Matrici e immagini digitali

I percorsi che vi proponiamo affrontano l’argomento delle “Matrici e immagini digitali traendo spunto dalla relativa vignetta del progetto Klein .

Il tema delle immagini digitali può essere utilizzato lungo tutto l’arco dei 5 anni della Scuola Secondaria di Secondo Grado come spunto per introdurre alcuni interessanti argomenti matematici ai margini delle tradizionali pratiche scolastiche: le tabelle come funzioni, definite nel prodotto cartesiano di due insiemi di indici e aventi come codominio insiemi di colori, e la composizione tra funzioni per operare sulle tabelle; le matrici come operatori e le trasformazioni sulle matrici; le tecniche numeriche per il trattamento delle immagini digitali e le loro implementazioni attraverso un diffuso linguaggio di programmazione (Python).

Le attività presentate, organizzate in due percorsi, sono pensate per essere svolte in sequenza ma sono anche auto-consistenti e autonome l’una dall’altra, a patto che la classe possegga i prerequisiti per affrontarle. Snap! e GeoGebra (strumenti tecnologici facilmente accessibili nel primo biennio) possono essere integrati nel primo percorso, denominato Tabelle e Matrici. Il secondo percorso è invece denominato Python in quanto è interamente costruito utilizzando tale linguaggio di programmazione. Infine, le attività si prestano a essere svolte anche in modalità a distanza e sono accompagnate da suggerimenti per ulteriori approfondimenti disciplinari e interdisciplinari.

Classi

Il percorso Tabelle e Matrici è adatto ad alunni/e del primo biennio della Scuola Secondaria di Secondo Grado; alcuni approfondimenti possono essere proposti anche alle classi del secondo biennio.

Il percorso Python fornisce un approfondimento interdisciplinare delle immagini digitali da svolgere prevalentemente a partire dal secondo biennio delle superiori. Può essere visto come una naturale continuazione del percorso Tabelle e Matrici, ma anche configurarsi come percorso autonomo ove gli studenti abbiano i prerequisiti indicati.

Obiettivi generali

Riferimenti istituzionali nazionali e internazionali

PERCORSO TABELLE E MATRICI

La rappresentazione e la modifica delle immagini forniscono uno spunto per lo studio delle tabelle (intese come funzioni definite su un insieme di indici), della composizione di funzioni, delle affinità del piano coordinato.

Introduzione 

Attività 1: Familiarizziamo con indici riga e colonna

Attività 2: Le immagini come funzioni

Attività 3: Composizione di funzioni e cambio di colore

Attività 4: Trasformare l’immagine con la composizione di funzioni

Le schede seguenti presentano attività da proporre agli alunni/e e contengono sia il testo della sfida che la traccia di discussione e soluzione:

Attività 5: Matrici, vettori nel piano e combinazioni lineari

Attività 6: Matrici e trasformazioni Affini

Risorse didattiche a integrazione del percorso Tabelle e Matrici

GeoGebra

GeoGebra è un software di matematica dinamica per tutti i livelli educativi, open source, liberamente disponibile per uso non commerciale

Risorse GeoGebra (book) per alcune delle attività del percorso

Snap! 

Snap! è un ambiente di sviluppo informatico basato su un linguaggio a blocchi, open source ed eseguibile direttamente su un web browser: https://snap.berkeley.edu/

Matrici e immagini digitali con un linguaggio di programmazione a blocchi

  • Snap! per iniziare [Matrici-Immagini-Snap-Per-Iniziare.pdf (file in fase di completamento)]
  • Matrici con Snap! [Matrici-Immagini-Snap-Attivita.pdf (file in fase di completamento)]

PERCORSO PYTHON

Matrici e immagini digitali con Python: dall’algebra matriciale al trattamento di immagini

Partendo dalla struttura numerica delle immagini digitali, attraverso l’uso di Python si propone un percorso diretto di programmazione volto a fornire alcune competenze di tipo matematico su vettori e matrici e sulle loro operazioni, sulle trasformazioni geometriche e su alcuni semplici algoritmi in grado di elaborare e manipolare le immagini. Le attività del percorso sono scandite da singoli Notebook tematici. Non sono presenti esercitazioni in quanto ogni argomento è illustrato passo passo.

Introduzione e indicazioni operative

Che cosa sono la piattaforma COLAB di Google e i Notebook (NB) Jupyter

Tutorial per docenti 

Attività 1: Introduzione all’uso del linguaggio Python in generale

Attività 2: Introduzione al calcolo vettoriale e matriciale con Python

Attività 3: Dalla matrice all’immagine digitale e viceversa

Attività 4: Manipolazione di immagini digitali

Attività 5: Modulo di approfondimento su alcune elaborazioni complesse di immagini digitali

APPROFONDIMENTI INTERDISCIPLINARI

Pixel Art (arte digitale)

L’arte si sta evolvendo e si sta spostando verso il digitale. È possibile creare qualunque cosa semplicemente usando lo smartphone e l’app o webapp giusta.

Di seguito si suggeriscono alcuni siti gratuiti che permettono di creare i cosiddetti “sprite con il metodo dei pixel: il disegno cioè si crea con un quadratino alla volta.

VALUTAZIONE DEGLI APPRENDIMENTI E PROVE DI VERIFICA

Riflessione sulla valutazione 

BIBLIOGRAFIA E SITOGRAFIA

Bibliografia e sitografia del percorso Python