Le Macchine Operatrici sono un software didattico originale, sviluppato per far esercitare studenti-apprendisti scienziati nel processo di costruzione di modelli interpretativi di fenomeni che agiscono secondo regole nascoste e generate casualmente.

Per avere un'idea del loro funzionamento si suggerisce di vedere alcuni dei video della playlist nel nostro canale youtube:

Macchina Operatrice 11 Introduzione (10 min), livelli avanzati (21 min)

Macchina Operatrice 12 Introduzione (10 min), leggi e teorie (9 min), livello 4 (20 min)

Macchina Operatrice 21 Introduzione (9 min), livello 4 metodo scientifico (27 min)

Oppure andare direttamente all'ultimo video della lista, contenente considerazioni conclusive.

Storia delle MO

Inizialmente, una decina di anni fa, le MO furono proposte in classe quarta elementare una mattina, come un gioco da fare oralmente, senza software, nell'ambito di una sperimentazione sul concetto di modello: lo sperimentatore-macchina inventava un'operazione da applicare sistematicamente a due numeri in ingresso per ottenere un numero in uscita. I compagni proponevano i due numeri piccoli in ingresso scrivendoli alla lavagna e "l'uomo-macchina" calcolava mentalmente e silenziosamente il numero in uscita, quindi lo scriveva nel riferirlo alla classe, che si cimentava cercando di ricostruire il calcolo effettuato. Dopo un mese lo sperimentatore tornò nella stessa classe e scoprì che il gioco era diventato talmente popolare che i bambini stessi a turno facevano la "macchina", che effettuava due operazioni consecutive sui due numeri in input (anche a due cifre). Tutti i bambini della classe erano diventati incredibilmente efficienti nello svelare il meccanismo di calcolo. Anche l'insegnante, ovviamente, era entusiasta e fiera dei visibili risultati da essi raggiunti, specialmente nel calcolo a mente. I meccanismi inventati dai bambini però tendevano ad essere stereotipati, e ciò indusse gli sperimentatori a inventare un software che includesse una maggior varietà di meccanismi generati casualmente. In tal modo tutto l'impegno dei bambini poteva essere rivolto a svelare il meccanismo nascosto. Le altre MO11 e MO12 sono state messe a punto per coinvolgere i bambini più piccoli e prepararli alla MO21. Parallelamente sono state sviluppate attività analoghe, adatte ai piccolissimi, in cui il meccanismo di trasformazione agisce sui blocchi logici (vedi: MO a blocchi logici). Sono state effettuate in seguito diverse sperimentazioni sistematiche sulle MO, tra cui quella realizzata al Circolo Le Grazie di Recanati, dettagliatamente documentata nel seguente blog. Per altre informazioni sulle MO vedere qui.

Le Finalità

L'obiettivo è in realtà quello di comprendere la Natura della Scienza, perché riteniamo che anche gli alunni più piccoli possano sapere "come si fa a conoscere le cose", investigando con i propri mezzi, ossia in un modo diverso dall'ascoltare storie.

Oltre al valore dell'immaginazione creativa, all'opera nelle investigazioni, c'è anche quello della realtà oggettiva: non tutto è virtuale! la realtà è qualcosa che esiste, ostinata e indifferente alle nostre fantasticherie o convinzioni. Ciò porta l'alunno-ricercatore ad un atteggiamento umile, paziente e perseverante.

Lo studio dei casi generati dalle macchine operatrici richiede poco tempo e può essere facilmente integrato nella normale attività curriculare. Molte sfide, sempre nuove, momenti in cui si affronta l'ignoto, come un gioco entusiasmante.

Come si gioca?

Semplice. Il software crea dei meccanismi nascosti che regolano la trasformazione delle variabili sperimentali in ingresso in risultati in uscita.

Lo "scienziato" sceglie liberamente gli esperimenti da fare, li sottopone alla macchina e registra ordinatamente i risultati ottenuti. Osserva tali risultati, riconosce dei pattern regolari e riflette su di esse formulando "leggi" o ipotesi teoriche. L'investigatore decide se deve ancora interrogare la macchina, per continuare ad esplorare il fenomeno in studio, o se può passare agli esperimenti di conferma delle ipotesi teoriche già fatte. A volte, nello studio di casi più complessi, una o più leggi appaiono insufficienti a prevedere i risultati di tutti gli esperimenti, o comunque appaiono scollegate tra loro, quindi occorre trovare un'unico modello teorico che leghi o "spieghi" tutte le leggi. 

Studiando le risposte date dalla macchina nelle varie prove sarà possibile elaborare dei modelli teorici capaci di spiegare i risultati degli esperimenti.

Non ci sono istruzioni: la curiosità e la domanda di significato innate spingono spontaneamente a indagare: c'è un ricercatore in ciascuno di noi. Questa domanda di senso regolerà e motiverà l'attività di indagine fino a trovare spiegazioni soddisfacenti in termini aritmetici elementari.

Le caratteristiche principali del processo di costruzione della conoscenza scientifica sono esemplificate dalle macchine operatrici:

1. Effettuare esperimenti "random" per esplorare il fenomeno
2. Osservare certe caratteristiche peculiari (cogliere indizi), ed effettuare esperimenti mirati per verificarne la ricorrenza 
3. Ipotizzare e riscontrare degli andamenti regolari o leggi, che leghino parte o tutti gli esperimenti (modello descrittivo)
4. Verificare le ipotesi facendo previsioni e modificare le ipotesi falsificate per adattarle a risultati inattesi
5. Trasformare le regolarità riscontrate in un meccanismo di calcolo unificante, capace cioè di riassumere e riprodurre tutte le ricorrenze (teoria esplicativa).

Ai livelli più bassi saranno sufficienti pochi "esperimenti" per arrivare a costruire un modello valido del funzionamento della macchina. Man mano che si sale di livello (come nei videogiochi) si renderanno necessarie tutte le fasi 1-5

Come scaricare e installare il software

Si suggerisce di installare i programmi delle macchine operatrici su sistema operativo windows 7 o precedente. Per Win. 8 occorre inserire dei file e attuare alcune semplici modifiche seguendo una guida specifica che a richiesta metteremo a disposizione.

Seguire le istruzioni a questa pagina.

Utilizzo nel progetto MISSION

Il progetto MISSION è interessato a sperimentare una modalità "sociale" di utilizzo delle MO, con la collaborazione di team appartenenti a scuole diverse nell'indagare su casi particolarmente ardui. Per la MO21, in particolare ai livelli più elevati, potranno essere salvati i meccanismi "resistenti" e messi in un forum insieme alle ipotesi già testate ed eventualmente con i listati degli esperimenti già compiuti. Le classi parallele o di istituti diversi, dello stesso livello, o di un anno più grandi o più piccole potranno tentare dove le altre hanno fallito e comunicare autonomamente nel forum.

Il forum sarà messo a disposizione delle scuole dopo averne discusso nel meeting di settembre.