La didattica laboratoriale è costruzione

del pensiero formale per l’apprendimento

scientifico

Marisa Michelini

Unità di Ricerca in Didattica della Fisica – URDF

Dipartimento di Fisica dell’Università di Udine

• L’assenza di una cultura scientifica di base nella maggior parte

delle persone

• L’incapacità di usare le conoscenze scientifiche per interpretare

i fenomeni

• I numerosi nodi concettuali persistenti

• La visione dogmatica della conoscenza scientifica

l’influenza dell’idealismo e dell’illuminismo

I PROBLEMI SOCIALI dettano i bisogni di ricerca

l’influenza dell’idealismo e dell’illuminismo

ha prodotto visioni mistificate della scienza, molto diffuse a tutti i livelli sociali

La La scienzascienza e la e la fisicafisica in in particolareparticolare vieneviene

•Confusa con la tecnologia

• Considerata una disciplina

• deterministica e impegnativa

• costituita dal mondo delle sole cose misurabili e formalizzabili con

complicate formule

• accessibile solo alla eletta comunità scientifica

I primi passi da fare sono:I primi passi da fare sono:

--Riconoscere a tutti il valore di una cultura scientifica di baseRiconoscere a tutti il valore di una cultura scientifica di base--Un adeguato peso dell’educazione scientifica nel curriculum Un adeguato peso dell’educazione scientifica nel curriculum -- Migliorare il modo di insegnareMigliorare il modo di insegnare

-- Effettuare una formazione di qualità degli insegnantiEffettuare una formazione di qualità degli insegnanti

-- Mettere la ricerca didattica a supporto di questo programmaMettere la ricerca didattica a supporto di questo programma

È necessario superare le principali conseguenze dell’impostazione seguita finora:

1. cominciare l’educazione scientifica molto presto, insieme alle prime 1. cominciare l’educazione scientifica molto presto, insieme alle prime esperienze di osservazione e rappresentazione del mondo

2. Impostare la didattica sui contenuti con i metodi proprisui contenuti con i metodi propri della scienza più che sui suoi prodotti

3. Fondare sulla continuità l’insegnamento

4. porre attenzione ai contesti e al processo di apprendimento, superando l’abitudine consolidata ed auto-referente di insegnare la sempre nello stesso modo

In particolare si deve porre attenzione al legame con la vita quotidiana ed alle In particolare si deve porre attenzione al legame con la vita quotidiana ed alle molte dimensioni della conoscenza!!!molte dimensioni della conoscenza!!!

Le difficoltà di apprendimento

Causate dalla mancata connessione tra

Esperienza quotidiana Interpretazione scientifica del mondo

Hanno evidenziato la necessità di

• continuità tra modelli concettuali• continuità tra modelli concettuali

personali Della conoscenza da acquisire

• connessione tra conoscenza e contesto di impiego

(situation - learning)

• scambio di conoscenze

Negoziazione Condivisione di significati

Sviluppo del pensiero argomentativo

Interpretazione accanto all’osservazione dei fenomeni Sviluppo di strumenti formali

L’attività didattica deve pertanto comprendere:

• coinvolgimento personale operativo (hand-on /minds-on)

• esplorazione di idee e realtà

• applicazione di ipotesi

• l’uso ed il confronto di interpretazioni

• individualmente ed in gruppo

•dentro e fuori dalla classe (alternanza scuola-lavoro)

Va fatta

Una revisione di contenuti e metodi

Nelle attività scolastiche

La conoscenza disciplinare deve diventare un oggetto culturale

da usare per affrontare i problemi

Il pensiero formale

deve crescere

con le idee e le ipotesi interpretativecon le idee e le ipotesi interpretative

�Attivandosi in modo funzionale ai bisogni

� con capacità operative in diversi contesti

La La sfidasfida per per l’apprendimentol’apprendimento è è ilil ponteponte tratra l’esperienzal’esperienza

quotidianaquotidiana e la e la conoscenzaconoscenza scientificascientifica

Idee di senso comune e visione giustificativa locale

Modelli globali della visione scientifica

Progettare Didattica Laboratoriale

implica assumere cheL’ apprendimento è una conquista

che si fa con la ricerca.

Costruire situazioni di

apprendimento

Costruire modelli

interpretativi dei fenomeni

Ricercare materiali di riferimento

Analizzare i risultati dei percorsi di

apprendimento

Approccio di ricerca

• Ricerca empirica per contribuire:

– Alla prassi quotidiana (Jenkins 2001)

– Alla produzione di proposte diInsegnamento/Apprendimento (I/A).

• Ricerche non sono tuttavia ristrette a cosa funziona nellapratica. The role of research is not only to tell us what works. pratica. The role of research is not only to tell us what works.

Some of the most valuable research studies have been ones

that made people aware of problems in current practices.

Research can inform practice in a range of ways that stop

short of providing clear and defined answers: by providing the

kind of insights that enable us to see the familiar in a new way,

by sharpening thinking, by directing attention to important

issues, by clarifying problems, challenging established views,

encouraging debate and stimulating curiosity (Millar 2003).

Prospettiva di ricerca nell’innovazione

• Attenzione agli approcci ai contenuti disciplinari (Fischer 2005) per identificare le strategie di cambiamento concettuale

(Vosniadou, 2008) .

• Il primo passo nelle ricerche didattiche (Fensham, 2001) è– ripensare ai contenuti in termini problematici,

– Ricostruirli in prospettiva educativa.

• Questo compito è spesso integrato con• Questo compito è spesso integrato con– Ricerche empiriche sui ragionamenti dei ragazzi

– Percorsi sperimentali di I/A

– Ricerca – azione in una dialettica collaborativa tra scuola ed università

• Ci si colloca tra i due mondi della tradizione di ricerca europea(Duit 2006): – ad Orientamento SCIentifico (OSci), legato al dominio disciplinare per

progettare percorsi innovativi di I/A

– Orientato allo Studente (OS), alle sue necessità e allo sviluppo di ambienti diapprendimento

La costruzione del pensiero formale

in 3 direzioni

1. Apprendimenti informali. Processi di apprendimento e ruolo di:1. Operatività: hands-on & minds-on per

interpretare i fenomeniinterpretare i fenomeni

2. Modelli oggettuali: strumenti per costruire un ponte tra il senso comune e le idee fisiche

2. Contributo delle TIC: RTL & modeling

3. Costruzione del pensiero teoretico: percorsi di fisica moderna

Idee di senso comune e ragionamenti

• Ciascuno di noi nel leggere la fenomenologia fa ragionamenti di senso comune:

• oggi sappiamo che non c’è l’osservazione senza un’idea interpretativa (esplicita o implicita). Essi originano:– Da elementi percettivi ed evidenze sperimentali contingenti

(sensazione termica, meccanismo della visione)

– Da ambiguità del linguaggio (avere forza)– Da ambiguità del linguaggio (avere forza)

– Da modelli interpretativi storici superati ed entrati nella nostra cultura (calore)

• Il relativo livello di coerenza ne determina la resistenza

• Vi sono elementi della fisica di base che producono ragionamenti naturali impliciti (nodi concettuali) con correlati elementi di coerenza (es: F-v, Q sostanza,

galleggiamento proporzionale)

Nodi Concettuali

• la conoscenza scolastica e i ragionamenti naturali spesso co-esistono nello stesso territorio.

• l’errore è un indicatore di nodi concettuali, elementi non chiari di fisica e di fenomenologia interpretati in modo

contingente e locale

• La nostra ricerca didattica cerca di• La nostra ricerca didattica cerca di

– Fare luce su

• Modi di guardare alla fenomenologia

• Modi comuni di ragionamento e

– Tenerne conto allo scopo di utilizzarli come ancora

per proposte didattiche

Modelli interpretativi

• La capacità di leggere ed interpretare un fenomeno in termini fisici dipende dalla costruzione di un modello interpretativo.

• I modelli spontanei di senso comune sono contingenti e locali.

• Raggiungere il livello scientifico (raccordare I • Raggiungere il livello scientifico (raccordare I modelli di senso comune con quelli scientifici) richiede il superamento di ostacoli di varia natura, come attribuire natura materiale a certe

quantità fisiche.

Objectual models

• Le nostre ricerche ci hanno permesso di trovare che alcuni

modelli oggettuali sono utili ad esplorare le proprie idee per costruire tali ponti.

• Essi sono

– Chiavi interpretative, che emergono in termini operativi per un grande numero di contesti fenomenologici

– Oggetti concreti che attivano chiavi interpretative– Oggetti concreti che attivano chiavi interpretative

– Strumenti formali della fisica oggettuaslizzati

– Angoli strategici dai quali la conoscenza di senso comune interpreta la fenomenologia.

• Questi angoli stategici spesso non coincidono con la

struttura ortodossa della disciplina: è perciò necessario trovare ponti per raggiungere la visione fisica.

• Facciamo alcuni esempi a livello di scuola primaria.

esempi

• Eliminati per peso eccessivo

ABBIAMO TROVATO CHE le TIC per l’apprendimento formale

1. attivano abilità di porre in relazione diversi piani

� il piano delle informazioni sensoriali,

� quello dell’esplorazione sperimentale

� quello della costruzione del pensiero formale,

Nelle ricerche

Sul ruolo delle TIC per l’apprendimento

2. offrono l’occasione di potenziare gli obiettivi di apprendimento� L’esplorazione fenomenologica con sensori come estensione dei sensi

� La modellizzazione per interpretare i fenomeni

�per mettere nelle mani degli studenti:

� la previsione

� La progettazione dell’esplorazione sperimentale

�il confronto tra previsioni e risultati

Fare Fare DidLabDidLab è:è:•• Esplorare ed Interpretare fenomeni per Esplorare ed Interpretare fenomeni per

–– sviluppare ragionamenti sviluppare ragionamenti

–– costruire ponti dalle idee di senso comune a quelle costruire ponti dalle idee di senso comune a quelle scientifichescientifiche

–– Valorizzare i diversi stili di apprendimentoValorizzare i diversi stili di apprendimento–– Valorizzare i diversi stili di apprendimentoValorizzare i diversi stili di apprendimento

•• Imparare ad imparareImparare ad imparare

•• Mettere in campo strategie di Insegnamento / Mettere in campo strategie di Insegnamento / Apprendimento (I/A) attivoApprendimento (I/A) attivo

Strategie di I/A attivoStrategie di I/A attivoesempiesempi

– Inquiry Learning

– Problem Based Learning

– Previsione Esperimento Confronto– Previsione Esperimento Confronto

– Popular Problem Solving

– Artefatti

esempi

• Eliminati per peso delle figure

Nell’approccio di ricerca sui processi di

apprendimento

• Piuttosto che

– Risultati generali o

– Cataloghi di difficoltà,

Siamo interessati agli ostacoli che devono essere superati per

raggiungere un livello scientifico di comprensione e per

costruire il pensiero formale. costruire il pensiero formale.

• Siamo interessati a:

– La logica interna del ragionamento

– I modelli mentali spontanei

– La loro evoluzione dinamica a seguito di problematiche

stimolo (inquiry learning) in percorsi proposti.

•• SperimentazioniSperimentazioni didi ricercaricerca cici permettonopermettono didi esplorareesplorare in in

modomodo operativooperativo ilil contributocontributo per per l’apprendimentol’apprendimento didi

proposteproposte didi I/A.I/A.

Grazie!

Marisa.michelini@uniud.it

Trieste

Udine

BolzanoBolzanoTrentoMilano

Torino

Pavia Bologna

• A LIVELLO

INTERNAZIONALE

• 4 Progetti EU: Supercomet2, Mosem, STEPS2, Mosem2 (15

EU partners)

• Progetto Interreg III (UD-

LP): Slovenia (3 partners)

Attività di ricerca

Calabria

PaviaPavia

Mo-Re

Bologna

Roma

Napoli

Palermo

BariBari

Lecce

Basilicata

LP): Slovenia (3 partners)

• Ersamus and Socrates:

– France: Paris VII

– Czech Republic:Ostrava

– Poland: Torun

– Spain: Barcellona e San Sebastian

– Germania: Heidelberg

• Collaborazioni con:

– GIREP, ESERA, MPTL, LAPEN

I nostri principali campi di ricerca sono:

• Innovazione didattica con metodologie di ricerca e sviluppo(R&D): – Nuovi temi come MQ, Superconduttività, Metodi di ricerca e fisica di

base (RBS, TRR, Proprietà di trasporto elettrico nei materiali…)

– Nuovi apparati: sistemi basati su sensori on –line via USB (Termocrono, Lucegrafo, R&H)

• Aspetti metodologici come• Aspetti metodologici come– Il ruolo delle TIC per il superamento dei nodi concettuali,

– I processi di costruzione del pensiero formale,

– Il contributo dell’esplorazione sperimentale e del laboratorionell’apprendimento.

• Apprendimento informale e ruolo dei– Giochi,

– Operatività,

– Modelli spontanei e ragionamenti