La mia attività si concentra principalmente in un settore che chiamerei Interazione uomo-macchina con un orientamento applicativo nell'area dell'educazione. Considero il mio lavoro una tipica attività da informatico sperimentale, nel senso dato al termine da una ricerca del National Research Council¹ del 1994, che delinea il ruolo dell'informatica sperimentale, soprattutto per quanto riguarda la penetrazione delle tecnologie nella società e per le sue ricadute anche sulla ricerca applicata e teorica. I sistemi informatici e le loro applicazioni possono essere molto complessi; di conseguenza la loro creazione e comprensione richiede un sforzo considerevole e una ampia parte di sperimentazione - una attività in genere riservata alle scienze fisiche o naturali. Essendo una fisica, in particolare laureata in fisica matematica e perciò con una certa familiarità con linguaggi e strumenti formali, ho trovato continuità nell'applicare un metodo sperimentale anche ad artefatti sintetici, creati dall'uomo.

Motivazione
Algebra e Geometria
GEObject
3D e Java
Formalizzazione in OBJSA
CoLoS
Automata e INNE
Un algoritmo neurale per MAX 2-SAT
Sperimentazione di un nuovo corso
Formazione Insegnanti
Musei e istituzioni culturali
INFO2000
CHECK

Motivazione

In questo sta la motivazione che ha indirizzato la mia attenzione a fenomeni come la didattica con l'elaboratore, l'inserimento dell'informatica nelle scuole, la didattica asincrona resa possbile dalla rete, l'uso della rete per esperienze culturali, la valorizzazione del patrimonio artistico, la multimedialità o la teledidattica. Da tutte queste aree cerco di trarre esperienza per contribuire ad una crescita sensata e consapevole dell'uso di strumenti informatici nell'ambito didattico, sia universitario sia scolastico, della manifestazioni culturali o nel mondo della comunicazione.

Algebra e Geometria

A causa del mio trascorso di fisica-matematica, mi sono rivolta più facilmente verso argomenti vicini all'insegnamento della matematica. Ho lavorato su un sistema didattico per l'insegnamento dell'algebra, Galois, e molto sulla geometria. Partendo da una sperimentazione di alcuni dimostratori di teoremi di geometria, svilupati con approcci diversi: da un tradizionale approccio logico², in cui si costruisce una base di conoscenza e da cui si deducono enunciati non esplicitamente immessi nella base, a diversi approcci algebrici che trasformano il problema geometrico in un sistema di equazioni algebriche che poi vengono risolte. In questo filone il metodo, riscoperto dal matematico cinese Wu³ e basato sul calcolo delle basi di Ritt per la soluzione di sistemi di equazioni algebriche, si è verificato essere decisamente più potente anche perchè trova le condizioni di degenerazione sotto cui il teorema è vero. L'idea di fornire tutti questi metodi in un unica applicazione che consente ad un profano di eseguirli per verificare congetture di geometria ci ha spinti anche a sviluppare un interfaccia grafica, perchè solo con quella il sistema può essere utile per favorire la ideazione di congetture. Dopo una prima soluzione parziale, è nata l'idea di un sistema di modellazione di figure geometriche interattivo, basato sulle costruzioni geometriche riga e compasso, che risolve i vincoli imposti durante la costruzione anche nelle successive manipolazioni senza effettuare onerosi calcoli numerici, ma solo con manipolazione degli oggetti stessi, e incrementale, nel senso che può essere arricchito con esempi. Quest'ultima funzionalità cartterizza il sistema come un esempio di ambiente di programmazione by-example.

GEObject

Durante il disegno di questo ambiente, GEObject, molto fortemente orientato agli oggetti, abbiamo messo a fuoco le problematiche dell'interfaccia che deve rendere trasparente la base di conoscenza su cui il sistema è strutturato. In questo credo che il sistema sia qualititativamente superiore ad altri sistemi simili, che pure hanno circolato molto, anche perchè provenienti dagli USA ed ingegnerizzati forse meglio. Ma questo e' un punto molto importante per un sistema che finisce nelle mani di utenti che devono rivolgere la loro attenzione al contenuto e non al mezzo. GEObject è stato sviluppato contemporaneamente anche ad un sistema oggi famosissimo, Cabrì sviluppato a Grenoble. Ad un workshop NATO a cui sia io che gli autori di Cabrì partecipavamo, abbiamo confrontato le applicazioni e dalla nostra probabilmente loro hanno tratto spunto per l'integrazione con un dimostratore numerico per provare semplici congetture.

3D e Java

Una breve esplorazione con lo stesso tipo di approccio alla modellazione geometrica è stata fatta anche per costruzioni 3D⁴. In tempi recenti l'evoluzione naturale del sistema ha portato ad implementare in Java un sistema per l'esplorazione della geometria in rete che consente anche la collaborazione a distanza: il foglio di lavoro può, infatti, essere condiviso anche da collaboratori remoti.

Formalizzazione in OBJSA

Il lavoro più recente in quest'ambito è costituito da un articolo (versione precedente presentata al Workshop Petri nets and object-oriented programming), in cui si da una specifica formale al problema di modellare oggetti geometrici vincolati, adottando il formalismo delle reti di Petri ad alto livello chiamate OBJSA. Questa formalizzazione delle costruzioni geometriche è stato un importante passo per validare il sistema GEObject ed in particolare l'algoritmo per il mantenimento dei vincoli. Ogni classe del sistema è definito da una componente OBJSA e le loro composizioni consentono la descrizione di costruzioni generiche. L'algoritmo di mantenimento dei vincoli è stato simulato nell'ambiente ONE.

CoLoS

Ho contribuito, fin dal suo nascere, al progetto Europeo CoLoS, che ha ricevuto due finanziamenti UE (programmi COMETT I e DELTA) e una forte sponsorizzazione della HP, e che ha prodotto sistemi grafici e interattivi nel campo della educazione scientifica molto originali, tra cui uno per la fisica che ha vinto un riconoscimento europeo, in anni in cui la grafica si poteva fare solo su PC troppo poco potenti per fare computazione impegnativa e quando simulazioni significative si potevano fare solo su macchine che non consentivano grafica e adeguata interazione: strumenti irrinunciabili per sollecitare l'intuizione e l'immaginario degli studenti su fenomeni scientifici complessi.

Automata e INNE

Nel progetto CoLoS ho sviluppato soprattutto due sistemi: un simulatore di reti neurali INNE (Interactive Neural Network Environment) ed un simulatore di automi e grammatiche AUTOMATA. Quest'ultimo è stato un vero successo: viene richiesto con continuità anche se è stato sviluppato alcuni anni fa e non è più supportato. AUTOMATA consente di capire il rapporto tra automi, grammatiche ed espressioni regolari, tratta automi a stati finiti e a pila deterministici e non, visualizza la dimostrazione passo passo di qualche importante teorema. INNE rispetto ad altri più famosi simulatori ha la caratteristica di offrire la possibilità di definire graficamente reti di vari modelli (Boltzmann Machines, Back-error Propagation, modello di Hebb, un modello competitivo semplice e le mappe di Kohonen) e di offrire per ogni modello una significativa applicazione che abbia un impatto visuale, in modo che sia intuitivo cogliere l'input e l'output e l'andamento della computazione sulla rete. Ad esempio un'applicazione per la compressione di immagini è associata all'algoritmo Hebbiano e consente di passare in input una immagine, di vederne la copia compressa; un'applicazione per il clustering dei colori è, invece, associata all'algoritmo competitivo semplice, che rende possibile passare in input una qualunque immagine, vederne interattivamente la creazione dello spazio dei colori relativo e la stessa immagine con i soli colori clusterizzati (il numero dei colori dipende dalla scelta della rete neurale e, in particolare del numero dei nodi di output); un'altra applicazione consente il riconoscimento di forme mediante l'algoritmo di Kohonen, in input è possibile dare una forma bi-dimensionale qualunque e si può osservare la computazione mentre la rete cerca di ottimizzare la forma della figura; un'applicazione infine consente il riconoscimento di caratteri scritti a mano in un testo, mediante un algoritmo di back propagation.

Un algoritmo neurale per MAX 2-SAT

Un seguito di questa attività è stata la ideazione di un algoritmo per risolvere approssimativamente il problema MAX 2-SAT, che è stato dapprima simulato via software per valutarne la performance; successivamente, poiché il comportamento si è rilevato buono, sia nel caso peggiore che nel caso medio, ne è stata effettuata una implementazione hardware (abstract of a paper in Neural Networks, 10(3), 1997).

Sperimentazione di un nuovo corso

Per due anni accademici ho dato vita ad un nuovo corso, fortemente caratterizzato da una componente progettuale, per studenti di Informatica: Scienze dell'Istruzione.

Formazione Insegnanti

Un attività a cui ho dedicato molta energia in tempi passati è stata quella della formazione informatica degli insegnanti. E' stata una esperienza molto significativa da cui sono partite una serie di sperimentazioni didattiche in Lombardia. Mi sembra molto importante che gli universitari contribuiscano a questi processi; ricordo la proposta del Ministero, spero che non abbia avuto troppo seguito, di un corso di aggiornamento di insegnanti su vasta scala fatto da Microsoft. Il che non mi scandalizza purché non sia l'unica offerta possibile e non sia totalitaria. Non possiamo demandare in questo campo ad altri e dobbiamo difendere una autonomia culturale.

Musei e istituzioni culturali

In tempi più recenti ho collaborato con alcuni musei, Museo Horne a Firenze, Biblioteca Ambrosiana e Museo della Scienza a Milano ed il Teatro alla Scala (Il teatro interattivo, LaScalaWeb) per aiutare la dirigenza di queste istituzioni a capire cosa avrebbero potuto chiedere dalle tecnologie multimediali e dalla rete.

INFO2000

Ho coordinato localmente un progetto finanziato dalla UE (programma INFO2000) per lo studio della digitalizzazione del patrimonio iconografico del Teatro, che si proponeva di rendere accessibile dalla rete, in parte liberamente e in parte con un ritorno economico. In generale, rapportarsi con queste istituzioni, spesso con grande tradizione, è una operazione onerosa e non facile, ma anche una occasione per consentire ai nostri studenti di svolgere dei progetti in ambienti che richiedono molta sensibilità a problematiche di comunicazione oltre che competenze tecniche. In tutti questi lavori, infatti, si richiedeno competenze interdisciplinari.

CHECK

Nel V programma quadro della UE ho presentato un progetto, di cui sono coordinatore, che attende ancora una risposta, che ha come obiettivo la sperimentazione della pubblicazione elettronica di manoscritti antichi, con la messa a punto di un formato per la specifica di manoscritti; la prima applicazione dovrebbe riguardare il codice Atlantico di Leonardo, di proprietà della Biblioteca Ambrosiana. A questo progetto aderisce, in qualità di utente/sostenitore Adobe con l'idea di produrre un plug-in secondo le specifiche.

Milano, Novembre 1999