Puzzle based learning and videogames applied to education in secondary school

Operation research problems are largely ignored in Italian secondary school, mostly be- cause it is required a certain amount of mathematical theory that is not included in the traditional program. We tried to introduce the students to some fundamental concepts by submitting a set of problems that are approachable and fun to solve as puzzle, presenting them as small videogames realized with the platform Microstudio, all directly playable on smartphones. The first game is an alternative way to explain the binary number system through an arcade game, in which the player has to destroy enemies by writing correctly their life points with binary codification. The second game is a deterministic zero-sum game with perfect information, where we need to elaborate a winning strategy to defeat an opponent managed by CPU. The third game make the student draw the best possible spanning tree to link a set of towns minimizing the link costs, introducing the Kruskal algorithm. The fourth game is a classical minimum problem, where we need to find the heavier packet in a set of identical package with a virtual balance and we have to minimize the number of times we need to use the balance to identify it unequivocally. These games were proposed to some classes of Liceo Alessandro Volta in Como, the educational results were registered making the students submitting a short form for each games with a set of multiple answers questions about the concepts they are supposed to learn.

Gli studenti delle scuole superiori italiane difficilmente si trovano ad affrontare problemi di ricerca operativa, in quanto la loro risoluzione richiede in genere la trattazione di ar- gomenti al di fuori del programma tipico dei licei. Abbiamo provato allora a trasmettere alcuni concetti fondanti della materia sottoponendo loro alcuni problemi selezionati per essere sia approcciabili con conoscenze limitate, che divertenti da risolvere come enigmi, presentandoli agli studenti con dei piccoli videogiochi, realizzati con la piattaforma Mi- crostudio e pensati per poter essere giocati direttamente con uno smartphone. Il primo gioco è un metodo alternativo per spiegare il sistema di numerazione binario in cui il gio- catore deve sconfiggere i vari nemici scrivendo correttamente i suoi punti vita in codifica binaria. Il secondo è un gioco deterministico a somma zero con informazione completa, in cui il giocatore deve elaborare una strategia vincente per sconfiggere l’avversario control- lato dalla CPU. Nel terzo gioco lo studente deve selezionare il miglior albero di copertura possibile per collegare un certo numero di città, minimizzando il costo di queste strade. In questo modo possiamo introdurre lo studente all’algoritmo di Kruskal. Il quarto gioco è un classico problema di minimo, in cui dobbiamo trovare il numero minimo di pesate necessarie a individuare il pacco più pesante in un insieme di pacchi identici con un solo intruso. I giochi sono stati proposti ad alcune classi del Liceo Alessandro Volta di Como, i risultati educativi delle esperienze sono stati certificati facendo inviare ai ragazzi dei brevi questionari a risposta multipla per ciascun gioco, studiati per valutare quanto è stato compreso dei concetti che si volevano trasmettere