Motivazioni generali del lavoro

Le radici del computer sono molto più antiche di quanto si possa pensare. Sebbene il calcolatore, come noi oggi lo conosciamo, sia stato inventato solo negli anni della seconda guerra mondiale, l'uso di strumenti utili per il calcolo matematico si riscontra già nelle antiche civiltà con all'introduzione delle prime nozioni di matematica. L'obiettivo di questo modulo didattico è quello di ripercorrere questa lunga storia, dalle radici, caratterizzate da strumenti molto semplici come l'abaco, ai moderni calcolatori elettronici.

Oggi, l'uso del calcolatore è stato esteso ai più svariati contesti spezzando il legame storico esistente tra calcolatore e matematica. Tuttavia, la storia degli strumenti di calcolo è stata per molti secoli intrecciata in modo profondo con quella della matematica e proprio questo legame costituisce il tema centrale del lavoro qui presentato. Tre, in particolare, sono gli aspetti che in questo modulo vogliamo evidenziare riguardo all'evoluzione dei calcolatori:

Attualmente, il calcolatore permette di investigare aspetti della matematica che difficilmente potrebbero essere esplorati mediante calcoli manuali. Il calcolatore è una sorta di cannocchiale in grado di amplificare le nostre capacità nello studio della matematica. Gli studenti dovrebbero comprendere che fare matematica oggi con il calcolatore non significa eseguire solo calcoli numerici: il calcolatore moderno ha esteso il campo d'applicazione ben oltre ciò che avevano immaginato i primi inventori delle macchine calcolatrici. Quali capacità di calcolo ci si può aspettare da un calcolatore? Cosa significa "calcolare"? Questo lavoro vuole portare lo studente a comprendere che il termine calcolatore ha assunto nel tempo un significato sempre più ampio e ricco, fino a comprendere attività un tempo predominio esclusivo dell'intelligenza umana. Ad esempio, lo studio del grafico di una funzione matematica o il calcolo della derivata simbolica di una funzione costituiscono, oggi, semplici applicazioni presenti in numerose calcolatrici tascabili e questi compiti non erano certo stati previsti nei primi calcolatori. Cosa ancora più importante, l'introduzione dei calcolatori ha portato ad indagare in termini rigorosi la natura stessa del processo di calcolo dando via al settore della teoria della computabilità.

Gli attuali calcolatori non sono il frutto del lavoro di un singolo inventore e di una singola idea geniale ma sono il risultato di tante idee legate al contributo di molti studiosi e sperimentatori appartenenti a diverse discipline. La storia dei calcolatori è infatti caratterizzata da diversi filoni con proposte talvolta complementari e altre volte divergenti. Per questo motivo, il modulo didattico qui presentato è articolato in diverse unità didattiche che non riflettono necessariamente una rigida sequenza cronologica, ma mirano ad illustrare le diverse strade percorse nel cercare soluzioni al calcolo automatizzato. Un'unità didattica è poi dedicata al software: la componente meno visibile del calcolatore ma non per questo meno importante. Lo studente dovrebbe comprendere che il software rappresenta "l'anima" del computer moderno e ne determina il comportamento rendendo possibile l'applicazione di questa macchina in un numero infinito di contesti.

Dal punto di vista didattico, il tema affrontato si presenta con una molteplice valenza. Innanzi tutto, il percorso ideato costituisce una presentazione della storia dell'informatica con la sua straordinaria evoluzione tecnologica. Per svariate ragioni, gli aspetti storici risultano molto spesso i temi più trascurati nell'insegnamento dell'informatica e in genere delle scienze. Il lavoro vuole poi introdurre lo studente ad alcuni temi fondamentali dell'informatica: dal concetto di algoritmo al computer come macchina programmabile, dal software alle macchine virtuali, dall'elaborazione numerica a quella simbolica. Bisogna poi ricordare che non solo la matematica si serve di strumenti di ausilio, ma questi strumenti a loro volta si sono arricchiti di idee matematiche interessanti, talvolta innovative. Ogni strumento di calcolo racchiude sempre concetti matematici che ci portano a sottolineare come il legame tra numeri e macchine sia caratterizzato da una sinergia continua tra la matematica e la progettazione dei dispositivi di calcolo. La ricostruire di semplici strumenti di calcolo, come proposto nel modulo, dovrebbe aiutare gli studenti a penetrare i principi matematici che ne determinano il funzionamento. Infine, l'unità didattica più vicina al moderno calcolatore introduce la struttura e il funzionamento degli attuali calcolatori presentando i componenti fondamentali e il loro ruolo nell'elaborazione delle informazioni.

Questo modulo didattico non mira a presentare l'evoluzione degli strumenti di calcolo approfondendo in modo tecnico la complessità delle tecnologie informatiche, ma procede attraverso un percorso didattico "aperto" agli studenti delle Scuole Medie Superiori che non abbiano una particolare preparazione nel settore delle tecnologie elettroniche. Le diverse tappe che hanno caratterizzato la storia dell'informatica vengono introdotte il più possibile mediante oggetti e strumenti, proponendone in vari casi la ricostruzione perché siamo convinti che un lavoro diretto sugli oggetti sia spesso più efficace in termini didattici di molte parole ascoltate in modo passivo. Ogni lezione presenta agli allievi diversi oggetti, inseriti in un particolare cammino e una breve descrizione ne illustra il ruolo e la cornice storica. Naturalmente, al fine di completare didatticamente la presentazione, l'insegnante farà uso anche di trasparenze o diapositive con figure di calcolatori storici e di personaggi che hanno contribuito in modo determinante alla storia dell'informatica. Figure con schemi di strumenti di calcolo e con rappresentazioni di componenti relativi ai computer aiuteranno poi lo studente nella comprensione dei principi di funzionamento di questi calcolatori. Sebbene gli argomenti che caratterizzano l'evoluzione degli strumenti di calcolo si prestino a numerosi approfondimenti, al fine di mantenere agile la trattazione del tema affrontato, si è preferito fare una scelta dei contenuti utile sotto il profilo didattico e sufficientemente sintetica da poter essere trattata in un modulo didattico di una trentina di ore.

Tra i diversi tipi di approfondimenti relativi all'informatica, l'aspetto storico è sembrato quello di più facile accessibilità all'allievo delle scuole superiori poiché non presuppone un particolare background. A questo proposito, il modulo didattico qui presentato è stato scritto in modo da essere il più possibile "self-contained" evitando gli approfondimenti tecnici che ne avrebbero reso difficile la comprensione all'allievo non specializzato nei settori elettronico o informatico. Infine, l'aspetto storico caratterizzante questo lavoro può costituire un tema di approfondimento e di collegamento con altre discipline, quali quelle storiche e filosofiche, con cui non sempre è facile trovare punti di contatto.

Questa unità didattica nasce dall'esperienza acquisita in seguito ad alcuni corsi di informatica e di matematica che l'autore ha tenuto qualche anno fa con la presentazione del materiale qui illustrato. L'interesse evidenziato dagli allievi ha incoraggiato a proseguire nella raccolta e nella presentazione del materiale. La realizzazione della mostra "Numeri e Macchine" (presso l'Università di Udine, prima nel febbraio 2000 insieme alla sezione Mathesis di Udine e poi nel marzo 2001 nell'ambito della Giornate della Cultura Scientifica) è stata l'occasione per riorganizzare il materiale raccolto negli anni precedenti (si veda in queste pagine il museo virtuale che descrive in maggiore dettaglio la mostra).