Culturalmente

Con l’intelligenza artificiale Daniele Di Mitri disegna la scuola del futuro

di Redazione

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Il momento storico in cui ci troviamo a vivere ha accelerato notevolmente il processo di digitalizzazione a cui la nostra società, già da tempo, si sapeva sarebbe andata incontro. Ogni settore è stato costretto a reinventarsi, a connettersi con i limiti che la pandemia di Covid19 ha imposto. Anche l’educazione ha cavalcato l’onda dell’innovazione, spostandosi completamente o quasi online, attraverso l’utilizzo della didattica a distanza (DAD), concretizzatasi in lezioni online e on demand, sistema di valutazione virtuale e ricerca su quella che è, a tutti gli effetti, l’educazione del presente. Tra gli altri, a studiare l’intelligenza artificiale connessa al mondo dell’educazione, è Daniele Di Mitri, trent’anni, ricercatore presso il Leibniz Institute for Research and Information in Education e insegnante di intelligenza artificiale presso l’università Goethe di Francoforte, eletto tra i dieci talenti emergenti dell’intelligenza artificiale alla competizione KI Camp 2021 in Germania.

Partiamo dalla sua ricerca: di cosa si occupa?

«Sono un informatico specializzato in intelligenza artificiale, prestato al mondo dell’educazione. Nel 2020 ho ottenuto, nei Paesi Bassi, il mio dottorato in ‘Learning Analytics‘, un ambito di ricerca che usa metodologie informatiche per supportare lo studente e il docente nel processo di apprendimento. Nello specifico, mi occupo di sistemi che generano feedback automatici mediante l’uso dell’intelligenza artificiale. Questi sistemi utilizzano dati di vario genere, fisiologici (ad esempio la frequenza cardiaca) o comportamentali (ad esempio i movimenti eseguiti dallo studente).

L’aspetto su cui ci focalizziamo è l’apprendimento pratico, solitamente chiamato psicomotorio, per distinguerlo da quello cognitivo, ed è richiesto quando si necessita acquisire delle task pratiche. La nostra metodologia è stata sperimentata nella presentazione in pubblico, nell’ambito dell’apprendimento sportivo (ad esempio corsa, ping pong), nella formazione professionale e in simulazioni mediche, come la rianimazione cardiopolmonare. La metodologia che proponiamo è particolarmente interessante anche e soprattutto per la didattica a distanza, molto utilizzata in pieno periodo Covid-19, poiché permette di praticare attività psicomotorie e ricevere un feedback personalizzato».

A tal proposito, la pandemia ha necessariamente accelerato il processo di sviluppo dell’e-learning. Se non ci fosse stata, a che punto sarebbe oggi l’implementazione di questa nuova modalità di insegnamento?

«Credo che la pandemia, e di conseguenza la didattica a distanza, abbiano incontrato una situazione molto eterogenea a livello di sistemi educativi sia italiani che europei e globali. La pandemia ha messo in risalto un forte divario digitale tra i vari Paesi dell’Unione Europea, tra le varie regioni ma anche tra le varie istituzioni educative di diverso ordine. Il grado di digitalizzazione delle scuole, delle università e dei centri di formazione è, infatti, molto differente. Ad esempio, molte università erano già prima della pandemia munite di strumenti digitali adeguati quali account email dedicati per ogni studente e per il personale docente, servizi di archiviazione via cloud, applicazioni di video conferenza, sistemi gestionali per l’apprendimento (come Moodle o Blackboard) oppure reti virtuali private. Prima del Covid19 questi strumenti erano considerati superflui in molti istituti educativi, specialmente scuole italiane di primo e secondo grado.

Con l’arrivo della pandemia e la necessità di organizzare la didattica a distanza, la situazione è cambiata. La maggior parte degli istituti educativi sono stati colti impreparati di fronte all’emergenza di dover organizzare la didattica a distanza. Quindi, al fine di assicurare il diritto allo studio e la continuità del percorso scolastico, gli istituti hanno predisposto una didattica online tramite piattaforme di video conferenza (il cosiddetto Zoom Learning) che, sostanzialmente, replica il modello di didattica frontale utilizzato in presenza, ovvero richiede agli studenti di essere costantemente presenti sulla video piattaforma per seguire le lezioni in maniera sincrona. Questo approccio, dal mio punto di vista, è molto lontano dall’utilizzo ottimale delle tecnologie di didattica a distanza, che permettono, invece, maggiore personalizzazione, metodi partecipativi, utilizzo asincrono delle risorse. Noi ricercatori in tecnologie educative distinguiamo la ‘didattica a distanza’ dall’ ‘insegnamento remoto di emergenza’.

Per questo motivo, sebbene il processo di digitalizzazione della didattica avvenuto durante la pandemia abbia sicuramente subito una notevole accelerazione, è da considerarsi soltanto una fase preliminare rispetto a una vera e propria digitalizzazione della formazione. In generale possiamo affermare che il Covid19 ha portato alla luce molte lacune a livello infrastrutturale nel mondo della formazione, causate da anni di mancanza, sia di investimenti che di visione a lungo termine».

Quali sono gli aspetti positivi e quali quelli penalizzanti dell’e-learning?

«I benefici dell’e-learning sono stati resi palesi da questa pandemia: in primo luogo, è stata data a tutti la possibilità di continuare il proprio percorso di formazione, anche in una fase di distanziamento sociale. Inoltre, l’e-learning permette di accedere da ogni luogo e in ogni momento a contenuti didattici. Ma sappiamo anche che la formazione, soprattutto quella primaria e secondaria, non è costituita soltanto dall’acquisizione di nozioni, ma anche dalla necessitò di vivere il contesto didattico-sociale della classe e del rapporto con i docenti. Da questo punto di vista, è penalizzante.

Inoltre, non esiste una forma univoca di e-learning: può implementare diverse metodologie di didattica, tra cui l’apprendimento basato sulla risoluzione dei problemi, l’apprendimento guidato dall’indagine ecc. Può essere disegnato come uno strumento passivo, di semplice consumo di nozioni, in cui agli studenti viene richiesto di sedere dietro a una videocamera, oppure può essere organizzato in maniera molto più partecipativa, ad esempio utilizzando metodi collaborativi. Questa diversità di approccio, è poi causa di effetti diversi.

Quando, nel 2012, ho iniziato a fare ricerca sulla formazione a distanza, questa era ancora considerata come una modalità di apprendimento di serie B rispetto alla didattica in presenza. Con la pandemia, l’e-learning è uscito dal suo guscio, diventando mainstream. Adesso, non esiste più una divisione netta fra università a distanza e in presenza dal momento che, nella maggior parte dei casi, l’unica modalità di apprendimento disponibile è la DAD. Sulla base della mia esperienza gli studenti si stanno progressivamente rendendo conto della comodità di poter accedere alla formazione online, e quindi la mia previsione è che prediligeranno sempre più l’e-learning a discapito dei corsi in presenza».

Facendo riferimento agli aspetti penalizzanti, si è parlato di sviluppo di problematiche psicologiche nei ragazzi a seguito dell’utilizzo della DAD. Cosa ne pensa? Esiste un sistema nella sua ricerca per misurare i comportamenti dei ragazzi durante le lezioni a distanza?

«Certamente la DAD, soprattutto nella sua variante d’insegnamento remoto di emergenza, ha avuto un forte impatto negativo sugli studenti, soprattuto i più piccoli. L’apprendimento è un processo sociale, che richiede lo scambio e l’interazione costante con i propri compagni di classe e con i propri docenti. Non è soltanto acquisizione di nozioni, ma un processo di cambiamento cognitivo ed emotivo che si nutre delle interazioni e dei dialoghi a cui lo studente viene esposto, sia durante che fuori le ore di lezione. La mancanza di prossimità fisica con altri esseri umani decontestualizza fortemente l’apprendimento. La mancanza di contesto rende l’apprendimento molto frammentario e irrilevante per lo studente.

È facile immaginare come, in periodo di DAD, gli studenti risultino sempre meno coinvolti e poco motivati nel seguire le lezioni a distanza, preferendo ad esempio, giocare a videogiochi, comunicare con i propri amici o navigare sul web alla ricerca di contenuti più coinvolgenti. Chiaramente, non si può dare esclusivamente la colpa alla DAD, ma bisogna osservare il contesto generale, dominato dalla mancanza di opportunità di socializzazione.

La mia ricerca valuta sino a che punto è possibile migliorare la DAD con le nuove tecnologie, andando ad analizzare anche i comportamenti degli studenti. In particolar modo, utilizzando sistemi multimodali e multi-sensoriali che sostituiscono o estendono l’apprendimento con il computer o con lo smartphone. Per esempio, utilizzando uno smartwatch dotato di cardio-frequenzimetro, è possibile rilevare il livello di stress dello studente. Oppure, tramite i visori di realtà virtuale e aumentata, è possibile progettare ambienti didattici più immersivi e realistici per migliorare l’esperienza di apprendimento. Infine, tramite l’Intelligenza artificiale è possibile valutare le performance di apprendimento di ogni studente e poter personalizzarne l’esperienza. La mia tesi è che, in un contesto di DAD indotto da Covid19 o da futuri cataclismi, le nuove tecnologie possano contribuire a ripristinare parte del contesto di apprendimento che viene perso dalla mancanza di prossimità fisica».

Da settembre gli studenti sono tornati a seguire le lezioni in presenza: pensa che la DAD sia stata una soluzione necessaria e temporanea dovuta alla situazione di emergenza o che effettivamente si stiano facendo dei progressi in tal senso?

«Credo che il Covid19 e la DAD abbiano portato alla luce un gran bisogno di digitalizzazione dei sistemi d’istruzione, tema che purtroppo è stato a lungo trascurato nel mondo della formazione. La prima necessità è di dotare tutti gli istituti formativi di infrastrutture digitali adeguate che permettano di erogare servizi didattici in totale sicurezza, anche a distanza. Conseguentemente, è necessario formare competenze nel personale docente e, soprattutto, investire in sistemi di supporto, ovvero nell’assunzione di personale tecnico. Se guardiamo alle grandi aziende, solitamente vi è un addetto al supporto tecnico a fronte di trenta impiegati. Questo significherebbe che per garantire una DAD adeguata nel futuro servirebbe un tecnico per classe. Chiaramente, siamo molto lontani da questo obiettivo, tuttavia credo che stiamo facendo progressi.

In tal senso, l’e-learning e la DAD non siano stati una parentesi durante la pandemia, ma elementi fondamentali di un mondo della formazione resiliente che è pronto per le sfide del futuro. Laddove nella scuola primaria è importante prediligere la didattica in presenza, nelle università e nelle scuole di secondo grado stanno emergendo dei modelli didattici ibridi che combinano didattica a distanza e in presenza con risultati interessanti che meritano di essere analizzati. Nonostante le complessità che abbiamo discusso, derivanti dalla distanza fisica, la DAD permette maggiore flessibilità e, quindi, possibili vantaggi rispetto all’istruzione in presenza. In questo quadro, la ricerca in scienze della formazione e in tecnologie educative assume un ruolo chiave».

Da esperto d’intelligenza artificiale applicata ai sistemi educativi, che caratteristiche pensa debba avere un sistema scolastico “modello”?

«Nel mondo della formazione non esiste un modello ideale che vada bene per tutti. Riprendendo il discorso precedente, l’istruzione e la didattica sono processi fortemente contestualizzati che si adattano alle necessità geografiche, culturali e socioeconomiche di un territorio. Inoltre, l’istruzione è un processo secolarizzato, quindi chi critica le metodologie didattiche attuali, spesso non comprende che sono il frutto di un lento e progressivo sviluppo. Tuttavia, esistono larghi margini di miglioramento degli attuali sistemi formativi, da perseguire, non solo attraverso la digitalizzazione, ma anche tramite l’ampliamento dell’accesso alla formazione o le politiche di diritto allo studio. Non esiste una formula magica che rende il mondo della formazione migliore da un giorno all’altro.

Nonostante ciò, da ricercatore in tecnologie educative devo ribadire la necessità per un sistema scolastico moderno e preparato alle sfide future di vantare un’infrastruttura digitale adeguata che includa email e spazio di archiviazione dedicato per ogni studente e ogni docente, canali di comunicazione digitali, piattaforme di video conferenza sicure, sistemi di protezione e di criptazione per la salvaguardia delle informazioni, un sistema gestionale per le risorse di apprendimento».

Spostando l’attenzione sui docenti, quanto pensa sia necessario il loro reskillyng e quanto pensa che utilizzare dei sistemi di e-learning lo agevoli?

«La valorizzazione del corpo docente è fondamentale per il successo dell’offerta formativa in un sistemo educativo. Valorizzare la professione include, fra le varie cose, garantire stipendi adeguati, carico di lavoro coerente e corsi di aggiornamento costanti. Così come la maggior parte delle professioni moderne, la formazione continua nell’ambito lavorativo è fondamentale, anche e soprattutto per chi lavora direttamente in ambito educativo. Le nuove tecnologie, in particolare, l’e-learning possono essere sicuramente strumenti per agevolare l’aggiornamento professionale perché, come per la DAD, garantiscono interattività e flessibilità in termini di spazio e tempi. Tuttavia, tali strumenti non devono essere considerati come la panacea per la risoluzione dei problemi. Per garantire una DAD ideale nel futuro, oltre ad avere docenti più formati nell’utilizzo delle nuove tecnologie, è, ad esempio, necessario avere personale di supporto tecnico-amministrativo. Tale supporto è fondamentale per sollevare i docenti da mansioni puramente tecniche che non dovrebbero essere di loro competenza».

In materia di applicazione dell’intelligenza artidiciale all’ambito educativo, in che direzione pensa possa evolvere la sua ricerca?

«Nella ricerca condotta con i miei colleghi del DIPF, abbiamo sviluppato e testato vari sistemi intelligenti che utilizzano sensori e dati multimodali e che possono essere utilizzati dallo studente autonomamente senza la presenza di un insegnante. Inoltre, mediante l’IA, questi sistemi possono valutare le performance di apprendimento e fornire feedback in tempo reale. Un esempio concreto è il Presentation Trainer che permette allo studente di praticare la propria presentazione e di ricevere feedback in tempo reale su aspetti quali postura, uso delle pause, volume della voce ecc.

Nel futuro, intendo portare avanti questo filone di ricerca che ambisce a utilizzare l’IA per supportare i processi di apprendimento e fornire feedback in tempo reale. In particolare, immagino che in un contesto di DAD si possa utilizzare un modello d’insegnamento ibrido, in cui lo studente può praticare le proprie skills autonomamente e ricevere feedback immediato grazie all’IA. Contestualmente, lo studente può sottoporre i risultati della propria prestazione a un docente e ricevere una valutazione in retrospettiva.

Questo modello ibrido sfrutterebbe sia le capacità umane che quelle dell’IA e sarebbe molto utile in un contesto di DAD per via della sua flessibilità, in quanto non richiederebbe una presenza online sincrona tra docente e studente. Tuttavia, la ricerca è ancora in corso, vanno approfonditi molti punti e risolte varie sfide che questo metodo impone. Per esempio, la necessità di estendere l’accesso a computer e dispositivi adeguati oppure i rischi relativi alla privacy».



Daniele Di Mitri è leader di un gruppo di ricerca presso DIPF, l’istituto Leibniz per la ricerca e l’informazione nell’educazione. Durante il PhD presso la Open University nei Paesi Bassi (2016-2020) in Learning Analytics. Nel suo progetto di dottorato, ha studiato le potenzialità della raccolta e dell’analisi dei dati multimodali durante le interazioni fisiche per il feedback automatico e l’analisi del comportamento umano: il Multimodal Tutor. Daniele è stato eletto come “AI Newcomer 2021” al KI Camp dalla società informatica tedesca e ha ricevuto il premio Martin Wolpers 2018 nel campo dell’apprendimento potenziato dalla tecnologia. Il suo attuale focus di ricerca risiede nella progettazione di applicazioni AI responsabili per l’istruzione e il supporto umano.

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