Realtà Virtuale per l’insegnamento della Relatività Generale = Virtual Reality for teaching General Relativity

L’utilizzo della Realtà Virtuale (VR) nell’ultimo decennio ha subito una forte crescita grazie al miglioramento costante della tecnologia e al parallelo abbassamento dei costi. Negli ultimi anni, l’uso della VR, come della Realtà Aumentata (AR), è diventato sempre più comune, e visori e controller stanno iniziando a diffondersi anche tra la popolazione oltre che nelle università, nei centri di ricerca ed in qualche azienda all’avanguardia. Con questa tesi si vuole studiare come la VR possa essere un valido strumento di insegnamento attivo nella didattica per le discipline scientifiche e tecnologiche: Scienze, Tecnologia, Ingegneria e Matematica (STEM). Diversi studi hanno dimostrato negli anni come la VR possa indurre negli studenti un maggiore coinvolgimento e portare ad una migliore comprensione delle materie trattate in particolar modo in presenza di concetti astratti o complessi. Diversi lavori indicano come l’insegnamento attivo possa migliorare il processo di apprendimento e possa indurre gli studenti ad essere maggiormente coinvolti nelle lezioni. Alcuni esperimenti effettuati con studenti universitari che hanno messo a confronto i metodi didattici tradizionali con la VR mostrano come quest’ultima possa aiutare a comprendere meglio e più velocemente le leggi fisiche ed ottenere risultati migliori nelle prove teoriche e nelle esperienze pratiche. In alcune ricerche, i risultati ottenuti con i due metodi sono stati pressoché identici, il che può indicare che in alcune circostanze la VR possa sostituire la didattica tradizionale (ad esempio quando quest’ultima non è attuabile). Da altri studi si evince infine come l’utilizzo congiunto dei due metodi possa portare a risultati decisamente migliori rispetto all’applicazione singola dell’uno o dell’altro metodo. Per questa tesi è stato utilizzato come caso d’uso l’insegnamento della Relatività Generale (RG) ed in particolar modo l’introduzione dei concetti cardine della teoria di Einstein attraverso il calcolo della curvatura dello spazio in prossimità di un Buco Nero. Il presente lavoro si innesta in questo contesto e propone uno strumento didattico utile per avvicinare gli studenti alla nuova teoria della gravitazione. In estrema sintesi si potrebbe dire che lo strumento proposto offra al docente la possibilità di introdurre i concetti fondamentali della RG aderendo alla struttura matematica della teoria, ma evitando di utilizzare il suo complesso formalismo. La visualizzazione in grafica 3D (e in VR) è stata la chiave di volta per il raggiungimento di questi obiettivi. In particolare, nel corso delle attività è stata realizzata un’applicazione VR basata su tecnologie web, partendo dal software 2D ViSeMo (Virtual Sector Model) realizzato dall’Università di Hildesheim. L’applicazione sfrutta la tecnologia A-FRAME, che ne rende possibile la fruizione sia con dispositivi desktop e mobile (in un browser) che con un visore, senza la necessità di software aggiuntivo. Lo strumento permette agli studenti di gestire i blocchi del Sector Model relativo al Buco Nero e calcolare i Deficit Angle in maniera automatizzata, rendendo più semplice, dunque, il calcolo della curvatura. Da alcuni preliminari esperimenti effettuati “sul campo” è stato osservato come l’utilizzo del software possa agevolare gli studenti nella comprensione della materia trattata e nei calcoli da effettuare per lo svolgimento delle attività pratiche assegnate.