Interactive communication tools for active learning. Guidelines for the adoption of technological communication tools for hybrid learning processes

Global competition has led universities to review their actions concerning learning environments, focalising towards technological innovation and experimentation with active learning strategies. At the heart of this research is the relationship between space, pedagogy and technology, with an important focus on the latter. Technology, as understood by the writer, is the connecting element that relates to all the contexts analysed. The research is inspired by a broader project conducted in the Department of Design, within the processes and projects of innovation that the Politecnico di Milano has carried out in recent decades. The Politecnico has decided to launch a project for the design of innovative and technological classrooms able to support new active learning methods. The research, which began with a focus on physical spatial constants, was completed in a historic period marked by the global health emergency of the COVID-19 pandemic. This emergency has given life to a comparison between two contexts of comprehension, the on-site (physical) and the online (digital). The need for academic institutions to change their physical spaces in order to compete and attract more and more students is a subject of discussion, even if the connections between the design and use of space in higher education, and the outcomes of teaching, learning and research are not well understood. The “learning experience” will then be further investigated and supported by a review of the works of principal authors in the field. There is an increasing need to adapt learning spaces to suit new theories and learning approaches, to the extent that teaching places are already changing to reach and embrace new theories of learning. The central of this change is the relationship between space, pedagogy and technology. Space becomes vital with its flexibility and capacity to quickly transform, as well as its capacity to integrate educational technologies. It is crucial in order to understand what are the innovative dynamics that can be implemented concerning one of the three elements that become pivotal for this research, that is technology. Therefore, the need arises for new relationships between the technologies present within the physical space and the personal technologies owned by users. This tripolar system should make a shift to a four-element system, underlying the central role of the user, that becomes “pivotal” and the core of innovative learning environments. In a learning environment, users are players and directors, facilitators and sources of resistance, students and teachers, learners and tutors. Active learning can create better alliances among users. It has as its core the active role of the users and the role of the teacher as a director and a facilitator; therefore, the teacher must be able to design and construct active learning activities. The research activities developed in this thesis aim to compare on-site and online learning contexts, creating dualisms and parallels in the search for information and data. This includes the analysis of case studies of innovative learning environments; the design of innovative learning spaces for the Politecnico di Milano; an evaluation of possible new policies and hybrid learning processes; the monitoring of an active learning physical environment; the evaluation of the experience of distance learning at the Politecnico di Milano; and verification of the use of technologies in a context of stress. A choice of 12 technologies has been made for the implementation of subsequent project activities. The choice was made on the basis of the research actions undertaken. Technology can be enhanced and inserted into a space, triggering collaborative dynamics and the tools that can be used as personal technologies or in close synergy with personal devices are recognised as the most effective. The research strongly demonstrates the necessity for some rules regarding the correct selection of the educational technologies affecting the learning activities. Users must be able to select the most appropriate technologies concerning the type of learning clusters implemented. The final output of the research is the conception of a tool, (supported by design-oriented scenarios and the creation of plausible innovative learning contexts) conceived by teachers for the design of the construction of courses and didactic activities enriched by technologies. The tool offered and tested with Politecnico’s teachers strives to answer needs and challenges acknowledged during an emergency concerning the construction of hybrid learning processes. The application of the tool is supported by a manual of rules including information both methodological (derived from research) and instrumental (derived from the experimentation of the instrument), and built based on experiences with users. The research contributes to knowledge by proposing a description of the connection between pedagogy, space and technology, with the insertion of the user as the fourth element. It thus offers a conceptualisation of technologies for innovative learning environments with the creation of a grid of technologies for active approaches. It reflects deeply on the comparison between the on-site and online learning environments with a focus on a stressful context, offering and discussing a learning design tool to support teachers. The tool can trigger considerations and reflections by creating new hybrid processes where the physical and digital setting in which users perform their work, including tools, documents and other devices, coexist together to create an innovative learning environment.

La competizione globale ha spinto le università a rivedere le azioni connesse agli ambienti di apprendimento, focalizzandosi sull’innovazione tecnologica e sulla sperimentazione di strategie di apprendimento attivo. Al centro di questa ricerca c’è il rapporto tra pedagogia, spazio e tecnologia, con particolare attenzione su quest’ultima. La tecnologia, per vocazione di chi scrive, è l’elemento di raccordo che interconette tutti i contesti analizzati. La ricerca si ispira a un progetto più ampio condotto nel Dipartimento di Design, che si colloca nel solco dei processi e dei progetti di innovazione che il Politecnico di Milano ha portato avanti negli ultimi decenni. Il Politecnico ha infatti deciso di avviare la progettazione di aule innovative e tecnologiche in grado di supportare nuove modalità di apprendimento attivo. La ricerca, iniziata con un focus sulle caratteristiche fisiche spaziali, prosegue poi in un periodo storico segnato dall’emergenza sanitaria del COVID19. L’emergenza ha quindi dato vita a un confronto tra due contesti di apprendimento, quello in “on-site” (fisico) e quello “online” (digitale). La necessità di cambiare gli spazi fisici per competere e attrarre sempre più studenti all’interno delle proprie istituzioni è oggetto di discussione anche se le connessioni tra la progettazione e l’uso dello spazio nell’istruzione superiore, la produzione di insegnamento e apprendimento, e la ricerca, non sono ben comprese. Le esperienze di apprendimento saranno indagate facendo riferimento agli autori principali. Emerge una crescente necessità di adattare gli spazi di apprendimento ai nuovi approcci, al punto che i luoghi di apprendimento stanno cambiando per accogliere e abbracciare pienamente le nuove teorie pedagogiche. Il nodo centrale di questo cambiamento è il rapporto tra pedagogia, lo spazio e la tecnologia. Lo spazio diventa elemento vitale con la sua flessibilità e capacità di trasformarsi rapidamente, così come la sua abilità di integrare le tecnologie educative. Ciò diventa fondamentale per capire quali siano le dinamiche innovative che possono essere messe in atto riguardo a uno dei tre elementi che è fondamentale per questa ricerca, cioè la tecnologia. Nasce quindi la necessità di nuove relazioni tra le tecnologie presenti all’interno dello spazio fisico e le tecnologie personali possedute dagli utenti. Questo sistema tripolare dovrebbe trasformarsi in un sistema a quattro elementi, sottolineando il ruolo centrale dell’utente, che diventa “perno” e nucleo degli ambienti di apprendimento innovativi. In un ambiente di apprendimento, gli utenti sono attori e direttori, facilitatori e fonte di resistenza, studenti e insegnanti, discepoli e tutor. L’apprendimento attivo può creare migliori alleanze tra gli utenti. Ha come fondamento centrale il ruolo attivo degli utenti e il ruolo dell’insegnante come direttore e facilitatore. L’insegnante deve essere quindi in grado di progettare e costruire attività di apprendimento attivo. Le attività di ricerca sviluppate hanno mirato a confrontare i contesti di apprendimento “on-site” e “online”, creando dualismi e parallelismi nella ricerca di informazioni e dati. Le azioni riguardano l’analisi di casi studio di ambienti di apprendimento innovativi, la progettazione di spazi di apprendimento innovativi per il Politecnico di Milano, la valutazione di possibili nuove metodi e processi di apprendimento ibridi, il monitoraggio di un spazio fisico di apprendimento attivo, la valutazione dell’esperienza di apprendimento a distanza presso il Politecnico di Milano e la verifica dell’utilizzo delle tecnologie in un contesto di stress. Per la realizzazione delle successive attività progettuali sono state scelte 12 tecnologie. La scelta è stata fatta sulla base delle azioni di ricerca intraprese. La tecnologie possono essere valorizzate e inserite nello spazio, innescando dinamiche collaborative, e gli strumenti che possono essere utilizzati come tecnologie personali o in stretta sinergia con i dispositivi personali sono riconosciuti come i più efficaci. La necessità di alcune regole, utili per la corretta selezione delle tecnologie educative che influenzano le attività di apprendimento, appare con forza in questa ricerca. Gli utenti devono essere in grado di selezionare le tecnologie più appropriate in relazione al tipo di cluster di apprendimento che devono implementare. Il risultato finale della ricerca è la creazione di uno strumento (supportato da scenari progettuali e dalla creazione di plausibili contesti di apprendimento innovativi) concepito per la progettazione e la costruzione, da parte dei docenti, di corsi e attività didattiche arricchite da tecnologie. Lo strumento offerto e testato con i docenti del Politecnico si propone di rispondere alle esigenze e alle sfide riconosciute, durante la emergenza sanitaria, relative alla costruzione di processi di apprendimento ibridi. L’applicazione dello strumento è supportata da un manuale di regole costruito inserendo informazioni sia metodologiche (derivate dalla ricerca) sia strumentali (derivate dalla sperimentazione dello strumento) e costruite sulla base dell’esperienza con gli utenti. La ricerca contribuisce alla conoscenza proponendo una descrizione della connessione tra pedagogia, spazio e tecnologia con l’inserimento dell’utente come quarto elemento, offrendo una concettualizzazione delle tecnologie per ambienti di apprendimento innovativi attraverso la creazione di una griglia di tecnologie per approcci attivi.Riflette inoltre profondamente sul confronto tra ambiente di apprendimento “on-site” e ambiente di apprendimento “online”, con particolare attenzione ad un contesto stressante e offrendo e discutendo uno strumento di progettazione dell’apprendimento a supporto dei docenti. Lo strumento può innescare considerazioni e riflessioni nella creazione di nuovi processi ibridi (in cui gli utenti all’interno di un ambiente fisico e digitale svolgono il loro lavoro) che comprendano tutti gli strumenti, i documenti e gli altri dispositivi, che coesistono insieme per creare un ambiente di apprendimento innovativo.