Insegnare l'astronomia

Gamification: Il progetto dei Cosmo Explorers

In occasione della decima edizione di Play, festival del gioco, proponiamo un approfondimento sulla gamification centrato sul videogioco di esplorazione spaziale Kerbal Space Program che l'INAF proporrà a coloro che visiteranno lo stand.

In occasione di Play, festival degl gioco, che si terrà a Modena nel fine settimana, l’Istituto Nazionale di Astrofisica propone, tra le sue molteplici attività, anche alcune postazioni dove sarà possibile provare il videogioco di esplorazione spaziale Kerbal Space Program (KSP) che è il motore centrale del progetto Cosmo Explorers. L’idea dietro il progetto, che vede come capofila il Planetario di Torino e come partner l’INAF grazie alle sue sedi di Bologna, Milano e Napoli, e la ALTEC, azienda aereospaziale italiana, è quella di sfruttare un gioco come KSP a fini didattici, pratica meglio nota come gamification.

Imparare la fisica con i videogiochi

Due esempi di grafici dal lunar lander
L’interesse verso l’uso educativo dei videogiochi in particolare nella fisica è datato 1975, se non prima. Uno dei primi giochi sviluppati con un intento didattico è un lunar landing progettato da Steve Derenzo e Noah Sherman molto utile per sviluppare le competenze relative al moto uniformemente accelerato (1)Bork, A. M. (1975). Effective computer use in physics education. American Journal of Physics, 43(1), 81-88. doi:10.1119/1.10002. e che in qualche modo può essere considerato l’antesignano di giochi tipo KSP.
L’utilizzo dei videogiochi nella didattica, non solo quella scolastica ma anche universitaria, è giustificato da alcune semplici considerazioni: innanzitutto l’obiettivo sia di chi costruisce percorsi didattici sia di chi progetta videogiochi è il medesimo, ovvero consentire a chi usufruisce del percorso proposto di diventare un “esperto” in quel piccolo ambito. Partendo da questa semplice constatazione è possibile ottenere maggiori risultati, invogliando anche gli studenti ad affrontare con più entusiasmo lo studio, proponendo dei gamified quiz, dei test elettronici che prevedono un sistema di raccolta punti e badge con un feedback immediato su ciascuna risposta (2)Rose, J. A., O’Meara, J. M., Gerhardt, T. C., & Williams, M. (2016). Gamification: using elements of video games to improve engagement in an undergraduate physics class. Physics Education, 51(5), 055007. doi:10.1088/0031-9120/51/5/055007. , di fatto incorporando tecniche già sperimentate su molte piattaforme di e-learning.
Un passo ulteriore può essere compiuto adottando in classe a scopi didattici i videogiochi commerciali, che in generale non sono stati sviluppati con obiettivi didattici, ma che, grazie al miglioramento dei sistemi di simulazione del mondo, costruiscono ambienti sempre più aderenti alle leggi fisiche, in particolare quelle della cinematica e della dinamica. Ad esempio con un gioco come Shaun White Skateboarding è possibile proporre delle attività grazie alle quali gli studenti prendono confidenza con i sistemi di coordinate o, come in Guardian of Light, provano a visualizzare i vettori avvicinandosi così alla dinamica. In quest’ultimo caso sia le leggi di Newton sia il moto uniformemente accelerato possono essere introdotti utilizzando Little Big Planet. L’utilizzo di questi videogiochi permette di sviluppare l’intelligenza visuale grazie alle immagini in movimento e a un motore grafico in grado di simulare abbastanza bene un ambiente tridimensionale; inoltre permette di visualizzare e in molti casi sperimentare direttamente attraverso il propriop personaggio in maniera concreta molte idee fisiche che spesso è difficile (o pericoloso) sperimentare nella vita reale; infine l’entusiasmo generato dall’utilizzo di un videogioco in classe spinge gli studenti a proporre i propri giochi preferiti, introducendo anche elementi di discussione su come possono essere utilizzati in maniera efficace per imparare (3)Mohanty, S. D., & Cantu, S. (2011). Teaching introductory undergraduate physics using commercial video games. Physics Education, 46(5), 570. doi:10.1088/0031-9120/46/5/009 arXiv:1107.5298. .

Esempio di grafico prodotto dal software Tracker a partire dallo screencast di una partita di Angry Birds

Uno dei giochi più interessanti è indubbiamente Angry Birds, che sin da subito presenta elementi strettamente legati alla fisica, visto che l’obiettivo è lanciare degli uccelli di forma tondeggiante contro oggetti da abbattere utilizzando una fionda gigantesca. E il moto degli uccelli lanciati è parabolico, il che permette, unendo il video gioco con un software di cattura video e con il programma di analisi Tracker, progettato per esaminare le traiettorie degli oggetti in movimento nei video, di esaminare le leggi della fisica come se si stesse realizzando sul serio un esperimento di lancio (4)Rodrigues, M., & Carvalho, P. S. (2013). Teaching physics with Angry Birds: exploring the kinematics and dynamics of the game. Physics Education, 48(4), 431. doi:10.1088/0031-9120/48/4/431. .
Nell’ottica, però, di un approccio sempre più multidisciplinare in cui le materie scolastiche concorrono e collaborano insieme alla formazione degli studenti, permettendo loro di formare le competenze legate al lavoro collaborativo, KSP è sembrato il videogioco più adatto per portare in Italia un nuovo approccio alla didattica in generale e alla didattica dell’astronomia in particolare.

Esploratori spaziali

Gli ingredienti base di KSP, infatti, prevedono lo sviluppo di particolari competenze, innanzitutto manageriali: il giocatore ha a disposizione un’intera base spaziale, da sviluppare nel corso della partita, gestendo i finanziamenti necessari per la costruzione del razzo e acquisendo i così detti punti scienza necessari per ottenere gli avanzamenti scientifici e tecnologici utili per costruire razzi sempre più efficaci nel raggiungimento di oggetti celesti sempre più lontani.
Altro elemento importante è quello della sperimentazione diretta della legge di gravitazione e delle tre leggi di Keplero, senza dimenticare l’equazione dei razzi. Inoltre KSP prevede l’utilizzo di strumenti per la realizzazione di esperimenti scientifici durante le missioni. Infine per ogni pezzo utilizzato nella costruzione del razzo viene fornita una scheda con le caratteristiche, che possono essere utilizzate dal giocatore per progettare il razzo stesso prima della costruzione, in modo da limitare al minimo il numero di lanci per ottenere l’obiettivo prefissato. In effetti elementi di variabilità nello sviluppo di una missione sono la gestione del carburante e l’aereodinamica del razzo, per cui avere un’idea abbastanza precisa del tipo di razzo necessario, ad esempio, per andare oltre l’atmosfera di Kerbin, il pianeta su cui è ambientato KSP, permette al giocatore di avanzare ipotesi sensate sui motivi per cui, eventualmente, tale missione è fallita e quindi apportare gli opportuni correttivi.
Già questi semplici motivi rendono KSP un ottimo gioco da sfruttare in ambito didattico, ma il progetto dei Cosmo Explorers è stato sviluppato anche per aggiungere le competenze collaborative spingendo gli studenti ad aggregarsi in piccoli gruppi con l’obiettivo di discutere le scelte per sviluppare la migliore carriera spaziale.

Lo strumento che, nella versione Edu di Kerbal SPace Program, permette di tracciare i grafici delle grandezze fisiche durante il volo dei razzi

Inoltre grazie all’aggiunta di strumenti pensati appositamente per la didattica, non è necessario utilizzare software esterni come Tracker per la raccolta dei dati: la versione EDU di KSP adottata per Cosmo Explorers integra, infatti, un sistema tipo Tracker che però raccoglie, oltre ai dati sulla velocità, anche quelli sulla massa del razzo e sulle energie cinetica e potenziale sia rispetto al suolo sia in orbita. E’ poi presente uno strumento in grado di visualizzare le forze che agiscono sul razzo stesso, fornendo così uno strumento in grado di vedere come queste forze si modificano durante il moto verso l’alto.
La risposta degli studenti è stata, per ora, sperimentata solo in alcune attività di Alternanza Scuola-Lavoro svolte presso l’Osservatorio Astronomico di Brera: i ragazzi hanno risposto in maniera entusiasta, spesso suddividendosi in due distinti macrogruppi, coloro che progettavano i razzi “a tentativi” e quelli che, al contrario, provavano ad applicare le leggi della fisica a loro note per capire come progettare il razzo migliore in funzione della missione accettata. Inoltre grazie all’introduzione di un obiettivo, gli studenti si sono mostrati più invogliati a porre domande sulla fisica o chiedere chiarimenti su concetti poco assimilati.
I risultati di tali esperienze verranno pubblicati su Edu INAF nelle prossime settimane, ma per ora quel che resta da consigliare ai nostri lettori è provare il videogioco e, se nel campo della didattica, cercare di utilizzarlo per parlare di fisica e astronomia. E ovviamente venire a trovarci a Modena durante il festival Play!

Note

1. Bork, A. M. (1975). Effective computer use in physics education. American Journal of Physics, 43(1), 81-88. doi:10.1119/1.10002.
2. Rose, J. A., O’Meara, J. M., Gerhardt, T. C., & Williams, M. (2016). Gamification: using elements of video games to improve engagement in an undergraduate physics class. Physics Education, 51(5), 055007. doi:10.1088/0031-9120/51/5/055007.
3. Mohanty, S. D., & Cantu, S. (2011). Teaching introductory undergraduate physics using commercial video games. Physics Education, 46(5), 570. doi:10.1088/0031-9120/46/5/009 arXiv:1107.5298.
4. Rodrigues, M., & Carvalho, P. S. (2013). Teaching physics with Angry Birds: exploring the kinematics and dynamics of the game. Physics Education, 48(4), 431. doi:10.1088/0031-9120/48/4/431.

Scritto da

Gianluigi Filippelli Gianluigi Filippelli

Ha conseguito laurea e dottorato in fisica presso l’Università della Calabria. Tra i suoi interessi, la divulgazione della scienza (fisica e matematica), attraverso i due blog DropSea (in italiano) e Doc Madhattan (in inglese). Collabora da diversi anni al portale di critica fumettistica Lo Spazio Bianco, dove si occupa, tra gli altri argomenti, di fumetto disneyano, supereroistico e ovviamente scientifico. Last but not least, è wikipediano.

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