., Moulin C., Pintus A., Sanna R., Mobile 
Lessons: Lessons Based on Geo-Referenced Information, in Proc. of the 
E-Learn 2002 Conference, Montreal, Canada, 2002, pp. 331-338.

Lehner F., Nosekabel H., The Role of Mobile Devices in E-Learning: A 
Survey of Current Projects and First Experiences with a Wireless 
E-Learning Environment, in Proc. of the IEEE International Workshop 
on Wireless and Mobile Technologies in Education 2002 (WMTE 2002), Vaxjo, Sweden, 2002 , pp. 103-106.

United States Department of Defence, Global Positioning System Standard, Positioning Service Signal Specification, 2nd Edition, 1995.

Carboni D., Giroux S., Vargiu E., Moulin C., Sanna S., Soro A., Paddeu G., E-MATE: An Open Architecture to Support Mobility of Users. In Hele-Mai Haav and Ahto Kalja, editors, Databases and Information Systems II. Kluwer Academic Publishers, 2002,  pp. 253-267.

W3C (2001), W3C, reference for XHTML and XML, http://www.w3.org/, 2001.

Nyiri, K., Towards a philosophy of M-learning, proceedings of WMTE Conference, 2002, pp. 121- 124.

Rogovin A., Learning by Doing: Home & School Activities for All Children, Abingdon Press, April 1998.