E-Learning nella formazione all'innovazione didattica in fisica moderna: iI Master IDIF03

Sri Rama Chandra Prasad Challapalli, Giuseppe Fera, Marisa Michelini, Emanuele Pugliese, Alberto Stefanel, Stefano Vercellati

Gruppo di Ricerca in Didattica della Fisica, Dipartimento di Chimica Fisica e Ambiente, Universita deg/i Studi di Udine

Via delle Scienze 208, 33100 Udine (UD) prasad.challapal/i@uniud.it, giuseppe.fera@uniud.it, marisa.miche/ini@uniud.it,

emanue/e.pug/iese@uniud.it, a/berto.stefane/@uniud.it, stefano.vercellati@uniud.it

Per far fronte alia necessita di formare docenti - su tutto if territorio nazionale - in grado di affrontare efficacemente tematiche di fisica moderna (preminentemente meccanica quantistica e relativita) nell'ambito della scuola secondaria superiore, utilizzando i metodi e Ie strategie validate dalla ricerca in didattica della fisica piu recente, e stato istituito if Master IDIF03. Nel presente articolo vengono iIIustrati Ie scelte strutturali ed i ruoli che stanno alia base del master e come questi interagiscano al fine di realizzare un ambiente, virtuale e non, che possa contribuire a promuovere la formazione degli insegnanti.

1. Introduzione L'insegnamento della fisica moderna nella scuola secondaria superiore non e ancora diventato prassi consolidata, anche se differenziata, nonostante essa sia prevista nella maggior parte dei curricula dell'area OCSE. Nella ricca letteratura di proposte e documentazioni di percorsi didattici non vi e condivisione sui temi da trattare, approcci da seguire, obiettivi formativi a cui mirare (Fera e ai, 2011). Gli insegnanti, che inciudono nei propri programmi di lavoro elementi di fisica moderna, non hanno riferimenti univoci dalla letteratura e finiscono spesso per adottare semplificazioni, non sempre consistenti, di approcci seguiti nei corsi universitari. La gran parte degli insegnanti esprime anche insicurezza nell'affrontare questo ambito tematico, che spesso non padroneggia, in quanto Ie carenze nella formazione disciplinare si accompagnano ad altre non espresse su strategie attive, opportunita formative del laboratorio e delle tecnologie dell'informazione e comunicazione. Queste considerazioni rendono ineludibile ed urgente la necessita di formare gli insegnanti su tematiche di fisica moderna. Accanto a questa esigenza formativa degli insegnanti si presenta oggi quella metodologica, legata aile modalita con cui condurre I'attivita didattica (didattica laboratoriale), finalizzarla (Didattica per competenze) e sostenerla con strumenti e strategie che promuovano I'apprendimento.

DIDAMATICA 2012

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La letteratura di ricerca evidenzia infatti la necessita di una nuova impostazione della didattica a partire dai ragionamenti e dai processi di apprendimento degli studenti [Viennot, 2003]. L'innovazione didattica richiede da parte degli insegnanti non solo la conoscenza dei contenuti ma anche la conoscenza pedagogica (PCK) su come presentare i contenuti agli studenti [Shulman, 1986]. Per questo motivo risulta necessaria una formazione mirata alia competenza nella gestione del processo di apprendimento piuttosto che la pura conoscenza dei contenuti. Appare peraltro necessario stimolare negli insegnanti un'attivita di riflessione sui concetti cardine delle teorie, di ricostruzione dell'impostazione interpretativa della fenomenologia e di confronto di diverse proposte di insegnamento/apprendimento. Da questa prospettiva e particolarmente significativ~ il contributo che I'e-Iearning pUG dare alia formazione degli insegnanti. L'attivita in rete, e in particolare I'elaborazione cooperativa degli interventi didattici, di cui e documentata I'efficacia per 10 sviluppo di competenze rife rite alia cooperazione, alia comunicazione di gruppo, al controllo e alia gestione del proprio apprendimento, alia gestione del tempo [Ranieri, 2005], da nello specifico risposta ai limiti di rigid ita delle strategie PCK sulla formazione insegnanti per quanto riguarda la progettazione e la riprogettazione della didattica in ambito scientifico. Questi elementi compensano ampiamente Ie ben note criticita della formazione a distanza, come la mancanza di relazione diretta tra soggetti, di comunicazione non­verbale e di feedback immediati, a cui si pUG per altro in gran parte ovviare con un'efficace azione di tutoring.

Contenuti, modelli e metodi della formazione degli insegnanti all'innovazione did attica sulla fisica moderna non possono essere costituiti con materiali per la divulgazione 0 da manuali per I'istruzione in questo campo, ma devono scaturire come ricaduta di ricerca didattica. Ecco allora che con I'intento di fornire una pro posta di formazione rivolta a tutti i docenti delle scuole secondarie superiori nell'ambito della fisica moderna, 18 universita italiane (Bari, Basilicata, Bologna, Bolzano, della Calabria, Firenze, Macerata, Milano, Modena e Reggio Emilia, Pavia, Palermo, Roma tre, del Salento, Torino, Trento, Trieste, Udine) e i Laboratori Nazionali INFN di Frascati (LNF-INFN) si sono consorziate per realizzare il Master Innovazione Didattica in Fisica e Orientamento 3 (M-IDIF03), istituito dall'Universita di Udine, come esito della collaborazione tra Ie unita di Ricerca in Didattica della Fisica.

L'attivita in rete telematica, ed in particolare I'attivita collaborativa di discussione e di elaborazione di proposte didattiche [Warschauer, 1997] e svolta all'interno di un'apposita piattaforma (http://idif03 .fisica .uniud .it) alia quale i corsisti coinvolti possono accedere intervenendo in forum e con attivita di scrittura collaborativa; la piattaforma consente la condivisione dei materiali didattici proposti dai docenti del corso 0 prodotti dai corsisti [Rivoltella, 2003].

2. Scopi ed obiettivi del Master IDIF03 I principali obiettivi che il M-IDIF03 si pone sono: la formazione degli

insegnanti all'innovazione didattica sui temi trattati e la creazione di un ponte tra la scuola e la ricerca scientifica in did attica della fisica. L'approfondimento delle

E-Learning : gestione generale dei moduli del M-IDIF03

competenze degli insegnanti sugli as petti operativi delle strategie didattiche e di metodologie di analisi dei dati di apprendimento, sono proposte agli insegnanti in un contesto volto all'innovazione dell'insegnamento scientifico con particolare riguardo ai temi di fisica moderna, mediante I'introduzione di proposte didattiche innovative sui piano delle strategie, dei metodi, e dei contenuti. L'impiego di materiali didattici e rivolto al fine di perfezionare proposte sperimentate di orientamento formativ~, basate sui Problem Solving per I'Orientamento (PSO), [Bosio et ai, 1999].

Scopo del Master e di formare insegnanti esperti in: didattica della fisica moderna, utilizzo delle tecnologie dell'informazione e della comunicazione per il superamento dei nodi concettuali in fisica, formazione al pensiero teoretico in fisica ed aile attivita sperimentale sugli esperimenti cruciali per la fondazione del modo di pensare quantistico e relativistico, progettazione e realizzazione di fisica in contesto, attivita didattiche basate sulla lettura di qualificati articoli divulgativi della ricerca scientifica e didattica laboratoriale con strategie PEC e di Inquiry Learning [McDermott, 1996], progettazione e realizzazione di materiali ed attivita per I'orientamento formativo in fisica [Bosio e Michelini, 1999], analisi dei processi di apprendimento nell'innovazione didattica.

3. Le principali caratteristiche del Master IDIF03 L'impianto del Master si caratterizza per un'offerta didattica ampia (42

moduli di 3 cfu) tra cui scegliere 16/20 moduli, un'attenta gestione dei moduli costitutivi del Master ed una ben definita individuazione dei ruoli e dei compiti di ogni soggetto, che presenta elementi di originalita rispetto ad analog he proposte.

In particolare sono individuati i seguenti elementi caratterizzanti : 1) il progetto, 2) la gestione nazionale, 3) la gestione locale, 4) il ruolo dei docenti , 5) la figura del tutor dei corsisti, 6) il lavoro dei corsisti.

II progetto (Fig. 1) e proposto in attuazione di quanta previsto dal Documento del Gruppo di lavoro per la Cultura Scientifica e Tecnologica "Proposte per un programma di sviluppo professionale in servizio dei docenti di discipline scientifiche" [Documento GST], con attivita in presenza (RTL) e a distanza e la scelta di percorsi adeguati aile esigenze di ciascun corsista. Un esame per ciascun modulo previsto nel piano formativo individuale e una tesi finale, che documenti attivita di sperimentazione didattica in presenza a scuola per almeno 36 ore, di cui non me no di 16 ore nella stessa classe. Le attivita a distanza sono centrate su un modello di e-Iearning che prevede: a) la presentazione di una proposta didattica, esito di sperimentazioni di ricerca sull'argomento, b) la riflessione sui concetti e la ricostruzione del razionale della proposta in forum telematico, c) la discussione sulle prospettive di analisi di ciascun corsista con il docente del corso, d) la co-progettazione in rete telematica in forma cooperativa tra i corsisti ed il sostegno del docente, e) la preparazione della sperimentazione didattica, f) iI sostegno all'analisi dei dati relativi al processo di apprendimento dei ragazzi durante la sperimentazione.

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INNOVA2;IONE PIDATTI:CA ~N f ,ISICA' E ORIENTAMENTO

Figura 1: Struttura del Master

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La gestione nazionale e basata sui coordinamento tra responsabili di sede (18 sedi) che offrono sia attivita in e-Iearning che in presenza. La gestione locale prevede sia la realizzazione delle attivita in presenza nella sede di Udine, sia la gestione delle attivita in e-Iearning e di sostegno ai corsisti, sia la gestione scientifica e organizzativa del consiglio del Master, costituito dal direttore, dal segretario e dal tutor e da 3 responsabili scientifici di sedi diverse.

II ruolo dei docenti non e soltanto quello di erogare materiali didattici qualificati e valutare il lavoro dei corsisti, ma e quello di svolgere la funzione di accompagnatori (molto pili che tutor) dei corsisti in un ambiente di apprendimento telematico da loro stessi organizzato e gestito.

4. II tutor II tutor dei corsisti ricopre 1) il ruolo di facilitatore per cio che riguarda la

comunicazione tra i corsisti, il consiglio e iI direttore del master, 2) I'attivita di supporto e di aiuto per I'inserimento di materiali da parte dei docenti e dei corsisti sulla piattaforma web.

L'attivita di supporto ai corsisti si sviluppa su diversi piani. La scelta del tutor e ricaduta su di una figura che, oltre a capacita informatiche, fosse in possesso anche di conoscenze disciplinari di fisica e di elementi di didattica di modo da poter svolgere sia attivita di consulenza pratica sia di supporto riguardo a problemi di natura disciplinare. La prima attivita svolta e stata quella di formare i

E-Learning: gestione generale dei moduli del M-IDIF03

corsisti e i docenti all'utilizzo della piattaforma: per cia che riguarda i corsisti, e state organizzato un corso specifico nel quale i corsisti stessi han no potuto sperimentare in prima persona tutte Ie possibili attivita proponibili dai docenti in piattaforma (forum, scritture collaborative, test a risposta multipla, test a risposta aperta, consegna di materiali in apposite cartelle di raccolta .. . ), per quanto riguarda i docenti invece, non e state predisposto un corso specifico in quanto la maggior parte di essi aveva gia partecipato a edizioni precedenti del master, ma sono stati previsti attivita di supporto individuali.

Nella seconda fase il tutor ha rivestito il ruolo di consulente per I'aiuto nella stesura dei singoli piani di studio e di rice rca dei corsisti, aiutandoli a scegliere piani didattici coerenti e mirati su quelli che erano gli interessi manifestati dai corsisti stessi.

L'analisi delle comunicazioni smistate e gestite dal tutor dall'inizio del master ad oggi e di circa 800 (media di circa 11,46 interventi a settimana) mostra che I'attivita del tutor di rete e risultata efficace: 1) nel facilitare i rapporti tra iI direttivo del master ed i corsisti; 2) nell'incentivare i corsisti menD attivi alia partecipazione in rete alia discussioni.

Rispetto aile aspettative dei singoli 0 di gruppi di corsisti il tutor ha svolto la funzione di raccogliere opinioni, umori e richieste da parte dei corsisti e Ie ha rappresentate all'interno delle riunioni del consiglio del master, contribuendo ad una efficace gestione partecipata delle attivita di formazione.

5. I corsisti II Master IDIF03 fornisce una modalita di E-Iearning 2.0 che consente ai

corsisti di personalizzare il percorso di formazione. II Master e state suddiviso in corsi per argomento che si estendono in diversi settori della fisica moderna, in particolare i fondamenti di meccanica quantistica, da un lato, ed i principali approcci didattici alia relativita, dall'altro. Riguardo alia prima parte, sono stati considerati i nodi concettuali per I'apprendimento ed iI formalismo (semplificato) di Dirac; nella seconda, sono stati esaminati sia I'approccio "operazionale" della stesso Einstein, sviluppato primariamente da Robert Resnick in didattica, sia I'interpretazione "geometrica" data da Minkowski in Space and Time. Sono stati analizzati metodi e strumenti della fisica delle particelle per riconoscere gli elementi presenti in un campione di materia 0 i pigmenti in un dipinto.

Gli studenti possono scegliere tra i corsi disponibili, secondo i loro interessi culturali e didattici, fino ad un totale di 60 crediti. 6 CFU erano riservati, in particolare, al Problem Solving per l'Orientamento (PSO). La personalizzazione del corso garantisce la flessibilita necessaria al miglioramento di conoscenze e competenze nell'insegnamento/apprendimento.

La piattaforma offre diverse modalita di apprendimento: on-line, blended e in presenza. Gli studenti possono avvalersi dell'opportunita di scegliere i corsi online, con la possibilita di lavorare sui campo in qualsiasi momento. Possono discutere in un forum e al tempo stesso lavorare insieme; iI risultato e un lavoro di gruppo collaborativo. II forum offre inoltre loro la possibilita di interagire con il tutor, i docenti, e di esprimere Ie proprie opinioni. Cia realizza la trasparenza strutturale e amministrativa.

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I corsisti possono scegliere alcuni corsi in presenza, nelle loro rispettive sedi; hanno la possibilita di osservare concretamente, imparare e poi eseguire gli esperimenti sotto la guida dei docenti, interagendo direttamente con loro. Cos] essi hanno I'opportunita di acquisire esperienza sui modo in cui puC> essere insegnato un settore della fisica (ad es. la termodinamica), concentrandosi sulle osservazioni e sui fogli di lavoro preparati dai docenti.

Nel compilare Ie indicazioni libere del questionario conclusivo, i corsisti hanno individuato nella modalita e-Iearning un alto valore formativo legato all'occasione di documentare e quindi sistematizzare conoscenze e nel confronto paritetico tra docenti e corsisti un'occasione significativa per la lora trasformazione in competenze. Nelle strutture di forum organizzate per fasi, i corsisti han no trovato un contesto di analisi in un quadro coerente e approfondito dei nodi disciplinari; negli spunti didattici offerti come base formativa e progettuale i corsisti han no trovato una risorsa per la riflessione e la rielaborazione. Una delle valenze formative pill importanti e stata individuata nella discussione di percorsi sperimentati da colleghi in modalita documentata e asincrona su temi usualmente non trattati nella scuola.

6. Conclusioni La struttura multi-gerarchica ed interconnessa della gestione del master

permette di creare un ambiente dinamico in cui esigenze delle istituzioni, di apprendimento ed organizzative sono bilanciate e calibrate in base aile richieste ed aile necessita degli studenti all 'interno di una struttura dinamica che permette ai corsisti di seguire il proprio percorso di formazione in un ambiente adatto a supportarlo.

Specifico della formazione degli insegnanti e il modello di gestione dei moduli telematici implementato in IDIF03 in cui ciascun corso di 3cfu e un ambiente di apprendimento progettato e gestito dal docente, che svolge cos] una funzione di sostegno al processo di sviluppo professionale dell'insegnante, accompagnandolo nella riflessione e rielaborazione concettuale dei contenuti disciplinari, di quelli didattici e nella progettazione finalizzata alia sperimentazione didattica. Apprendimento cooperativ~ e ricerca-azione si attivano negli ambienti di apprendimento telematici che, cos] strutturati, richiedono I'esplicitazione e la formalizzazione di idee e favoriscono il cambiamento concettuale negli approcci didattici.

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