Martedì 21 Aprile 2008 – Auditorium

Ore 14.00-14.30 Prof. L. Berlinguer, Roma – ITCambiare l'insegnamento delle scienze in una scuola rinnovata 6

Ore 14.30-15.20 Prof. L. Guasti, Università Cattolica, sede di Piacenza – ITIl futuro della didattica della scienza tra metodo, contenuto e apprendimento 7

Ore 15.20-16.10 Prof. D. H. Jonassen, Università del Missouri – USAEngaging and Supporting Problem Solving on the Sciences 10

Ore 16.25-17.15 Prof. C. King, Università di Keele – UKDeveloping the science curriculum: science education in the UK and geoscience education worldwide 12

Ore 17.15-18.05 Prof. T. deJong, Università di Twente – NLTechnology enhanced inquiry learning in science; Current state and future developments 14

Ore 18.05-18.55 Prof. R. Cardarello, Università di Modena e Reggio Emilia – ITLa ricerca didattica e la promozione del sapere scientifico 15

Mercoledì 22 Aprile 2009

Auditorium – Comunicazioni Generali

Ore 9.00-9.40 Prof. E. Zecchi, Reggio Emilia - ITIntegrazione della tecnologia nella didattica: l’esperienza LEPIDA Scuola e le prospettive future 16

Ore 9.40-10.20 Prof. F. Lustig, Università di Goteborg – SEExperiences and results from the European project ”Integrating Subject Science Understanding in Europe 19

Auditorium – Sessione Scienze

Ore 10.35-11.05 Prof. J. Watson – Luxembourg – LUBiology and Integrated Science in the European Schools 21

Ore 11.05-11.35 Prof. G.D’Addezio, INGV, Roma – ITEducational and Outhreach activities of the l’Istituto Nazionale di Geofisica e Vulcanologia of Rome: transmission of scientific investigations from researchers to community. 24

Ore 11.50-12.20 Prof. M. Floriano – Palermo – ITTeaching Chemistry. What’s unique about it? 25

Ore 12.20-12.50 Prof. M. Fierli, Gruppo di Lavoro per lo Sviluppo della Cultura Scientifica e Tecnologica - ITInterazione fra scienza e tecnologia nei curricoli e nella didattica 26

Ore 12.50-13.20 Prof. R. Marra, Università del Missouri – USA

2

Students’ Experiences of Science Learning: Potential conflicts in epistemology, pedagogy and knowledge 27

Ore 14.30-15.00 Prof. M. Welzel-Breuer, Università di Heidelberg – DEThe potential of research for the improvement of science education – three examples on how to transfer research results into teaching practise in physics classrooms 31

Ore 15.00-15.30 Prof. C. Venturini, Università di Bologna – ITGeologia, catastrofica armonia: grimaldelli didattici nell'insegnamento delle Scienze della Terra 33

Ore 16.45-17.15 Prof. A. Magistrelli, Roma – ITLe tematiche fondamentali del sapere di un docente di Biologia scolastica 36

Ore 17.15-17.30 Dr. M. Bertacchini, Università di Modena e Reggio Emilia, Modena – ITScienza, scuola e società: rete di saperi per un progetto cartografico condiviso 37

Ore 17.30-17.55 Prof. A. Stefanel – Università di Udine – ITHigh school students face QM basic concepts 38

Aula 1 – Sessione Matematica

Ore 10.35-11.20 Prof. N. A. Malara, Università di Modena – ITEducational processes to improve teachers’ competence in approaching early algebra: behaviours, difficulties and awareness emerged in the teachers 39

Ore 11.20-11.35 Prof. P. Vighi, Università di Parma – ITIl ruolo delle teorie cognitive nell’analisi dei protocolli. 41

Ore 11.50-12.05 Prof. C. Lugli,, IPSIA Vallauri, Carpi e R. Fantini, IC Toschi, Baiso – ITRAGIOC

NANDO: an experimental project of research through collective construction of knowledge 43

Ore 12.05-12.20 Prof. G. Gnani, Università di Ferrara – ITDalla formazione iniziale alla formazione permanente degli insegnanti di Matematica e Scienze esperienze e materiali on line 45

Ore 12.20-12.35 Prof. A. Cusi, LS A.Moro, Reggio Emilia e GREM Università di Modena – ITLa partecipazione alla costruzione di una mostra documentaria di attività didattiche innovative come momento di riflessione per gli allievi sulle competenze e concezioni maturate 47

Aula 1 – Sessione Tecnologia

Ore 14.30-15.30 Prof. E. Toppano, Università di Udine – ITL’ontologia per l’educazione tecnica 49

Ore 15.45-16.30 Prof. L. Riotta – Palermo – ITModelli per l’ambiente e modelli per l’apprendimento 51

Ore 16.30-17.00 Prof. E. Micheli – Piacenza – IT

3

Roberta - Le ragazze scoprono la robotica 55

Ore 17.00-17.15 Prof. N. Anzoino – Parma – ITSchool and crime: The harmony of the counterpoint in the teaching methodology 58

Ore 17.15-17.30 Prof. G. Hauserman – Locarno – CH Il ruolo dei giocattoli nell’insegnamento della Fisica 60 Ore 17.30-17.45 Prof. P. Manfredini – Modena – ITApprendere per metafore e analogie: rileggendo “il Piccolo Principe” Proposta di collaborazione tra Tecnologia, Scienze e Italiano 62

Giovedì 23 Aprile 2009

Auditorium – Comunicazioni Generali

Ore 9.00-9.40 Prof. M. Famiglietti, Bologna – ITModelli logici per la costruzione consapevole della conoscenza 65

Ore 9.40-10.20 Prof. P. Lena Academie des Science Paris – FRTowards an European strategy in elementary science education 71 Auditorium – Sessione Scienze

Ore 10.35-11.05 Prof. L. Viennot, Università di Parigi-Diderot, FRPhysics by inquiry: beyond rituals 72

Ore 11.05-11.35 Prof. A.Calonge Garcia - ESTeaching Geology in Spain: a teacher’s association view 74

Ore 11.50-12.20 Prof. C. Reiners, Università di Colonia – DEReflection on Nature of Science (NOS) Aspects by Teaching Scientific InquiryAn explicit and reflective activity-based Approach to Enhance Prospective Teachers' Understanding of NOS 76

Ore 12.20-12.35 Prof. M. Mariotti Lippi, Università di Firenze - ITLa biologia nella SSIS Toscana:l’insegnamento della Biologia Vegetale 77

Ore 12.35-12.50 Prof. B. Scapellato – IIS Paciolo-D’Annunzio Fidenza – ITQuale progettazione per un apprendimento significativo ? 78

Ore 12.50-13.05 Prof. T. Pera, Verbania – ITBambini di oggi e bambini di ieri: come cambia il modo di fare scienza alla scuola primaria 80

Ore 13.05-13.20 Dr. A. Mossenta, Università di Udine – ITInquiring learning proposals on conceptual knots in electrostatics 82

Ore 14.30-15.15 Prof. V. Balzani, Università di Bologna – ITEnergia per l’astronave Terra 84

4

Ore 15.15-15.30 Prof. C. Cobalchini, Vicenza – ITEvolution MegaLab project 87

Ore 15.45-16.15 Prof. M. Michelini, Università di Udine – ITBuilding bridges between common sense ideas and physics description of phenomena to develop formal thinking 88

Ore 16.15-16.45 Prof. I. Gatti, Roma -ITIl progetto ISS e la didattica delle scienze 93

Ore 16.45-17.15 Prof. E. Gheorvassaki, Atene – GRTeaching Biology in Greece: A comparison with the European Schools' syllabus and method 94

Ore 17.15-17.30 Prof. G. Battistuzzi, Università di Modena – ITProgetto Lauree Scientifiche – Orientamento e formazione degli insegnanti per l’area Chimica:Un bilancio dell’attività dell’Unità Operativa dell’Università di Modena e Reggio Emilia 95

Ore 17.30-17.45 Prof. A. Pascucci, Presidente ANISN – ITGli organismi e i sistemi modello nell’insegnamento delle scienze integrate 97

Ore 17.45-18.00 Prof. G. Barbieri et al, Universita’ di Modena—ITIl supporto degli Orti Botanici alla Didattica della Biologia a scuola: l'esperienza dell'Orto Botanico di Modena 99

Aula 1 – Sessione Matematica

Ore 14.30-15.30 Prof. C. Hoyles, Università di Londra – UKSupporting the Process of Generalization: design research and scaling out 101

Ore 15.45-16.30 Prof. M. T. Borgato, Università di Ferrara – ITMatematica e scienze: percorsi interdisciplinari del progetto ISSUE 104

Ore 16.30-17.15 Prof. M. Bartolini Bussi, Università di Modena e Reggio EmiliaProgetto Regionale Scienze e Tecnologie: il Laboratorio delle Macchine Matematiche 108

Ore 17.15-17.30 Prof. C. Marchini, Università di Parma – ITIl contratto di valutazione 109

Ore 17.30-17.45 Prof. A. Maffini, Università di Parma – ITDov’è la logica? Il linguaggio come base per la costruzione di un curricolo verticale 113

Ore 17.45-18.00 Prof. L. Tomasi, LS Paleocapa & SSIS, Ferrara – ITIl laboratorio e le nuove tecnologie per il rinnovamento del curricolo di Matematica 116

Aula 1 – Sessione Tecnologia

Ore 10.35-11.20 Prof P. Marmorano, Ancona - ITDidattica della tecnologia attraverso il laboratorio nella scuola superiore Tecnica 117

Ore 11.20-11.35 Prof. S. Pantaleoni, Supervisore AFAM, Conservatorio Boito, Parma – IT

5

Palazzo de’banchi: Piacevoli complessità sonore possibili 121

Ore 11.50-12.05 Prof. Prof. G. Morini e P. Davoli, ITIS Corni, Modena – ITIl circolo ermeneutico tra tecnologia ed educazione: appunti per una pedagogia delle Lavagne Interattive Multimediali 122

Ore 12.05-12.20 Prof. A. Lanza, IC Sandigliano, Biella – ITModelli per lo sviluppo del pensiero ipotetico previsionale: La Scatola Nera 127

Ore 12.20-12.35 Prof. C. Tabanelli, Faenza – ITIl laboratorio di Pop-up 131

Ore 12.35-12.50 Prof. G. DeLuca, SM Levi, Sassuolo – ITUn’esperienza con il WebQuest 137

6

Cambiare l’insegnamento delle scienze in una scuola rinnovata

Prof. Luigi Berlinguer

7

Il futuro della didattica della scienza tra metodo, contenuto e apprendimento

Lucio GuastiFacoltà di Scienze della Formazione

Università Cattolica del Sacro Cuore, Milano

Premessa. In quest’ultimo secolo i progressi della scienza sono stati rilevanti al punto tale che le aspettative della società nei suoi confronti sono notevolmente aumentate; si è alzata la soglia della speranza in ulteriori sviluppi capaci di migliorare la situazione attuale e il prossimo futuro. L’effetto prodotto dalla ricerca scientifica è stato quello di sviluppare un senso di speranza individuale e collettivo capace di sostituire nella quotidianità delle cose quel senso comune di fede che prima sembrava riservato soltanto al sentimento popolare e religioso.

Si può facilmente constatare che la sensibilità sociale si è rapidamente trasformata in relazione agli standard di qualità che la scienza è riuscita ad introdurre nella realtà quotidiana. C’è quindi maggiore attenzione ai risultati della scienza, anche se questo non significa maggiore conoscenza del contenuto e del valore della scienza stessa. Per non lasciare che la scienza si identifichi soltanto con la fruibilità del suo prodotto, ma per far sì che la sensibilità personale e quella collettiva traggano vantaggio dalla cultura scientifica, la società intende aumentare l’investimento formativo nel campo della scienza ritenendolo essenziale sia per lo sviluppo del soggetto sia per la qualità della vita. Così la scienza è entrata nelle priorità dell’educazione e, quindi, del curricolo formativo.

La didattica contemporanea.

1. Il duello filosofico. Se si scorre anche rapidamente la storia del curricolo e della stessa filosofia dell’educazione, si nota subito come, nel secolo scorso, ci sia stato un conflitto culturale che ha le sue radici in buona parte della cultura europea e, in particolare, nella cultura italiana: la visione idealistica della storia e della realtà era contrapposta a quella della cultura scientifica faticosamente emergente. La dialettica filosofica era anche più ampia ed articolata rispetto al solo contrasto tra queste due visioni della realtà o, almeno, rispetto alla loro influenza sui temi principali dell’educazione e del curricolo; influenza però non marginale e di non scarso peso su diversi aspetti della formazione e della sua organizzazione sociale.

In questo contesto, il primato della filosofia spiritualista veniva contrapposto alla pretesa formativa della scienza che, invece, avrebbe dovuto mantenere il suo posto, legittimo, solo nell’ambito della cultura strumentale. Quella filosofia della realtà e del mondo collocava la scienza in una sua parte interna ritenendola non in grado di offrire all’uomo una significativa visione della realtà e tanto meno della vita.

2. Dalla tecnica alla scienza. Il percorso rapido che la ricerca del secolo scorso ha fatto mediante un enorme sforzo collettivo da parte delle diverse comunità di ricerca, ha consentito di comprendere meglio il contenuto e il valore della scienza per lo sviluppo sociale e per la stessa formazione umana. Si registra così un passaggio progressivo e concreto che muove dalla visione della tecnica a quella della scienza. Il curricolo formativo che le società hanno cominciato a costruire e che lo sviluppo del sistema produttivo ha contribuito ad affermare, ha fatto un ulteriore passo in avanti introducendo una proposta: non solo era indispensabile una formazione tecnica prima e tecnologica poi ma era ugualmente indispensabile cogliere il concetto più ampio di scienza come struttura generale della formazione e della stessa cultura della produzione. Oggi i curricoli sono caratterizzati da un’ampia dimensione tecnica e da una nuova dimensione tecnologica; nel loro

8

disegno formativo è diventata però necessaria ed essenziale una visione complessiva della scienza, persino di tipo epistemologico, al fine di farne cogliere il suo pieno significato.

3. La scienza e i suoi rapporti. C’è un’esigenza sociale che si traduce nella richiesta di una più profonda comprensione del valore della scienza sia per l’uomo sia per le esigenze dello sviluppo; essa ha condotto la stessa riflessione del mondo economico a richiedere che la formazione scientifica entrasse nella strutturazione di tutti i curricoli come parte dotata di senso e di significato. Dalla presenza della scienza come tecnica alla scienza come valore formativo. In tutte le direzione, sia per l’aspetto strettamente tecnico e procedurale, sia per quello più formale e modellistico sia, infine, per quello epistemico e riflessivo. Proprio questo ha condotto la scienza a vedersi correlata ad una serie di problemi e a riconoscersi come contenuto con una pluralità di elementi tematici e problematici al proprio interno e nelle sue relazioni con gli altri settori del sapere e dell’operare. Si è aperto per i curricoli un nuovo campo di riflessione tra scienza e ambiente, tra scienza e tecnica, tra scienza e tecnologia, tra scienza ed etica, tra scienza e filosofia, tra scienza e teologia, tra scienza e società, ecc.

4. La richiesta del curricolo alla scienza. Se la riflessione sul valore contenutistico della scienza ha fatto i suoi passi in avanti anche la riflessione sulle teorie della formazione ha sviluppato alcune premesse che intendono confrontarsi con i contenuti della scienza e con i suoi possibili esiti formativi. Gli orientamenti attuali del curricolo pongono l’accento su alcuni aspetti di cui tre vanno prioritariamente affermati. Il primo attiene alla centralità dell’apprendimento. Di conseguenza, si chiede che la conoscenza scientifica si volga nella direzione dello sviluppo delle operazioni che sono proprie della dimensione apprenditiva e che, quindi, non abbia la pretesa di aumentare a dismisura la sua già ampia tendenza alla quantità conoscitiva. Il secondo attiene alla dimensione soggettiva. Con questa si intende concentrare l’attenzione sul valore che le conoscenze hanno per il soggetto e per la sua collocazione nell’esperienza vitale del mondo contemporaneo. Il terzo attiene alla visione metodologica. L’orientamento culturale ha accentuato il valore del metodo e delle procedure ad esso conseguenti. Si afferma così un rapporto stretto se non essenziale tra valore del metodo e sviluppo delle operazione mentali. Un passaggio questo decisivo per lo sviluppo della consapevolezza e dell’autoappropriazione da parte del soggetto stesso e della comunità sociale.

5. La politica europea dell’educazione. La politica italiana si è inserita nelle linee europee riguardanti lo sviluppo dei sistemi di formazione, con la propria specificità e con i suoi particolari problemi. Si sono avviate alcune iniziative sia pubbliche sia interne allo stesso sistema formativo della scuola che hanno cercato di diffondere la cultura scientifica e la sua formazione con diverse iniziative sia di comunicazione e di sensibilizzazione sia di tipo sperimentale. I risultati ottenuti dalla scuola italiana in campo internazionale non sono ottimali ma, collocandosi di fatto in una posizione intermedia - che significa un giudizio di appena sufficienza rispetto ad un modello dato - lasciano sperare che si possa migliorare lo status dell’educazione scientifica nei prossimi anni, naturalmente a certe condizioni di sviluppo complessivo del sistema. Ma il problema principale, oggi, appare quello indicato dalla Comunità europea e tradotto nella politica italiana dagli ultimi interventi nomativi.

6. Il concetto di competenza e il curricolo verticale. La politica europea ha concentrato il suo orientamento formativo intorno al concetto di competenza. Il riferimento principale è costituito dalle otto competenze chiave che vengono richieste a tutti per tutto l’arco della vita. Una scelta impegnativa e che merita certamente una discussione approfondita che nel nostro paese non è stata condotta come sarebbe stato necessario. La politica italiana ha tradotto le otto competenze chiave in una forma strutturale che prevede la costituzione di quattro assi culturali (Linguaggi, Matematica, Scienze e Tecnologia, Storico-sociale) e otto competenze di cittadinanza. L’obbligo di istruzione, concludendosi al sedicesimo anno di età, richiede una nuova riflessione sull’intero curricolo

9

dell’educazione scientifica e un deciso superamento del concetto di autonomia delle singole parti del sistema. Il che significa introdurre una visione del curricolo legato all’apprendimento e non legato ai gradi formali previsti dalla struttura della scuola attuale. Inoltre, occorre affrontare la determinante influenza che ha il criterio della competenza rispetto al rapporto fra conoscenze, abilità e attitudini che sono gli elementi costituivi della competenza stessa. Infine, va affrontato il tema della progressività delle conoscenze previste e del loro rapporto con la razionalità del metodo scientifico e della sua effettiva praticabilità nelle sedi scolastiche; in assenza del principio di operatività, la stessa formazione scientifica ne verrebbe fortemente compromessa.

10

Engaging and Supporting Problem Solving in the Sciences

Prof. D.H.JonassenDistinguished Professor

Educational Psychology and Learning TechnologiesUniversity of Missouri221C Townsend HallColumbia, MO 65211

This presentation will summarize a decade and a half’s work on the psychology of problem solving and will focus on two fundamental questions:

What kinds of problems should science students learn to solve? What strategies will influence students’ understanding of science?

I begin with two assumptions:Scientists are hired, retained, and rewarded for solving problems. Problem solving is the most ubiquitous intellectual activity in our everyday and professional lives, summarized best by Karl Popper’s book of essays, All Life if Problem Solving. The primary goal of science education should be to help students to construct deeper understanding of the sciences so that they can apply what they know to solving important scientific problems. But what are important scientific problems? That begs the question: What kinds of problems should science students learn to solve? What kinds of problems are there?Problems vary in several important ways. Problems vary in terms of:Structuredness – Problems vary along a continuum form well-structured to ill-structured. Well-structured (textbook) problems present all elements of the problem to the learners; require the application of a limited number of regular and well-structured rules and principles; and have knowable, comprehensible solutions. Ill-structured problems are encountered in everyday practice and possess multiple solutions, solution paths, or no solutions at all, possess multiple criteria for evaluating solutions, and often require learners to make judgments and express personal opinions or beliefs about the problem. Based on continuum, there are different kinds of problems: Algorithmic problems - procedures Story (word) problems – science textbook problems Rule-using (rule induction) problems – inducing procedure; applying generic rules Decision-making problems – rational choice, risk aversion, or explanation-based Troubleshooting – isolating fault in system or activity Diagnosis-solution problems – troubleshooting plus management plan Strategic performance – naturalistic decision making Policy analysis problems – analyzing systems Planning problems – system of activities for accomplishing task Design problems – engineering, product, or instructional design Dilemmas – social and ethical dilemmas, no acceptable resolution

Complexity - number of problem elements and factors and how they interact; dynamicity (do problem elements change over time?), breadth of knowledge required, relational complexity. More complex problems are more ambiguous, challenging teachers and students to invest more effort.Context, Discipline, Domain – Practitioners in different disciplines or in different contexts solve different kinds of problems, requiring them to think differently.An important issue facing science educators is what kinds of problems should students learn to solve? Should they focus their efforts on solving textbooks problems that have correct answers and methods, or should they address more complex and ill-structured problems that they solve in

11

everyday lives. Learning to solve well-structured problems does not help learners to solve ill-structured problems.What strategies will influence students’ understanding of science and their abilities to solve important scientific problems?Science teachers and professors may support students’ comprehension of problems and their generation of meaningful solutions by using a number of strategies. Examples of these will be presented.Questions- questions inserted into instruction may scaffold students’ interpretation of problems or solutions. Questions may also provide the primary interface to instruction in the form of Ask Systems. Students may also learn to generate questions when interpreting problems. The most important issue in designing questions is the level of cognition that is elicited by the questions. A powerful form of question is called text editing, where you ask students if there is enough, not enough, or too much information presented in the problem to solve it.Represent structure of problem – Explicitly represent the structure of different kinds of problems. Have students identify the conceptualCausality – all problems are defined by the causal relationships among the elements in the problem. Require students to identify those relationships and make predictions and inference about what will happen if problem elements change.Analogically compare problems – require students to compare and contrast the deep structure of pairs of problems before they solve them, a[process known as analogical encoding.Argumentation – For all kinds of problems, require students to construct evidence-based arguments that justify their solutions as well as rebutting counterargumentsSummaryWhen science problems are solved only quantitatively by solving equations to get the correct answer, students will not construct meaningful mental models for the disciplinary content and will not be able to transfer their problem solving skills because they do not understand what kind of problems they are solving. Alternative, qualitative strategies must be implemented in order to support student understanding of important scientific problems.

12

Developing the science curriculum:science education in the UK and geoscience education worldwide

Prof. Christopher KingProfessor of Earth Science Education

Keele University, Keele65 Hale Road, Hale, Altrincham, Cheshire, WA15 9HP

There is a long tradition of science education in England and Wales, with some science being taught in primary (elementary) schools for 5 – 11 year olds and science being part of the core curriculum for secondary (high) schools for 11 – 16 year olds. In secondary schools, science is taught for around 20% of the time. All government schools have to follow the National Curriculum with its National Curriculum for Science. There are national examinations in science for 11 year olds, for 14 year olds and for 16 year olds

Many high schools also offer post-16 education for 16 – 18 year olds whist other 16 – 18 year old students go to Further Education colleges. Most students there choose four subjects for study, and biology, chemistry and physics are fairly popular options. These students undertake national examinations when they are 17 and 18 years old.

In primary schools, a single teacher normally teaches all subjects to one class. In secondary schools, specialist teachers teach the different curriculum subjects. In science, one teacher normally teaches the whole science curriculum to 11 – 14 year olds, this will include biology, chemistry and physics with some elements of earth science, environmental science and astronomy. 14 – 16 year old students are normally taught by subject specialists in biology, chemistry and physics, but nevertheless, have to cover the whole curriculum including some earth science, environmental science and astronomy.

The UK government has long been concerned about science education in England and Wales, and is particularly concerned that the numbers of students choosing to study science subjects at post-16 and at university has been falling. They are also concerned that there has been a shortage of science teachers, and particularly of physics and chemistry teachers, so that much physics and chemistry taught in schools is being taught by biology specialists.

Thus the government is running a number of initiatives to address these problems, including: providing high bursaries for those who undertake one-year science teacher training courses,

following their undergraduate degrees – all these courses involve broad science education training with extra training in their subject specialism (eg. biology, chemistry or physics)

providing courses, with bursaries, to convert graduates with poor science backgrounds into science teachers with chemistry or physics specialisms.

piloting courses to train practicing biology teachers to become chemistry or physics specialists developing a regional network of Science Learning Centres to enable science teachers to teach

cutting edge science and to develop innovative science teaching approaches – to increase the enthusiasm of pupils for science

changing the curriculum to include more investigational science, highlighted as ‘How science works’

reducing the prescriptive nature of the science curriculum to allow teachers to include more relevant and interesting science

13

Meanwhile, the National Curriculum for Science in England and Wales, which has been running for 20 years, has always included a small component of Earth science. Also, one of the options available to post-16 students in some schools and colleges has been geology. Over many years, I have battled to protect this Earth science component and to support the teaching of post-16 geology, through the following methods: providing consultation to the National Curriculum authorities whenever the National Science

Curriculum and its assessment has been changed developing post-16 examinations in geology training science/geology teachers at Keele supporting the Earth Science Teachers’ Association (ESTA) and being involved in a number of

other national organisations to support geoscience education forming the Earth Science Education Unit, offering ESEU workshops free of charge to teacher

training institutions and secondary schools across the UK through a network of facilitators, thanks to funding from the oil industry

writing Earth science curriculum materials

I have also been able to support the teaching of Earth science globally through: forming and supporting the International Geoscience Education Organisation (IGEO) with its

four-yearly international conference contributing on geoscience education to the four-yearly International Geological Congress developing ‘Earthlearningidea’ to publish on the internet new teaching ideas during the

International Year of Planet Earth, from 2007 – 2009; these are particularly for use in countries where classroom resources are limited; the activities have been translated into Italian, Spanish and Norwegian

My work over all this time in science and geoscience education, has focussed on the most effective ways of engaging pupils and science teachers in new learning. In my experience, this means interactivity. The pupils should interact with one another through discussions and practical work and the science teachers should also interact with one another through a range of activities. In this presentation, I will try to ‘practice what I preach’, by interspersing the information provided above with activities that will seek to engage my audience. Do come and become involved in these interactive discussions.

14

Technology enhanced inquiry learning in science; Current state and future developments

Prof. Ton de Jong

Faculty of Behaviorial SciencesUniversity of Twente

The NetherlandsEmail: a.j.m.dejong@utwente.nl

The idea of inquiry, or scientific discovery, as a learning approach for science is currently regaining extensive attention partly due to the emergence of technology enhanced learning environments. Recent large scale comparative studies show the potential effectiveness of this approach. In order to be successful there is a need to investigate learning processes that underlie inquiry, to identify characteristic difficulties students have in the inquiry process, and to design instructional designs for (technological) learning environments that help prevent or overcome these problems. Our research indicates that problems that students have can be overcome by cognitive scaffolds. These cognitive scaffolds can be integrated with computer inquiry, for example, in simulation-based learning environments or they can be offered as separate entities. In our studies we repeatedly have found a positive influence on learning from cognitive tools that structure the learning process, provide students with predefined hypotheses and background information, support students in their planning behaviour, or give hints for efficient experimentation. In this presentation I will present a number of these instructional designs based on national and international projects (ZAP, SCY, Co-Lab, KM Quest, and SimQuest). Also, recent experimental studies in which these designs have been studied will be presented. Recent trends for inquiry learning in science such as collaborative science learning with shared interfaces, learning by modelling, and the analysis and visualization of learning patterns with the use of data mining techniques will be discussed.

15

La ricerca didattica e la promozione del sapere scientifico.Prof. Roberta Cardarello

Dipartimento di Scienze Sociali, Cognitive e QuantitativeFacoltà di Scienze della Formazione, Università di Modena e Reggio Emilia

Via Allegri 9, 42100 Reggio Emilia – Italy

16

Integrazione della tecnologia nella didattica:L’esperienza Lepida Scuola e le prospettive future

Prof. Enzo ZecchiSupervisore SSIS, Università di Modena e Reggio Emilia

Lepida Scuola è un progetto, iniziato cinque anni fa a Reggio Emilia e provincia per sperimentare l’introduzione di reti a banda larga e contenuti multimediali nella scuola.

L’evoluzione continua di Internet, anche con i recenti ed importanti applicativi del Web 2.0, la comparsa sul mercato di importanti strumenti per l’aula del futuro, quali le lavagne multimediali, la disponibilità crescente di larghezza di banda per la connettività, garantita nella Regione Emilia Romagna dalla rete Lepida, impone alle scuole di prepararsi a cogliere questa grande opportunità invece di subirla. L’introduzione delle tecnologie nella didattica ha registrato ad oggi numerosi insuccessi, nonostante gli sforzi finanziari prodigati allo scopo. I progettisti di Lepida Scuola, sulla base di una ormai pluriennale esperienza e secondo la più accreditata letteratura internazionale, ritengono che gran parte del problema sia dovuto al fatto che le tecnologie male si sposino con una didattica trasmissiva tradizionale. Con il passaggio ad una didattica di taglio costruttivista/costruzionista, le tecnologie diventano una “conditio sine qua non”, e in un ambiente in cui lo studente è protagonista attivo nel processo di costruzione della conoscenza (approccio costruttivista) e in cui le tecnologie vengono impiegate come strumenti “not to learn from, but to learn with” è possibile affrontare con successo questa nuova sfida.

Come sperimentare in classe questo rinnovato approccio pedagogico e come dotare gli insegnanti degli strumenti opportuni per sostenerlo diventa dunque l’obiettivo primario di Lepida Scuola. Obiettivo da raggiungere tramite l’adozione di solidi modelli teorici.

Supporti teorici di riferimentoLepida Scuola, per rendere possibile questa sfida, prende atto del contesto scuola esistente e

opta per una modalità di blended learning, ritagliando uno spazio per la sperimentazione all’interno del curriculum complessivo. E, laddove possibile, fa coincidere questo spazio con le già previste Aree di Progetto che, anche se fortemente caldeggiate dalle indicazioni ministeriali, spesso sono disattese o comunque non sempre interpretate al meglio.

La visione dominante che sottende tutto l’impianto pedagogico di Lepida Scuola è quella del paradigma costruttivista e/o costruzionista (Papert, 1980, 1991).

Per una concreta traduzione in classe del pensiero costruttivista, la strategia privilegiata è la didattica per problemi e progetti (Problem-Project Based Learning). L’apprendimento è per necessità, per impostare e condurre progetti o, più in generale, per risolvere problemi. L’apprendimento è dunque finalizzato e non fine a se stesso: non avviene, cioè, tramite un processo predeterminato di trasmissione-ricezione. La logica si capovolge: i problemi sono il fulcro e spingono lo studente ad impossessarsi dei contenuti necessari a risolverli. In merito i contributi di Howard Barrows (1985; 1992; 1993) e di Koslowski, Okagaki, Lorentz, and Umbach, D (1989).

Per implementare efficacemente la modalità di didattica per problemi e progetti è necessario riprogettare la classe, trasformarla da auditorio a laboratorio e per questo ci riferiamo ad un modello di ambiente di apprendimento a matrice costruttivista (CLE) documentato in letteratura e da noi ampiamente sperimentato (Jonassen, 1999).

La sperimentazione La metodologia Design Based Research è alla base dell’evoluzione nel tempo del progetto.

In particolare per rappresentare i cicli DBR (progettazione, attuazione, analisi e riprogettazione) si è optato per lo schema utilizzato dal gruppo di Chris Dede della Harvard Graduate School of

17

Education (Nelson & al., 2005). Dopo quattro cicli di sperimentazione sul campo, ad oggi, Lepida Scuola vede la partecipazione di oltre 100 insegnanti, provenienti da 28 scuole di ogni ordine e grado, più di un terzo delle scuole della Provincia di Reggio Emilia, ed una ricaduta in classe importante con diverse centinaia di progetti avviati e oltre un migliaio di studenti coinvolti.

Risultati & analisiA seguire quelle che riteniamo le acquisizioni più significative Quale utenza? Lepida Scuola si rivolge soprattutto a docenti già inclini ad un cambio di

paradigma: sono presenti in varie scuole, sperimentano approcci alternativi e, spesso isolati, rischiano di dover tornare alle metodiche tradizionali. Lepida Scuola punta ad individuarli, metterli in rete e costruire un primo nucleo attorno al quale germinare la sperimentazione.

Il modello del Doppio Ambiente di Apprendimento. La formazione del docente in Lepida Scuola avviene attraverso il modello denominato Doppio Ambiente di Apprendimento. Al primo livello il docente adotta in classe una didattica PBL e la classe stessa viene trasformata secondo il modello dei CLE. Al secondo livello i docenti si incontrano in un ambiente di apprendimento analogo, dove condividono problemi, negoziano soluzioni e progettano i loro rinnovati strumenti di lavoro.

La cultura del progetto. E’ necessario dotare gli insegnanti di una corretta “cultura” di “progetto” e delle necessarie indicazioni per poterla, concretamente e correttamente, praticare in classe. Nonostante il lavoro per progetti sia stato più volte caldeggiato anche dalle indicazioni ministeriali, gli insegnanti restano perplessi e confusi sul come affrontarlo ed anche la letteratura in merito è estremamente carente. L’approccio seguito, ossia operare un transfer intelligente in classe della teoria del project management, comincia a dare frutti significativi. Nel corso dell’ultimo ciclo gli insegnanti lavorano a gruppi per situare, contestualizzare, nel loro specifico scolastico e disciplinare la metodica proposta.

La valutazione autentica. Elemento determinante è dotare gli insegnanti degli attrezzi di valutazione coerenti col rinnovato approccio pedagogico. In particolare ampio spazio è stato dedicato all’introduzione della valutazione autentica e alla sua implementazione concreta soprattutto tramite le rubric.

Le tecnologie. Le richieste di utilizzo, e di formazione all’utilizzo, di tecnologie, soprattutto a partire dal secondo ciclo, sono piovute in massa. Per la connettività alla rete Lepida ma non solo. Molti hanno richiesto di approfondire i software per la creazione di prodotti multimediali, molti gli strumenti per comunicare e condividere, e molti gli strumenti per generare, validare, misurare test, per normalizzare i punteggi grezzi e altro ancora. Ma soprattutto il collegamento a Moodle che in pochi mesi ha visto l’iscrizione di centinaia di insegnanti.

Prospettive.Il modello si sta stabilizzando: Lepida Scuola organizza ogni anno, per i docenti, due serie

di eventi di formazione in Doppio Ambiente di Apprendimento. La prima, rivolta soprattutto ai neofiti, mira a favorire e sostenere esperienze di didattica di taglio costruttivista, principalmente PBL, in scuole e classi generalmente impostate per una didattica trasmissiva.   La seconda affronta tematiche emergenti dell’ Educational Technology e mira a favorire il consolidamento di esperienze di didattica per problemi e progetti. Gli insegnanti producono, sulla base del modello Lepida Scuola, un manuale di buone pratiche PBL, contestualizzato e situato nei vari ordini di scuola e per i diversi ambiti disciplinari.

Gli Educational Technology Centers: ETC. Anche in presenza di un opportuno contesto pedagogico le tecnologie per la didattica vanno opportunamente selezionate, valutate, contestualizzate e assistite. Gli insegnanti hanno bisogno di punti di riferimento ove trovare pareri, consulenze e supporto, sia di tipo tecnologico, sia di tipo pedagogico. Il tutto in modo permanente; non solamente per il tempo di un comunque indispensabile evento formativo. Per questo Lepida Scuola propone come soluzione la creazione di un network di Centri Territoriali di riferimento, fisici e non solo virtuali, orientati alla Educational Technology, proposta che la Regione Emilia e

18

Romagna ha in progetto di implementare su tutto il suo territorio. Nello specifico gli ETC rappresentano il vero strumento strategico e tattico per affrontare la sfida dell’integrazione delle TIC. Si configurano come uno spazio fisico e virtuale cui possono rivolgersi, per supporto e consulenza, i docenti che vogliono integrare efficacemente le tecnologie nel quotidiano d’aula. Negli ETC i docenti trovano risposte ai problemi incontrati, si avvalgono di competenze adeguate e sperimentano soluzioni didattiche e tecnologiche innovative. I principali servizi proposti: Consultazione/Mediateca, Consulenza Scientifico/Didattica, Documentazione, Presentazione di “Setting Aula Tipo”, Erogazione e Gestione di Tecnologie Particolari, Emeroteca online e Coordinamento ed Organizzazione attività di Formazione.

BibliografiaBarrows, H.S. (1985). How to design a problem‐based curriculum for the preclinical years. New

York: Springer Publishing Co.Barrows, H.S. (1992). The Tutorial Process. Springfield, IL: Southern Illinois University School of

Medicine.Barrows, H.S., & Myers, A.C. (1993). Problem‐Based Learning in Secondary Schools. Monografia

non pubblicata. Springfield, IL: Problem‐Based Learning Institute, Lanphier High School and Southern Illinois University Medical School.

Jonassen, D.H. (1999). Designing constructivistic learning environments. In C.M.Reigeluth (Ed.), Instructional design theories and models, vol.2 Mahwah, NJ: Lawrence Erlbaum Associates.

Koslowski, B., Okagaki, L., Lorentz, C., and Umbach, D. “When Covariation Is Not Enough: The role of Causal Mechanism, Sampling Method, and Sample Size in Causal Reasoning.” Child Development, 60, 1989, 1316-1327

Nelson, B., Ketelhut, D.J., Clarke, J., Bowman, C., Dede, C. (2005). Design-Based Research Strategies for Developing a Scientific Inquiry Curriculum in a Multi-User Virtual Environment. Educational Technology, the magazine for managersof change in education, 45(1), 21-28.

Papert, S. (1980). Mindstorms. New York: Basic Books.Papert, S. (1991). The children’s machine. New York: Basic Books.

19

Experiences and results from the European project ”Integrating Subject Science Understanding in Europe

Prof Florentina LustigDepartment of Education, University of Gothenburg, Sweden

Background. Science1 and technology play increasingly important roles, both in society at large and in the life of every individual. However, the increasing impact of science does not seem to be followed by an increase in the interest or understanding of scientific ideas among young people. In fact, there are signs of the opposite, at least for most industrialised countries according to large international studies, such as TIMSS 2 and ROSE3. Furthermore, the decreased recruitment of young people to scientific courses and the small amount that choose a scientific carrier, both reflect the general attitude towards science. These constitute urgent problems that are present in several European countries.There are probably underlying causes for these effects. For example, the increasing knowledge in science and its subdivision into several new subjects is of pivotal importance and commonly results in fragmentation of knowledge and in obstruction of integrated science understanding. The lack of integrated knowledge is particularly visible in regard to more complicated scientific issues, such as for e.g. sustainable development, nutrition or human sensory systems, that all require an integration of several subjects for profound understanding. This problem has to be properly addressed by initiating research projects focused on an integrated understanding of scientific problems.To bridge the gap between the research and practice, problem-based educational research may be used. Such an approach should use urgent school-problems as points of departure and involve the teachers at the onset of the study.

To address the lack of integrated science knowledge a new European project, Integrating Subject Science Understanding in Europe (ISSUE-project), was initiated by the end of 2004 with duration of 3 years. The project was supported by the European COMENIUS program. Representatives from the institutions belonging to six different European countries: Italy, Germany, Poland, Romania, Spain and Sweden, participated in this project and the project was coordinated by the Department of education at the University of Gothenburg, Sweden.The overall aim of the project was to improve the integrated understanding of complicated science issues by development of research-based teaching methods and materials, in collaboration with in service-teachers. The specific objectives were the following:● to create a collaborative network for exchange of information and development of teaching- learning sequences among partners in the project,● to identify difficult problems in natural science in schools (among pupils from age 10 to 16) and everyday conceptions, in collaboration with in-service teachers,● to design, test and evaluate research-based teaching-learning sequences for integrated understanding together with in-service teachers,● to organize a training course based on these materials for target groups from Europe such as teacher students, teacher educators and in-service teachers.Performance of the project. The partners in the ISSUE project communicated in several ways: on the ISSUE-portal, during the ISSUE-meetings twice a year and by email correspondence. After the comparison of different educational systems between the countries, each partner designed one

1 In this document Science refers to biology, chemistry, physics and mathematics.2 Mullis et al. (2008b) TIMMS 2007 international mathematics report: Findings from IEA’s Trends in international Mathematics and Science Study at the fourth and eight grades. Chesnut Hill, MA: TIMSS & PIRLS International Study Center, Boston College.3 http://www.ils.uio.no/english/rose/publications/english-pub.html

20

integrated teaching-learning sequence focused on a specific science issue. The sequences were designed according to Content-oriented theories45 . All sequences were tested in schools in two of the participating countries, first in the country of design and then in an additional country represented in the project. By the end of the project, an on-line course was performed.Results. Both the performed activities and project’s outcomes coincided well with the initial work plan. ● A European network was developed between the researchers/teacher educators and in-service teachers using the ISSUE- platform for communication6.● The following six research-based teaching-learning sequences were designed and tested: 1. Ursula Weber-Hüttenhoff and Thomas Engelsiepen, Looking for clues, Institute of Teachers Training for Secondary Education Wuppertal I, Germany2. Maria Teresa Borgato, Giuliana Gnani. Angela Balestra, Symmetries, University of Ferrara, Italy3. Magdalena Staszel, Andrzej Majhofer, Miroslaw Los, Matter around us, Faculty of Physics, University of Warsaw, Poland4. Ion Iosub, Water for life – dissolving, University of Pitesti, Romania5. Bernat Martinez, Angel Juan, Agusti Boix, Earth in the universe, CEFIRE Benidorm, Spain6. Eva West, Teaching about sound, hearing and health in compulsory school, Department of Education, University of Gothenburg, Sweden.● An on-line research-based ISSUE-course7, based on the ISSUES’s teaching-learning sequences and scientific literature, was performed for the European teacher students, teacher educators and in-service teachers.Furthermore, the analysis of the results answered some interesting questions, such as: 1) What are the important factors for design of an “European” teaching-learning sequence?; 2) What were the possible gains for the project participants (teacher educators and in-service teachers?; 3) What is the best way to run the European project and improve the ISSUE-project?; 4) What is the optimal layout for the on-line course on integrated science learning?These and other questions will be more profoundly discussed during the conference in Modena New

4 Andersson, B., & Bach, F. (2005). On designing and evaluating teaching sequences taking geometrical optics as an example. Science Education, 89(2), 196-218.5 Andersson, B., & Wallin, Anita. (2006). On developing content-oriented theories taking biological evolution as an example. International Journal of Science Education, 28(6), 673-695.6 http://issueproject.net/7 http://moodle18.issueproject.net/

21

The teaching of Integrated Science and Biology in the European Schools.

Prof. J. Watson BSc MSc CBiol MIBiolEuropean School Luxembourg 1

23 Blvd Konrad AdenauerL-1115 Luxembourg

The European schools were founded in 1953 for the children of the European Coal and Steel community, the precursor of the EEC, which in turn has become the European Union.There are 14 schools dotted around Europe in centres where there are European Institutions.

Brussels (BE) x4, Luxembourg (LU) x2, Culham (UK), Mol (BE), Bergen (NL), Karlsrhuhe (DE), Munich (DE), Franfurt (DE), Varese (IT), Alicante (ES).

At the secondary level there are 13 language sections, though no school offers all 13 as many nationalities have too few children to justify the opening of a section. Luxembourg I is the largest with 12 language sections.The aims given to the schools by the founders were:

To educate the children so they would be able to return to there home countries for further studies.

To teach the children to live together as young Europeans with nationality barriers removed as much as possible.

To stimulate the use of foreign languages. The teaching of foreign languages is a core element in our curriculum.

It was decided, right from the outset, that the last two of these aims could be stimulate by teaching history and geography at the secondary level in a students second language (LII) which we refer to as the students working language as opposed to the their mother tongue (LI). There are 3 working languages; English, French and German. A student in another language section must have one of these as their LII. These courses are taught by nationals of the language and have a strong European emphasis, which diminishes the importance of national boundaries. The schools were also set up as an experiment in education with a brief to test new methods and ideas. Programmes and teaching methods are developed to an acceptable European compromise.

I joined the European Schools in September 1976 and the teaching of the sciences has changed considerably between then and now. Before 1978 the teaching of sciences was limited to the last two years of secondary, except for biology, which was also taught at the lower levels. The baccalaureate exam was divided into 4 options.

Latin Maths (LM) Both of these contained strong maths and Modern (Mod) strong sciences

Latin Languages (LL) These had weak maths and biology as the Economics only science

After 1978 there were big changes in the structure of science teaching that are still in place today. Over the next few years the following reforms were put in place.

We introduced an Integrated Science course for years 1, 2 and 3 of secondary. The idea behind this course is that students should learn the basics of science from a hands-on practical approach with theory coming from observation of practical results. This course was allotted four periods of 45 minutes per week.

22

Biology, Chemistry and Physics courses became compulsory for all students in years 4 and 5 of secondary. These courses were allotted two periods of 45 minutes each.

An “à la carte” system was introduced for the baccalaureate exam with optional course in advanced Maths, Biology, Chemistry and Physics on offer.

The Integrated Science course:This course is divided into topics with as much spread across the different sciences in each topic as possible. The topics in each year are:

Year 11.1 Measurement.1.2 Air.1.3 Classification in everyday life.1.4 Water and solutions.1.5 Elementary electric circuits.1.6 Reproduction and development.

Year 22.1 Elements and compounds (I).2.2 Force.2.3 Energy.2.4 Senses.2.5 Equilibrium in nature.2.6 Earth and Space.

Year 33.1 Elements and compounds (II).3.2 The microscopic world.3.3 Health education.3.4 The Soil.3.5 Light, images and vision.3.6 Work and machines.3.7 Electricity.

The details of this harmonised programme can be downloaded from the European Schools web site at www.eursc.eu.To help teachers from countries where the teaching of Integrated Science is not standard in their national curriculum we have developed a whole series of student worksheets. These are to be found on a special website and access to this site will be made available to participants of the conference.

BiologyThe biology programme has 3 levels.

Students of 4 and 5 have a compulsory two periods per week course. Starting from the basics of living things we move on to anatomy and physiology of animals and plants, ecology and genetics. The detailed syllabus can be downloaded from the European Schools web site www.eursc.eu. We have also produced a book of diagrams to go with the course, basically the syllabus in image form. The pages of this book can be found, along with the text in many languages, on the website www.volvox.lu.

The advanced biology course for students of 6 and 7. This course is designed as an introduction to university biology and as such is quite detailed. The main topics of the two year course are:

Year 6Composition of living things.

23

Enzymes.Ultrastructure of the cell.Excitable cells and the nervous system.ImmunologyMajor characteristics of human and animal behaviourInteraction between Man and the environment

Year 7Membranes and cellular exchangesEnergy fixation and formation of organic molecules.Energy release and the breakdown of organic molecules.Classical genetics.Molecular genetics.Mutations.Human heredity.Evidence for evolution.Origin of life.Theories of evolution.Human evolution.

For this course we have also developed a book of diagrams and these, with the text in many languages, can be found on the website www.volvox.lu. There is also a two period laboratory course available as an extra option. This course shadows the main course with nothing but practical work.

A basic biology course of two periods per week. This is the minimum science requirement in the last two years and students wishing to specialise in the arts, languages and economics must take it. However it is also available to students taking Physics and Chemistry that do not have enough spare hours to take the 4 period biology course.

ExamsFor Integrated Science these are the responsibility of the individual teacher. Last year, as a trial, we introduced a harmonised exam at the end of the 3rd year, which was used in all language sections and across all European Schools. The report from this experiment will be made available to participants of the conference.Biology 4/5 has an exam at the end of the 5th year that is harmonised within each school. The exam is based on the 5th year syllabus. Some sample exams will be presented.Advanced Biology 6/7 – here there is an external exam put together by experts from different countries using suggestions from teachers of selected schools. The exam is based on the 7th year syllabus. Some sample exams will be presented.

The future of the European Schools.Several countries have shown an interest in the European School system and have requested that certain national schools be accredited to offer the European Schools programme terminating with the European Baccalaureate. To date the following schools have either attained accreditation or are in the process of doing so.

Parma (IT), Dunshaughlin (IE), Helsinki (F), Heraklion (GR), Strasbourg (FR), The Hague (NL), Manosque (FR)

24

Educational and Outhreach activities of the l’Istituto Nazionale di Geofisica e Vulcanologia of Rome: transmission of scientific

investigations from researchers to community

G. D’Addeziodaddezio@ingv.it and Laboratorio Didattica e Divulgazione Scientifica

infoscuole@ingv.it , Istituto Nazionale di Geofisica e Vulcanologia, Roma

The Istituto Nazionale di Geofisica e Vulcanologia (INGV) is currently the largest European scientific institution dealing with Earth Sciences research and real-time surveillance, early warning and forecast activities in geophysics and volcanology. The Laboratorio Didattica e Divulgazione Scientifica Group of the INGV organizes every year intense educational and outreach activities with schools of different grades and with general public to convey scientific knowledge and to promote research on science and nature.We schematize our outreach activities in three main topics:1) Schools at INGV; more than 20,000 students have visited our Center in Rome since 2000, and demands increase each year; the visit consists of a theoretical lesson in a conference hall supported by multimedia tools, and practical experiences based on exhibitions and hands-on experiments focused on earthquakes, plate tectonics and the inner structure of the Earth. A special experience is the visit to the control room of the INGV National Seismic Surveillance where the students can see in real time the seismic activity and how it is important its continuous monitoring 24-hours a day all year round.2) Week of the Scientific Culture; every year our Institute is opened for a week to students and general public, in order to show our laboratories, to discuss about new researches on Earth Sciences and to explain the Seismic and Volcanic risk and the related surveillance activities. This year, during the XIX edition, about 330 students and 320 general people were involved in the main events. 3) Expositions and Science Festivals; we can bring on the road, in concomitance with the Science Festival in Genoa, Italy, or in cooperation with Museum and Academies, a self-designed portable museum with experiments, models and instalments projected for teaching and learning geomagnetism, plate tectonics, seismology and seismic hazard.

In this talk we give an overview of these activities, showing also how enthusiastic the audience participation is and how Science Divulgation is necessary to stimulate the interest of the widest possible range of public and to justify the employment of Public Funds for Research and University.

25

Teaching Chemistry. What’s unique about it?

Michele A, FlorianoDipartimento di Chimica Fisica “F. Accascina”, Università di Palermo

Viale delle Scienze, Parco d’Orleans, Ed. 17, 90128 Palermo, Italyemail: flor@unipa.it

The perception of Chemistry by students and the general public is in striking contradiction with its nature. On the one hand, Chemistry is present in all aspects of our lives whereas, on the other, it is perceived as difficult and abstract. Possibly, this contradiction has to do with the way Chemistry is presented and taught in schools. It is impossible to fully understand and, as a consequence, accept on an intuitive basis the “mystery” and fascinations related to the transformation of matter without adopting a convinced sub-microscopic view which connects macroscopic properties to the behavior of atoms and molecules. The sapient use of models and computer generated visualization techniques can be a very valuable tool once this attitude has been adopted on the part of teachers.

26

Interazione fra scienza e tecnologia nei curricoli e nella didattica

Prof. M. FierliGruppo di lavoro per lo sviluppo della Cultura Scientifica e Tecnologica

27

Students’ Experiences of Science Learning: Potential conflicts in epistemology, pedagogy and knowledge

Rose Marra University of Missouri - USA

& B. Palmer

Montana State University – USA

Recent reports advocate for an understanding of the “nature of science” and encourage educational activities which foster a critical scientific literacy (National Science Education Standards, 1996; Science for All Americans, 1994). These reports suggest that individuals must understand that scientific knowledge is incomplete but that one can make meaningful distinctions among competing truth claims based upon evidence, logic, and social context. In essence, these reports establish the need for a complex epistemology in science.

A related field is personal epistemology – the study of what knowledge is, where knowledge comes from, and how it is applied (Hofer, 2002). Although there are many theories of epistemology (Hofer & Pintrich, 1997) most developmentally-based theories agree upon a common pattern of cognitive development that progresses from simple, right-wrong thinking, through an exploration of multiple perspectives, to an understanding of knowledge and knowing that uses contextualized and reasoned choices among competing beliefs. Recent studies have migrated from domain general epistemologies towards disciplinary specific epistemologies (Hofer, 2000; Jehng, Johnson, & Anderson, 1993; Palmer & Marra, 2004; Paulsen & Wells, 1998; Schommer, 1993).

A model of epistemological orientations that describes how individual student orientations can vary across the sciences and humanities (Palmer & Marra, 2004) served as the conceptual framework for this study. This framework suggests that individual students may express different epistemological orientations in the disciplinary domains of the sciences and the humanities. The orientations (I – III in each domain) describe increasingly sophisticated views of knowledge. Research shows that individual undergraduate students may, for instance, be relatively advanced epistemologically in humanities while less advanced in the sciences (Palmer & Marra, 2004).

The current study combines the research on domain specific epistemology with an examination of students’ perceptions of the underlying epistemological structures of pedagogy within undergraduate science classrooms. In this line of inquiry we examine students’ descriptions of the pedagogical activities they experience in science courses and the relationship between those perceptions and students’ epistemological orientation in the sciences.

MethodsThe authors used verbatim transcripts of interviews with 30 junior and senior college

students for this study. Students were six juniors and 24 senior students; 14 students were male and 16 students were female. Students’ majors were primarily concentrated in liberal arts disciplines (19 students or 63% from the College of Letters & Sciences). Seven students were from the College of Arts & Architecture, two were from the College of Business and two were majoring in Health & Human Development. Students participated in semi-structured interviews that were based on one used previously in studies of intellectual development (Pavelich & Moore, 1993) and was designed to ascertain students’ epistemological views. The interviewer asked students to discuss their views on the role of the teacher in the learning environment, significant learning experiences, their definition of knowledge and truth, and their perception of knowledge and truth and teaching in the sciences and in the humanities.

We coded the data for both science epistemological orientation and science pedagogical perceptions in separate coding passes. In the first iteration of coding for epistemological orientation

28

we (two authors and one additional trained coder) applied the coding scheme (e.g. Science Orientation I, II or III) developed in Palmer and Marra (2004) to 14 interviews to classify each student. Having established acceptable coding reliability, the authors coded the remaining 16 interviews. In many cases, students might make some statements that appeared to fall in one orientation and later in the interview make other statements that would fall into a different orientation. For these cases, the authors examined the relative frequencies of codes in each domain, discussed the content of the coded statements and decided upon a domain orientation for each student. In some cases, students were classified as being “in between” orientations, Therefore, there were 5 possible orientations for science epistemology: pure orientation I, in between orientations I-II, pure orientation II, in between orientation II-III, or pure orientation III.

During the second iteration of coding, the authors re-coded the transcripts for statements that addressed how students perceived teaching in their science courses. Both authors coded five transcripts and the following codes emerged. This emergent coding structure mirrors the coding structure found in an earlier study by Zwaal & Ottig (2007). We then coded the remaining transcripts by applying these codes to statements regarding science pedagogical perceptions. Student might describe several different class experiences with different pedagogical approaches. In these cases, we coded the transcript as mixed. Traditional: teacher-centered pedagogical approaches such as lecture, student memorization of

facts, or labs that follow strict procedures to produce a pre-determined result were included in this code (for example: “So, a hard science is more professor giving lecture notes and you taking notes and copying stuff off the board and reading from your textbook.”)

Non-traditional : student centered instruction or activities that include student input such as class discussions and working in groups. This code also includes comments on science lecture or laboratory experiences if they were “discovery based”. (for example: “One was an experimental course…. they had history components and science components but looking at the same problems from different angles you got different perspectives.”

Mixed : the student gave examples of science pedagogy using both traditional and non-traditional methods. In general the student did not indicate that different pedagogical approaches in “science” classes were in conflict with one another.

Not ratable : did not provide sufficient statements about science pedagogies to classify.

Results and InterpretationsTable 1 presents the intersection of these two coding schemes: students’ perceptions of

science pedagogy and epistemological orientation; however we begin our results with the ratings for the nature of scientific knowledge. The majority of the students expressed beliefs about the nature of scientific knowledge that was primarily dualistic in nature (Science Orientations I and I-II). Ten of the students were coded as Science Orientation I and an additional 11 showed slightly more sophisticated beliefs at Science I-II. Three students were rated at Science Orientation II; five students at Science II-III and one student was rated with Science Orientation III. For science pedagogical perceptions we found that 19 of the 30 students (63%) perceived science course instruction to predominantly use traditional lecture-based approaches. Only two students described non-traditional pedagogical experiences in science and four students described their experiences as a mixture of traditional and non-traditional pedagogical approaches. For the remaining five students, the researchers did not find enough data to confidently assign a code for science pedagogy.

Table 1. Pedagogical Descriptions Relative to Epistemological OrientationsScience Pedagogy Perceptions

ScienceEpistemological Orientation (total)

Traditional Mixed Non-traditional

Not ratable

29

I (10) 7 3I-II (11) 8 1 2II (3) 2 1II-III (5) 1 2 2III (1) 1Total (30) 19 4 2 5

For the students with a dualistic perception of science knowledge (Science Orientation I), traditional pedagogies offered no contradiction with their expectations of how science should be taught, as evidenced by this senior in Graphic Design. "In science and math, it has to be done one way or you are not going to get the right solution. It can only be answered one way." From our data, it is impossible to know whether these students have adopted this view of science pedagogy because it fits their epistemology or if they have been exposed to non-traditional pedagogies that present a more complex view of science knowledge and they are unwilling or unable to adopt that more sophisticated view of science epistemology.

In contrast, six students experienced non-traditional pedagogical approaches to science and also described a more sophisticated view of science knowledge. This student’s comments describe science as evolving and pedagogical approaches that represented scientific knowledge as subject to proof:

“In science they present the evidence to back things up whereas in a humanities course they tend to say ‘Well, this person thought this ... thought that.’ In science, the ideas they present they could be, well, back in this time they thought this and then they discovered this is the way it is.”Twelve students, however, showed signs that their epistemological beliefs about the nature

of scientific knowledge were at odds with how science was presented to them in the classroom. Students described their experience of science teaching as less sophisticated than their own understanding of knowledge in the science domain. For example, this senior who was preparing for a medical career is clearly not convinced that the instructor knows the complete truth, even though science knowledge is presented that way in class. "You see professors who know or believe that they know exactly what they are talking about and there is no room for a discussion because this is the way it is, in the sciences."

The clearest example of this disconnect between student and instructional epistemologies was for a student rated at the highest level of science epistemology, Science Orientation III, whose perception of science teaching was clearly traditional. The student succinctly comments on his experience in college level science classrooms and expresses his own awareness of the disconnection between his sophisticated science epistemology and his experiences of science teaching.

“They [science instructors] seem to think of themselves as pretty high and mighty and so everything they teach, they teach as absolute truth. In reality, it is based on what we know right now.”

Conclusions

Complex epistemological views, particularly in the sciences, are desirable because they provide individuals with the wherewithal to address complex problems with sophisticated ways of knowing. Specifically individuals with sophisticated epistemological beliefs will be able to bring multiple (and potentially conflicting) sources of knowledge and evidence to bear upon a problem and make decisions about how to proceed by weighing these sources in the context of the current problem. This is in contrast to understanding the world in dualistic or even relativistic terms where one solution is necessarily as good as another.

30

Our results suggest that students may not be encountering the type of pedagogical experiences in undergraduate science classrooms which would allow them to critically evaluate scientific truth claims. Rather, most students encounter science teaching which reinforces a right-wrong view of science knowledge. In fact, some students are quite cognizant of the disconnection between their beliefs about the tentativeness of science knowledge and the espoused epistemology in many introductory science courses for liberal arts students. We find it disconcerting that science instructors may be missing an opportunity to harness relatively advanced epistemological stances in students– and in fact may be squashing them. For students with dualistic beliefs about the nature of scientific knowledge, instructors are not challenging students to grapple with the evolving nature of science. This is particularly unfortunate for liberal arts students who may have few other opportunities to develop a complex understanding of science, but who, like all citizens, will be faced with evaluating scientific evidence that can inform the difficult global issues of the present and the future.ReferencesHofer, B. K. (2000). Dimensionality and disciplinary differences in personal epistemology.

Contemporary Educational Psychology, 25(4), 378-405.Hofer, B. K. (2002). Personal Epistemology as a psychological and educational construct: An

introduction. In B. K. Hofer & P. R. Pintrich (Eds.), Personal Epistemology (pp. 3-14). Mahweh, NJ: Lawrence Erlbaum Associates.

Hofer, B. K., & Pintrich, P. R. (1997). The development of epistemological theories: Beliefs about knowledge and knowing and their relation to learning. Review of Educational Research, 67(1), 88-140.

Jehng, J.-C. J., Johnson, S. D., & Anderson, R. C. (1993). Schooling and student's epistemological beliefs about learning. Contemporary Educational Psychology, 18(1), 23-35.

National Science Education Standards. (1996).). Washington, DC: National Research Council.Palmer, B. & Marra, R. (2004). College Student Epistemological Perspectives Across Knowledge

Domains: A Proposed Grounded Theory. Higher Education, 37(3), 311-335.Paulsen, M. B., & Wells, C. T. (1998). Domain differences in the epistemological beliefs of college

students. Research in Higher Education, 39(4), 365-384.Pavelich, M. J., & Moore, W. S. (1993). Measuring maturing rates of engineering students using

the Perry Model. Paper presented at the Frontiers in Education.Perry, W. G. (1970). Intellectual and ethical development in the college years: A Scheme. New

York: Holt, Rinehart & Wiston.Schommer, M. (1993). Comparisons of beliefs about the nature of knowledge and learning among

postsecondary students. Research in Higher Education, 34(3), 355-370.Science for All Americans. (1994).). New York: Project 2061: American Association for the

Advancement of Science..

31

The potential of research for the improvement of science education – three examples on how to transfer research results into teaching

practice in physics classrooms

Manuela Welzel-BreuerUniversity of Education Heidelberg

It exist a huge amount of data, findings, and results in the field of empirical science education research. From these data we can learn a lot about relationships between certain factors influencing the processes of teaching and learning, about the importance of students’ own activity, or the effectiveness of different teaching methods, about situated cognition while learning physics, or how to improve science education within the classroom through taking into account the student’s pre-knowledge. But, on the other hand, we can also see that those results often find almost no entrance into the practice of teaching. This problem is a problem of transfer of research results into teaching practice. It appears as very necessary to dedicate our research activities also to the problems of the transfer and application of research results in complex teaching and learning situations at school.

Using three concrete examples of developmental research activities in the field of physics education, I will present and discuss new tendencies of science education research which focus on the transfer and the exploitation of research results into and for the improvement of classroom practice.

The first example I will refer to is the Development, Proof and Evaluation of a Gender Sensitive Computer Assisted Learning Environment. Physics is one of the most interesting subjects for boys at school in Germany and one of the most uninteresting subjects for girls. The reasons for this fact are based on different interest profiles of girls and boys. Research showed for example that the interest of girls in physics could be increased if the contents of the curriculum were embedded into applications referring to medical aspects, if they offered a phenomenological approach or had social relevance. But not only the subject matter influences the interest and motivation of girls and boys in physics. The methods and the material to be used for teaching and learning are also important. Surveys show for example that opportunities for students to work cooperatively, the possibility to work on own projects, to discuss own ideas have a positive influence on the interest and motivation especially of girls, but also of boys. With these assumptions in mind, a computer assisted learning environment was developed in Heidelberg. The guiding question for that was: How should a computer assisted learning environment for physics education be conceptually designed to advance the interest and motivation of girls and boys on an equal footing? We tried to take into consideration a maximum of recent results of physics education and gender research known at this time. Thus, the computer assisted learning environment, developed and evaluated within this project, includes a multimedia system in combination with physics experiments and interactive animations. The environment allows team work. Students have the possibility to use an intra-system chat room for communication and sign up on the system entrance for learning and working in pairs. Furthermore, the students have the possibility to document their experimental results directly in the software. The conceptual design of this environment takes into consideration the specific physical interests of girls and boys. The content includes optical topics e. g. light and shadow or the scientific dimension of seeing. These subject matters offer a phenomenological approach and refer to medical aspects. We expected a positive influence on interest and motivation especially of girls – and we found it. Within further research projects we now test whether or not the material can be adapted to different cultures.

32

This refers to the second example: CAT: The effective use of computer aided teaching and learning materials in science teaching – a teacher training course with a European perspective. A huge amount of excellent computer aided teaching and learning (CAT) material already exists in Europe, but there is far less experience and competence at using and choosing these materials effectively. This is especially true with respect to getting girls and boys interested to study science, and motivated to get acceptable learning results. Recent research results from science education show, that there are good chances of improving the classroom practice if the materials are appropriately used and adapted to the specific needs within the schools of the different countries. A transfer of those results into teaching practice within Europe will be organised by our project. International scientists and teachers, experienced within this field, work together and adapt their nationally oriented ideas and research results to those needs. The intention is to design and test modules for a teacher-training course, which enables teachers to judge the quality of CAT environments in science teaching, to adapt best-practice examples of those environments to their own teaching, and to evaluate it afterwards. For this purpose, we use already existing environments of the different project-countries. We will show that discussing and judging the quality of CAT for science teaching is an actual question in all European countries. The project is realised with support of the LLP programme of the European Union.The third project focuses on the improvement of elementary science education in Germany. “To Discover the World with Children” is a very special project – funded through the Klaus-Tschira-Stiftung gGmbH - which tries to help less experienced in science educators to develop their Competence for Early Scientific Education (CESE). The aims of this project are to support, describe and analyse the development of CESE of educators in the course of their advanced training, and coaching. The dimensions of the CESE are self-, special-, action- and reflection competence of the educators trained and investigated. The following research question leads the investigation: Do the educators improve their CESE by the advanced training and in-house coaching, in particular in the dimensions of action- and reflection competence? The data we gathered within this project show interesting results. One of these can be formulated as follows: Instead of providing damage control techniques first, we have to help the educators to identify their own and the children’s strength and in addition we need to enable them to further develop their existing skills and to discover new ones.

33

Geologia, catastrofica armonia: “grimaldelli didattici” nelle Scienze della Terra

Corrado VenturiniUniversità degli Sudi di Bologna

Dipartimento di Scienze della Terra e Geologico-Ambientali, Via Zamboni, 67 - 40126 Bologna

RiassuntoLe riflessioni che seguono scaturiscono da un’esperienza maturata in otto anni di docenza presso la SSIS di Bologna, da un impegno quasi trentennale nella didattica dei corsi di laurea in Scienze Geologiche e Scienze Naturali, dalla frequente didattica praticata direttamente sul territorio a soggetti di varia estrazione, tanto extra-scolastica quanto e soprattutto scolastica, con una particolare attenzione al segmento della media superiore e del triennio di base dell’università, nonché da una attività decennale di divulgazione delle Scienze della Terra, sviluppata attraverso volumi, conferenze, mostre, seminari e corsi di aggiornamento per insegnanti. Questo contributo prende inizialmente in considerazione le ragioni che inducono un generale scarso interesse per le Scienze della Terra nel comparto scolastico della scuola superiore. Partendo dall’individuazione delle cause si cercherà di proporre i potenziali interventi utili, nelle intenzioni, ad invertire la tendenza. Si tratta di rimedi strutturali che cercano di agire in due direzioni specifiche, parallele e contemporanee: il percorso didattico e le strategie funzionali all’apprendimento. Tra gli studenti della scuola superiore le cause di demotivazione nei confronti delle Scienze della Terra s.l. sono molteplici. Possono dare luogo ad atteggiamenti compresi dallo scarso interesse al rifiuto passivo. Quest’ultima tendenza in genere è più una prerogativa degli istituti professionali e, subito dopo, di quelli tecnici, con le debite eccezioni prodotte da alcune nicchie di eccellenza. In questi contesti i contenuti stessi della materia, la cui assimilazione si basa sulla memorizzazione di processi e oggetti astratti e non tangibili, sono percepiti come scollegati dalla realtà contingente, oltre ad apparire decisamente secondari e per nulla importanti rispetto alle finalità professionali. Passando ai licei è sensazione comune che la Geologia, relegata tra le materie minori, sia frequentemente considerata dagli studenti, meno drasticamente e più banalmente, come “pesante e noiosa”. Anche qui con le dovute eccezioni, che in questo segmento scolastico diventano a tratti numerose.Le ragioni di tali giudizi sono sovente imputabili, in prima battuta, ai libri di testo e, in minor misura, ai due soggetti coinvolti nella filiera scolastica, discenti e docenti, con motivazioni ovviamente differenti ma che spesso amplificano gli effetti negativi. Considerando che il libro di testo funge quasi sempre da indispensabile traccia per le spiegazioni in aula, e da necessaria guida per l’apprendimento e lo studio a casa (sempre più scarso), è scontato che finisca per imporre il proprio metodo nella trasmissione della conoscenza, nel bene e - più spesso di quanto si pensi - nel male. La valutazione del libro di testo si rivela dunque il punto di partenza dell’analisi. Possono essere vari e diversificati i suoi fattori negativi, ma sempre capaci di ripercuotersi sia sull’interesse suscitato per la materia sia, cosa altrettanto devastante, sulle incapacità di rendere i contenuti della stessa concettualmente collegati in un insieme olistico, requisito fondamentale per questo insegnamento. Tra i libri di testo per la scuola superiore dedicati alle Scienze della Terra la più diffusa carenza sembra riguardare la strutturazione del percorso didattico. Iniziare, come ancora spesso si osserva, con l’esame dei minerali, per poi passare ai tipi di rocce e da queste alla cronostratigrafia, con la successione di ere e periodi, è il modo migliore per allontanare gli studenti dallo studio della Geologia spegnendone i potenziali interessi. Nella percezione collettiva della classe la materia sarà inquadrata come meramente descrittiva e priva di stimoli. Un secondo aspetto negativo, ancora riferito all’impostazione del percorso didattico e corollario di quello appena enunciato, riguarda la collocazione della teoria della Tettonica delle Placche che spesso risulta relegata a metà o verso il

34

termine del complessivo programma di studio. La conseguenza che ne deriva è che la teoria stessa (se le scarse ore a disposizione consentono di trattarla) si configura come un argomento a sé stante che perde totalmente la propria valenza di paradigma unificante. Carattere questo che, invece, dovrebbe essere capace di giustificare tanto lo sviluppo quanto la localizzazione di un’infinità di processi crostali, di differenze ambientali, di effetti sedimentari, deformativi e morfologici, nonché, in una certa misura, anche di tipo climatico. Quegli stessi processi che di fatto, con le loro dirette conseguenze, rappresentano il nucleo fondante dei contenuti del corso: vulcanismo, atmosfera e sviluppo della vita, erosione e deposizione, orogenesi, ambienti e loro evoluzione, rischi e risorse. Dovendo, per traslato, spiegare a chi non ne ha mai sentito parlare, il funzionamento di un motore a scoppio, sarebbe fuorviante e deleterio cominciare col definire le proprietà dei materiali utilizzati per costruirlo, passando poi alla descrizione minuziosa dei singoli elementi - cilindri, pistoni, candele, albero a camme, biella, ventola di raffreddamento… - e così di seguito. Per mostrare infine, solo dopo una serie di noiosi interventi, l’effetto di conversione dell’energia in movimento, le evoluzioni connesse ai rapidi movimenti delle ruote, l’accelerazione improvvisa e i suoi effetti. Tutto giusto, tutto corretto, ma con un simile “percorso didattico” chi sarebbe propenso ad ascoltare altre spiegazioni, a dimostrarsi interessato e pronto a memorizzare nozioni e concetti? Chi, in altre parole, si appassionerebbe all’argomento? Credo in pochi. Eppure, se quelle stesse informazioni fossero distribuite …al contrario, anche l’effetto su chi le riceve potrebbe rovesciarsi. Da questa similitudine si ricavano gli obiettivi principali da perseguire nelle lezioni del corso di Geologia: primo-incuriosire, secondo-appassionare, terzo-interessare, in un crescendo scientifico. Allo stato attuale non sembra essere questo il risultato modale ottenuto nelle scuole superiori nel campo delle Scienze della Terra, perlomeno valutando i riscontri prodotti. Per interessare e coinvolgere occorre dunque seguire un giusto percorso didattico, che appassioni e al tempo stesso produca voglia di proseguire sulla strada della conoscenza. Da ciò - indirettamente, ma per logica conseguenza - finirà per scaturire un valore aggiunto: la sensibilizzazione nei confronti dell’ambiente e la propensione a scelte e comportamenti virtuosi, condotti nella direzione della mitigazione dei rischi e dello sviluppo sostenibile.Altri fattori negativi presenti spesso nei libri di testo possono essere la tendenza a un’eccessiva verbosità e la trattazione degli argomenti che procede per comparti stagni. Inoltre, associata alla prima delle due carenze, si può riscontrare anche una certa mancanza di organizzazione gerarchica delle numerose informazioni. Quest’ultimo aspetto è una sorta di virus che trova terreno fertile tanto nei libri di testo quanto nel modo di trasmettere i contenuti durante le lezioni frontali. Le sue ripercussioni più subdole si riflettono sugli studenti in modi e tempi differenti: nel momento dell’ascolto, in classe, e nel momento dell’organizzazione e assimilazione del sapere acquisito, a casa. La conseguenza più diretta è la mancanza dell’elaborazione di un metodo di studio efficace. Sarà questo un altro punto caratterizzante di questo contributo: la necessità di gerarchizzare il sapere nelle Scienze della Terra al fine di produrre memorizzazione e collegamenti concettuali.Parallelamente alla corretta scelta del percorso didattico, un’attenzione altrettanto consapevole dovrebbe essere rivolta alle strategie che semplificano i processi di apprendimento. A queste fa riferimento, in particolare, il titolo di questa nota. Partendo dalla realistica percezione che oltre il 90% di tutto quanto ci circonda, che osserviamo, tocchiamo e utilizziamo nella nostra quotidianità, è un derivato geologico (risorse), al tempo stesso siamo tutti consci che dalla Geologia ci giungono, periodicamente, anche le grandi catastrofi (rischi). Alluvioni, frane, eruzioni con emissioni laviche, gassose, di ceneri e lapilli, terremoti e maremoti, radiazioni isotopiche… Queste stesse catastrofi sono classificate tali solo se rapportate al danno che possono produrre sull’Uomo e sulle strutture da lui realizzate. Differentemente le catastrofi, viste nella loro essenza, sono tutte riconducibili, senza distinzione, alla normalità di quel dinamismo che è parte integrante del Sistema Terra.Conoscendo la spiccata propensione al “catastrofico” insita nella fascia di età scolare (dalle elementari fino all’università …e oltre!) risulta vantaggioso servirsene in Geologia per il primo obiettivo da raggiungere: quello di incuriosire. Ogni tipo di catastrofe è capace di aprire un varco nell’attenzione degli studenti. La catastrofe va usata come una sorta di spugna che all’inizio si

35

imbeve di semplice adrenalina e poi si presta ad assorbire ogni cosa con cui viene a contatto. A questo punto non sarà difficile mantenere alto l’interesse parlando del perché si è sviluppato quel dato fenomeno, del come ha potuto innescarsi il processo e col concorso di quali variabili, del quando se ne prevede la replica, del cosa si potrà fare per mitigare il rischio futuro, delle possibilità o meno che si possa prevedere dove qualcosa di simile, vicino a noi, potrebbe accadere, e su quali basi si fondano le risposte che diamo… e così di seguito. Credetemi, ogni argomento previsto nel corso di Geologia (Scienze della Terra) - e trattato a valle della teoria della Tettonica delle Placche - ha le proprie catastrofi. Tutte archiviate e rintracciabili anche su Internet. In questo contributo saranno valutati alcuni esempi che al loro manifestarsi produssero grandi impatti emotivi e che oggi sono ormai entrati nell’immaginario collettivo, ognuno come emblema di un fenomeno particolare. Di essi sarà esaminata la specifica valenza nel contesto del programma scolastico e valutato il loro utilizzo come grimaldello didattico capace di suscitare curiosità, attenzione e, cosa fondamentale, interesse, il motore primo della memorizzazione.Lo stesso lato catastrofico, se osservato con distacco, è capace di suscitare grande meraviglia. Basti pensare alle eruzioni vulcaniche, al magico oscillare dell’intero pianeta percorso dalle onde sismiche dei terremoti più energetici, alle imponenti guglie dolomitiche che all’improvviso rovinano con balzi di oltre mille metri sbriciolandosi in detriti minuti, a quello che accade sul fondo di un fiume in piena dove le colossali energie in gioco smuovono ogni volta milioni di metri cubi di ghiaie, sabbie e fanghi, alla turbolenta discesa rapidissima dal fianco di un vulcano di una nube ardente di gas, ceneri e lapilli incandescenti che da flusso di morte si trasforma, nel volgere di poche ore, in deposito dalle artistiche geometrie deposizionali, mirabili a vedersi al pari di una pittura rupestre. Ecco dunque un ulteriore aspetto della Geologia da coltivare ad uso didattico: la “valenza artistica” di molti suoi prodotti, dalle geometrie deposizionali, a quelle deformative, alle erosive. Il tutto sempre finalizzato inizialmente a incuriosire, per poi aprire la strada all’approfondimento specifico degli effetti dai quali desumere le cause. Sarà compito dell’insegnante di Scienze, adeguandosi al tipo di classe, enfatizzare quelli che ritiene essere di volta in volta i grimaldelli didattici più idonei.C’è un ultimo aspetto, anch’esso oggetto di approfondimento in questo contributo. Ogni scuola è radicata sul territorio di residenza dei propri studenti. E’ anche certo che ogni territorio - considerato d’estensione provinciale o regionale - presenta delle peculiarità geologiche che ricadono nei contenuti del programma di Scienze della Terra. Discutere, al momento opportuno, i caratteri del proprio territorio - spesso vari e molteplici - è un altro sicuro grimaldello didattico, capace di appassionare molti studenti, rendendoli fertili all’ascolto e alla comprensione, e di favorire la memorizzazione dei concetti di base tramite il loro riscontro concreto.Tuttavia, questi presupposti grimaldelli - spero lodevoli nelle intenzioni - si scontrano sovente con la scarsa consuetudine a “trattare di geologia” degli insegnanti di Scienze, spesso penalizzati dalla propria frequente impostazione biologica. Io stesso, iniziando alla fine degli anni ’70 con l’insegnamento delle Scienze in un liceo, quando trattavo di Biologia tendevo a mantenermi entro binari precostituiti: il libro di testo! Per sopperire a tali carenze strutturali dieci anni fa nacque la SSIS, ora sostituita, parrebbe, da una specifica Laurea Magistrale, capace nelle intenzioni di colmare le conoscenze (enormi!) richieste agli insegnanti di Scienze. Nella stessa direzione si orientano i corsi di aggiornamento locali che, qualora anch’essi didatticamente impostati, hanno l’indubbio vantaggio di suggerire il modo migliore per trasmettere agli studenti le valenze geologiche del proprio territorio. Questo obiettivo è perseguito anche dal Progetto Edu-Geo (www.edu-geo.it) che, in alternativa, porta - senza oneri aggiunti - insegnanti e studenti a osservare direttamente la geologia del loro territorio, puntando sul rapporto effetti-cause (dai dati alle interpretazioni, ragionando insieme sulle osservazioni). Tutto questo al fine di precisare, ribadire e sottolineare l’armonioso procedere dei processi crostali e dei loro effetti, riassumibili nella circolarità di tre insiemi di dati (“si forma, si deforma, si modella”) capaci sinteticamente di gerarchizzare tutti gli innumerevoli processi che incessantemente modificano, ora come centinaia di milioni d’anni fa, il territorio che ci ospita.

36

Le tematiche fondamentali del sapere di un docente di Biologia

Alessandra Magistrelli1

Già docente di Scienze naturali nei licei. Consigliere del Direttivo nazionale dell’ANISN ( Associazione Nazionale Insegnanti di Scienze Naturali) e direttore della rivista nazionale ANISN

“Le Scienze Naturali nella Scuola”

Tre sono i punti su cui verte l’intervento: a) la definizione di saperi del docente b) la definizione di biologia scolastica c) l’individuazione di alcune tematiche biologiche fondamentali che un docente dovrebbe conoscere.

Le riflessioni presentate si riferiscono a qual è e a quale dovrebbe essere la formazione culturale specifica di un insegnante di biologia di scuola superiore italiana (biennio e triennio) anche se, ad avviso dell’autrice, sono estensibili ai docenti di qualunque livello scolare.

A) I saperi dei docenti di Biologia.Chi insegna deve conoscere molto bene i contenuti e i metodi della propria disciplina appresi durante gli studi universitari e poi attraverso un continuo aggiornamento; agli allievi tuttavia vanno trasmessi i concetti fondanti che vanno estrapolati dalle tematiche disciplinari.

B) La biologia scolastica. Con questo nome s’intende una vera e propria disciplina biologica a sé stante che sappia mettere insieme le tematiche fondamentali della biologia d’oggi con le richieste cognitive degli allievi adolescenti.

C) Alcuni esempi di tematiche biologiche fondamentali che un docente deve conoscere anche se non necessariamente trasmettere.1. Già docente di Scienze naturali nei licei ,coautrice di un testo di Biologia per la scuola superiore ( Paravia, 1994) ha insegnato in Italia e all’estero. Consigliere del Direttivo nazionale dell’ANISN ( Associazione Nazionale Insegnanti di Scienze Naturali) e direttore della rivista nazionale ANISN “Le Scienze Naturali nella Scuola”, fa parte anche della SIBE (Società Italiana di Biologia Evoluzionistica ).

37

Science, School and Society: network of knowledge for a shared mapping project

M. BertacchiniDipartimento di Scienze della Terra, Università di Modena e Reggio Emilia

milena.bertacchini@unimore.itIn collaborazione con: Comune e Provincia di Modena, Multicentro Educativo Modena (MEMo) e

Archivio Storico di Modena

The positive educational experiences of mapping collected during several years of shared projects and work among the University, schools of different grades and levels and the Municipality of Modena, have created the basis and interest for an inter-government project. This new project, entitled “Educate with mapping”, involves most of the local governments, educational structures, cultural institutions and private agencies, acting in the local area. Its main intention is to build an intergovernmental network of knowledge and relationships in order to manage and enhance the local collections of mapping, photos and historical documents. The project aims to help schools and the public to use these collections in their school projects in order to gain better understanding of the places they lived in.Maps can show us all the elements of the land and to provide people with awareness of environmental heritage.

38

High school students face QM basic concepts

Alberto StefanelResearch Unit in Physics Education, University of Udine, Italy

Quantum theory plays a central role in the physics vision of the world and has to have its place in the school curriculum. Researches on how students learn quantum physics concepts evidenced the failure of traditional approaches as the hystorical one in overcoming students difficulties, in the change from a classical point of view to a quantum one in the description of the phenomena and in particular: the recognition of the different ontological status of quantum systems and classical ones, the distinction between quantum and classical state of a system, the distinction between state, formal entity which represents it; the impossibility to associate a trajectory to a quantum system. Following research based proposal, developed at the University of Udine according to the Model of Educational Reconstruction, aims to face students to quantum concepts and to build theoretic thinking, we carried out a study on the ways in which students learn quantum physics knots. The students learning paths from classical concept to the quantum one, reconstructed analyzing worksheet, pre-test and post-test, audio record of the school activities, evidenced a relevant role of ideas not well structured but coherent with alternative interpretation of quantum mechanics.

39

Educational processes to improve teachers’ competence in approaching early algebra: behaviours, difficulties and awareness

emerged in the teachers

Nicolina A. Malara

Department of Mathematics, University of Modena & Reggio E. - Italy

Well known are the difficulties met by the teachers and students in facing the teaching and learning of algebra in traditional way. Since the ‘80s research highlights the need to revise this teaching starting with the idea that it would be appropriate to promote a new arithmetic teaching, of a pre-algebraic type, projected toward the recognition of analogies and generalisation (Linchevski 1995), and an early approach to algebra as a language to represent problem situations, to highlight relationships and/or elaborate on information bringing the students to develop an appropriate symbol sense (Arzarello & Al. 1993, Arcavi 1994, Radford 2000).

In the same time the teaching of socio-constructive type, focused on cognitive discussions and shared reflections in the class, has always been more indicated. This implies that the teacher has to be manage in the class various roles and above all he/she has to take ‘decisions in the moment’. As a consequence, a model of teacher as a reflexive and critical decision maker has emerged (Jaworski, 1998, 2003; Malara & Zan, 2002; Malara 2003, Mason 1998, 2002; Schoenfeld 1998).

Teachers training according to such a model is necessary to obtain a socio-constructivist teaching practice based on the mastering of meaning as a prerequisite for the growth of the pupils’competencies (Malara 2005).

A view of arithmetic-algebraic teaching according these trends implies a metacognitive teaching in which – through a game of translation and interpretation of expressions in natural and formal languages– one can make pupils aware of the meaning of used signs and symbols as well as of the representational strength of formal writings (Malara & Navarra 2003, Cusi & Malara 2008).

This teaching, of course, requires a new deeper competence by the teacher and we believe that he/she can reach it only through a formative process that leads him/her to enact a cognitive apprenticeship centred on the analytical observation of didactical processes and on the reflection on variables that determine their development as well as to get closer to and appreciate mathematics education theory (Malara & Navarra 2007, 2008, Malara 2008)

In our presentation, after a sketch on Early Algebra, we shall concentrate on some tools realized and methodologies enacted in teacher education with the aim of bringing the teachers to became aware of their role in the class, mainly with reference to their ability to lead the pupils to express and represent algebraically numerical or verbal sentences and more in general to face and solve specific problematic situations dialogically. From the mathematical point of view the situations concern: a) translation of verbal sentences into algebraic code, their formal compositions and interpretation as to the problematic situation; b) individuation of the generation laws of given figural or numerical sequences and representation in algebraic language; c) algebraic solution of simple proof questions.

In the presentation we also will give some indications about the teachers’ reactions in facing these tools and methodologies and about the improvement of their competence and awareness.

ReferencesArcavi A.: 1994, Symbol sense: informal sense-making in formal mathematics, For the Learning of

Mathematics, vol. 14, n.3, 24-35Arzarello F., Bazzini L., Chiappini G.: 1993 Cognitive Processes in Algebraic Thinking: Towards a

Theoretical Framework, proc. PME 17, vol.1, 138-145

40

Cusi, A., Malara N.A., 2008a, Approaching early algebra: Teachers’ educational processes and classroom experiences, Quadrante, vol. XVI, n.1, 57-80Jaworski, B.:1998, Mathematics Teacher Research: Process, Practice and the Development of

Teaching. Journal of Mathematics Teacher Education, 1, 3-31.Jaworski, B.: 2003, Research practice into/influencing mathematics teaching and learning

development: towards a theoretical framework based on co-learning partnerships. Educational Studies in Mathematics, 54, 249-282.

Linchevski L.: 1995, Algebra with numbers and arithmetic with letters: a definition of pre-algebra, Journal of Mathematical Behaviour, vol. 14, 113-120

Malara, N.A.: 2003, Dialectics between theory and practice: theoretical issues and aspects of practice from an early algebra project, in Proc. PME 27, Honululu, vol.1, 33-48

Malara, N.A.: 2005, Leading In-Service Teachers to Approach Early Algebra, in Santos. L. & Al. (a cura di), Mathematics Education: Paths and Crossroads, Etigrafe, Lisbona, 285-304

Malara, N.A., Navarra, G.: 2007, A task aimed at leading teachers to promoting a constructive early algebra approach, in Pitta Pantazi, D. & Philippou, G. (a cura di) Proceedings of the 5th

Conference of the European Society for research in Matematics Education, CD-ROOM, Larnaka, Cipro, febbraio 2007, 1925-1934Malara, N.A., 2008, Methods and tools to promote a socio-constructive approach to mathematics

teaching in teachers, in Czarnocha, B., Handbook of Teaching Research, University of Rzeszów press, Rzeszów, 89-102, in versione italiana su Università e Scuola, anno XII, n. 2, 70-84

Malara N.A., Navarra, G., An Early Algebra Glossary and its role in teacher education, 2008, in Czarnocha, B., Handbook of Teaching Research, University of Rzeszów press, Rzeszów, 193-207Mason, J.: 1998, Enabling Teachers to Be Real Teachers: Necessary Levels of Awareness and

Structure of Attention. Journal of Mathematics Teacher Education, 1, 243-267.Mason, J.: 2002, Researching Your Own Practice: the Discipline of Noticing. London: The Falmer

Press.Radford L.: 2000, Signs and meanings in students’ emergent algebraic thinking: a semiotic analysis,

Educational Studies in Mathematics, vol. 42, n.3, 237-268Shoenfeld, A.H.: 1998, Toward a theory of teaching in context. Issues in Education, 4 (1), 1-94.

41

Il ruolo delle teorie cognitive nell’analisi di protocolli

Paola VighiULRD - Dipartimento di Matematica dell’Università di Parma

Come la ricerca didattica documenta, l’analisi dei protocolli prodotti dagli allievi può costituire per l’insegnante una fonte di suggerimenti, riflessioni, approfondimenti. Purtroppo talvolta la valutazione in matematica, sottintendendo un particolare modello cognitivo e didattico, si limita alla verifica della corretta applicazione di regole o dell’esecuzione dei compiti proposti. D’altra parte l’analisi degli elaborati degli studenti può non essere semplice, richiedere tempo e, se necessario, un successivo colloquio con l’allievo per ulteriori chiarimenti. In queste pagine si intende mostrare un esempio in questo senso, che si è rivelato significativo per chi scrive.Nell’ambito di un progetto per l’apprendimento/insegnamento della Geometria, si è elaborata una scheda (si veda l’Allegato), che è stata somministrata ad allievi di tre classi quinte alla fine dell’anno scolastico.L’analisi dei protocolli ha evidenziato il mancato uso del concetto di metà, che avrebbe potuto fornire una veloce risposta alla prima domanda, ma che è stato utilizzato solo da 5 allievi su 58. Per gli insegnanti coinvolti nella sperimentazione si è trattato di un risultato inatteso, soprattutto tenendo conto del fatto che “gli allievi avevano già studiato le frazioni”. Una possibile spiegazione è fornita dalla “teoria dei registri di rappresentazione semiotica” di Duval (1993): il riconoscimento dell’equivalenza per superficie delle tre figure iniziali richiede un “traitment” cioè il passaggio da una rappresentazione semiotica ad un’altra, all’interno di uno stesso registro, quello geometrico, mentre l’associazione con il concetto di metà richiede una “conversion” dal registro geometrico a quello numerico. In questo caso è mancato il passaggio da una rappresentazione semiotica all’altra, fondamentale, secondo Duval, per l’apprendimento di un concetto. In effetti, la forma in cui si è posta la domanda iniziale conduceva l’attenzione sulle parti scure (pomodoro) delle figure, anziché sul confronto parte-tutto (Hart, 1985).Successivamente si è cercato di classificare le diverse tipologie di approccio al problema da parte dei bambini: soprattutto nella prima parte della scheda la percezione impedisce di “vedere geometricamente” le figure e induce a scegliere il trancio C, seguendo il primo colpo d’occhio; la geometria scolastica gioca poi un ruolo determinante, e conduce a misurare e calcolare aree (e talvolta perimetri, facendo emergere il ben noto conflitto perimetro-area (Chamorro, 2002) ) oppure a sovrapporre una griglia di quadretti alle figure, riproducendo ciecamente (Wertheimer, 1965) il comportamento dell’insegnante in situazioni analoghe, relative a problemi di area. Nella seconda parte della scheda si nota che per affrontare con successo il problema, tracciare opportune linee risulta determinante per gli allievi. Si tratta dei cosiddetti “tracciati supplementari” o “tracciati riorganizzatori” che “permettono di vedere una procedura di risoluzione del problema posto” (Duval, 2006). Essi consentono di riorganizzare una figura data allo scopo di farne apparire delle forme non riconoscibili e di realizzarne una decomposizione mereologica (dal greco μέρος, "parte"), cioè una divisione in parti da giustapporre o sovrapporre, per ricostruire, con le parti così ottenute, una figura diversa da quella iniziale. In effetti nell’analisi dei protocolli la soluzione basata sulla decomposizione mereologica è risultata la migliore, essa è stata usata soprattutto dagli allievi che avevano precedentemente lavorato con il Tangram.La lettura della teoria di Duval, relativa ai diversi modi di vedere in geometria, inizialmente non inserita nel quadro teorico, si è rivelata uno strumento fondamentale per l’analisi dei protocolli.

BibliografiaChamorro, M. C. (2002). Le difficoltà nell’insegnamento-apprendimento delle grandezze nella

scuola di base. La Matematica e la sua Didattica, 1, pp. 58-77.

42

Duval, R. (1993). Registres de représentation sémiotiques et fonctionnement cognitif de la pensée. Annales de didactique et de Sciences Cognitives, 5, pp.37-65.

Duval, R. (2006). Les conditions cognitives de l’apprentissage de la géométrie: développement de la visualisation, différenciation des raisonnements et coordination de leur fonctionnement, Annales de didactique et de Sciences Cognitives, 10, pp.5-53.

Hart, K. (1985). Le frazioni sono difficili, In L. Artusi Chini (Ed.), Numeri e operazioni nella scuola di base (pp. 144-166). Bologna: Zanichelli.

Wertheimer, M. (1965). Il pensiero produttivo. Editrice Universitaria Firenze.

43

RAGIOCNANDO: an experimental project of research

through collective construction of knowledge

CHIARA LUGLI I.P.S.I.A “G. VALLAURI” CARPI (Mo)

chiaralu@inwind.it&

ROBERTA FANTINII.C. “G.B.Toschi” Baiso – Viano (RE)

robbifantini@libero.it

In this work we give details of a job realized between 2006 and 2008 in relation to a project of study and research finalized to the introduction of methodological and curricular innovations in the classes and aimed at sixth-grade students. In this project students explored regularities in numerical and figural sequences with the aim to discover functional relation between number of order and the term in that position, using algebraic representation.In this work we describe the characteristics of the project, illustrate some activities experimented and we explain the results that we obtained in the classes. We explain didactical and pedagogical strategies that are important for the promotion of a critical spirit of research, for the development of a “divergent” mathematical thinking. We investigate about the analysis methodology of class processes and we reflect on own professionality and competences.We proposed numerical sequences (arithmetical progressions) and figural sequences with the aim to confront different visualizations of the same sequence. Investigation and research of regularities in a figural sequence supports different styles of learning. The attention is focused on visualization ability, on analysis of graphical representation of the terms of a sequence, on the capacity to reflect on own reasoning’s strategies for the counting, on the capacity to evaluate possible appearance of a term in a sequence.In particular students, observing progression’s regularity, must preview in that way succession continuous, characterizing therefore its generation by the application of the same operator, and discover functional relation between index of position and the term in the same. Progressively students arrive to generalization using algebraic language. In particular students are guided in the investigation of the functional relation between a sequence’s term and the first term of the sequence; successively they decoded functional relation.We elaborated tests and realized cards of job in order to construct graduate activities with increasing difficulties. In this way students explored some problematic situations from PISA’s test more serenely. The cards of job guided then collective discussions. We elaborated preventive traces for the conduction of collective discussions in order to hold under control the points key, questions stimulus to help the students to not stimulate discussions ambiguous or little coherent with the last objective. Our research methodology focused on the analysis of classroom-based processes, and was supported by audio recordings of collective discussions, their transcription commented by teacher and the analysis if students’ productions, in order to have an overall definition of the project’s educational and disciplinary methodology, by drawing a distinction between effects on students and effects on teachers.During the activities realized in the class after this path, we have noticed how most part of the students has developed and consolidated the following mathematical and cross skills: esploring showed situation; translating consciously form natural language to algebraic language and vice-versa, managing specific language, suggesting conjectures and verifying them, identifying function relationship.

44

Our repeat reading and thinking over commented transcriptions allowed for a self-evaluation of our own professionalism, a critical metareflection on our own way of managing collective discussions, on our way to send students’ suggestions back to the class, to intervene and direct, sometimes categorically, the discussion itself. After this process we got a higher professional awareness: in particular we become aware of the need to refine our capacity if grasping immediate feed-back by students in a meaningful way, always keeping in mind the aims of the route we undertook. We also reached a higher awareness of our own capacity of mediating in teaching situations as well as of the need for a careful control over a clear distinction and coordination of natural language and specific language.

45

Il laboratorio e le nuove tecnologie per il rinnovamento del curricolo di Matematica

Dalla formazione iniziale alla formazione permanentedegli insegnanti di Matematica e Scienze

esperienze e materiali on line

Giuliana Gnani8

Dipartimento di Matematica,Università degli Studi di Ferrara, Italia

Si propongono alcune esperienze sviluppate nell’ambito della SSIS–sede di Ferrara. Si illustrano in particolare alcuni percorsi didattici di matematica e scienze integrate, progettati nei laboratori didattici in collaborazione con supervisori e insegnanti in formazione di matematica e scienze. In un contesto costruttivista è presentato un approccio all’insegnamento-apprendimento integrato di Matematica e Scienze, con particolare attenzione alla creazione di ricchi ambienti di apprendimento e all’uso di specifiche strategie di insegnamento per migliorare la comprensione della Matematica e delle Scienze. I percorsi didattici realizzati sviluppano temi rilevanti in funzione della comprensione dei concetti di matematica e scienze, come ad esempio: Matematica e ambiente, La vita segreta dei cristalli, Le Bolle di Sapone, Comporre e scomporre.Il materiale è stato opportunamente strutturato per la presentazione on line nell’ambito del progetto europeo ISSUE e nell’ambito del progetto MatematicaInsieme, promosso dall’USR-ER edè visibile nei siti www.unife.it/progetti/matematicainsieme e www.matematicainsieme.it.La pubblicazione dei percorsi didattici interdisciplinari corrisponde alle finalità dei progetti citati, che promuovono lo sviluppo di strumenti e mezzi per comunicare on-line la matematica e le scienze, e per migliorare la comprensione delle difficoltà di apprendimento del pensiero scientifico. Ogni percorso è stato sviluppato in un contesto teorico ed è stato in parte sperimentato con la collaborazione di supervisori e docenti in sevizio, quindi risulta particolarmente efficace per la formazione degli insegnanti di matematica e scienze di Scuola Secondaria di primo grado.La presente comunicazione intende evidenziare come l’esperienza maturata nei laboratori didattici della SSIS per la formazione iniziale degli insegnanti possa avere una ricaduta importante nello sviluppo professionale e nell’aggiornamento degli insegnanti in servizio.Bibliografia

DREIVER R., ASOKO K., LEACH J., MORTIMER E., SCOTT P. (1994), ”Construtting Scientific Knowledge in the Classroom”, Educational Researcher, October 4, 5-12.

GNANI G. (2001), “Le valenze del corso di Laboratorio della Didattica delle Scienze matematiche, chimiche, fisiche e naturali nella formazione degli insegnanti specializzati della SSIS(sede di Ferrara)”, Atti del Congresso Nazionale Mathesis, Mantova, 2001, 223-229.

Idee e proposte per un corso di aggiornamento in didattica della matematica per docenti di Scuola Secondaria (a cura di Gnani G. e Roselli V.) (2008), Quaderni di didattica della Matematica, SSIS, 2, Ferrara.

VENVILLE G.J., WALLACE J., RENNIE, L.J., MALONE, J.A. (2000), “Curriculum Integration: Eroding the High Ground of Science as School Subject?2 Science and Mathematics Education Centre, Curin University of Technology, GPO Box U1987, Perth 6845 WA Australia. Available online: http://www.aare.edu.au./01pap/ven01542.htm

8 Professore associato e Docente SSIS-Dipartimento di Matematica-Università degli Studi di Ferrara(giuliana.gnani@unife.it)

46

Sitiwww.unife.it/progetti/matematicainsiemewww.matematicainsieme.itwww.issueproject.net

47

La partecipazione alla costruzione di una mostra documentaria di attività didattiche innovative come momento di riflessione per gli allievi sulle competenze e concezioni maturate

Annalisa CusiLiceo Scientifico ‘A. Moro’ (Reggio Emilia) e GREM dell’Università di Modena e Reggio Emilia

Nell’ambito della didattica delle scienze, numerosi sono i lavori di ricerca che documentano gli effetti positivi del coinvolgimento di studenti, anche futuri insegnanti (Chin 2004), in attività che si realizzino all’interno di contesti di apprendimento informali o semi-formali. Con quest’ultimo termine, in particolare, si indicano quei contesti nei quali l’apprendimento si realizza intenzionalmente, ma al di fuori dai tradizionali contesti di apprendimento scolastico (Kahr-Højland, 2006). La ricerca sottolinea come lavorare in contesti semi-formali consenta agli studenti di interagire intellettualmente e fisicamente con materiali didattici mirati a dar concretezza ai concetti scientifici (Hofstein e Rosenfeld, 1996), riflettere in maniera più approfondita sui significati delle attività in cui sono coinvolti (Kahr-Højland 2006) ed anche sviluppare maggior interesse e motivazione nei confronti dello studio delle scienze (Renninger 2007). Anche le attività di costruzione e progettazione di una mostra rappresentano contesti semi-formali di apprendimento poiché all’interno di essi gli studenti svolgono un ruolo completamente diverso da quello che tradizionalmente si trovano a svolgere nella classe. Pochi sono i lavori di ricerca in didattica della matematica che focalizzano l’attenzione sulle mostre matematiche come contesti informali o semi-formali di apprendimento (Di Sieno e Turrini, 2005) o che mettono in luce gli effetti della partecipazione attiva degli studenti a visite guidate di mostre matematiche (Navarra 2006). Pochissimi sono poi gli studi che documentano il lavoro di costruzione delle mostre stesse da parte degli studenti (pionieristico e tra i più noti è quello, risalente agli anni ’70, condotto da Emma Castelnuovo con le sue classi). Il lavoro che qui presentiamo si colloca in questo indirizzo di studi. Esso nasce all’interno di un ampio progetto di ricerca in didattica della matematica, realizzato in collaborazione paritetica con gli insegnanti partecipanti, secondo il paradigma italiano della ricerca per l’innovazione (Arzarello e Bartolini Bussi, 1998). Il progetto mira a favorire lo sviluppo, da parte degli studenti, di una matura concezione dell’algebra (Arcavi, 1994), oltre che un loro uso consapevole del linguaggio algebrico come strumento di pensiero (Arzarello, Bazzini e Chiappini, 1994). Per il raggiungimento di questo obiettivo didattico generale, abbiamo progettato un percorso sperimentale, articolato in sei diverse fasi, da attuarsi nel lungo termine, finalizzato a condurre gli allievi ad appropriarsi, gradualmente e consapevolmente, delle competenze necessarie per affrontare in maniera autonoma la costruzione di dimostrazioni in ambito aritmetico via linguaggio algebrico. Le attività del percorso sono state proposte a studenti di 14-15 anni di quattro diverse classi: due prime liceo scientifico e due seconde liceo socio-psico-pedagogico. Al progetto sperimentale nelle classi è stato dato come nome ‘Il filo di Teseo’, spostando l’attenzione da Arianna (che nel noto mito greco concepisce il progetto di fuga di Teseo dal labirinto e gli dona il filo che lo salverà) a Teseo, visto come artefice del dipanarsi del filo ricevuto. Al termine delle attività sperimentali, assieme a due dei docenti che hanno collaborato con noi, abbiamo deciso di coinvolgere gli studenti delle loro due classi (le seconde liceo socio-psico-pedagogico) nella progettazione e costruzione di una mostra mirata a documentare il lavoro svolto, per far uscire dall’aula le esperienze fatte con l’obiettivo di condividere con altri i risultati raggiunti ed offrire spunti di riflessione sulla riproducibilità del percorso didattico e sulle sue implicazioni educative. Poiché questo lavoro si è rivelato un importante momento educativo, con una forte incidenza sulle consapevolezze degli studenti, abbiamo scelto di farne oggetto di un report, per evidenziare come iniziative di questo tipo, collaterali alla attività scolastica usualmente intesa, ma impregnate di essa, consentano un apprendimento più incisivo e consolidato per il forte impatto

48

emotivo e motivazionale sugli studenti. Nell’esposizione ci soffermeremo sui due importanti momenti di discussione che hanno visto il coinvolgimento di tutti gli allievi e che rappresentano il fulcro delle attività di preparazione della mostra condotte assieme a loro. La prima discussione è dedicata all’analisi, da parte degli studenti, di alcuni protocolli da loro prodotti nel corso delle attività e da noi selezionati per essere esposti sui pannelli della mostra; tale discussione aveva come principale obiettivo il fissare alcune loro riflessioni scritte a commento di ciascun protocollo per comunicare e rendere fruibile all’esterno sia l’esperienza vissuta che le nuove concezioni maturate dagli studenti. La seconda discussione, di livello meta in relazione al senso del percorso didattico innovativo sperimentato dagli allievi, è scaturita a partire dalla nostra richiesta di proporre le loro personali interpretazioni della metafora insita nel titolo del progetto (“Il filo di Teseo”) e a loro mai esplicitata. Partecipare a questo secondo momento di discussione ha consentito agli allievi di riflettere non solo su come il percorso abbia modificato il loro modo di porsi nei confronti dei problemi che hanno dovuto affrontare, ma anche su come ha influito sulla nuova concezione della matematica e del suo insegnamento che essi hanno potuto maturare. Nel report metteremo in luce, attraverso l’analisi di alcuni stralci tratti da queste due discussioni, come questo lavoro per la mostra abbia consentito agli studenti, attraverso le riflessioni a cui sono stati chiamati, di chiarire a se stessi e quindi di consolidare, il senso personale da loro attribuito non solo alle attività del percorso didattico che li hanno visti coinvolti, ma anche, più in generale, allo stesso apprendimento della matematica (Leont’ev 1977).BibliografiaArcavi, A. (1994). Symbol sense: informal sense-making in formal mathematics. For the Learning of Mathematics, 14(3), 24–35.Arzarello, F. e Bartolini Bussi, M. (1998). Italian Trends of Research in Mathematics Education: a National Case Study in the International Perspective. In Kilpatrick, J. e Sierpinska, A. (Eds.), Mathematics Education as a Research Domain: A Search for Identity (pp. 243-262). Netherlands: Kluwer Publishers.Arzarello, F., Bazzini, L., e Chiappini, G. (1994). L’algebra come strumento di pensiero. Analisi teorica e considerazioni didattiche. Progetto strategico TID, Quaderno 6. Castelnuovo, E. (1972). Documenti di un'esposizione di matematica. Bollati Boringhieri Editore.Chin, C. (2004). Museum experience – A resource for science teacher education. International Journal of Science and Mathematics Education 2, 63–90.Di Sieno, S. e Turrini, C. (2005). Matematica a ... Un format per mostre di matematica. In M. Emmer (a cura di), Matematica e cultura 2005 (pp. 155-169). Publisher Springer Milano.Hofstein, A. e Rosenfeld, S. (1996). Bridging the gap between formal and informal science learning. Studies in Science Education, 28, 87-112.Kahr-Højland, A. (2006). The ‘Personal Exhibition’ as an educational tool in a semi-formal learning setting. In Bruillard, E. et Al. (Eds.), Eighth International Conference on Learning and Educational Media “Caught in the Web or Lost in the Textbook?” (pp. 87-98).Leont’ev, A. N. (1977). Attività, coscienza e personalità. Ed. Giunti Barbera.Navarra G. (2006). Mostra ‘Esplorando l’early algebra’. In B. D’Amore (Ed.), Atti Incontri con la matematica n.20: La didattica della matematica in aula. Castel S. Pietro. Pitagora Editrice Bologna. 256-257.Renninger, K.A. (2007). Interest and Motivation in Informal Science Learning. Report for the National Research Council. http://www7.nationalacademies.org/bose/Commissioned_Papers.html

49

The role of Ontologies in Technical EducationElio Toppano

Dipartimento di Matematica e InformaticaUniversità di Udine, Via delle Scienze 208 – Udine, Italy

elio.toppano@dimi.uniud.it

1. IntroductionA large number of attempts have been made, in the past, to delimit the field of Technical Education in a principled way, i.e. in such a way that there is some topical unity - the types of research questions asked - as well as a methodological one. We consider Technical Education as a perspective rather than a discipline. It is concerned with the system of artefacts, their life-cycle and evolution and the role that artefacts play within the socio-cultural context. By the term “artefact” we understand any object or process that has been intentionally designed and built to satisfy some need or goal. In this presentation we shall focus on two important tasks related to artefacts namely analysis and design. The aim is to explore the conceptualizations that are used to describe and reason about artefacts. We are interested in those conceptualizations that are developed and shared within communities of practice through social processes of perspective making and taking (Boland and Tenkasi, 1995). These conceptualizations are called ontologies. Ontologies provide a common ground for a community; they are strictly related to the activities that are performed within the community and evolve with the activities themselves. Participation within any kind of community requires familiarity with its explicitly and implicitly stated ontologies. Accordingly, knowing and correctly applying ontologies in practice is an integral part of vocational training and an important step in the progression from novice to expert in a given field. The presentation is organized as follows. In Section 2 we briefly discuss the concept of ontology, its main constituents, dimensions of ontology variation and possible uses. Section 3 introduces a conceptual framework, called Multimodeling, that is composed by four integrated ontologies and can be used to represent and reason about technical artefacts from different points of view. Furthermore, we show how the framework can be exploited in design activities. Finally, in Section 4 we conclude by discussing the role of ontologies for fostering learning.2. OntologiesOntologies are means for conceptualizing and structuring knowledge within a domain of discourse. They are developed within communities of practice to represent and crystallize a common understanding of the considered domain. An often cited definition, proposed by (Gruber, 1995; Borst, 1997), says: “an ontology is a formal explicit specification of a shared conceptualization for a domain of interest”. Being a conceptualization an ontology includes: concepts, relations among concepts, attributes, axioms together with their terminological realizations i.e. a vocabulary. Various kinds of ontologies exist: i) upper or top level ontologies represent general world knowledge; ii) core ontologies are developed to represent the most important concepts of a domain; iii) domain and task ontologies specify declarative and procedural knowledge, respectively. An important characteristic of ontologies – that makes them different from other conceptual system such as personal conceptualizations or mental models – is that they are, by definition, socially shared artefacts. Their generation requires a cooperative process in order to gain a consensual representation of the collective knowledge of the domain of interest. We want to stress two aspects of the above definition that are relevant for the sequel. Firstly, an ontology is an artifact. It is the final product of a specific and systematic development process. Currently, ontology engineering is a mature field: methodologies, languages and tools are available to support the entire ontology life-cycle, from design to maintenance and evolution (Toppano et al., 2008). This makes an ontology an object of study for Technical Education. Secondly, an ontology is a particular type of artefact i.e. a cognitive tool (Norman, 1991). As an objectification of socially shared knowledge, an ontology can be regarded as a mediating artefact and a “boundary object” between community of practices.

50

Moreover, as we shall show, it can be seen as a metamodel i.e. a general schema providing the types of concept that can be used to build specific models of the domain of application.3. Ontologies and Technical EducationIn the field of Technical Engineering there is not a single ontology as communities of designers, engineers and other stakeholders often create and use multiple conceptualizations which do not necessary map to each other. Accordingly the learner has to be familiar with multiple ontologies, be able to mediate between them and to know when to use which one. We briefly illustrate four ontologies that have been proposed, in the last decade, to model artefacts from different points of view namely, structural, behavioral, functional and teleological. For each of them we shall provide a conceptualization - a set of basic concepts and relationships among them - discuss its underlying assumptions and identify the kind of problems i.e. the set of "competence questions", that it is possible to tackle using the conceptualization. Finally, we integrate the ontologies into a common framework, a multimodel, that can be used to support several reasoning tasks such as explanation and design (Toppano, 2002).4. Conclusions: using ontologies for fostering learningCurrently, ontologies are mainly used for semantic annotation of resources on the web in order to support information retrieval, automated inference and interoperability of services and e-learning applications. However, it is possible to envisage several other scenarios in which they can be effectivelly exploited for fostering learning. We shall discuss two of them. The first one assumes that one or more ontologies already exist for the domain of discourse and investigates their use in modeling tasks. A second scenario focuses on collaborative ontology development as learning method. References BOLAND J.R., TENKASI R.V. (1995), Perspective making and perspective taking in communities of knowing, in “Organization Science”, 6, 4, pp.350-372.BORST W.N. (1997), Construction of Engineering Ontologies, PHD. Thesis, University of Twente, Enshede.GRUBER T.R. (1995), Towards principles for the design of ontologies used for knowledge sharing, Int. J. on Human-Computer Studies, Vol. 43, No. 5-6, pp. 907-928.NORMAN D.A. (1991), Cognitive artefacts, in J.M. Carroll (Ed.), Designing interaction, Cambridge, MA Cambridge University Press.TOPPANO E. (2002), MMforTED: A cognitive tool fostering the acquisition of conceptual knowledge about artefacts, in Proc. ITS2002 International Workshop: Model based educational systems and qualitative reasoning. The next generation, San Sebastian, Spain, pp. 96-105.TOPPANO E., ROBERTO V., GIUFFRIDA R., BUORA G.B. (2008), Ontology engineering: reuse and integration, Int. J. Metadata, Semantics and Ontologies, Vol. 3, No. 3, pp. 233-247.

51

Modelli per l’Ambiente e Modelli per l’Apprendimento

Prof. F. RiottaPalermo

premessaCrescita del sapere tecnico-scientificoIl tema della continua crescita del sapere è argomento talmente noto che è opportuno dare per assodata la condivisione delle sue linee essenziali. Al solo fine di assumere un riferimento comune ritengo utile mettere in evidenza solo qualche elemento: la quantità di conoscenza scientifica e tecnologica costruita negli ultimi decenni è non solo aumentata in maniera tale da superare quella esistente in precedenza, ma gli stessi presupposti scientifici sono stati sottoposti a profonda verifica, e la medesima generazione di studiosi si trova a ridiscutere i fondamenti di tale conoscenza, dalla struttura atomica alla trasformazione dell’energia fino alla possibilità di entrare nello sviluppo bio-fisiologico dei viventi; la crescita esponenziale della velocità di innovazione tecnologica e di scoperta scientifica rende completamente inadeguato il sistema di trasmissione della conoscenza alle nuove generazioni nel senso che la scuola, sia per la formazione dei docenti che per i supporti didattici quali i libri o il materiale divulgativo, sarà sempre inevitabilmente surclassata e quindi fuori concorso rispetto agli ambienti informali di apprendimento come il web o la televisione sia generalista che tematica; la conoscenza tecnico-scientifica dei decenni passati costituiva un sistema culturale “laico” che si confrontava con il sistema “religioso” su piani dialettici anche aspri e spesso indisponibili al dialogo, mentre oggi questo tipo di sapere si muove su piani etici che coinvolgono le scelte dei singoli, per le quali le indicazioni dei sistemi superiori sono solo uno sfondo di riferimento e che mette anche il giovane davanti a domande profonde per le quali occorre una diversa autonomia di giudizio.i modelli nell’insegnamento della scienza e della tecnologiaInadeguatezza della scuola a seguire i nuovi ritmiLa scuola quindi si trova non solo davanti ad un problema di contenuti, ma è coinvolta in una riflessione sul suo stesso ruolo perché da un lato non può più preparare al lavoro in quanto non avrà mai disponibili quelle macchine che sono realmente impiegate nelle aziende, e dall’altro lato deve mettere le nuove generazioni in condizioni di affrontare un mondo che cambia con grande velocità, nel quale chi è capace di modificare se stesso sviluppando un comportamento proattivo potrà gestire il proprio futuro, cercando di produrre effetti desiderati e ridurre gli effetti di quelli dannosi, mentre chi rimane immobile a subire il cambiamento verrà escluso dal mondo in movimento.In altri termini ci si trova nella condizione di dover pensare alla formazione come preparazione alla consapevolezza dei propri pattern e abitudine a rimettere in discussione e modificare questi modelli.Necessità di compiere una selezione tra i contenutiSe la questione viene posta come la sola selezione dei contenuti, si entra a corpo morto nella contrapposizione acquisire i contenuti per costruire modelli o modellizzare per saper acquisire e gestire i contenuti? ponendoci nostro malgrado davanti alla necessità di fare una selezione, perché nel tempo-scuola disponibile non si può ottenere la trasmissione di tutto il sapere tecnico-scientifico. Ma cosa sacrificare? E soprattutto quale criterio utilizzare per scegliere cosa sacrificare?Assumere questo approccio al problema, che pone al centro la trasmissione di un sapere codificato, determina una fissità che ci conduce al vicolo cieco dell’arbitrio che tutti noi riteniamo insoddisfacente.Molti studiosi ci offrono oggi una nuova prospettiva con la quale si raccoglie la sfida della complessità, e ci mostrano che in realtà è da ridiscutere il significato stesso dell’espressione “contenuto” e che ciò “che non si può fare a meno di sapere” è più una consapevolezza che una serie di dati e formule.

52

Ne emerge che per comprendere il mondo che cambia, per intervenire e partecipare al cambiamento, quello di cui è necessario appropriarsi, è il pensiero sistemico, unitamente ai suoi strumenti quali i modelli dinamici e la scatola nera, senza i quali risulta difficile evolvere l’erudizione in cultura e quindi in piena responsabilità delle proprie azioni.Scuola e longlife learningLa scuola non è bene che partecipi a quella sfida al massacro da cui ne uscirebbe sicuramente perdente; al contrario dovrebbe fornire gli strumenti di base, le competenze di accesso, perché, contrariamente a cinquant’anni fa, l’accrescimento del proprio sapere non viene limitato all’adolescenza e quindi alla scuola, ma si estende all’intera durata della vita, con quello che ciò comporta sul piano della crescita della conoscenza tecnico-scientifica da parte dell’umanità, e anche sul piano dell’apprendimento di nuove tecniche di lavoro e dell’uso di nuove apparecchiature o l’apertura di nuovi ambiti di attività.i modelli semplici e i modelli complessi o dinamiciIl pensiero sistemico e la logica della complessitàCapire e controllare il mondo richiede necessariamente la capacità di pensarlo in tutta la sua complessità. Considerato però che ciò non è possibile nella limitatezza delle nostre intelligenze, l’approccio alla complessità si ottiene con una continua azione di zoom tra il particolare e il globale. Se guardo lo stadio da una ripresa aerea, non sono in condizione di distinguere ciò che succede tra due giocatori o spettatori vicini, ho la visione d’insieme, ma non capisco i dettagli e magari non riesco a spiegarmi il perché dell’agitazione di tutto il pubblico. Di contro se analizzo una azione in campo o uno scambio di opinioni tra gli spettatori, non ho la visione d’insieme di ciò che succede, e non riesco a percepire la reazione del pubblico a un evento in campo.Passare da una visione all’altra mi permette di inserire l’azione di dettaglio in uno scenario integrato e complesso. Come si usa dire, per capire la foresta devo studiare gli alberi, ma per capire un albero devo studiare la foresta.Processi e variabiliEcco allora che il tema di studio sono i processi e non gli oggetti, che dei processi sono gli strumenti. Un processo, in questa prospettiva diventa un sistema di variabili interconnesse e gli oggetti sono vettori di variabili. Studiare un processo significa capire come una variabile di input abbia determinato una modifica della variabile di output rispetto a quella prevista. La continua ricerca del perché, lasciando il come alla dimensione dell’approfondimento.Lo studio di quali, quanti e di quanto variano determinati parametri e la costruzione di modelli che rappresentano da un lato le ricorsività e dall’altro le specificità diventa essenziale per comprendere il sistema di relazioni in continua trasformazione che si realizzano intorno a noi. Riuscire a costruire modelli rappresentativi e organizzativi di processi di causa-effetto che non siano solo lineari, ma che tengano conto della ripetitività (l’evento si ripete nel tempo) e della ricorsività (che producono effetti a loro volta cause di nuovi processi secondo il rapporto azione-retroazione) diventa pertanto la competenza trasversale in grado di permettere l’acquisizione di competenze specialistiche o consapevolezze critiche.E salendo di livello, saper considerare il feedback assume maggiore peso soprattutto quando ci si trova davanti a sistemi dotati di memoria, come quelli biologici, quelli cioè in grado di apprendere dall’esperienza, così da non ripetere mai allo stesso modo il comportamento davanti ad un processo ripetitivo.Comprendere un processo in senso pieno può ritenersi quindi il risultato di una indagine sulla struttura logica di ciò che lo determina (perché), arricchendola con la conoscenza della struttura operativa, cioè con l’insieme dei sottoprocessi o degli strumenti che intervengono nel processo (come).l’artificio della scatola nera per l’approccio ai sistemi complessiIpertesto e scatola neraSecondo la definizione di Wiener, “la scatola nera è un elemento di un apparato che esegue una determinata operazione in dipendenza del potenziale di ingresso, senza che si abbiano però

53

informazioni circa la struttura secondo cui l’operazione si compie”. In altri termini, conosciamo la variabile di ingresso, quella di uscita, ma non sappiamo come e perché avviene l’operazione, non conosciamo leggi, funzioni, operazioni che collegano le modificazioni delle variabili di ingresso con quelle delle variabili di uscita.La scatola nera quindi, come un ipertesto, è un artificio che sintetizza il processo, mettendo in evidenza il solo livello logico secondo il quale il sistema modifica il suo comportamento lasciando il livello operativo come qualcosa di non conosciuto, appunto “oscuro”. Aprendo la scatola ci troviamo davanti agli elementi del sistema che interagiscono tra loro per ottenere quel risultato pertanto, indagare la struttura operativa del processo significa trovarsi davanti a un sistema ridotto che può essere studiato come il precedente, senza perdersi nei dettagli con il ricorso a nuove scatole nere. E’ la logica dell’olone.Scatola nera e scatole cinesiLa scatola nera quindi, come un gioco di scatole cinesi, racchiude ciò che può distrarre dalla comprensione del sistema rimandando ad un approfondimento successivo la comprensione delle cause e delle retroazioni che sottostanno ai comportamenti generali.Porre un limite a questo gioco di scatole è come circoscrivere il campo della nostra ricerca e soprattutto affidarsi alle ricerche di altri e integrarsi nella conoscenza più generale del genere umano.Una esemplificazione interessante si può trovare nell’analisi dei comportamenti in relazione al problema della mobilità urbana, dove il gioco delle scatole nere consente di conoscere e studiare il flusso del traffico, l’urbanistica, le regole di convivenza, il funzionamento degli impianti o delle macchine, così come il ruolo della comunicazione non verbale e delle interazioni comportamentali tra i cittadini, spostando lo zoom fin dove ha senso per i nostri scopo formativi.il modello dpsir per l’analisi delle situazioni ambientaliI cinque fattoriL’acronimo DPSIR sta per Determinante, Pressione, Stato, Impatto, Risposta. Con Determinante si intende tutto ciò che determina alterazioni dell’ambiente; il fattore di Pressione è tutto ciò che nell’ambito di un determinante esercita una pressione sull’ambiente ed è costituito da una serie di indicatori quanti-qualitativi; lo Stato è l’insieme dei valori che raggiungono questi indicatori, nel momento di analisi, fornendo informazioni così sull’ambiente allo Stato attuale; l’Impatto è l’insieme delle conseguenze che lo Stato attuale provoca sulle condizioni dell’ambiente e infine la risposta è l’insieme delle azioni che politici e amministratori hanno messo in moto per intervenire a tutela dell’ambiente. Il modello DPSIR costituisce lo schema-guida per la stesura delle Relazioni triennali sullo Stato dell’Ambiente (RSA)DPSIR della collettività e dei singoli: RSA e l’impronta ecologicaIl DPSIR costituisce uno strumento tecnico di uso specialistico nel settore ambientale che offre però interessanti applicazioni sul piano della formazione della persona e dello studio di temi tecnico-scientifici, così come temi di carattere sociale ed economico. Il suo valore didattico non sta solamente nella analisi di valori trattati come dati, ma negli spunti notevoli che offre per favorire la comprensione di problemi complessi, i cui fattori sono strettamente correlati e difficilmente affrontabili separatamente, e per attivare il processo di co-responsabilizzazione verso la soluzione di problemi che interessano la collettività.Si può infatti centrare l’attenzione sulla risposta che dà il singolo come contributo alla soluzione del problema, si può analizzare come ogni soggetto influisca sul valore dei fattori di pressione o sul valore che attribuisce agli impatti e sulle priorità che ritiene siano da seguire nel definire le risposte. Un tale processo di confronto tra posizioni individuali, in classe, permette di muoversi all’interno dell’approccio problematico, dal problem finding al setting e via via la problem analysis e il problem posing, utilizzando le tecniche di socializzazione delle idee, più vantaggiose.Particolare interesse può essere posto nei diversi materiali usati per il calcolo della propria impronta ecologica per dimostrare che alla produzione degli effetti generali contribuiamo tutti in modo più o meno rilevante.

54

Le aree di disimpegno morale di A. Bandura e la logica del conflitto cognitivoPer fissare l’apprendimento si può fare ricorso alla strategia del conflitto cognitivo che, mettendo in evidenza il contrasto tra i propri comportamenti e i valori che condividiamo e riteniamo prioritari, determina un corto circuito nelle proprie strategie difensive e predispone alla modifica dei comportamenti profondi, orientandoli verso quelli che vengono ritenuti virtuosi e che non creano situazioni di disagio.A tale scopo, per mettere in evidenza come il nostro comportamento sia da noi stessi coperto da un’aura di virtù, è utile far riflettere sul proprio comportamento in relazione alle aree di disimpegno morale studiate da A. Bandura per gli hacker e poi applicate anche al bullismo: etichettamento eufemistico, giustificazione morale, confronto vantaggioso, dislocamento della responsabilità, diffusione della responsabilità, distorsione degli effetti, deumanizzazione della vittima (la società), colpevolizzazione della vittima

55

Roberta – le ragazze scoprono la robotica

Fiorella Operto and Emanuele MicheliScuola di Robotica

C.P. 4124 - P.za Monastero,16149 Genova, Italia

Introduzione “Roberta in Germania”Roberta non è una ragazza, è un robot. È il nome scelto per un robot da un’associazione di donne imprenditrici della Repubblica Federale della Germania. È anche il nome di un progetto, finanziato dal 2001 dal Ministero dell’Istruzione della Germania, dedicato a promuovere la robotica tra le studentesse degli istituti primari e secondari.Il Ministero dell’Istruzione tedesco aveva evidenziato, già alcuni anni fa, un calo significativo delle iscrizioni di ragazze a istituti secondari e facoltà tecnico scientifiche, con un conseguente declino di giovani scienziati.È chiaro che le donne europee sono un potenziale non utilizzato, nei settori della ricerca scientifica e delle professioni collegate alla scienza e alla tecnologia. Certamente, per affrontare il problema occorrono tempi medi, e il Ministero tedesco ha deciso di affrontarlo partendo dalle scuole medie e secondarie. Lo scopo del Progetto Roberta è proprio quello di promuovere l’interesse delle ragazze verso la scienza, partendo dalla robotica, ed impiegando dei kit robotici.I partner di Roberta sono stati, oltre al Ministero per l’Istruzione tedesco, alcune università, musei scientifici, diversi istituti scolastici ai vari gradi di scolarità, l’associazione delle donne impegnate in professioni collegate all’ICT o all’informatica e la Divisione Educazione di Lego. La supervisione del progetto è stata, oltre che del Ministero, dell’Istituto Fraunhofer per i Sistemi Autonomi Intelligenti con sede a S. Augustin, nei pressi di Bonn. Il progetto è stato sviluppato espressamente per promuovere nelle bambine/ragazze attitudini scientifiche e tecnologiche, con un particolare impegno verso l’apprendimento di genere.Dal 2001, alcuni anni di sperimentazione hanno mostrato che i robot suscitano nelle studentesse un interesse pratico e “colorato emotivamente”. Inoltre, il metodo learning by doing (imparare facendo) favorisce l’apprendimento. Sono stati sperimentati kit robotici particolarmente orientati alla scoperta ed all’intervento ambientale, proprio per far leva sull’interesse della ragazze verso i temi ambientali. Le studentesse hanno progettato, costruito e programmato i robot con grande impegno.

Roberta in ItaliaNel 2006, i partner tedeschi del progetto Roberta hanno deciso di estendere il progetto a tutta l’Europa. Sono stati così selezionati partner in Austria, Italia, Regno Unito e Svezia. L’obiettivo è quello di creare una rete di istituti che adottino la metodologia di Roberta per le loro alunne. I corsi e il materiale sono stati tradotti nelle lingue nazionali. Scuola di Robotica è, con il Dipartimento di Informatica e Sistemistica della Sapienza Università di Roma, Centro Regionale per l’Italia.Scuola di Robotica (dal 2008) e il DIS di Roma possono certificare, a nome dell’Istituto Fraunhofer IAIS (iniziatore del progetto Roberta) gli insegnanti che avranno partecipato al corso come esperti della metodologia del progetto. Questi insegnanti potranno, a loro volta, dare vita a progetti, in collaborazione con i Centri regionali italiani.Da quando Roberta è stata portata in Italia ha coinvolto numerose scuole di ogni ordine e grado:

11 superiori (ITI, Licei),5 Medie inf.,4 Elementari, 2 Infanzia, 1 Scuola in OspedaleAd oggi sono numerose le ulteriori richieste di progetti e corsi di formazioni inerenti Roberta in Italia.

56

Motivazioni per un uso didattico della roboticaLa Robotica è un settore che sta acquistando sempre maggiore importanza scientifica, economica e culturale ed è una delle chiavi dell'attuale rivoluzione industriale e culturale.Il profilo particolare di questa nuova scienza implica - e promuove - una brillante attitudine creativa negli studenti che intendono intraprenderne la carriera. Inoltre, lo studio e l’applicazione della Robotica sviluppano negli studenti un atteggiamento nuovo ed attivo verso le nuove tecnologie.

Secondo importanti esperienze educative (Papert e altri), infatti, l’impiego dei robot nella didattica, offre, se paragonato ad altri strumenti, molti interessanti vantaggi, derivanti dalle caratteristiche del mezzo. Infatti: i robot sono oggetti reali tridimensionali che si muovono nello spazio e nel tempo e che possono simulare alcuni tratti del il comportamento umano e animale; I giovani apprendono più rapidamente e facilmente se hanno a che fare con oggetti concreti che soltanto operando su formule ed astrazioni, come sarebbe se i ragazzi si impegnassero semplicemente a programmare un computer; La motivazione di far funzionare una macchina intelligente e farla funzionare è molto potente.

Il fascino che hanno i robot sui bambini e sui ragazzi fa sì che anche i più piccoli possano esplorare, mediante questi sofisticati giocattoli intelligenti, il campo dell’ingegneria e delle scienze esatte, da una prospettiva divertente. Nel mondo anglosassone (es. al Robotics Institute della Università Carnegie Mellon di Pittsburg), i robot vengono impiegati abbastanza diffusamente fin dalle elementari, con interessanti risultati, per illustrare concetti fondamentali di ingegneria, fisica, elettronica, programmazione e automazione. In particolare, grande successo è stato riscontrato quando i robottini sono stati utilizzati per l’insegnamento in classi composte da ragazzine. Secondo queste ricerche [Mills, 1996, Greenfield, 1997], le ragazzine tendono a perdere interesse verso le materie scientifiche nel corso delle scuole medie: il lavoro sui robot, in questo caso, ha mantenuto vivo l’interesse scientifico associandolo ad uno sviluppo della manualità e del lavoro cooperativo. Inoltre, questi stessi studenti hanno spesso sviluppato interesse per materie come la biologia e lo zoologia, attraverso gli esperimenti su creature artificiali, attività che può essere paragonata a lavori di etologia sintetica.

La robotica come strumento per superare ottiche di genere nello studio delle materie scientifiche e tecnologiche

La diverse opportunità nella vita tra i generi è uno dei determinanti universali delle civiltà, ed è senza dubbio un problema assai complesso. Una civiltà sensibile ed evoluta dovrebbe tenere sotto controllo diversi misuratori relativi al proprio andamento; uno dei più importanti è proprio la valorizzazione e la promozione delle competenze femminili nella scienza.“Amo troppo la scienza per privarla dell’intelligenza delle donne”, ha affermato Roald Hoffmann, chimico teorico e premio Nobel 1981 per la chimica. È anche la scienza, a perderci, dall’assenza femminile, non solo le donne.Il basso numero di presenze femminili nelle professioni scientifiche rispetto alla maggiore quota maschile corrisponde a ragioni storiche e sociali. E laddove la società operi per promuovere la conoscenza e l’interesse verso le scienze tra le bambine e le ragazze, i risultati sono evidenti e felicissimi.Intervenendo prima della scuola superiore e dell'Università, quando ormai i giochi sono fatti, si ha la possibilità di incidere maggiormente sulle scelte future degli studenti, facendo conoscere ed amare le scienze e la tecnologia, creando interesse e motivazione allo studio superando le logiche di genere, più o meno indotte dalla società di cui facciamo parte. É un dato che, anche a livello adulto, la resistenza delle femmine all'uso delle tecnologie si traduce poi in delega ai maschi non solo

57

nell'uso degli strumenti ma anche nell'accesso alla formazione. Questo diventa critico quando l'adulto è un'insegnante e dovrebbe invece occuparsi di fornire ai propri alunni i mezzi per inserirsi nella società tecnologica di cui facciamo parte. Soprattutto nell'età adolescenziale, che corrisponde alla scuola secondaria di primo e secondo grado, si viene formando quella differenza nella percezione delle discipline scientifiche, influenzata sicuramente dalle problematiche dell'età legate alla socializzazione, che diventa poi determinante per le scelte formative successive. Scuola di Robotica ha avviato numerosi progetti per l’introduzione della robotica a scuola come strumento didattico, dimostrando come la robotica educativa non sia appannaggio della parte maschile della popolazione scolastica. il progetto più famoso è sicuramente Robot @ Scuola (www.scuoladirobotica.it/retemiur). Con questa e altre esperienze condotte da Scuola di Robotica si è toccato sempre con mano che i robot suscitano nelle studentesse un interesse pratico e “colorato emotivamente”.  Sono state sperimentate attività particolarmente orientate agli interessi delle ragazze, ad es. costruzione di robot con le caratteristiche di determinati animali e inseriti in un ambiente predisposto in modo tale da consentire una simulazione di comportamenti reali (formiche, api ecc.) o la progettazione di coreografie interpretate da ragazze e robot insieme.   Durante le attività le studentesse hanno progettato, costruito e programmato i robot con grande impegno e con capacità sicuramente non minori di quelle degli studenti.

La robotica come strumento di integrazione

L’ideazione, la progettazione, la costruzione di un robot  sono attività che richiedono fortemente la collaborazione e diventano quindi naturali strumenti per l'integrazione di studenti di origini culturali completamente distanti. Infatti nei laboratori di robotica creati nelle scuole partecipanti ai progetti condotti da Scuola di Robotica gli studenti vengono  organizzati in gruppi di lavoro,  ognuno dei quali contribuisce alla costruzione di una parte del progetto finale, quindi oltre alla collaborazione interna al gruppo viene esaltata anche l’interazione fra gruppi. In questo modo i bambini possono mettere i propri talenti al servizio del gruppo e possono  emergere qualità e passioni altrimenti nascoste nell’abituale studio individuale. Questa forte interazione fra i bambini consente l’integrazione e la possibilità a bambini contraddistinti da “talenti pratici” di emergere e guadagnare stima nel gruppo. Molto spesso i leader positivi e riconosciuti nel gruppo non coincidono con i leader “scolastici”, individuati cioè dall’andamento scolastico. La collaborazione fra “intelligenze” e culture diverse consente ai bambini di vedere sotto altri punti di vista i propri compagni creando un ambiente di collaborazione positivo e sereno.

Risultati del progetto Roberta in Germania e in Italia

Il progetto Roberta ha già ottenuto importanti successi. Uno studio dell’Università di Brema sulle bambine/ragazze che hanno seguito i cosi di Roberta (800 partecipanti) ha mostrato che gli obiettivi prefissati sono stati raggiunti (promozione dell’apprendimento globale; dell’apprendimento delle scienze; del lavoro di gruppo su problemi scientifici e tecnologici). Inoltre, il 94 per cento delle ragazze/bambine che hanno partecipato la Progetto hanno espresso commenti positivi e lo hanno consigliato alle loro amiche. In Italia tutti i docenti che partecipano al progetto hanno manifestato una maggiore interesse delle ragazze nei confronti della scienza e teconologia, sottolineando un maggiore coinvolgimento degli studenti in generale e delle ragazze in particolare grazie alle linee guida indicate nei corsi di formazione tenuti da Scuola di Robotica.

58

School and crime: The harmony of the counterpoint in the teaching methodology

Prof. N. AnzoinoCorsista SSIS, Università di Modena e Reggio Emilia

“….We were three, we were schoolmates, myself and Pinuccio used to attend the same class at the high school; Alfredo went to the course of foreign languages, in a building near there, at a few hundred meters away. But this was before, of course, long time before we founded ourselves in this other dimension. A dimension we perceived as very far away, then, at a sidereal distance, even though the wall of the jail borders the court-yard of the high school, where we often had our gym exercises….”9 To teach computer sciences at the high school is like living in a Eduardo’s comedy.During the same day the story goes on from dawn to sunset, in the same room, but at dreadful rhythm and in an escalation of coup the theatre and emotions worthy of a Tarantino’s film. It is the comparison between the world outside and world inside, but who establishes the perimeter? Light and dark: teaching in the morning in a high school class; running to the jail to continue the class, but with such a different students! They are known as the Burla’s street boys, those who are at the other side of the wall, the wall separating the good from the bad, in this case the most wicked. They are not prisoners like the others, they are VIP prisoners under strict surveillance. How can someone become a VIP? You are sentenced to 41bis and then, perhaps, after x number of years, if there are no special reasons, you come down from a stricter detention to a strict one.Crime and school: how to teach to a mass murder, a terrorist, a multimurder, a “cosa nostra” stakeholder? What was the role of the school for these boys that after some years kept in check the police in many countries of the world and became simple registration numbers? Was it possible to do something for them? What was wrong?Inside and outside: computer sciences is a neutral subject for definition, it doesn’t know border walls, social status, belonging to this or that group and last but not least, you can’t negotiate with a computer. Computer science is a litmus paper of the crisis that nowadays the Italian society goes through. But how to match the draconian final sentence of the computer with the criminal story of those who are inside?For those who are inside, when they were outside, it was enough a nasty glance, an unpleasant commentary to stub, to empty the loader, to send the killers. Now that they are inside, they learn, in their way, they learn slowly according to their pace, but they have understood the power balance, so they study because they are men who are used to obey orders and the order was to learn.For those who are outside, the simple idea to have to study is enough to awake in them a desire to have a gun, a knife, to through computers, desk, even the teacher out of the window. A good teacher, though with great difficulty, can manage to transform the majority of them in good students. Others fail and drop. Still others choose a criminal path, sometimes they are arrested, sentenced and they end up in jail with those who are inside. The perimeter, the border wall is crossed, there is no more difference, the circle is closed.Organised crime, international terrorism and school is a matching that seems impossible to the majority but, given the contrast offered by this matching, it fits for the application of the counterpoint teaching methodology10.

9 “Vista d’interni” by Antonio Perrone (nowadays prisoner in a top security jail) Manni ed, page.11, 200810 Counterpoint is the relationship between two or more voices that are independent in contour and rhythm, and interdependent in harmony. It has been most commonly identified in Western music, developing strongly in the Renaissance.

59

The counterpoint teaching methodology put in contact one or more students independent in learning but interdependent in reaching a complex, demanding, psychologically appealing goal. It is a methodology based on short but concise theory lessons, centred on the analysis and discussion of the subject and, the deeper the criminal abyss, the lively, coloured, fruitful cooperation during the class, the dialog, the project ability.In this way, the metamorphosis begins, the gang becomes a group, the knowledge full of gaps becomes more solid, efficient, aware. “….They (there are many, too many) are pleased when the journalists write all sort of things in the crime news of their local newspapers. They read and smile and are very proud of that. It’s their way to express their joy to see finally reached their greatest wish: to be known and recognised by all people. It is as if they say – if you can’t love me or accept me, I will compel you to hate me”11

The lab exercises, the real test stand of the subject, foster the cooperation among the students and they are proud to know to skilfully manage the computer, (it could be interesting to know that in our slang we call “ferro” (iron) what in English is called hardware, and iron is the crime slang for fire arms) and when the schoolmates don’t succeed they are all ready to help each other, to supply information in detail. It is the rhythm that become harmony in the counterpoint.

11 “Vista d’interni” by Antonio Perrone (nowadays prisoner in a top security jail) Manni ed, page.11, 2008

60

Il ruolo dei giocattoli nell’insegnamento della fisica

Giorgio Häusermann,Alta scuola pedagogica (Locarno) giorgio.haeusermann@aspti.ch

Marco Calò,Scuola media di Barbengo (Lugano)

Pamela De Lorenzi,insegnante di scuola elementare (Giubiasco)

I giocattoli e le semplici esperienze possono svolgere un ruolo importante nell’insegnamento della fisica e più in generale delle scienze naturali. L'attenzione che suscita il gioco e la sua caratteristica di incidere sull’interesse degli allievi sono indiscutibili e quindi utilizzare giocattoli può contribuire a migliorare la didattica della fisica a tutte le età. Attraverso l’osservazione diretta di fenomeni fisici tramite i giocattoli è possibile sviluppare competenze nel campo dell’espressione orale, scritta e grafica, nonché in campo matematico.Nel corso di questi anni sono state sviluppate dal nostro gruppo, con il sostegno dell’Alta scuola pedagogica di Locarno, diverse attività che hanno interessato la divulgazione scientifica, la formazione iniziale e l’aggiornamento dei docenti, la ricerca didattica e la promozione dell’interesse per la scienza presso i più piccoli. La maggior parte di queste attività hanno avuto come punto focale l’utilizzo dei giocattoli e di semplici esperienze.

La prima è stata “La scatola di Einstein”, proposta per le scuole in occasione del 2005 - anno mondiale della fisica. Essa contiene una raccolta di giocattoli e di semplici esperienze che permettono di affrontare diversi argomenti di fisica in modo divertente. Questa proposta è stata pensata innanzitutto per permettere agli allievi degli ultimi anni della scuola elementare o di scuola media di compiere, con l'aiuto dei docenti, i primi passi nell’ambito scientifico per mezzo di osservazioni e di semplici misurazioni. La “scatola” è stata allestita in diversi esemplari ed è stata data in prestito alle scuole che ne hanno fatto richiesta per un periodo di 2-4 settimane.http://www.aspti.ch/giocafisica/pagine/sc_einstein.html

L’attività successiva è stato il progetto “giovani scienziaTI”, messo in atto per avvicinare i giovani alla scienza divertendo. Attraverso l’uso di giocattoli, la loro costruzione, l’osservazione di come si comportano, di come funzionano sono state organizzate sull’arco di due anni, presso l’ASP di Locarno, una dozzina di incontri al sabato mattina a cui hanno partecipato fino a sessanta ragazzi tra gli 8 e i 12 anni. Il progetto è iniziato nel maggio 2006 in via sperimentale e si è poi sviluppato nei due anni scolastici successivi con incontri a cadenza mensile. I temi toccati negli incontri hanno riguardato il comportamento dell’aria, l’equilibrio, il movimento, l’elettricità, il comportamento della luce, il magnetismo, la geometria e la meteorologia. Incontri sono stati organizzati anche in altre località del Cantone.http://www.aspti.ch/giocafisica/pagine/giovani_scienziati.html

Nel corso di questi anni sono state proposte diverse attività formative concernenti il tema dell’utilizzo dei giocattoli nell’ambito dei corsi di formazione iniziale per insegnanti delle scuole medie e medie superiori delle materie scientifiche e tecniche, agli studenti della formazione per le scuole d’infanzia ed elementari e anche delle scuole speciali. Sono pure stati attivati corsi d’aggiornamento per insegnanti di tutti i livelli scolastici sia in Svizzera che in Italia.

L’attività che ha maggiormente incontrato successo quale proposta di utilizzo dei giocattoli nell’insegnamento della fisica è stata la lezione/spettacolo “I giochi della Scatola di Einstein” offerta sia nelle scuole che aperta al pubblico. Essa consiste in un percorso nel quale vengono

61

toccati i principali argomenti di fisica per mezzo di esperienze realizzate con l’aiuto del pubblico. Questa attività è stata presentata oltre una cinquantina di volte in Svizzera e in molte regioni italiane. Sul sito http://www.aspti.ch/giocafisica/pagine/galleria.html sono raccolte diverse testimonianze fotografiche delle attività sopra descritte.

62

APPRENDERE PER METAFORE E ANALOGIE rileggendo “il Piccolo Principe”

Proposta collaborazione tra Tecnologia, Scienze e Italiano

Paolo ManfrediniInsegnante Scuola Secondaria di Primo Grado, Modena

Il processo di insegnamento-apprendimento necessita di costante preparazione in ambito:1. disciplinare in cui ogni conoscenza deve contestualizzare il proprio oggetto per essere pertinente

(Morin E p 34). Se ordinassi a un generale di volare da un fiore all’altro come una farfalla, o di scrivere una tragedia, o di trasformarsi in un uccello marino; e se il generale non eseguisse l’ordine ricevuto, chi avrebbe torto, lui o io?12;

2. metodologico, indispensabile strumento di costruzione del sapere. Il mio amico non mi dava mai delle spiegazioni …Io, sfortunatamente, non sapevo vedere le pecore attraverso le casse. Può darsi che io sia un po' come i grandi. Devo essere invecchiato13;

3. educativo, fondamentale alla condivisione e quindi al rispetto delle regole. Se tu vuoi un amico addomesticami14.

FINALITÀValorizzare il gruppo classe come risorsa educativa e didattica, valorizzando non solo l’apprendimento individuale, ma anche quello condiviso e costruito in cooperazione.SCOPOIndividualizzazione del percorso formativo attraverso l’uso di metafore e analogie.OBIETTIVIValorizzare le risorse di tutti e il rispetto dei bisogni reali di ciascuno per meglio sviluppare l’autonomia della persona in relazione ai suoi aspetti fondamentali: cognitivo, attraverso l’uso di modelli e strumenti metodologici appropriati (R.A.RE.CO. -

scatola nera - diagramma di Ishikawa - problem posing); affettivo, mediante il rispetto dei sentimenti altrui; sociale, cercando di stabilire interazioni personali e dirette nel gruppo classe: essere in gruppo,

infatti, non vuol dire essere un gruppo (Polito M p. 14); morale, attraverso la gestione della disciplina nella condivisione di regole comuni.METAFORE E ANALOGIEIl concetto di metafora è basato sullo stretto legame che ogni parola mantiene con una rete più o meno strutturata di altri concetti, sistemi di luoghi comuni associati, ad essa annessi. La metafora attribuisce a qualcosa di cui si sta parlando un attributo preso da un altro dominio di realtà. L’elemento di cui si dice qualcosa è chiamato bersaglio (target) della metafora, l’elemento che ci informa circa il bersaglio è chiamato origine (origin). Sebbene le metafore che vengono utilizzate per impostare un problema (problem setting) ne influenzano profondamente la soluzione (problem solving), ogni situazione nuova trova, attraverso la metafora, una sua chiave di lettura, (Mantovani G p. 87). La funzione della metafora è dunque quella di dare vita a descrizioni sempre nuove che riflettono la capacità dell’uomo di scoprire e realizzare legami tra le cose. La metafora può essere utilizzata non solo per veicolare dei concetti, ma anche come strategia didattica efficace alla comprensione e memorizzazione dei contenuti. Anche il gioco diventa utile non solo come strumento di verifica, ma anche come strumento didattico efficiente a stimolare l’interazione tra i componenti della classe. Alla fine di una unità di apprendimento, per esempio, si può utilizzare questa struttura per costruire metafore o immagini: QUESTO X È (COME) Y PERCHÉ Z

12 “Il Piccolo Principe” di Antoine de Sant’Exupery Tascabili Bompiani 1982 pag. 5113 “Il Piccolo Principe” di Antoine de Sant’Exupery Tascabili Bompiani 1982 pag. 2514 “Il Piccolo Principe” di Antoine de Sant’Exupery Tascabili Bompiani 1982 pag. 94

63

Esempio: La nostra classe è (come) una squadra di football americano perché tutti collaborano per fare meta cioè per ottenere la promozione. Costruire una metafora diventa così la strategia per agganciare le nuove conoscenze con il vissuto dello studente e per rendere efficace e duraturo il processo di insegnamento-apprendimento. Come le metafore, anche le analogie hanno una parte di rilievo nei processi di pensiero: l’analogia, infatti, è un “balzo mentale” da un dominio di realtà ad un altro attraverso il quale si cerca di interpretare una situazione dubbia facendo appello alla somiglianza che essa potrebbe avere con un’altra situazione più chiara. Come tutte le somiglianze, anche quella su cui si fonda l’analogia funziona solo nella misura in cui la somiglianza che essa evidenzia è realmente pertinente (Mantovani G. p. 93).IL PICCOLO PRINCIPEIl Piccolo Principe è un libro dal sapore filosofico che sa raggiungere il lettore con la penetrante semplicità di un linguaggio sapiente. Il fascino del racconto è giocato sulla potenza misteriosa che sprigiona lo sguardo infantile con la sua capacità di interrogare ed andare oltre la superficie del banale. Il Piccolo Principe stupisce con domande sempre nuove bandite da un mondo adulto che diviene metafora di un’umanità risucchiata in un universo arido, ripetitivo e massificato. Il mondo offre al bambino il proprio enigma: il bambino lo accetta, desidera comprenderlo, attraversarlo con la sua curiosità invitando a dubitare di comode o consuete categorie percettive (Besseghi E, Laneve C p. 22). La metafora pedagogica del viaggio effettuato dal Piccolo Principe rappresenta l’immagine di un percorso di crescita, sia corporeo che intellettivo, di un’esperienza vissuta in comune con l’altro in grado di creare legami e costruire conoscenze attraverso l’esperienza stessa del viaggio. Il Piccolo Principe sta effettuando un viaggio così come un normale studente di scuola media si trova ad affrontare il passaggio dal mondo dell’infanzia, quello della scuola primaria, al mondo dell’adulto, quello della scuola superiore non più scuola dell’obbligo. Si può considerare il pilota come colui che ripensa al proprio processo di insegnamento-apprendimento o come ad un insegnante che propone attività didattiche sempre stimolanti secondo un preciso metodo fondato sulla ricerca-azione, inaugurato da Kurt Lewin15. Lewin era convinto che bisognava intrecciare conoscenza ed azione, teoria e prassi, ed era solito ripetere: “Se volete conoscere come funziona qualcosa, provate a cambiarla”. Il metodo della ricerca-azione unisce l’esigenza della conoscenza con quella dell’azione e del cambiamento da introdurre nella realtà o nel proprio ambiente: rafforza nel complesso il senso della propria competenza (empowerment). Mentre fa ricerca, lo studente apprende, amplia le proprie competenze e si sente attivo, perché comprende che sta modificando la realtà. Una delle sue richieste è proprio quella di sapere a cosa serve ciò che sta studiando e spesso rimane senza risposta. Il compito dell’insegnate è di aiutarlo ad orientarsi in ambiti vasti e difficili anche per gli adulti, evitando conclusioni affrettate e superficiali e stimolandolo ad essere accurato nella raccolta dei dati, esigente verso la realtà, solido nelle argomentazioni, preciso nella comunicazione e nella condivisione delle proprie osservazioni (Polito M p. 308-309).RELAZIONECreare un adeguato “clima” di classe è una componente che può far la differenza: appare quindi evidente stabilire e condividere regole comuni da rispettare in aula. Il rito è un elemento aggiuntivo alla regola ed esprime simbolicamente in uno spazio-tempo definito i profondi legami che uniscono le persone (studente-studente, studente-insegnante). Esistono ancora analogie con Il Piccolo Principe, in particolar modo durante l’incontro con la volpe: “Che cosa vuol dire addomesticare?”… "Vuol dire creare dei legami” … Ci vogliono i riti". "Che cos'e' un rito?" … "E' quello che fa un giorno diverso dagli altri giorni, un'ora dalle altre ore16. Se da un lato è necessario stabilire procedure e comportamenti, dall’altro è indispensabile creare quei legami che permettano a tutti di essere accettati e valorizzati al fine di formare persone che sappiano ragionare, ma anche accettare l’altro, inibendo ogni forma di pregiudizio. Dalla lettura de Il Piccolo Principe emerge anche l’importante funzione che ogni studente ha nei confronti dell’altro: essere responsabili gli uni degli altri significa avere la capacità di sostenersi durante il processo di insegnamento-

15 K. Lewin “ Teoria e sperimentazione in psicologia sociale” Bologna, Il Mulino, 1972.16 Il Piccolo Principe” di Antoine de Sant’Exupery Tascabili Bompiani 1982 pag. 94

64

apprendimento, ciò è sempre un atto volontario (io so cosa sto facendo e perché). L'essenziale e' invisibile agli occhi … E' il tempo che tu hai perduto per la tua rosa che ha fatto la tua rosa così importante … Tu diventi responsabile per sempre di quello che hai addomesticato. Tu sei responsabile della tua rosa17.BIBLIOGRAFIAMorin E. La testa ben fatta Cortina EditorePolito M. Attivare le risposte del gruppo classe EricksonMantovani G. L’elefante invisibile Giunti Editore S.p.A.Besseghi E. Laneve C. Lo sguardo della memoria Laterza/ Edizioni della Libreria

17 Il Piccolo Principe” di Antoine de Sant’Exupery Tascabili Bompiani 1982 pag. 98

65

Il laboratorio: profilo e modelli per una prospettiva didattica

Prof. Maria FamigliettiGià Dirigente Scolastico Scuola Secondaria di Primo Grado

Già ricercatore IRSAE Regione Emilia Romagna 1. Intorno al concetto di modello

Nel linguaggio comune il concetto di modello rimanda generalmente alla rappresentazione di qualcosa, richiamandola per qualche elemento caratteristico o riproducendola in tutto o in parte e in formato più o meno ridotto. Abbiamo usato il termine qualcosa perché in effetti dare una definizione esauriente del concetto di modello nell’ambito scientifico non è un affare semplice, in quanto a questo termine vengono non di rado attribuiti significati diversi. Possiamo tuttavia affermare che dati due oggetti, M e S, e un osservatore O, l’oggetto M è detto modello dell’oggetto S se l’osservatore O può usare M per rispondere a domande o, più in generale, per risolvere problemi riguardanti S. Adesso abbiamo usato al posto di qualcosa il termine oggetto, ma questa definizione non ci dice molto sulla natura delle entità M e S: S potrebbe essere, ad esempio, un sistema esistente oppure ancora da costruire, o un fenomeno fisico, o una procedura, ecc. Così pure il modello M potrà essere una descrizione simbolica o un oggetto materiale, vale a dire un artefatto tecnico. Ad ogni modo, la relazione che lega M a S comporta alcune implicazioni che ci dicono qualcosa di più sul concetto di modello. Per prima cosa un modello è un surrogato della realtà cui si riferisce, che viene realizzato per consentire all’osservatore di ragionare su quella realtà rappresentata senza dover agire materialmente su di essa. Poiché si tratta di un surrogato, un modello risulta una astrazione di ciò che rappresenta, ed è realizzato per evidenziare di quella realtà solo gli scopi che interessano a chi lo costruisce. Pertanto di una data realtà si possono avere diversi modelli che la rappresentano a seconda del tipo di problema da risolvere e degli obiettivi che ci si pone.

1.1 Modelli e apprendimento

Proviamo ora a considerare un particolare tipo di realtà S costituita da un oggetto, tema, fenomeno da studiare. Se il concetto di modello che abbiamo ora sinteticamente definito ha una sua validità, noi possiamo costruire rispetto a tale realtà un modello M, o meglio più modelli, utilizzando i quali possiamo soddisfare determinati scopi rispetto a S, ad esempio se si tratta di un artefatto, comprenderne le parti o il funzionamento, oppure, se si tratta di un fenomeno, studiarne l’evoluzione ecc.Nel nostro intervento ci occuperemo di modelli dal punto di vista del loro uso didattico intesi quindi come macchine cognitive per sistemare i dati e costruire conoscenza significativa su tematiche di studio.Dal punto di vista pratico, per costruire un modello di questa natura si parte sempre da uno strumento logico-formativo ad hoc, quale una tabella a colonne o a doppia entrata che rappresenta il recinto mentale, lo strumento vuoto in cui si andranno a ordinare i dati in base a delle categorie di appartenenza; una volta determinate, le categorie vengono distribuite nell’intestazione della tabella originando delle colonne (o degli incroci nel caso della tabella a doppia entrata) in cui si collocheranno, ricavandoli con varie tecniche (lettura del testo, ricorso alla propria enciclopedia personale, inferenze, altre memorie, ecc.), i dati appartenenti a quella peculiare categoria concettuale. Una volta completata la sistemazione dei dati, ci troviamo di fronte a dei frammenti di

66

conoscenza categorizzati secondo una logica stabilita e possiamo quindi costruire sulla problematica affrontata una conoscenza dichiarativa e/o procedurale che risulta:

- corretta dal punto di vista scientifico, in quanto i dati sono stati ordinati secondo criteri ponderati; - prodotta autonomamente, in quanto i dati non derivano da una memorizzazione ma da una ricerca e da una lettura selettiva.

2. Il modello complesso R.A.RE.CO.: aspetti peculiari logico-formativi dei suoi componenti

Partiamo dal modello R.A.RE.CO., il cui acronimo evidenzia le distinte operazioni logiche che esso permette di attivare quando viene applicato all’analisi di un oggetto fisico, artefatto o processo produttivo o fenomeno scientifico, vale a dire:

- R per Rappresentazione grafica o fotografica dell’oggetto/processo/fenomeno con la legenda delle parti o elementi che lo costituiscono, che vengono espressi tramite i sostantivi;- A per Analisi, riguardante in una prima fase la struttura dell’oggetto/processo/fenomeno condotta mediante grafo ad albero, diagramma di Eulero-Venn, indice americano, espressione lineare, che viene comunicata con la stesura di un testo scritto esprimente l’analisi strutturale; in una seconda fase l’analisi concettuale, effettuata tramite una tabella a colonne, dei concetti espressi da ciascun sostantivo al fine di costruire la conoscenza concettuale relativa a quanto è stato investigato; per fare ciò si utilizza il modello CO.CO. (COstruzione del COncetto); anche questa analisi produce la stesura di un testo scritto;- RE per individuazione e rappresentazione delle RElazioni che intercorrono tra le parti e o elementi dell’oggetto/processo/fenomeno in rapporto al suo flusso di funzionamento o produttivo; tali relazioni sono espresse mediante link numerati progressivamente secondo la sequenza temporale, dati da verbi, congiunzioni, preposizioni, pronomi relativi e dimostrativi; per fare ciò si utilizza un diagramma di flusso lineare costruito tramite vettori o grafi orientati all’interno di una tabella a doppia entrata che mette in relazione le parti o gli elementi con le sequenze temporali di funzionamento o di produzione;- CO per COmunicazione di ogni minima procedura individuata ed evidenziata nella fase precedente tramite la costruzione di un testo scritto fortemente paratattico, che ci dà la conoscenza procedurale relativa all’oggetto/processo/fenomeno; tale comunicazione viene poi tradotta dalla paratassi all’ipotassi, con l’introduzione quindi di subordinate e coordinate, senza tuttavia omettere alcuna procedura, ma solo procedendo a una pulizia linguistica in modo da ottenere un testo al tempo stesso rigoroso sotto il profilo scientifico e di buona leggibilità sotto quello comunicativo.

2.1 Il modello CO.CO. (COstruzione del COncetto)

Questa è dunque la struttura costitutiva del modello complesso R.A.RE.CO. a proposito della quale occorre fare alcune considerazioni per evidenziarne i vantaggi sotto il profilo formativo. Per quanto riguarda la fase dell’analisi, gli alunni grazie alla costruzione del modello CO.CO. e alla sua applicazione all’oggetto/processo/fenomeno giungono a una conoscenza in una prima fase strutturale e poi concettuale, decisamente superiore a quella che possono ricavare da una definizione o da una spiegazione del libro di testo; secondariamente costruiscono autonomamente la loro conoscenza e, infine, comprendono che cos’è un concetto, come è articolato, in che modo si comunica acquisendo una competenza permanente che potranno applicare all’analisi di tutto ciò che è dotato di fisicità.Nella figura 1 abbiamo riportato la testata del modello CO.CO. che contiene le cinque categorie che consentono di formalizzare il costrutto concettuale di qualsiasi oggetto o elemento dotato di fisicità rispondendo alle domande appartenenti a ciascuna categoria.

67

Nella prassi didattica quotidiana gli alunni, utilizzando il libro di testo, che riporta informazioni sul problema posto, lo interrogano secondo le domande stabilite e procedono a riportare i dati utilizzando tre colori: nero o blu per le informazioni ricavate direttamente dal libro di testo (dati espliciti); verde per i dati che essi ricavano dalla propria esperienza o enciclopedia mentale (dati inferiti); rosso per le informazioni non presenti nel testo, né conosciute dagli alunni, ma che sono state ricercate su altre memorie come dizionari, enciclopedie cartacee, riviste, Internet, oppure fornite dall’insegnante (dati ricercati).Come si vede la stesura del testo che descrive la conoscenza dell’oggetto risulta ottenuta dall’unione dei singoli atti linguistici presenti nelle cinque colonne, senza modifiche e con eventuali aggiunte limitatamente alla coesione linguistica, e rappresenta la conoscenza costruita consapevolmente, scientificamente corretta e significativa in quanto non verrà mai più dimenticata.

Denominazione(nome dell’oggetto)

Definizione(che cosa è?)

Funzioni(a che cosa serve?)

Partizioni(da quali parti o elementi è composto?)

Caratteristiche(come si presenta?)

Testo(derivante dall’insieme delle risposte)

La matita è un oggetto di cancelleria

serve per scrivere, disegnare ecc.

è composta da una mina racchiusa da un involucro di legno

La sua lunghezza può essere di 18/20 cm e il diametro di circa 1 cm la sua forma può essere cilindrica o a prisma esagonale

La matita è un oggetto di cancelleria serve per scrivere, disegnare ecc. E’ composta da una mina racchiusa da un involucro di legno. La sua lunghezza può essere di 18/20 cm e il diametro di circa 1 cm, la sua forma può essere cilindrica o a prisma esagonale.

Fig. 1

Analogamente si può procedere, nel campo linguistico, per costruire il concetto di articolo e di tutte le parti del discorso.

Dal punto di vista pratico il modello R.A.RE.CO. si presenta come un pieghevole suddiviso in diverse facciate numerate progressivamente e legate fra loro:

- la prima facciata è costituita dalla copertina con indicazioni relative a: scuola, titolo dell’attività di apprendimento, tempi, materia di studio, docenti coinvolti, alunno che ha prodotto il lavoro;- la seconda facciata contiene l’indice delle varie sezioni in cui è stata articolata l’attività;- la terza presenta la Rappresentazione grafica o fotografica dell’oggetto di studio con relativa legenda delle parti e/o elementi;- le successive facciate presentano ciascuna i vari strumenti applicati all’analisi strutturale dell’oggetto di studio (grafo ad albero, diagramma di Eulero-Venn, indice americano, espressione lineare, ecc.) fino alla stesura di un testo scritto basato sull’analisi effettuata;- seguono le facciate dedicate all’analisi concettuale svolte con l’applicazione del modello CO.CO. che si chiude con la stesura di un testo che comunica l’analisi concettuale;

68

- successivamente viene presentata l’analisi delle relazioni fra le parti e/o elementi e il flusso sequenziale del funzionamento o del processo, visualizzata tramite il diagramma di flusso lineare e seguita delle comunicazioni (prima paratattica e poi ipotattica) dell’intero processo; - segue la rappresentazione delle diverse fasi temporali e azioni condotte realizzata mediante un diagramma di Gantt;- chiude il tutto la facciata contenente sia il diagramma di misurazione dello scarto di apprendimento, sia il debriefing di autovalutazione.

Nel suo insieme, si può notare che la costruzione del modello complesso R.A.RE.CO. permette agli alunni di produrre sull’oggetto indagato ben tre differenti tipologie testuali e precisamente:

- - un testo che comunica l’analisi strutturale e che fornisce una prima visione di ciò che si studia;

- - un testo che esprime la costruzione concettuale delle parti e che approfondisce la conoscenza;

- - un testo che comunica il funzionamento o il processo e che quindi mostra la conoscenza globale di ciò che si è studiato e viene costruito anche sulla base dei prerequisiti maturati nella stesura dei due testi precedenti.

Qui di seguito riportiamo in figura 2 lo schema della struttura materiale del modello R.A.RE.CO.

Fig. 2

3. Il modello logico O.VE.S.T. Nella mia esperienza di insegnamento e di affiancamento di docenti nell’area della tecnologia, ho spesso notato una notevole difficoltà e approssimazione lessicale da parte degli alunni nel

69

comunicare correttamente una procedura relativa all’effettuazione di una serie di operazioni. Analoghe difficoltà essi mostrano nel decodificare le istruzioni che accompagnano i kit di montaggio di oggetti disarmati, che richiedono cioè di essere assemblati.Simile difficoltà mi è stata riferita da molti docenti di italiano, sempre in riferimento a richieste di produrre e/o decodificare comunicazioni relative a procedure. Ecco perché, nel corso della mia ricerca, mi sono posta anni addietro il problema di individuare un modello logico capace di girare per costruire una comunicazione di procedure nel tempo e vincoli di spazio, che fosse non ambigua sotto il profilo delle azioni e operazioni da effettuare e rigorosa sul versante lessicale e dei nessi temporali. A tal fine considerai importante utilizzare l’esperienza dei produttori dei Kit di montaggio e cominciai ad analizzare parecchi opuscoli di istruzioni: in tutti notai che erano presenti le denominazioni dei singoli pezzi e le indicazioni relative alle azioni da compiere espresse tramite verbi, nonché precise istruzioni topologiche per effettuare correttamente le manovre di montaggio. Inoltre ogni singola azione era numerata progressivamente in quanto doveva essere effettuata solo dopo aver terminato la precedente. Fondamentale risultava infine la punteggiatura.Le stesse caratteristiche erano emerse anche dall’analisi di manuali per la programmazione di videoregistratori, soprattutto legati al fattore tempo. In pratica grazie a questa analisi mi erano risultate chiare le costanti di una comunicazione procedurale non ambigua e avevo individuato degli indicatori indispensabili per costruirla e decodificarla, vale a dire gli elementi per realizzare un modello.Da qui la messa a punto del modello logico O.VE.S.T. (acronimo che sta a significare Oggetti, VErbi, Spazio, interpunzione, Tempo). Si consideri una consegna del tipo: “Data una piastra di ferro, dato un supporto di legno, dati quattro bulloni, dovendo fissare la piastra al centro del supporto ... comunicate la procedura ”. Riproduciamo nella figura 3 la sistemazione dei dati effettuata utilizzando il modello logico O.VE.S.T.; in tale riquadro è stato inserito anche il testo finale della procedura, limitatamente alla sua parte iniziale.

Oggetti

3.

Verbi operatori

1.

Spazio (luogo)

2.

Interpunzione

4.

Tempo

5.

Testo

La piastra di metallo di forma quadrata con i quattro fori in corrispondenza di ogni spigolo

appoggiate sul supporto di legno e al centro di questo

, poi (1) Appoggiate (2) sul supporto di legno e al centro di questo (3) la piastra di metallo di forma quadrata con i quattro fori in corrispondenza di ogni spigolo (4), (5) poi (1) fissatela (2) al supporto di legno (3) con quattro bulloni, uno in ogni foro (4), (5) successivamente...Con quattro

bulloni, uno in ogni foro

fissatela al supporto di legno

, successivamente

Fig. 3

Il testo scritto montato in questo modo, rispettando i criteri dati e l’ordine sequenziale stabilito, risulta quindi corretto sotto il profilo linguistico, rigoroso e non ambiguo dal punto di vista tecnico procedurale.

4. Il modello logico W.H.W. per la costruzione della conoscenza (what, how, why, che cosa, come e perché)

70

Nello studio dei materiali uno dei problemi è di evitare che lo studente consumi il suo tempo a memorizzare pagine e pagine dedicate ai diversi materiali e alle fasi di lavorazione, per puntare invece a dotarlo di un modello logico che consenta di individuare nel libro di testo gli elementi ricorrenti delle procedure di lavorazione. Per individuare queste costanti si interrogano i dati di alcuni testi descrittivi della lavorazione di alcuni materiali e si ricava che in tutti i casi compaiono, oltre alle denominazioni specifiche, dei verbi che indicano differenti operazioni, delle descrizioni che riportano come tali operazioni vengono effettuate e delle spiegazioni relative al perché ciascuna operazione è svolta. Siamo così in grado di costruire un modello logico (vedi fig. 4), che si basa su tali costanti e permette all’alunno di individuare nel continuum del testo scritto gli atti linguistici riferibili a ciascuna costante e di andarli a sistemare nelle rispettive colonne, numerandoli a seconda delle fasi e delle singole operazioni di lavorazione.

Materiali o materia prima

Verbi operatori (conoscenza dichiarativa: cosa faccio?)

Descrizione (conoscenza procedurale: come lo faccio?)

Ragione (conoscenza esplicativa: perché lo faccio?)

Testo

Gli stracci

1. I cittadini li inseriscono in appositi contenitori

1.1. Dentro sacchetti di plastica

1.2. Perché possano essere riciclati

1. Gli stracci: i cittadini li inseriscono in appositi contenitori dentro sacchetti di plastica perché possano essere riciclati;

2. I contenitori vengono svuotati (raccolta degli stracci), gli addetti indossano i guanti. Gli stracci vengono sistemati in sacchi per il trasporto perché possano essere riciclati

2. I contenitori vengono svuotati (raccolta degli stracci)

2.1. Con i guanti e sistemati in sacchi per il trasporto

2.2. Come sopra

Fig. 4 Il modello W.H.W. applicato al riciclo degli stracci

71

Towards an European strategy in elementary science education

Prof. P. Léna

Académie des sciencesDélégué à l'éducation et la formation

23 quai de ContiParis

A large international consensus exists now on the need to develop Inquiry Based Science Education at primary and middle school levels. In addition, a number of very innovative and successfull initiatives are providing implementation models for this, in many countries of the world with the support of the scientific community. Europe is now realizing the urgency of dealing with this issue, and several actions have been undertaken : the Rocard Report, the 2008 Grenoble Conference, the plans of the Commission for more resources and new calls, etc. The question is now to amplify the effort, to make all European countries benefit from the existing success, and to share the resources. This is an ambitious goal, at the scale of the scientific ambitions of Europe, and more than need for a long term perspective in crisis times. Outlines of existing success, of lines of action shall be discussed. 

72

Physics by inquiry: beyond rituals

Laurence ViennotLDSP, University Paris-Diderot (Paris 7)laurence.viennot@univ-paris-diderot.fr

It is often argued, or simply considered as obvious, that using simple experiments with students can improve children’s and students’ interest and attainment levels in science. This view can underpin some strategies that aim to promote physics in a formal or an informal context and to influence youngsters in their professional orientation. Such a practice may be seen as a good way to show children or older students how science works, by placing them in a context in which they can be active (cf “active hand-on learning”: [1], 38). In an institutional context, and in various documents proposed by militants or researchers in physics education, various labels designate particular ways of using such experiments in teaching. “Physics by inquiry” [2] and “Inquiry-Based Science Education” [3] are among the labels most often referred to. Briefly put, this designates teaching that makes ample room for students’ intellectual activity, therefore for a question to be solved, taking into account learners’ prior expectations. When the question brings to bear a phenomenon that can be materially illustrated on a small scale, an experiment is designed and carried out. The expectations should be worded with explicit reasons, in order to fuel a discussion between students and/or between the students and the teacher (sometimes called, or replaced by, a “mediator”). Once the experiment is carried out, any conflict between what was expected and what has been observed should be negotiated. In any case, the goal is that students should gradually reach a view that is compatible with accepted physics, and/or formulate a new question.Such suggestions are very consensual among researchers in physics education research (PER), and agreed on by many academic authorities. What else can we now expect from this stream of research –PER – concerning the use of simple experiments?I will first illustrate and discuss a series of caveats concerning the recommended sequence of events just described. The outcome of an experiment may be denied or cognitive conflicts may be by-passed by students. Moreover, some experiments may turn out to be misleading if not properly staged and commented on.Accordingly, the critical role of the targeted explanations will then be stressed and discussed. More particularly, it will be shown that, often, the proposed explanations seem to echo some forms of reasoning that are very common among students, and that they show the same limitations. These “echo-explanations” will be exemplified with simple experiments in fluid statics. They will be shown to be ritual among teachers and people in charge of popularizing science, whatever their ranking in the academic hierarchy.Alternate strategies will be suggested and exemplified with variants of rituals in experimental settings and of the questions usually asked, or with recent innovative suggestions found in various journals.The final remarks will stress the importance of considering both the content itself and students’ common ideas with particular attention, if we are to optimize the use of inquiry-based strategies and, more generally, our teaching of physics. I will discuss the potential benefits of laying greater stress on the consistency of physics, in order to optimize the balance between this aspect and what is more commonly considered a source of excitement and motivation.

References[1] For instance: Fensham. P. 2008, ONU-UNESCO, Science Education Policy Making – Eleven emerging issues, http://unesdoc.org/images/0015/001567/156700e.pdf[2] For instance, a pioneer: L.C. McDermott et al., Physics by Inquiry, Vol. 1 and II, New York: John Wiley & Sons

73

[3] For instance: European Commission, 2008, Science Education Now, http://ec.europa.eu/research/science-society/document_library/pdf_06/report-rocard-on-science-education_en.pdf

74

Teaching Geology in Spain: A Teacher's association view

Amelia CALONGE GARCÍAPresident of AEPECT, Universidad de Alcalá, 28801, Spain, presidencia@aepect.org

Introduction

Earth Science relevance has been increasing throughout the last decades. Thus, we need to know better how the Earth works, how crucial is the economic interest of natural resources (industrial rocks, fossil fuels or underground water), how will: climate change, geological risks, desertification, natural resources management, etc., affect our society, economy and environment. These questions can’t be answered without the theoretical and procedural body knowledge provided by Earth Sciences. We, therefore, state that only educated citizens will be prepared to understand and value them and act accordingly with an appropriate sensibility and responsibility.

But in fact, Earth Sciences (or Geology) when compared to other sciences is being left out in the Spanish non University teaching.

Thus, in Primary School (6 to 12 years old) students attend a general Science subject called “Conocimiento del medio” (“Environment knowledge”) with scarce geological contents (mainly Earth materials).

In Compulsory Secondary School, or ESO, (12 to 16 years) the same thread is deepened and a single Science subject is taught (“Nature Science” in the first two years), with few geological contents that help to explain the key factors affecting the processes that happen in our planet. In the last two years of this cycle the subject “Biology and Geology” is separated from the other sciences becoming an optional subject in the last year; thus, it will be attended only by part of the pupils that will learn about Plate Tectonics and the Biological Evolution theories put together with relevant issues such as Genetics or Earth and Life history.

In the “Bachillerato” (upper High School: 16 to 18 years) Sciences branch students have the possibility to attend several optional subjects with geological contents: “Biology and Geology” in the first year (17 years) and “Earth and Environmental Sciences” in the second one (18 years). Unfortunately, “Geology”, an optional subject of the second course, is only taught in a few Spanish high schools.

However, we may congratulate ourselves as in the “Bachillerato” a new subject called “Ciencias para el Mundo Contemporáneo” (“Sciences for the contemporary world”) is part of the curriculum for all students. This subject includes aspects like how our planet works, geological risks, genome or the origin of the human species.

In this way, it is important to insist that Earth Sciences (or Geology) ought to be considered at the same level as: Biology, Chemistry or Physics. Geology provides responses to certain questions that are far from being superficial from a scientific point of view. Furthermore, Geology being a Science with a huge learning value has also an important cultural content. Knowledge regarding Planet Earth and the changes it has experienced through times is not a Life Science or Earth Science exclusive issue but a cultural good whose knowledge ought to be widespread within the society. Therefore, Geology has a basic role to play in scientific culture as well as in culture considered in a broad view.

Nonetheless, these are not good times for Geology and it results in the need to join forces for those who are committed with the teaching of this subject. From this point of view, Associations and Societies are a main platform to channel any kind of initiative targeted in this direction.

75

What is the AEPECT?

By the end of the seventies, Geology became for the first time in Spain, a separate subject to be taught to 17 years old students in their last year before university. The fact that most of the teachers involved in teaching this subject were biologists by education encouraged a small group of enthusiastic geology teachers to organise the first “Symposium on Geology Teaching” in Madrid in 1980.

Since then, fifteen meetings have been organised: the last one in Guadalajara in 2008 and the next one to be held in Teruel in 2010. They provide the participants the opportunity to meet and share class experiences, good practices, teaching strategies, etc.

In 1990, it was clear that the organisation of such events ought to be supported by some kind of institution that could take care of other activities in between meetings. This was the birth of the AEPECT (that stands for Spanish Earth Science Teachers Association) that today has 1.500 associates present in Spain and many Latin-America countries as well as in Europe

The main aims of AEPECT are: (1) Supporting the presence and contribution of Earth Science in the education of citizens; (2) Encouraging the exchange of educational investigations and experiences among Earth sciences teachers; (3) Stimulating the scientific and didactical updating of teachers; (4) Establishing links with national and international similar organizations; (5) Promoting, encourage and support cooperation projects in developing countries, mainly through the action of volunteers; (6) Being the link of communication between its members and the educational authorities and, thus become the reference association to be heard in order to make any change in the geological curricula in our country.One of the highlights of our association is the publication every 4 months of our magazine Enseñanza de las Ciencias de la Tierra (Earth Science Teaching) (see free pdf version of all the articles in: http://www.raco.cat/index.php/ECT).

Other teacher training activities are organised through the whole year: some of them take place in the field (as the Naturalist Expeditions with destinations as diverse as: Antarctica, Cuba, Central-America, Iceland, Sicily and the Aeolian Islands, the Pyrenees, the Betic Mountains, Australia and New Zealand, Siberia and Kamchatka, etc.), and an increasing number of them are on-line courses (about earthquakes, climate change), etc. In this way, a very important feature of AEPECT has been, during the last years, the development of its website (www.aepect.org).

Finally, AEPECT has felt deeply committed to the cooperation with developing countries. During the last eight years, several groups of AEPECT volunteers have spent part of their summer holydays sharing teaching experiences with teachers from Bolivia.

76

Reflection on Nature of Science (NOS) Aspects by Teaching Scientific Inquiry

An explicit and reflective activity-based Approach to Enhance Prospective Teachers' Understanding of NOS

Christiane S. ReinersDepartment of Chemistry Education, University of Cologne, Germany

christiane.reiners@uni-koeln.de

The development of an adequate understanding of Nature of Science (NOS) has been and is still a central educational goal worldwide and many reforms in science education have been suggested to improve the understanding of NOS. But they seem to have had and still have little impact on students’ as well as teachers’ understanding of NOS: “There is not, and there has not been, a concerted professional development effort to clearly communicate, first, what is meant by ‘NOS’ and scientific inquiry and second, how a functional understanding of these valued aspects of science can be communicated” (Lederman, 2006. 302).Our studies at the University of Cologne focused on prospective teachers of chemistry. After an explicit introduction into important aspects of NOS they were provided with scientific inquiry opportunities which are used as a stimulus to analyze and reflect these activities from within a framework comprising aspects of the nature of scientific knowledge.Results of this explicit and reflective instruction are presented.

ReferenceLederman, N. G. (2006). Syntax of Nature of Science within Inquiry and Science Instruction. In L.B. Flick, & N.G. Lederman (Ed.). Scientific Inquiry and Nature of Science. Implications for Teaching, Learning and Teacher Education, 301-317. Netherlands: Springer

77

La biologia nella SSIS Toscana: l'insegnamento della biologia vegetale

Prof. Marta Mariotti LippiDipartimento di Biologia vegetale dell’Università di Firenze

Responsabile delle Scienze Sperimentali (A059) nella sede fiorentina della SSIS ToscanaPresidente dell’Indirizzo Scienze Naturali della SSIS Toscana

L’insegnamento delle Scienze nelle scuole medie richiede ampia competenza in campi disciplinari diversi tra loro e che solo in parte sono stati affrontati dai docenti durante il loro percorso universitario. In particolare le scienze biologiche spaziano dallo studio della cellula alla sistematica degli organismi e alla loro evoluzione, affrontando problemi di anatomia, fisiologia, ecologia e soffermandosi sullo studio dell’uomo e sul suo rapporto con l’ambiente visto da una molteplicità di punti di vista. La biologia vegetale occupa una piccola parte di questo immenso panorama.Le differenze di contenuti, di metodologie, di approcci all’interno di questi vasti ambiti disciplinari richiederebbero nel docente una preparazione che solo idealmente è raggiungibile, ed è inoltre impensabile che il docente non risenta fortemente del retaggio della propria formazione disciplinare. I docenti di Scienze Naturali della SSIS Toscana si sono trovati ad affrontare la preparazione all’insegnamento nelle classi di concorso A059, A033, A060 e A040 avendo davanti specializzandi con formazioni universitarie estremamente eterogenee e spesso molto elevate (dottorati di ricerca, scuole di specializzazione ecc.). E’ stato perciò necessario progettare percorsi diversi per le varie classi e facilmente accessibili a tutti, evitando di cadere in una banalizzazione eccessiva dei contenuti disciplinari, nella ferma convinzione che un docente deve conoscere le materie oggetto del suo insegnamento ad un livello molto più approfondito di quanto strettamente richiesto dai programmi scolastici.Particolare attenzione, in questi anni in cui è vissuta la SSIS, è stata data alla formazione dei futuri docenti anche nelle discipline oggetto collaterale del Corso di Laurea di provenienza. In questo modo il docente di Scienze acquisisce le competenze necessarie per poter svolgere una didattica efficace in tutte le discipline facenti parte del suo insegnamento.La didattica della biologia vegetale, che in una visione ancora legata a vecchie concezioni include la micologia, è stata progettata in modo differente per le diverse classi di concorso ed ha subito modificazioni e affinamenti durante gli anni di esperienza SSIS. La lettura critica dei libri di testo, iniziata di recente, è stata lo spunto di interessanti discussioni. Lo scarso livello in campo botanico e micologico dei testi adottati nelle nostre scuole ed i numerosi errori che vi sono riportati o suggeriti dalle immagini hanno dato l’avvio ad approfondimenti molto utili per i futuri docenti. Proprio l’attenzione alla correttezza delle immagini dei testi, in un periodo nel quale grande importanza ha assunto la mediazione visiva, ha permesso di focalizzare come tanti misconcetti comuni nella nostra società sono stati acquisiti, riportati e vengono trasmessi. Tutto ciò ha favorito uno scarso coinvolgimento nelle problematiche della Biologia Vegetale, che si riflette poi anche negli anni di studio successivi.

78

QUALE PROGETTAZIONE PER UN APPRENDIMENTO SIGNIFICATIVO?

Un approccio didattico per la comprensione profonda applicato alle Scienze della Terra

Prof B. ScapellatoIIS Paciolo-d’Annunzio, Fidenza

Oggi la scuola si trova in un momento delicato in cui appare sempre più evidente la necessità di un cambiamento. Negli ultimi anni, infatti, numerose indagini hanno mostrato che anche quando tutto sembra funzionare per il meglio, persino gli studenti considerati preparati spesso non mostrano una comprensione adeguata dei contenuti e dei concetti su cui hanno lavorato. Nella società odierna dell’istantaneità tutto scorre velocemente, le conoscenze sono in rapido e continuo mutamento, i ragazzi vivono immersi in un mondo sempre più virtuale e la scuola con i suoi “libri di testo” diventa un luogo sempre meno attraente. L’insegnante può essere molto preparato e appassionato ma dovrà comunque fare i conti con la classica domanda posta con sguardo annoiato: “Perché dobbiamo studiare queste cose? A cosa ci servono?”. Tanto si è detto e scritto sull’argomento. La vera sfida, oggi, è la significatività: dobbiamo riuscire a dare significato a ciò che viene appreso. Secondo Wiggins e McTighe, se non progettiamo intorno a domande provocatorie e a grandi idee, l’insegnamento soccombe facilmente alla logica delle attività o del completamento dei programmi senza chiarire le priorità. Wiggins e McTighe ritengono che per fare ciò sia necessario dare un significato più autentico al concetto di “apprendimento”/”comprensione”, fissare le evidenze di accettabilità per mezzo di rubriche di valutazione in modo da sapere da “che cosa” e “come” si potrà riconoscere che la comprensione di un certo obiettivo sia stata raggiunta e costruire prestazioni autentiche, ossia compiti contestualizzati in situazioni reali affinchè le conoscenze o le abilità non rimangano astratte, scolastiche, ma arricchiscano la vita di chi le possiede. Per una progettazione significativa non sono, quindi, necessarie “grandi rivoluzioni”, non c’è nemmeno la necessità di riscrivere un intero curricolo, ma bisogna cercare di vederne “la logica” comprendendo profondamente il senso del progettare, il ruolo critico degli accertamenti e della valutazione, l’importanza della verifica delle preconoscenze e delle misconcezioni e la necessità di mostrare agli studenti dove l’unità in corso di svolgimento li stia portando per poi pianificare una sequenza di attività che li aiuti a costruire la loro propria comprensione.Il curricolo deve, quindi, essere un mezzo per realizzare un fine (la conoscenza) e la “progettazione a ritroso”, proposta da Wiggins e McTighe, può dare un contributo cruciale contribuendo anche a sviluppare la capacità di prendere decisioni mettendosi in relazione con il mondo e con le grandi sfide che segnano il nostro tempo.L’approccio di questa progettazione è definita a ritroso perché prevede che l’insegnante pianifichi il curricolo di apprendimento partendo da una definizione di ciò che merita di essere appreso. Essa consta di tre fasi: la definizione degli obiettivi di “comprensione”, la definizione delle “evidenze” che dimostreranno il verificarsi della “comprensione” e la predisposizione di un percorso di apprendimento “autentico”. Questo approccio, in realtà, è in “avanti” e in linea con il senso comune, ma è “a ritroso” rispetto a certe abitudini convenzionali, dove si inizia dai libri di testo, dalle lezioni preferite, dalle attività consolidate nel tempo invece di farle derivare dagli scopi che ci si prefigge come meta. Fondamentale cambiamento è smettere di pensare agli accertamenti e alla valutazione come qualcosa che gli insegnanti fanno alla fine, una volta completato l’insegnamento, affidandosi, spesso, semplicemente ai test forniti nella guida per il docente allegata al testo che potrebbero non accertare in modo completo o appropriato obiettivi rilevanti. La progettazione a ritroso richiede, invece, agli insegnanti di rendere operativi gli obiettivi in termini di evidenze di

79

accertamento quando si inizia a costruire una unità o un corso di studio. Questo modo di pensare alle evidenze dell’apprendimento aiuta a chiarire a se stessi gli scopi da perseguire e porta ad una definizione più chiara e definita degli obiettivi di apprendimento e di insegnamento. Ciò comporta anche una migliore prestazione da parte degli studenti che conoscono più precisamente l’obiettivo da raggiungere.

Come progettare “ a ritroso” un curricolo di scienze della Terra? Le unità si concentrano sulle grandi idee delle Scienze della Terra e non intorno a fatti e informazioni che siano semplicemente collegate le una alle altre, evitando così di cadere in un insegnamento disconnesso di fatti decontestualizzati. Alla base di tutto c’è l’approccio sistemico alle scienze della Terra, comprendere, quindi, che la Terra è un sistema complesso, organizzato, dinamico, in evoluzione, vivo e vulnerabile. Osservare ed interpretare è il binomio su cui si basa il processo di insegnamento-apprendimento della disciplina, ma per rendere veramente significativa e durevole la conoscenza è indispensabile applicare quanto si studia ai fatti reali della quotidianità, quindi problematizzare i contenuti. I fenomeni geologici non sono generalmente riproducibili in laboratorio, come ad esempio i processi chimici: spazio, tempo e complessità rappresentano i principali ostacoli alla sperimentazione diretta. Ecco perché nello studio delle Scienze della Terra è fondamentale ricorrere alla modellizzazione della realtà, pur nella consapevolezza dei limiti che l’uso di un modello presenta. In tal senso il riferimento costante a situazioni e fatti concreti, in particolare ai dati raccolti sul campo, rappresenta un parametro indispensabile per verificare la validità e l’attendibilità di qualunque strumento, come ad esempio le visualizzazioni scientifiche reperibili anche in risorse web, impiegato per facilitare e rendere più accessibile la conoscenza e l’interpretazione. Questo approccio fornisce già di per sé un significato più autentico al concetto di “apprendimento”/”comprensione” degli studenti, ma la vera rivoluzione si realizza quando l’insegnante-progettista esce dall’isolamento e si costituiscono gruppi che lavorano in equipe fornendo feedback ai colleghi sui punti di forza e di debolezza della loro progettazione con un reciproco servizio di supporto e consulenza.

Barbara Scapellato, Liceo scientifico IIS Paciolo - D’Annunzio, Fidenza (Parma)Beatrice Aimi, ITAS Bocchialini, Parma

80

Bambini di oggi e bambini di ieri: come cambia il modo di frare scienze alla Scuola Primaria

Prof. T. PeraDocente SISS Università di Torino,

membro della DDSCI e del CS del Piano Nazionale Insegnare Scienze Sperimentali

Prof. L. MauriziScuola Primaria Mari Peron, Verbania

Sembra che i bambini che oggi frequentano la scuola primaria dispongano di un vocabolario più ricco rispetto a quelli di qualche decennio fa anche se poi questa ricchezza non compensa la corrispondente perdita di competenze manuali che si è venuta via via determinando. Oggi i bambini sono circondati dai quotidiani stimoli del virtuale e da immagini di un mondo che però non possono toccare, annusare, gustare e digerire e tutto questo accentua sempre di più la perdita di contatti con la concretezza del reale. A ben guardare, tutto sembra congiurare contro il diritto dei bambini di abitare le cose del mondo ricorrendo ai sensi per costruire, seppur con la necessaria e opportuna prudenza, contatti con i fenomeni della vita così da farne esperienza diretta. Ai nostri bambini è negato di usare martelli e chiodi, ago e filo, viti, pialle, tessuti, pentole e arnesi vari; è loro vietato di lasciarsi bagnare dalla pioggia, di vivere la loro età mentre non è negata, anzi è incoraggiata la possibilità di seguire gli stereotipi adulti. Questi stessi nostri bambini hanno tuttavia una agenda settimanale piena di impegni come quella di un manager: per alcuni il lunedì, dopo le 16,30, vi è la piscina fino alle 18,00; il martedì c’è la lezione di piano, il giovedì c’è danza e così via. Come si spostano da un luogo all’altro del paese o della città? A piedi? In bicicletta? Anche se esistono i percorsi pedonali protetti è meglio non rischiare: i bambini sono scarrozzati in auto da genitori-accompagnatori che, a turno, prelevano e riportano i piccoli qua e là, seguendo mille percorrenze impazzite fatte di parcheggi in doppia file e di frettolose operazioni di carico-scarico. Questi stessi bambini vengono poi blanditi dalla pubblicità di coetanei che bucano il video: ma non era proibito usare strumentalmente le creature per questo genere di cose? Dove va a finire il rigido dogma della privacy che impedisce ai maestri di fotografarli a scuola? In altri termini questi bambini nascono e crescono in un mondo ricco di mille sollecitazioni che però rischiano di alienare il loro stesso desiderio, quello che implica l’attesa e il cui soddisfacimento, proprio perché non garantito, assume una spessore emotivo che costruisce volontà, creatività, fantasia. Come fanno i bambini del 2009 a pensare ad esempio la povertà, per imparare ad accontentarsi, ad adattarsi? Come fanno ad immaginarla? Presto detto: incontrano la povertà attraverso le immagini televisive, per mezzo di quello strumento che, subito dopo e con le stesse modalità, presenta ogni ben di Dio disponibile nel supermercato. Di nuovo la realtà virtuale: è come se i nostri bimbi fossero rinchiusi in un Paradiso pieno di figure che rappresentano ogni tipo di cose ma dove le cose vere non ci sono: un Paradiso dove è stato tagliato l’albero della conoscenza e dove non esiste il rischio della scelta perché gli adulti, per togliere di mezzo ogni possibile difficoltà ai loro pargoletti, scelgono per loro. Nel Paradiso dei bimbi non esistono frutti proibiti di cui desiderare il gusto: un Paradiso da “grande fratello”, ove si vive solo di parole e immagini. Anche nella scuola i bambini non imparano dalla esperienza vera e vissuta e il meccanismo sembra essere lo stesso: come fa la sapienza, che è fortemente legata al concreto sapore delle cose, a nascere dalla sola parola degli insegnanti che raccontano? Una vita priva di esperienza diretta dopo un po’ diventa noiosa e soffocante. Per i bambini che diventano ragazzi deve essere davvero duro crescere nella bolla di sterilità in cui vengono cacciati a forza: diventa quasi impossibile per loro incontrare il germe della curiosità che muove alla volizione e alla concreta sperimentazione del mondo.

81

Da qui prende spunto l’attività di ricerca didattica nell’area delle scienze, ormai diffusa in un significativo numero di scuole e che riguarda la promozione delle attività sperimentali legate a specifici contesti di senso, propri della cucina, della vita quotidiana, dell’orto e così via: Recuperare questi contesti di realtà permette ai bambini di incontrare i fenomeni della natura o creati dall’uomo di cui fare esperienze diretta, da soggetti veri, dotati non solo di mente ma anche di corpo sensibile.

La prospettiva dell’intervento propone un cambiamento di paradigma per la scuola Primaria proprio quando questo livello di scolarità rischia di subire tagli davvero inopportuni. Verranno proposte alcuni esempi di attività didattiche concretamente realizzate presso le scuole del Paese che testimoniano come sia possibile recuperare i bambini alla concretezza, valorizzandone la creatività, la passione ed il piacere. Si mostreranno le differenti strutture didattiche di esperimenti ed esperienze fino a rendere palese la differenza che sussiste tra la verifica e la valutazione degli apprendimenti e quella delle competenze, per testimoniare come sia possibile fare scienze in modo che ogni bambino sia davvero protagonista del suo stesso processo di apprendimento.

82

Inquiring learning proposals on conceptual knots in electrostatics

Alessandra Mossenta, Marisa Michelini,Research Unit in Physics Education of University of Udine, Italy

The research on learning in electricity analyzed the ways in which students (teenagers and university students) interpret the transfer of charge between conductors (Barbas & Psillos. 1997, Guruswamy, Somers & Hussey 1997) and the processes of electrical charge of bodies (Zubimendi & Ceberio, 2005). Students fail to use key concepts such as electrical potential and electrical capacitance to explain the processes of charge of a body: they tend to explain the phenomena as the passing of charge from body to body; in many cases it is considered possible only between bodies charged with opposite sign for a not properly articulated use of the concept of force and using linear and local causal reasoning. The analysis on how students look at the electrical interactions (Furio & Guisasola 1998) has shown that students do not establish a clear difference between the concepts of force and electric field and are in difficulty in situations that require significant application of the concept of electric field. Furthermore, it appears that students tend to give concreteness to the field lines (Tornkvist, Tranströmer & Pettersson, 1993). In the context of a design for a teaching/learning path with vertical perspective, following the MRE model (Duit, 2006), a study was dedicated to the learning knots concerning the transfer of charge and the electric field for middle school and higher education students, for a path of exploratory learning with simple hands-on experiments, using stimulus cards (Martongelli et al., 2001; Michelini, 2004) and a strategy of cycles SPEA (Situation, Prevision, Experiment, Analysis), in a conceptual laboratory CLOE (Michelini 2006). In this contribution we discuss the grid of research questions derived from the major problems encountered in the literature and intervention module with proposed activities to overcome them.

ReferencesBarbas A. & Psillos D., 1997, Causal reasoning as a base for advancing a systemic approach to

simple electrical circuits, Research in Science Education, 27 (3) 445 – 459 Guruswamy C., Somers M. D. & Hussey R. G., 1997, Students’ understanding of the transfer of

charge between conductors, Physics Education, 32 (2) 91 – 96 Zubimendi, J. L. & Ceberio, M., 2005, Los processo de carga eléctrica de cuerpos como

instrumento de evaluación en el aprendizaje de la electricidad en estudiantes universitarios. Enseñanza de las Ciencias, 2005. Número extra. VII Congreso

Furió C. & Guisasola J., 1998, Difficulties in learning the concept of electric field, Science Education, 82 (4) 417-526

Törnkvist S., Pettersson K. A. & Tranströmer G., 1993, Confusion by representation: on student’ s comprehension of the electric field concept, Am. J. Phys. 61 (4) 335 - 338

Duit R., 2006, Science Education Research - An Indispensable Prerequisite for Improving Instructional Practice, ESERA Summer School, Braga, (2006) at http://www.naturfagsenteret.no/esera/summerschool2006.html.

Martongelli R., Michelini M., Santi L., Stefanel A., 2001, Educational Proposals using New Technologies and Telematic Net for Physics, in Physics Teacher Education Beyond 2000 (Phyteb2000), R.Pinto, S. Surinach Eds., Girep book - Selected contributions of the Phyteb2000 International Conference, Elsevier, 615

Michelini M., 2004, Physics in context for elementary teacher training in Quality Development in Teacher Education and Training, Girep Book of selected papers PT_F8, FORUM, Udine 389-394Michelini M., 2006, The learning challenge: a bridge between everyday experience and scientific

knowledge in Informal Learning and Public Understanding of Physics, G Planinšič, A Mohorič

83

Eds, GIREP book of Selected contributions of the Third International GIREP Seminar Ljubljana, 2005 18 - 39

84

Energia per l’astronave Terra

Vincenzo BalzaniDipartimento di Chimica "Giacomo Ciamician", Università di Bologna

Energia ovunqueL'energia è la risorsa più importante per soddisfare i bisogni primari dell'umanità e per permettere a ciascuno di raggiungere e mantenere buon livello di benessere materiale Conosciamo bene l'importanza dell'energia perché ne facciamo abbondante uso tutti i giorni: per viaggiare, cuocere o conservare i cibi, illuminare e far funzionare il numero sempre crescente di apparecchiature che riempiono le nostre case di cittadini di un paese <sviluppato>. Forse, però, neppure noi ci rendiamo conto pienamente dell'importanza dell'energia. L'energia è più importante del cibo perché, oggi giorno, il cibo si può produrre in grandi quantità ma a prezzo di una alta spesa energetica: ad esempio per mettere sul mercato 1 kg di carne è necessaria una spesa energetica equivalente a 7 litri di petrolio. L'energia è più importante dell'acqua potabile, perché quando questa scarseggia se ne può produrre a volontà dissalando l'acqua di mare, ma al prezzo energetico di 3 litri di petrolio per ogni metro cubo d'acqua. L'energia è la linfa vitale dell'industria, perché per fare qualsiasi "cosa" ci vuole energia e quindi in ogni oggetto c'è, nascosta, una grande quantità di energia. Ad esempio: per produrre una tonnellata (t) di fogli di carta è necessaria una quantità di energia pari a 0,8 tep (tonnellate equivalenti di petrolio); per le materie plastiche 1,5-3,0 tep/t; per l'alluminio, circa 5 tep/t; per il titanio, molto usato nell'industria aerospaziale, circa 20 tep/t. Per fabbricare un automobile si utilizzano mediamente 3 tep/t, per cui si può stimare che, prima ancora di iniziare a circolare, un'auto ha già consumato circa il 25% dell'energia totale che consumerà prima di essere rottamata: prima cioè che il residuo di energia in essa contenuta sia distrutto usando altra energia.Nell'attuale fase storica l'energia è fornita in gran parte dai combustibili fossili: petrolio, gas naturale e carbone. Un tesoro custodito per milioni di anni nella stiva dell'astronave Terra, che abbiamo iniziato a "bruciare" intensivamente solo negli ultimi 100 anni e che negli ultimi decenni è diventato anche la materia prima dell'industria chimica.I combustibili fossili costituiscono una risorsa energetica molto potente e molto facile da usare, ma non rinnovabile. Li abbiamo usati e in parte li stiamo ancora usando senza parsimonia, ma ci stiamo rendendo conto che essi sono un regalo irripetibile e quantitativamente limitato che la natura ci ha fatto. Oggi al mondo si consumano ogni giorno 85 milioni di barili di petrolio, 6,8 miliardi di metri cubi di gas e 14 milioni di tonnellate di carbone: quanto potrà durare? Sappiamo anche che l'uso massiccio e prolungato dei combustibili fossili reca gravi danni all'uomo e all'ambiente: fino a quando potremo permetterci di causare tali danni?

La crisi energeticaLa crisi energetica mette in discussione il modello di sviluppo basato sul consumo a tutti i costi, che la grande disponibilità di energia a prezzi irrisori ha creato nei decenni passati e di cui ha goduto solo una minoranza della popolazione della Terra. E' chiaro che non sarà possibile far vivere "all'americana" tutti gli abitanti della Terra utilizzando i combustibili fossili, perché non ce n'è a sufficienza. E in un certo senso dovremmo aggiungere "per fortuna" perché, se ce ne fosse piena disponibilità, un loro uso massiccio causerebbe alterazioni climatiche e problemi sanitari di portata devastante.Per assicurare all'umanità una futuro energetico sostenibile è quindi necessario svincolarsi progressivamente dall'uso dei combustibili fossili ed ottenere energia da altre fonti. Le soluzioni possibili sono sostanzialmente due: da una parte l'energia solare e le altre energie rinnovabili,

85

dall'altra l'energia nucleare. Partendo da questi incontrovertibili dati di fatto, è necessario compiere scelte sagge e prendere rapide decisioni nel campo della politica energetica.

Energia nucleareL'energia nucleare costituisce il 15 % dell'energia elettrica mondiale e il 6% dell'energia primaria complessiva. Certamente i due maggiori incidenti (Chernobyl, Three Mile Island) hanno minato l'accettabilità sociale della tecnologia, ma la crisi del settore ha ragioni principalmente economiche. La liberalizzazione del mercati elettrici è stata un deterrente formidabile per gli investimenti, dimostrando in modo disarmante che il nucleare non sopravvive in regime di libero mercato. Se le generose casse statali non garantiscono la copertura degli enormi costi dell'intero ciclo industriale, in particolare quelli a monte e a valle (costruzione, dismissione), nessuna impresa privata è disposta ad investire in progetti che possono andare incontro a rischi di varia natura.Il prezzo dell'uranio è salito di oltre 7 volte dal 2002 al 2007, molto più del petrolio. Tra i primi 15 detentori di risorse di uranio non vi è un solo paese dell'Unione Europea, rendendo del tutto infondate le speranze di chi vede il nucleare come una strada verso l'autosufficienza energetica europea (o addirittura italiana).Non vanno poi dimenticati gli intricati dilemmi di una tecnologia che ha risvolti etici molto profondi legati alla sua intrinseca complessità e alla cosiddetta proliferazione nucleare connessa al legame ambiguo, ma oggettivamente indissolubile, con la tecnologie militari (il caso Iran è emblematico). I risvolti economici, tecnici e militari rendono particolarmente inadatta l'energia nucleare per i Paesi poveri di risorse finanziarie, scientifiche e culturali: proprio quei Paesi che hanno il diritto di aumentare la loro disponibilità energetica nei prossimi, cruciali, 2-3 decenni.

Energia solare e altre fonti rinnovabiliIl sole invia sulla Terra una colossale quantità di energia sotto forma di radiazione luminosa. La potenza istantanea che colpisce l'atmosfera terrestre ammonta a 170 milioni di miliardi di watt (170 PW). In pratica, in meno di un'ora il sole invia sulla Terra una quantità di energia pari all'intero consumo complessivo mondiale annuale. Questo flusso di energia solare è molto diluito ed intermittente su scala locale. Quindi la principale sfida scientifica e tecnologica è quella di immagazzinare il gigantesco e diluito flusso di energia solare per poi utilizzarlo con "l'intensità" necessaria, laddove richiesto.A partire dalla radiazione solare è possibile ottenere tutte le forme energetiche utili: calore, elettricità e combustibili.L'energia eolica è una realtà consolidata e in molti paesi è la tecnologia elettrica in maggiore espansione. La Germania, terza economia mondiale, produce il 10% della sua elettricità mediante la forza del vento.Un'altra grande risorsa virtualmente inesauribile è il calore delle viscere della terra che, fino ad oggi, è stato sfruttato solo a profondità relativamente modeste (non oltre 2 km).

Un futuro possibileLa questione energetica mette l'umanità di fronte ad un bivio.Da una parte c'è la difesa ad oltranza dello stile di vita ad altissima intensità energetica dei Paesi ricchi. Uno stile di vita insostenibile nel lungo periodo, che non si fa carico dei danni dell'ambiente, non si cura di ridurre le disuguaglianze, non esclude azioni di forza o addirittura di guerra per conquistare le riserve fossili residue, si espone ai rischi della proliferazione nucleare e lascia in eredità alle generazioni future scorie radioattive per migliaia di anni. Scegliere questa strategia vuol dire destabilizzare la società umana. Dall'altra c'è uno sviluppo che vuole di rispettare i vincoli fisici del nostro pianeta e che quindi impone uno stile di vita fondato su più bassi consumi energetici, sobrietà, sufficienza, solidarietà.

86

La scelta giustaChi ha responsabilità di governo, per scegliere gli obiettivi giusti deve guardare lontano. De Gasperi ha scritto che un politico guarda alle prossime elezioni, uno statista guarda invece alla prossima generazione. Per agire come statisti, i politici dovrebbero allora ascoltare più spesso gli scienziati che, avendo minori condizionamenti, possono guardare più lontano.Come abbiamo visto, uno dei problemi più delicati e più difficili che tutti i paesi, ma in particolare il nostro, hanno oggi di fronte è quello di scegliere fra lo sviluppo dell'energia nucleare e lo sviluppo delle energia solare e delle altre energie rinnovabili. La decisioni che verrà presa a questo riguardo condizionerà non solo la nostra vita, ma ancor più quella dei nostri figli e dei nostri nipoti. Ecco perché nel fare questa scelta è indispensabile che i politici guardino lontano, ascoltando il parere degli scienziati. A questo scopo, assieme a colleghi di altre università e centri di ricerca, abbiamo rivolto un appello al governo che si può consultare sul sito www.energiaperilfuturo.it e che è stato sottoscritto da centinaia di docenti e ricercatori che, in virtù della conoscenza acquisita con i loro studi o con la quotidiana consultazione della letteratura scientifica internazionale, conoscono bene il problema dell'energia. L'appello sottolinea l'urgenza che nel Paese aumenti la consapevolezza riguardo la gravità della crisi energetica e climatica, insiste sulla necessità del risparmio e di un uso più efficiente dell'energia, mette in guardia contro un inopportuno e velleitario rilancio del nucleare e, infine, esorta il futuro governo a sviluppare l'uso delle energie rinnovabili ed in particolare dell'energia solare. L'Italia non ha combustibili fossili e neppure uranio. La sua più grande risorsa è il Sole, una fonte di energia che durerà per 4 miliardi di anni, una stazione di servizio sempre aperta che invia su tutti i luoghi della Terra un'immensa quantità di energia, 10.000 volte quella che l'umanità intera consuma. Guardare lontano, quindi, significa sviluppare l'uso dell'energia solare e delle altre energie rinnovabili, non quello dell'energia nucleare. E' un guardare lontano nel tempo, perché non lascia alle prossime generazioni un immane fardello di scorie radioattive. E' un guardare lontano nel mondo, perché, a differenza dei combustibili fossili e dell'uranio, l'energia solare e le altre energie rinnovabili sono presenti in ogni luogo della Terra e, quindi, il loro sviluppo contribuirà al superamento delle disuguaglianze e al consolidamento della pace.

Per saperne di più: N. Armaroli, V. Balzani: Energia per l'astronave Terra, Zanichelli, 2008

87

Evolution MegaLab Project

Prof. C. CobalchiniIC 1, Vicenza

Evolution MegaLab è un esperimento pubblico sull’evoluzione biologica. a cui tutti possono partecipare. Nel 2009, in occasione del bicentenario dalla nascita di Charles Darwin, viene lanciato a livello europeo un progetto che coinvolgerà, a partire dal mese di marzo-aprile, le scuole, gli insegnanti, i musei, e chiunque vorrà partecipare a una vera ricerca di tipo evoluzionistico.Lo scopo del progetto è quello di favorire la diffusione della cultura scientifica facilitando la comprensione della variabilità biologica (base dell’evoluzione) e stimolando la discussione sull’evoluzione, sui meccanismi evolutivi, e su molti altri temi legati a Darwin e all’evoluzione biologicaIl progetto utilizza come modello di studio la distribuzione spazio/temporale delle diverse forme (colore e bandeggio) di una chiocciola la: Cepaea nemoralis Evolution Megalab da la possibilità a tutti di vedere l’evoluzione all’opera. Attraverso la raccolta di semplici dati sulle chiocciole, sarà possibile toccare con mano gli elementi essenziali dell’evoluzione: 1) la variabilità genetica, ovvero la variabilità tra individui per caratteristiche che vengono ereditate da una generazione alla successiva, e 2) le differenze tra aree geografiche o campioni raccolti in tempi diversi, che possono essere dovute a oscillazioni casuali (deriva genetica) o al vantaggio che alcune caratteristiche possono conferire in determinati ambienti o condizioni climatiche (selezione naturale e adattamento). Esistono molti modi per partecipare a Evolution MegaLab. Musei e associazioni didattiche proporranno Evolution MegaLab alle scuole con specifici moduli didattici, ma singoli insegnanti potranno partecipare con le loro classi semplicemente seguendo le istruzioni fornite nel sito web. Associazioni naturalistiche potranno dare il loro contributo al progetto, organizzando uscite per i loro soci o aiutando le scolaresche. Ma anche i singoli appassionati e loro famiglie potranno trovare nel sito web tutte le informazioni necessarie, che verranno integrate da indicazioni ulteriori disponibili presso i responsabili nazionali e locali.Evolution MegaLab nasce in Gran Bretagna, grazie all’idea di Steve Jones (direttore del dipartimento di biologia dell’University College di Londra e famoso scrittore e divulgatore) e Jonathan Silvertown (professore di ecologia alla Open University). Evolution MegaLab è sponsorizzato dal British Council, dalla Royal Society, e dalla Open University. Fa parte del progetto Darwin200 (www.darwin200.org), gestito dal Museo di Storia naturale di Londra per celebrare l’impatto delle idee di Darwin sulla scienza contemporanea. L’Italia è uno dei nove paesi europei che hanno già aderito a Evolution MegaLab. In Italia il progetto ha ottenuto il patrocinio della SIBE (Società Italiana di Biologia Evoluzionistica), di ANMS (Associazione Nazionale Musei Scientifici) e di ANISN (Associazione Nazionale Insegnanti di Scienze Naturali). Attraverso queste associazioni, e grazie anche all'aiuto della SIM (Società Italiana di Malacologia), stiamo sviluppando il progetto e la sua divulgazione per l’Italia.

88

Building bridges between common sense ideas and physics description of phenomena to develop formal thinking

Prof. M. Michelini,Physics Department of the University of Udine, Italy

The main problems in physics Teaching/LearningA substantial scientific illiteracy amongst young people has been found (Euler, 2002; 2004) associated with a reduction of interest in physics (Cobal 2004). The way in which physics has been taught up to now, the lack of attention given to didactic aspects and learning problems have a relevant role in this crisis in motivation, although this is not the sole problem (Planinsic G, 2006). It has not been taken into account what the student learns. Physics has been taught in the same way in various types of schools and at all levels. Greater emphasis has been placed upon results rather than processes, using reductionism and schematization, which destroy the capability to re-elaborate. Physics is therefore experienced as a school subject which speaks of things that do not exist (the material point, the perfect gas,.), with difficult laws which one does not know when to use. The beauty, usefulness and the vast role of physics do not emerge through this type of teaching. A demand for new educational modalities is recognize: with physics-related content such as cultural items, which the teacher proposes to students not to be reproduced, but to be used in a creative manner. It is necessary to create a knowledge of the subject which is not static and definitive, but in progressive and continuous evolution, able to be utilized as a learning map to recognize and investigate problems, to resolve them in a creative manner without separating the product from the process, whilst enjoying a close relationship with the multiple dimensions of knowledge. The physics education research investigate how to offer opportunities for understanding what science is, what it deals with and how it works, through direct personal experience with science itself.We require working proposals to overcome the 2 main consequences of the methods followed to date: a) initiate scientific education early, in kindergarten and primary school, as research shows that the child structures his or her first interpretative ideas at the same time as his or her first experiences with phenomena occur, b) proposal of physics T/L paths in vertical perspective and wide cultural framework in relationship with the context, focusing on conceptual knots, overcoming the habit of producing the same basic module of self-referenced nature. International research highlights the necessity of finding new educational strategies for the transition from common sense to a scientific vision of phenomena (Euler 2002, Cobal 2004, Planinsic 2006). Personal involvement in the formulation of interpretative hypotheses and in evaluating models, and the possibility of discussing ideas with peers, are all important learning methods, facilitate by new technologies (Pfund 1995; Tornton 2009; Viennot 1996, Vosniadou 2008). The learning problem cannot be overcome through a transmission of knowledge from one to other people or only through games whose main role is for emotive reinforcement. Young people are prepared to be active in learning and play games when they feel involved and are able to demonstrate their resources and skills in order that these may grow (Michelini 2006, Viennot 2007).The profound change in teaching produces a change in the role of the teacher, in his/her interaction with the class, in his/her capabilities (Wells, 1995). Teachers’ professional development require an integration of subject, methodological and didactic aspects (Pedagogical Content Knowledge), with classroom experimentation, supported by exemplificative teaching materials (IJSE, 1994, Shulman 1995; McGilley 2006).

Common sense reasoning and interpretative modelsIn reading phenomenology there is a common sense reasoning which influences all of us. Its relative level of coherence contributes to its resistance. There are basic physics elements, which

89

produce implicit natural reasoning with correlated elements of coherence. There are strategic angles where common knowledge interprets phenomenology. These strategic angles do not often coincide with the orthodox structure of the discipline: it is therefore necessary to find new approaches to physics. Scholastic knowledge and natural reasoning often co-exist within the same terrain (Viennot 2003).Error is an indicator of conceptual knots: unclear elements of physics and phenomenology interpreted in a contingent and local manner (Viennot, 1994; McDermott, 1993-2006; Michelini 2003). Our research seeks to shed light upon ways of looking at phenomenology and on common ways of reasoning and, in taking these into account, aims to utilize them as an anchor for didactic proposals. We are interested in the internal logic of reasoning and structure in terms of Mental Models (Gilbert, 1998) but, above all, their dynamic evolution following problematic stimulus (inquiry learning). Research-based experimentation allows us to explore the efficacy of the proposals of T/L in an operative way (Michelini 2003). Rather than general results or catalogues of difficulties, we are interested in the obstacles that must be overcome to reach a scientific level of understanding and the construction of formal thinking. With regard to this aspect, the description of reasoning typologies is the main product of our research and forms the basis of the framework for the I/A proposals. Different departure situations produce different evolutions of reasoning and differentiated reference contexts for reasoning. In this way we identify useful paths for encouraging learning. Interpretative keys for entire phenomenological contexts emerge as we saw in the case of optic polarization for the analysis of quantum states (Cobal et al, 2004), with magnetic field lines for the study of magnetic phenomenology (Bradamante 2005), with the interpretation of thermic sensation for the study of thermic phenomena (Michelini et al 2004) and in the study falling bodies (Bradamante 2006). The choice of reference situation, materials and modes with which to carry out the investigation of the dynamic evolution of ideas is never neutral. For this reason research in the phenomenological field is articulated along different lines and through different interventions in class.The intervention in class is preceded by research into the foundation of the discipline and determined by its relative broadening, according to the following structure of the Model of Educational Reconstruction (MER – Duit 2006):A. Analysis of the structure of content

A1. Clarification of the subject: - text books and key publications- Historical development of ideas- Conceptions and Ideas of children prior to teaching

A2. Analysis of educative significanceB. Research on Teaching and Learning (T/L)C. Development of materials and related research activities I/A with new methods.We will carry out various interventions in similar classes, modifying support material and carrying out monitoring, according to an analysis of data from each intervention. With the monitoring materials it is important to always ask an explanation and justification for affirmations and responses We have found that the phenomenon of contamination of efficient reasoning is extraordinary: at times we observe a radical change in point of view of an entire group of students with different ideas, through the effect of a single student who employs a reasoning process that is recognized as valid.It is necessary that the boundaries of the research taking place remain clear, in order to help us produce well-targeted proposals that teachers may utilize as a reference, both to reflect upon concepts and to elaborate activity paths in class.

Mental, analogical and objectual models

90

A mental model is “ A personal, private, representation of a target” (Gilbert 1998). The capacity to read, to influence, to control, produce or foresee a physics phenomenon derives from the construction of a partial interpretative model of the phenomenon which functions (Greca & Moreira, 2001). The interventions produce important mental models which are analogical representations of reality (Johnson-Laird 1983), (Euler 2001, 2004) and objectual models which represent the behavior of both. Reaching a scientific level requires the overcoming of obstacles of a various nature, such as that of attributing a material nature to physics quantities. Our research found that objectual models were useful, in that they represent aspects of a phenomenology that may be used to test one’s own ideas. Let us mention several examples taken from our research at primary school level. Balls of rubber foam made from isolating portions of fluid with balloons of water, taken from the mesoscopic model of ideal fluids (Besson 2002) This is useful to visualize the underlying idea and in order to reason about the concept of pressure, on the mechanisms that justify the pressure of the fluid in all directions (Pascal law), and on the increase of pressure with depth (Stevino law).A transparent shirt box, inside of which we have placed various systems: a mass hanging from a vertical spring, objects sitting on the base, a pendulum, which became an elevator for the observation of free fall and reasoning on gravity (Bradamante 2006).A polystyrene platform with hinged straws weighted on one side, became a system of “gravity compasses” to explore the properties of space, to be compared with that of magnetic compasses in the space surrounding a magnet (Bradamante 2005).A sheet of elasticized cloth attached to a square frame became Eddington’s model for the study of falling bodies with a variation in initial conditions (Bradamante 2004).A system of small tiles with drawings of circuit elements became the environment for the modeling of simple electric circuits used to understand the modality for overcoming the topological knot in the functional behavior of circuits (Testa 2006).A Java applet on the web (Geiweb) was planned and utilized for the representation of models in geometric forms taken from real objects. The system acquired photographs of situations and used a design utility which allowed for elements of the model, such as straight lines-directions / rays of light, vectors / velocity / forces, to be represented on the same photo, or to be gradually removed in order to concentrate on the model. For scientific education it is fundamental to use games about exploring different worlds and different ways of seeing them with hypotheses, which will in turn create other worlds or models in order to interpret these. It is therefore important to take advantage of games to provide contexts of learning constructions. One of the main challenges faced by informal education is how to cross social and cultural barriers between instruction and its utilization (Tuomi-Grohn e Engestrom 2003). This consists of a transition which involves (Beach 2004) the utilization of knowledge in different contexts and the assumption of responsibility and active roles. The exhibition GEI (Bosio 1998) with 250 simple experiments to do and not only to see - hands-on and minds-on - promote informal learning and free exploration of ideas and contexts in qualitative and quantitative way. The simple apparatuses are created both for a simple exploration of phenomena and measures of greatness. Research in this area which has been taking place since 1994 in Udine concerned: a) exploration paths, b) conceptual laboratories, c) planning of experiments, c) learning processes and, in particular, the role of operativity in the personal construction of concepts, and interpretative models and representation familiar to students in the construction of formal thinking (Michelini, 2004). On the other side An approach to quantum Physics to build theoretical thinkingIn literature an increasing attention is devoted to the introduction of quantum physics in the secondary school (Stefanel 2003), but, up to now, there is no common point of view for educational approach: the different possible formulations and interpretation of quantum mechanics (QM) has

91

been used as starting point for different didactic proposals: 1) rational reconstruction of the historical developments: crucial experiments and the birth of the theory of quanta, 2) wave formulation, 3) vector approach proposed by Dirac (Dirac, Sakuri, 1996). This approach points out the central role of the formalism in QM and how it is strictly interrelated to the conceptual aspects of the theory. It is a reference for our didactic proposals ( Ghirardi, 1995; Michelini 2000, 2001, 2008) aiming to generate awareness of the fundamental ideas of the new mechanics and to offer the opportunity to build theoretical thinking (Ragazzon, 2004), having experience of the most simple formalism adopted. We decided to use polarization as a quantum property of light and to explore this as a phenomenon on experimental and analytical levels through simple experiments involving interactions of single photons with polaroids and birefringent materials (calcite crystals). The states of polarization of light are described in quantum terms by two-dimensional vector spaces (as it is possible for spin).

Concluding remarks: our research fiel in building formal thinkingThe research carried out in Udine is located within the framework of empirical research to contribute to practice and to produce Teaching/Learning (T/L) proposals. These proposals, however, are not only restricted to what functions in practice. This task is often integrated with research-action in a collaborative dialectic between school and university.As well as contributions aimed towards didactic innovation with methodologies of research and development (R&D), we also study particular methodological aspects such as the role of the ICTs in learning, the processes of constructing formal thinking, the contribution of practical and laboratory activity in overcoming conceptual knots and the role of operativity and informal learning in order to identify approaches for conceptual change (Vosniadou, 2008). The first step in our research task is to rethink scientific content as a problematic issue, not only how it should be taught, and to rebuild this with an educative perspective. In the last years, in particular, we have studied the building of formal thinking in border areas in a physics curriculum: the first step of scientific education (objectual models) and quantum mechanics for secondary school level as a way to build theoretical thinking.

References Bosio S &al, Problem solving activities with hands on exp. for orienting in science, Girep

Book,Duisburg 1998Bradamante F &al,Learning problems related to the concept of field, FFP6,Springer 2006Cobal M e al eds, Girep book,Quality Dev in the Teacher Educ. and Training, Forum 2004Dirac RAM, I principi della meccanica quantistica, Torino, Boringlieri, 1959),

with Sakuri’s elegant additions, (J.J. Sakurai, Meccanica quantistica moderna, Zanichelli, Bologna, 1996).

Duit R et al,. Stu on ed reconstr., Res in Sci Ed, 27, 1997; ESERA 2006.Euler M, Girep book,Developing Formal Thinking in Phys, Forum 2002Fedele B &al 5-10 years old pupils explore magnetic phen. in CLOE Lab.,

ESERA,Cresils,Barcellona 2005Ghirardi GC, R. Grassi, M. Michelini, A Fundamental Concept in Quantum

Theory, the superposition principle, Thinking Physics for Teaching, New York, 1995.

IntJSciEd-Special Issue on Teacher Develop.1994-V9-N5Mc Dermott, AJP, 1993; 2000; 2006McGilley K,Ed,Classroom lessons: Integrating cognitive theory and classr. practice,

Cambridge,MA:MIT PressMichelini M &al eds,Prop. Did. su forze e movimento, Forum 2002Michelini M &al eds,Phys.Teaching and Learning, Girep book,Forum 2005

92

Michelini M &al, Learning phys.starting from real world: curr.prop. for did.inn. using ICT,RIEF 2005

Michelini M &al, PhysEduc.35(6),2000; Michelini M &al,Quantum Phys.as a way of thinking, Phyteb2000,Elsevier 2001; Michelini M &al, Learning paths of sec. stu. in QM,in FPE, Girep book, Rijeka 2008

Michelini M,L'educ.Sci. nel raccordo territorio/univ.a Udine, Forum 2004Michelini M,The Learning Challenge:A Bridge Between Everyday Exp And Sci.Knowl., in Girep

book 2006Pfundt H &al,Students'alternative Frameworks and Sci.Ed, Sci Educ,Kiel 1995Planinsic G et al eds, Girep book, Informal Learning etc, Ljubljana 2006; Ragazzon R &al, Discussion of a did. prop. on QM with sec.school stud.,Il nuovo

cimento,27C,5,2004Santi L &al,Prop.did. basate sulle TIC per la form.ins in fisica, LFNS XXXVII 2,2004Shulman LS Knowledge and teaching: Foundations of the new reform, HEReview 57(1),1995Stefanel A &al Quantum phys.in sec.school, FJS-researches 3,2003Testa et al, Children naiive ideas and reasoning about logic circuits, in ILPUP, Girep book, 2006Thornton R, New Technology in learning paths, AAPT Conference, Chicago 2009Viennot L,Raisonner en Phys,DeBoeck,1996Vosniadou S; Int. Handbook of research on conc. Change, Taylor and Francis, 2008Wells D,Hestenes D,A modelling method for high school phys.instruction,AJP,1995-V63-606

93

Il progetto ISS e la didattica delle scienze

Prof. I Gatti

94

TEACHING BIOLOGY IN GREECE: A COMPARISON WITH THE EUROPEAN SCHOOLS’ SYLLABUS & METHOD

EG Gheorvassaki1, E Kritikou2 & D Vallianos3

1. Dr in Biology, teacher in the 15th General Lyceum of Athens; seconded in the European School of Luxembourg (2000-2006).

2. Dr in Biochemistry, Environmental Education Counselor, East Attica Region.3. Chemist, teacher in the 1st General Lyceum of Gerakas, Attica; member of the Experimental

Support Center for the teaching of Science in secondary schools.

It is apparent that the educational systems of the European countries, besides their obvious similarities, they have also a lot of differences due to their different geographical, historical, economic and cultural status. Educational mobility and exchange between EU members has enabled the comparison and understanding of the differences among countries, a dissemination of good practices and, as a result, an improvement of the educational systems for the benefit of students.

In this context we found interesting to present in this study, the way Biology is currently incorporated and taught in Greek schools, as well as a comparison of this subject with the European Schools’ program.

Since Biology is part of the field of Science, a brief description of the syllabus of Science for the primary & lower secondary education in Greece is given as an introduction. In this part, it is also included a brief description of the reforms that have recently been introduced in Greece in compulsory education (primary and lower secondary) in the above field.

The main body of the presentation refers to the teaching of Biology in the three classes of Greek upper secondary education (general lyceum, age 15-18), followed by a comparison with that of the European Schools. More specifically, we analyze and compare the infrastructures, the content and time of teaching as well as the methodological approaches in the two educational systems, as far as Biology is concerned.

Finally, based on the above comparison, some proposals are made that aim at the improvement of teaching methods in Greek general lyceum.

Facts and data introduced in this presentation are taken from the official sites of the greek educational system (www.ypepth.gr, www.pi-schools.gr), the official portal of the European Schools (www.eursc.org), as well as the official portals and web pages of the EU, relative to matters of secondary education.The interpretation and proposals made however are mostly based on personal experience.

95

Progetto Lauree Scientifiche – Orientamento e formazione degli insegnanti per l’area Chimica:

Un bilancio dell’attività dell’Unità Operativa dell’Università di Modena e Reggio Emilia

Gianantonio Battistuzzi, 1 Rossana Zanoli,2 Gianluca Malavasi,1 Paola Ambrogi,2

Marzia Bellei1

1Dipartimento di Chimica, Università di Modena e Reggio Emilia, via Campi, 183, 41100 Modena2SSIS, Università di Modena e Reggio Emilia, via Campi, 183, 41100 Modena

Il Progetto Lauree Scientifiche (PLS) è stato promosso nel 2005 dalla conferenza Nazionale dei Presidi delle Facoltà di Scienze e Tecnologie, dal MIUR e da Confindustria, con l’intento di migliorare il rapporto degli studenti con le materie scientifiche di base: matematica, fisica, chimica e scienze dei materiali.Su queste premesse, il Dipartimento di Chimica dell’Università di Modena e Reggio Emilia ha presentato e visto approvare un progetto, avente come obiettivo primario di incrementare sia il numero degli immatricolati al corso di Laurea in Chimica, mantenendo un elevato standard di qualità degli studenti, sia il numero dei laureati, potenziandone l’inserimento nel mercato del lavoro.Gli esiti dei primi due anni del progetto sono stati pubblicati su un numero speciale degli annali della Pubblica Istruzione dedicato al prof. Ulderico Segre che, oltre ad essere responsabile dell’Unità Operativa dell’Università degli Studi di Modena e Reggio Emilia, è stato anche il Coordinatore Nazionale del Progetto Lauree Scientifiche dell’area Chimica fino al gennaio 2008, mese della sua prematura scomparsa.Il Progetto Lauree Scientifiche è stato riproposto per l’Anno Scolastico 2008-2009, con lo scopo di estendere le attività ad un maggior numero di istituzioni scolastiche, ampliando il numero di studenti e docenti coinvolti, e di imprese produttive.Fra le differenti iniziative organizzate nell’ambito del Progetto Lauree Scientifiche – area Chimica, l’attività “Orientamento e formazione degli insegnanti-Area Chimica” si ripromette di

potenziare l’orientamento pre-universitario degli studenti delle Scuole Secondarie di II grado, organizzando attività laboratoriali e seminari divulgativi

fornire ai docenti delle Scuole Secondarie di II grado nuovi spunti e nuovi approcci didattici per l’insegnamento della chimica

Per raggiungere questi obiettivi, l’Unità Operativa dell’Università di Modena e Reggio Emilia ha organizzato attività laboratoriali svolte presso i laboratori didattici dell’Università e/o delle Scuole

Secondarie di II grado, che hanno coinvolto studenti delle classi IV e V periodi di stage presso i laboratori dei gruppi di ricerca attivi presso il Dipartimento di

Chimica cicli di seminari divulgativi tenuti da docenti di chimica dell’Università presso le Scuole corsi di aggiornamento per gli insegnanti di afferenti alle classi di concorso A013 (chimica),

A060 (scienze) e C240 (insegnanti tecnico-pratici) delle Scuole Secondarie di II grado, costituiti da seminari tematici, esperienze di laboratorio e laboratori informatici

L’integrazione delle esperienze di laboratorio condotte presso l’Università con interventi presso i laboratori didattici delle scuole, proposti da personale universitario e da docenti esperti ha permesso di raggiungere un maggior numero di scuole e di studenti, rispondendo positivamente ad un elevato numero di richieste.

96

D’altra parte, le modalità e i tempi del Corso di aggiornamento per insegnanti sono stati progressivamente modificati, sulla base delle proposte e dei suggerimenti dei partecipanti e ottenendo un risultato di presenze e di gradimento decisamente superiore alle aspettative.

97

Gli organismi e i sistemi modello  nell'insegnamento delle scienze integrate

Prof. A. Pascucci Presidente ANISN

La didattica delle Scienze della Vita deve fronteggiare in continuazione la “complessità ambientale” ed aiutare lo studente a costruire “pensiero complesso”, efficace strumento di interpretazione della realtà per il suo carattere di trasversalità e pluri/interdisciplinarietà.Lo studio di “Organismi modello” ha il “potere” del “fare conoscenza” attraverso osservazioni ed esperienze sperimentali semplici e flessibili, ma nel contempo fertili a sviluppi di trasversalità sperimentale e complessità cognitiva progressivamente crescente.Gli “Organismi modello” hanno il vantaggio di essere piccoli, resistenti, dal breve ciclo vitale, prolifici, reperibili nell’ambiente “naturale”; sono quelli stessi “scelti ed usati” in laboratori di ricerca scientifica.Offrono fertili spunti per un approccio “complesso (sensu Edgar Morin, Gregory Bateson) e relazionale in quanto stimolano a cercare le interazioni tra l’organismo e le componenti biotiche e abiotiche dell’ambiente, aiutano a costruire l’idea della “complessità ed interdipendenza” di tutti i fenomeni biologici, fisici e chimici del nostro Pianeta e ad immaginare “la rete della vita” (come la definisce Fritjov Capra), coerentemente con una visione sistemica e complessa della scienza moderna. Uno stimolo modello: “la vita ... in un pugno di terra” E’ particolarmente versatile e fertile allestire percorsi didattici investigativi che partendo da “ un pugno di terra” portino a indagare su vari viventi del terreno, in particolare sui batteri, quelli “azotofissatori” e non, quelli “liberi” e quelli “simbionti”. La simbiosi mutualistica di batteri azotofissatori con le piante di leguminose rappresenta un esempio di biotecnologia naturale, il che consente al docente di introdurre e spiegare l’argomento delle “biotecnologie” e delle sue implicazioni in bioetica. Inoltre, permette di affrontare lo studio della crescita batterica e delle peculiarità di quella vegetale, di fenomeni complessi ed emozionanti come le interazioni mutualistiche tra organismi diversi in una comunità biologica, lo studio dei “cicli biogeochimici” e delle loro alterazioni a seguito dell’azione “inquinante” dell’uomo.Progettare e realizzare un terrario per allevare lombrichi, “braccianti agricoli” infaticabili i cui primi studi risalgono a Charles Darwin, significa costruire un modello di ecosistema terrestre, che rende visibile e comprensibile il “ruolo ecologico” svolto nel terreno da questi anellidi oligocheti come decompositori di sostanze organiche, in prezioso “humus di lombrico”: fertilizzante totalmente biologico impiegato per qualsiasi piantagione, che rappresenta una valida alternativa all’uso di letame e di fertilizzanti chimici. L’attività sperimentale del compostaggio del “rifiuto umido” con i lombrichi, che dipende da variabili abiotiche quali temperatura, areazione e umidità, rinforza l’idea di vivente come “sistema aperto” che scambia materia, energia ed informazioni con l’ambiente esterno, rende possibile l’approfondimento del concetto di sostanze “biodegradabili” e non, per giungere ad un problema di grande attualità quale lo smaltimento dei rifiuti organici attraverso la raccolta differenziata. Un organismo modello: “Drosophila melanogaster”

Allevare e far riprodurre moscerini della frutta offre, nella ricerca sperimentale, le risposte a domande frequenti e spesso molto precoci: " Come (da dove, da chi ) nasce un essere vivente?", "Quali trasformazioni gli organismi affrontano prima di diventare adulti?,“Perché siamo diversi nella popolazione?”"Come l'ambiente può influire nelle trasformazioni? E’ un argomento di potente interesse che affascina il ragazzo in quanto egli ha la possibilità di creare un "allevamento" controllato di piccoli esseri viventi che permette di affrontare sperimentalmente temi centrali della

98

biologia quali la variabilità biologica, il ciclo vitale, la metamorfosi, il dimorfismo sessuale, la riproduzione sessuata e spunti per un approfondimento disciplinare circa la teoria della “generazione spontanea”. La possibilità poi di riprodurre esperimenti esemplari nella storia della Biologia come gli incroci realizzati da T. H. Morgan, offre una non comune possibilità didattica sperimentale nel campo dell’insegnamento della Storia della Scienza e di sviluppare investigazioni circa le modalità di trasmissione dei caratteri ereditari e le mutazioni, sino a giungere alla comprensione delle direzioni più avanzate della ricerca scientifica odierna come gli effetti mutageni degli agenti atmosferici.

Un sistema modello: “L’acquario”

L’esperienza di realizzare e prendersi cura di un modello di ecosistema di acqua dolce oltre ad essere estremamente coinvolgente è una grande risorsa di problemi reali ed ineludibili, dove non ci sono ambiti disciplinari… ma una fertilizzazione incrociata della biologia con la fisica, la matematica, la chimica, l’etologia. A partire dal galleggiamento e il principio di Archimede, al principio dei vasi comunicanti e la pressione idrostatica; si possono osservare la rifrazione e i suoi effetti, la riflessione e la scomposizione della luce, il fenomeno della condensazione dell’acqua, la forza di coesione e la tensione superficiale. Si può partire da un “acquario minimo”- ma didatticamente significativo - contenente soltanto piante acquatiche e le piccole chiocciole che la pianta porta sempre con sé e arricchirlo facendovi riprodurre un organismo modello quale Danio rerio (Zebrafish) un piccolo pesce di acqua dolce con la caratteristica straordinaria di avere gli embrioni trasparenti osservabili nel loro sviluppo fin dai primi stadi. Offre quindi una ricchezza di nodi disciplinari quali: l’ecosistema, il biotopo, fotosintesi e respirazione, le caratteristiche anatomiche e funzionali di invertebrati e vertebrati, il dimorfismo sessuale, la fecondazione, l’embriogenesi, il ciclo vitale, nonché le interazioni organismo-ambiente. Lavorare in classe con organismi modello, induce dunque, l’attivazione di una forte carica motivazionale ed innesca meccanismi percettivo-attenzionali profondi. La partecipazione diretta degli studenti a tutte le fasi sperimentali permette l’uso del laboratorio come strumento epistemico, esplorativo, non solo di “constatazione degli eventi”. L’interrogarsi, a seguito dell’osservazione, il cercare risposte nella sperimentazione dà un senso a tutta l’attività laboratoriale: la scienza procede per domande e cerca risposte nella sperimentazione, nella ricerca, con il contributo di sguardi disciplinari diversi. Questo è un ottimo esercizio per capire le procedure della scienza e presentarla in chiave dinamica e non dogmatica e lineare, come comunemente viene fatto nell’attività scolastica e di divulgazione scientifica.

99

Il supporto degli Orti Botanici alla Didattica della Biologia a scuola: l'esperienza dell'Orto Botanico di Modena

G. Barbieri, G. Bosi, M. Bandini Mazzanti

Dipartimento del Museo di Paleobiologia e dell'Orto Botanico - Università di Modena e Reggio Emilia - giovanna.barbieri@unimore.it

La scuola attraverso la Didattica delle Scienze ha un ruolo importante nella sensibilizzazione e responsabilizzazione dei giovani nella salvaguardia dell’ambiente. A tal fine, accanto alla didattica di tipo tradizionale, si propongono spesso attività tese alla “scoperta della natura”, tra le quali escursioni all’interno di aree protette o di pregio dal punto di vista naturalistico. A questo proposito desideriamo sottolineare le potenzialità offerte agli insegnanti dagli Orti e Giardini Botanici. La Botanica, una "cenerentola" tra le scienze ?Ogni giorno siamo a contatto con le piante, ma in realtà di esse sappiamo poco. Questa “lacuna conoscitiva" spesso si accompagna alla ben più grave “assenza del desiderio della conoscenza” del mondo vegetale, una mancanza di interesse che è stata rilevata anche in ambito universitario. Dagli insegnanti emerge che le piante sono sempre poco considerate nella scuola di base, e più si sale di grado scolastico più la situazione peggiora (1). Flannery (1991), a proposito degli insegnanti di biologia si esprime così: “I have to admit that I don't give enough attention to plants ... in biology courses ... I'm afraid this is a problem I share with many biology teachers. I think to some extent we have allowed our prejudices to be accentuated by our students' prejudices. We are all more interested in animals: they react, they move, they even think” (2). I sondaggi svolti in merito alle “conoscenze” degli studenti sulle piante sono sconfortanti: le piante talora non sono considerate esseri viventi, spesso si crede che non respirino o che non si riproducano (3). Gli alunni riescono il più delle volte a dare una definizione corretta di fiore e ne conoscono le varie parti, ma, ad esempio, non lo collegano al frutto e al seme; ciò dimostra come essi non abbiano colto l'insieme-pianta nella sua complessità e nel suo divenire, come sistema in cui diverse parti legate da relazioni formano una unità (4). La trascuratezza sul mondo vegetale, che emerge anche dai testi scolastici, priva i giovani di un terreno educativo ricco per la costruzione di conoscenze biologiche e non solo. In questo modo si perde un’occasione didattica che ha grandi potenzialità: le piante offrono infatti un ottimo materiale di studio, facile da reperire, utile per condurre le esperienze concrete di cui gli alunni hanno bisogno per fissare le conoscenze. Le piante sono presenti, visibili, disponibili pressoché ovunque; possono essere toccate, spellate, tagliate, osservate nel loro ambiente più o meno naturale o portate in ambito scolastico; molte osservazioni possono essere condotte ad occhio nudo o con l'aiuto di una lente e i preparati vegetali microscopici sono semplici da predisporre e visibili anche senza coloranti particolari. Nella Didattica delle Scienze è da prediligere una impostazione di tipo operativo, utilizzando le modalità più motivanti e ricche di senso, che producono un apprendimento duraturo e significativo.La promozione della Didattica della Botanica: l’esperienza dell’Orto Botanico di ModenaL’Orto Botanico di Modena, che opera da sempre nel settore della ricerca e della conservazione delle specie vegetali, ha ritenuto di porsi a disposizione del mondo della scuola come interlocutore qualificato per promuovere la cultura botanica, senza sovrapporsi ai compiti propri degli insegnanti. Da circa 20 anni infatti svolge un'intensa azione di didattica e divulgazione scientifica botanica extrauniversitaria, rivolta principalmente al mondo della scuola, con lo scopo di rafforzare nei giovani la consapevolezza che le piante, e l’ambiente in generale, sono patrimonio di tutti e valore irrinunciabile per il futuro. Alla base dell’offerta formativa dell’Orto Botanico di Modena ci sono alcuni principi chiave: divulgazione scientificamente corretta, non pedante e gradevole; scelta di argomenti che rispondano a quanto previsto dai programmi scolastici; flessibilità dell’offerta didattica (5,6,7,8). Il metodo utilizzato privilegia l’apprendimento significativo, interattivo e per scoperta; in questo modo viene favorita nei ragazzi una costruzione autonoma ed attiva delle

100

conoscenze che vengono integrate con quelle preesistenti. Questa impostazione trova fondamento nella moderna psicopedagogia, secondo al quale le informazioni acquisite in maniera significativa vengono ricordate più a lungo (9). A tal fine i nostri interventi didattici si prefiggono di favorire la creazione di situazioni di apprendimento coinvolgenti, grazie anche alla prevalenza dell’interattività (la pratica cosiddetta hands on). Per rispondere alle esigenze manifestate dagli insegnanti e per rendere le visite all’Orto più interessanti sono state elaborate e sperimentate alcune proposte didattiche che affrontano i temi specifici inerenti la botanica, differenziandole e adeguandole in base al target scolastico. Le proposte per la scuola dell’infanzia (SI) sono state ideate con l'intento di avvicinare l'età prescolare al mondo delle piante, privilegiando le attività ludiche e l’esperienza sensoriale come mezzo di comunicazione. Agli alunni dei primi due anni della scuola primaria (SE1) vengono proposte attività legate allo sviluppo della percezione sensoriale, ma anche approfondimenti scientifici, più mirati alla conoscenza del mondo vegetale, e potenziati per gli alunni degli ultimi due anni (SE2). Nelle proposte per la scuola secondaria (SM e SS) viene generalmente privilegiato l’aspetto scientifico, senza però tralasciare il coinvolgimento attivo degli studenti. Attualmente l'offerta didattica attuale dell’Orto Botanico di Modena è articolata in Itinerari, Minilaboratori e Laboratori, che coinvolgono quasi 250 classi di ogni ordine e grado all'anno. Itinerari - 1/1,5 ora – all'Orto Botanico: 1) Le piante, i colori, le forme e gli odori (Itinerario Sensi) (SI, SE1); 2) Storie di piante del Piccolo Popolo (Itinerario Storie I - fiabe e favole) (SI, SE1); 3) Le piante: miti e magia (Itinerario Storie II - miti e tradizioni) (SE2, SM); 4) Piante, polline & C. (Itinerario Riproduzione) (SE2, SM, SS); 5) Le piante di qui (Itinerario Piante Autoctone) (SE2, SM, SS); 6) Le piante, gli adattamenti e le difese (Itinerario Adattamenti) (SE2, SM, SS). Minilaboratori - 2 ore – all'Orto Botanico: 1) Officina Botanica – Inverno (SI, SE); 2) Riconoscere gli alberi (SE2, SM); 3) Fotosintesi: le imprese della clorofilla (SE2, SM). Laboratori - 4 ore – a Scuola: 1) Laboratorio Polline (SS); 2) L'Erbario in classe (SE2, SM, SS). Per ogni percorso vengono forniti materiali e bibliografie per l'insegnante, in modo da consentire approfondimenti autonomi dopo l'esperienza.(1) Longo C. (1998). Didattica della Biologia. La Nuova Italia, Scandicci (FI). (2) Flannery M.C. (1991). Considering plants. American Biology Teacher, 53, 306-309. (3) Barman C.R., Stein M., McNair S., Barman N.S. (2006). Student's ideas about plants & plant growth. American Biology Teacher 68: 73-79 (4) Cavallini G. (1995). La formazione dei concetti scientifici. La Nuova Italia, Scandicci (FI). (5) Bosi G., Barbieri G., Massamba I., Ronconi L., Storci C., Bandini Mazzanti M. (2005) Itinerari e Laboratori all’Orto Botanico: 1. Officina Botanica Inverno. Atti Soc. Nat. Mat. Modena, 135 (2004): 109-119. (6) Bosi G., Barbieri G., Ronconi R., Serventi P., Bandini Mazzanti M. (2006) Itinerari e Laboratori all’Orto Botanico: 2. Le piante narrate: tre Itinerari (Storie di piante del Piccolo Popolo - Le piante raccontano – Le Erbe magiche). Atti Soc. Nat. Mat. Modena 136 (2005): 53-66. (7) Grimaudo M., Bosi G., Massamba I., Barbieri B., Sgarbi E., Baroni Fornasiero R., Bandini Mazzanti M. (2007) Itinerari e Laboratori all’Orto Botanico: 3. Le piante, gli adattamenti e le difese. Atti Soc. Nat. Mat. Modena 137 (2006): 57-68. (8) Barbieri G., Bosi G., Bandini Mazzanti M. (2007) Itinerari e Laboratori all’Orto Botanico: 4. Piante, polline & C. e Laboratorio Polline: due attività per far conoscere il microscopico mondo del polline - Atti Soc. Nat. Mat. Modena 137 (2006): 69-76. (9) Novak J. (2001). L’apprendimento significativo. Erickson, Gardolo (TN).

101

Supporting the Process of Generalization: design research and scaling out

Celia HoylesLondon Knowledge Lab,

Institute of Education, University of London

Expressing generality, recognising and analyzing pattern and articulating structure are at the core of mathematical thinking and scientific enquiry. These ideas are notoriously elusive for students. There have been numerous attempts to foster a shift towards an appreciation of generality. These have been most notably through finding ways for students to construct their own mathematical understandings by engaging in tasks that foster an ability to see the general in the particular, and a sense of ownership in the abstraction process.

The challenge of articulating structure becomes most apparent in the teaching and learning of algebra: the need to express and justify generality has been called “the heart, root and purpose of algebra” (Mason 2005, p.2). Yet in the traditional mathematics curriculum, the purpose of algebra tends to get lost, the end (to express generality) is confused with the means (to learn the language of algebra). As a result, students often come to see algebra as a set of disembedded and essentially useless procedures, and even though most students are well able to identify and predict patterns recursively, i.e., “what comes next”, they are unable to discern structure and articulate a general pattern or relationship in either natural language or symbolic notation (see for example, Küchemann & Hoyles, 2005).

To summarise the key elements of the problem: 1. Students easily revert to ‘pattern-spotting’, which typically emphasises the numeric aspect of

patterning at the expense of structure; 2. Students fail to see beyond the particular and need strong teacher support to focus any attention

on the general; 3. Students’ inexperience with mathematical language prevents them from expressing generality

rigorously; 4. Students’ difficulties in making links between different representations impede the development

of mathematical reasoning skills.In my presentation, I will summarise some of the above background and will go on to

describe ongoing research that seeks to make progress on these issues. I will also briefly describe a national structure for teachers of mathematics, the National Centre for Excellence in the Teaching of Mathematics through which research can, not only interface with practice, but also be disseminated at scale. I will take for granted a range of perspectives derived from more than 30 years of research on the design of digital technologies within and outside the mathematics education community and will assume that we no longer have to argue for the value of exploratory mathematical environments in supporting student autonomy in their learning and for the need to take account of the changed role of the teacher in such environments.

From a research point of view, these questions are more or less settled, even if there remains a gap between these high-level ‘orienting frameworks’ (diSessa & Cobb, 2004) and blueprints for actual implementation. But problems remain. The relationship between exploration and instruction has yet to be fully elaborated. Despite the considerable work of researchers from different countries about role of the teacher in setting up discussion and exploratory environments - as a ‘facilitator’ or an ‘orchestrator’ - more theoretical work needs to be undertaken, notably in situations where digital technologies are used, which shape the mathematical understandings it is possible to build and share and, simultaneously, are shaped by the mathematical goals of the community of teachers and

102

students (see Noss & Hoyles, 1996, Trouche, 2004; Artigue, 2002)18 In practice, such roles demand from the teacher that which, in a real classroom setting, is highly problematic to implement.

The MiGen ProjectIn the MiGen project,* our focus is on this central difficulty for students – what mathematical

generalisation is, why it is important, and how it can be expressed. I will describe the design and rationale behind the MiGen technological system and how it sets out to support students in constructing, expressing and sharing solutions to generalising problems in the form of computer models. I will share descriptions of our prototype microworld, the eXpresser, in which students build their constructions and expressions for what we call figural pattern tasks (in contrast to numerical pattern tasks) as well as describe the basis for the group tasks we have designed to promote on-line collaboration between students.

In MiGen, specifically we seek to exploit certain unique properties of digital technologies:1. I ts dynamic potential: I will outline some different senses in which we are exploiting the

idea of ‘dynamic’ for our agenda. 2. Its potential to provide a way to manage flexibly and adaptably a sequence of progressive

student activities (individual and group) with pointers for student refection appropriate feedback for the teacher.

3. Its potential to provide a web-based platform to support the construction of a community of students and teachers in sharing and discussing their constructions and expressions (building on our previous project WebLabs, and also on the work undertaken in Knowledge Forum, Bereiter & Scardamalia, 2003).

Scaling outup: the National Centre for Excellence in the Teaching of MathematicsFinally, I will suggest that despite careful and iterative design research with teachers, the overriding evidence suggests that for any innovation (especially using ICT) to move from the periphery to centre stage in mathematics teaching and learning and for its potential for transforming mathematical practice for the benefit of all learners to be realised, teachers must be part of the transformative process at every stage: in design but also beyond the design project. A So a further challenge facing innovations using ICT, such a MiGen is scaling up, since, all too often, design experiments while reporting positive results wither away soon after any funding ends. One way we are working in England to break this cycle is through the National Centre for Excellence in the Teaching of Mathematics. The National Centre was set up in England in 2006 (see www.ncetm.org.uk, and I have been its director since June 2007. Its major aim is to develop a sustainable national infrastructure for subject-specific professional development of teachers of mathematics that will enable the mathematical potential of learners to be fully realised. The NCETM offers a blend of approaches to effective Continuing Professional development (CPD): national and regional face-to-face meetings, and tools and resources on its portal designed to promote and sustain collaborative CPD among teachers of mathematics (for example through on-line communities). These networks and communities include the use of ICT in classrooms.

A major challenge faced by the NCETM is to reach out to all teachers of mathematics across all the phases of education in ways that develop ownership of NCETM’s CPD offer and, in particular, ownership of and fluency with the tools available on the portal in ways that progress mathematics knowledge for teaching and also subject-specific pedagogy - and of course impact on practice in the classrooms across the country. If this ownership is achieved, the tools will grow with use, as

18 Italian researchers have put forward a theoretical approach compatible with the semiotic-cultural frame in which the focus of work is students’ activity for constructing mathematical meanings and signs (e.g. Arzarello, 2006, Robutti, 2006).

* See http://www.migen.org/ for more details. Funded by the ESRC/EPSRC Teaching and Learning Research Programme (Technology Enhanced Learning); Award no: RES-139-25-0381.

103

teachers contribute to the content and to the on-line communities and in so doing support each other in reflecting on and ultimately transforming their practice. It is my contention that it is only through this process of mutual support that the potential of ICT will be realised - not only the potential already on offer, but also through new technological innovations such as personal and mobile technology, and all that will become available in the future.

104

L’insegnamento integrato della matematica e delle scienze: percorsi interdisciplinari e transdisciplinari del progetto ISSUE

Prof. M. T. BorgatoDipartimento di Matematica, Università di Ferrara

Si è concluso nel 2008 il progetto ISSUE, finanziato dalla Commissione Europea Direzione Generale Educazione e Cultura, al quale hanno partecipato sei paesi: Svezia, Italia, Polonia, Romania, Germania, Spagna, con le università di Göteborg, Ferrara, Varsavia, Pitesti e gli istituti di formazione superiore per insegnanti di Wuppertal e Benidorm. Il problema affrontato ha riguardato la scarsa comprensione delle scienze naturali e della matematica da parte della maggior parte degli allievi e la diminuzione delle iscrizioni ai corsi di laurea scientifici, che affliggono la scuola in molti paesi europei. Nell’ambito generale di un insegnamento di tipo costruttivista e non semplicemente trasmissivo, la caratteristica principale del progetto ISSUE è quella di aver impostato la ricerca di percorsi didattici interdisciplinari, per affrontare temi complessi che necessitano del contributo di diverse discipline per essere compresi in tutti i loro aspetti e costruire quindi una conoscenza di tipo olistico. L’organizzazione della società attuale e la stessa democrazia sono legate alla capacità critica di analizzare fatti e proposte. La formazione scientifica è fondamentale da questo punto di vista e in particolare quanto di essa sopravvive dopo l’esperienza scolastica. Gli insegnamenti integrati forniscono gli esempi più vicini a quelli che il futuro cittadino si troverà di fronte e quindi più immediatamente trasferibili nella pratica quotidiana. Lo studente abituato a studiare i fenomeni con gli strumenti della matematica e delle scienze naturali sarà portato a procedere allo stesso modo di fronte a un problema riguardante ad esempio l’energia e il risparmio energetico. Un insegnamento di tipo integrato si scontra però con la prassi scolastica consolidata e la gerarchia delle discipline poiché l’insegnamento per materie è quello massimamente adottato. Una situazione più favorevole si trova in Italia, nelle scuole secondarie di primo grado, dove c’è un unico insegnante di matematica e scienze e anche la riforma recente contiene alcune indicazioni relative alle esperienze interdisciplinari e al superamento della frammentazione delle conoscenze. Inoltre nell’ambito della scuola di specializzazione SSIS, esperienza conclusa ma che ha formato centinaia di insegnanti nella sola Ferrara, sono stati dedicati laboratori all’insegnamento integrato. Il curriculum integrato non è un fenomeno nuovo, poiché nel secolo passato ha subito alterne ondate di buona e cattiva stampa. A partire dagli anni Novanta del secolo scorso in particolare numerosi contributi hanno indagato e valutato sperimentazioni di integrazione di matematica e scienze. E’ opportuno sottolineare che, alla luce della esperienza, una integrazione sempre più ampia delle discipline non porta necessariamente ad un progresso nell’apprendimento, ed è anche possibile conciliare o alternare insegnamento integrato ed insegnamento disciplinare. Inoltre non è possibile stabilire a priori che un approccio di tipo integrato sia comunque migliore di uno per materie, anche perché i metodi di valutazione dei due non sono confrontabili: ad esempio la generalità dei termini che può apparire un vantaggio da un punto di vista integrato, può rivelarsi una perdita di precisione dal punto di vista disciplinare. Argomenti a favore di un approccio integrato sono che esso accresce il coinvolgimento degli alunni e induce una conoscenza olistica e dunque la capacità di trasferire le conoscenze scolastiche da un campo all’altro e all’ambiente esterno in situazioni non familiari. La maggior parte delle argomentazioni a favore e contro un insegnamento di tipo integrato ruota tuttavia attorno ad una questione epistemologica: se cioè le diverse discipline abbiano o meno fondamenti comuni. Lo sviluppo di un curriculum integrato può avvenire mediante un approccio di tipo multidisciplinare, interdisciplinare o transdisciplinare: nel primo caso le discipline sono collegate attraverso un argomento o un problema che viene studiato nello stesso periodo di tempo,

105

nell’ambito di materie diverse; in un approccio interdisciplinare le materie sono interconnesse attraverso un tema o un argomento e i legami sono resi espliciti agli alunni; un approccio transdisciplinare non parte dalle materie, ma da un contesto di vita reale, ad esempio da un tema, come quello dell’acqua, che coinvolge aspetti sociali, politici, economici, ambientali, oltre che scientifici e tecnologici. Nello sviluppo del progetto ISSUE, che aveva tra i suoi obiettivi l’aggiornamento dei docenti mediante materiali didattici validati nella prospettiva di una futura integrazione dei sistemi di istruzione europea, dopo aver fissato una comune fascia di età (10-16 anni) e analizzato i programmi dei paesi partecipanti (Svezia, Italia, Spagna, Germania, Polonia, Romania) si è verificata l’impossibilità di realizzare un programma generale comune per le enormi differenze esistenti. Si è dunque concentrata l’attenzione su alcuni temi che potessero trarre vantaggio da un insegnamento di tipo integrato. Questi argomenti dovevano essere condivisi dai programmi dei paesi partecipanti, e sperimentati con le stesse modalità in almeno due paesi. La progettazione dei percorsi didattici è poi avvenuta secondo modelli per l’insegnamento scientifico orientati ai contenuti (content-oriented) che in campo europeo presentano alcune varianti (educational reconstruction, learning demand, transposition didactique), ma hanno una base comune, generalmente il costruttivismo sociale, e, con sfumature diverse, l’intento di modificare i concetti preesistenti (conceptual change). Pertanto l’inizio di ogni progettazione prevedeva l’individuazione preliminare delle idee comuni degli alunni mediante un test diagnostico. Il gap tra ricerca educativa e pratica didattica, problema ben noto nell’insegnamento delle materie scientifiche, è stato superato con il coinvolgimento diretto di insegnanti in servizio fin dalla fase di progettazione: in particolare il nucleo di Ferrara si è costituito cercando una collaborazione estesa a varie scuole della regione. Il percorso progettato è stato sperimentato a livello nazionale in cinque scuole della provincia di Ferrara, e successivamente in una scuola di Wuppertal. I materiali sono stati raccolti e organizzati in una guida per l’insegnante che può essere riutilizzata e diffusa. La guida per l’insegnante è stata realizzata secondo precise regole per rendere gli insegnanti consapevoli e critici nell’utilizzo del materiale. Se si presenta solo una serie di lezioni, allora un insegnante può svolgerle e spiegarle senza una profonda comprensione delle motivazioni e delle metodologie che ne stanno alla base, e si riduce la sua capacità di adeguare l’istruzione ai propri studenti e di gestire gli eventi sconosciuti. La guida include:

1. una indagine della letteratura sui pre-concetti degli studenti, sulle teorie e le ricerche esistenti sull’insegnamento/apprendimento del tema scelto

2. un’analisi approfondita del contenuto dell’area didattica, inclusa quella del curriculum scolastico obbligatorio, e una storia critica dei suoi fondamenti, con individuazione dei concetti base e di quelli collegati

3. un insieme di obiettivi didattici per indirizzare la domanda di apprendimento allo scopo di annullare le differenze tra i concetti che devono essere insegnati e i concetti pre-istruzione tipici degli studenti

4. un esame critico dei testi e dei compendi in relazione all’argomento selezionato5. le attività didattiche indirizzate agli obiettivi dell’insegnamento, come suggerimenti per

problemi da discutere e domande guida all’argomentazione, testi da leggere, attività pratiche, verifiche, video, software e altro.

Il team di Ferrara ha realizzato e testato un percorso sulle simmetrie. Ha poi sperimentato e valutato un percorso progettato dal team di Wuppertal. Nella fase conclusiva del progetto ISSUE, è stato ideato un corso pilota on-line per insegnanti in formazione e insegnanti in servizio, sulla costruzione, valutazione e sperimentazione di percorsi didattici integrati di materie scientifiche. Il corso mirava a mettere in grado un insegnante di valutare il materiale didattico proposto e inoltre di pianificare il proprio insegnamento in modo autonomo seguendo i principi dell’insegnamento integrato. Il corso pilota per un numero limitato di partecipanti (10-20) ha lasciato la possibilità di scelta tra due livelli di difficoltà: un corso A di 80 (3 crediti) ore e un corso B di 400 ore (16 crediti). I partecipanti hanno potuto contare sulla consulenza

106

di tutors. Il corso si è svolto in lingua inglese e nella fase sperimentale ha avuto la durata di 10 settimane. Hanno partecipato, con successo, 3 insegnanti italiane al corso A e una al corso B.

Nella presentazione saranno illustrati alcuni dei percorsi integrati sviluppati nell’ambito del progetto ISSUE dalle ricercatrici italiane, che hanno riguardato i seguenti argomenti. Simmetrie

Dalla osservazione di simmetrie nel mondo naturale alla formalizzazione dei concetti e alla loro applicazione. Discipline coinvolte e temi: matematica (simmetrie centrali e assiali), scienze della vita (simmetrie nel regno vegetale, nel regno animale e loro relazione con il movimento), fisica (simmetria nelle situazioni di equilibrio), chimica (cristalli e strutture cristalline).

Bolle di sapone Dalle lamine saponate alle superfici minime. Discipline coinvolte e temi: fisica (proprietà fisiche dell’acqua); chimica (proprietà chimiche del sapone come agente tensio-attivo); matematica (proprietà isoperimetrica della sfera, problemi di massimo e di minimo).

Uroboro il serpente che si morde la codaDallo studio di una duna: il ciclo vitale delle piante, il ciclo delle rocce e il ciclo del carbone

Luce e colori ovvero i colori della luceDiscipline coinvolte e temi: fisica (la luce come parte dello spettro elettromagnetico, effetto di diffrazione, potere risolutivo, microscopio ottico, microscopio elettronico), matematica (ingrandimenti e riduzioni, omotetie, similitudini), chimica (tinture naturali, semplici estrazioni dalla piante), scienze della vita (la foglia come laboratorio microscopico, la fotosintesi, struttura e funzioni delle foglie: aspetti microscopici e macroscopici).

Tutti i percorsi hanno privilegiato osservazioni e materiali reperibili nella esperienza quotidiana. Un aspetto particolare presenta il percorso del partner germanico: Alla ricerca di indizi, sperimentato in scuole italiane, che è stato integrato con una sezione di matematica in due modi diversi: con l’introduzione di una unità sulle proporzioni, oppure di una unità sul sistema binario. Il percorso comprendeva una prima fase ‘a stazioni di apprendimento’ su vari temi scientifici che comportano attività sperimentali (identificare gli inchiostri, rendere visibili le impronte digitali, evaporare i liquidi, riscaldare le sostanze, individuare gli acidi, separare i metalli, riconoscere i cristalli, determinare la densità, decifrare i messaggi segreti), e una seconda fase di verifica finale consistente nella risoluzione di una indagine poliziesca, con un aspetto ludico di notevole successo.

Riferimenti bibliografici

Andersson, B. and Bach, F., On designing and evaluating teaching sequences taking geometrical optics as an example, Science Education, 89(2) (2005), 196 - 218.Borgato M.T., Gnani G. and Balestra A., Symmetries. Teacher’s guide for an integrated teaching learning sequence of mathematics and science, Bologna, Clueb, 2009.Duit, R., Conceptual change: a powerful framework for improving science teaching and learning, International Journal of Science Education, 25(6) (2003), 671-688.Leach, J. and Scott, P., Designing and evaluating science teaching sequences: An approach drawing upon the concept of learning demand and a social constructivist perspective on learning, Studies in Science Education, 38 (2002), 115 – 142.Hegele, I., Lernziel: Stationenarbeit. Eine neue Form des offenen Unterrichts, Weinheim und Basel, Beltz, 1996. Lustig F., Weber-Hüttenhoff U., Martinez B., Borgato M.T., Staszel M., and Iosub I., ISSUE project: designing teaching-learning sequences for integrated understanding of science issues, ESERA Conference, Madrid, 2005.Millar, R., Leach, J. and Osborne, J. (Eds), Improving science education. The contribution of research. Buckingham, Open University press, 2000.

107

Sherris, K., The teaching of reflection, Centre for Maths Education at Manchester Metropolitan University, Didsbury, U.K., 1998. Venville, G. J., Wallace, J., Rennie, L.J. and Malone, J.A., Curriculum Integration: Eroding the High Ground of Science as School Subject? Science and Mathematics Education Centre, Curtin University of Technology, Perth, Western Australia, 2000. Venville, G. J., Wallace, J. and Malone, J.A., Science, Mathematics and Technology. Case Studies of Integrated Teaching, Curtin University of Technology, Education Department of Western Australia, Perth, 1999.

108

Progetto Regionale Scienze e Tecnologie: il Laboratorio delle Macchine Matematiche

Prof. Mariolina Bartolini Bussi,Dipartimento di Matematica e

Facoltà di Scienze della FormazioneUniversità di Modena e Reggio Emilia

109

IL CONTRATTO DI VALUTAZIONE

Carlo MarchiniDipartimento di Matematica dell’Università di Parma - Italia

Anne CockburnSchool of Education and Lifelong Learning – University of East Anglia, Norwich – U.K.

Rossella GuastallaScuola Primaria di Viadana (MN) - Italia

La valutazione è un’attività didattica assai delicata e su di essa c’è una vasta letteratura che, spesso, studia il problema della valutazione come processo (di cui si fa carico l’insegnante) e la sua ricaduta su tutta l’azione didattica (Fandiño Pinilla, 2002). Meno si tiene in conto il punto di vista dei ‘fruitori’ della valutazione, vale a dire gli alunni e le loro famiglie; in questo scritto focalizziamo l’attenzione sugli scolari.Nell’ambiente ‘classe’ è fondamentale la stipula di un contratto didattico tra docente ed alunno (Brousseau, 1997), anche per quanto riguarda la valutazione. Si osservi che, anche se la didattica viene affrontata con un approccio costruttivista, data la difficoltà intrinseca di una valutazione coerente con tale approccio didattico (Gipps, 1999, pag. 378), per la valutazione il docente si avvale, spesso, di un approccio trasmissivo, perché più semplice, più standard ed in esso è l’insegnante che detta le regole, di conseguenza poche volte la voce dell’allievo riesce ad essere paritetica a quella dell’adulto, come auspicato, ad esempio da Gipps (1999). Ma come osserva questa autrice, spesso tale contratto non è sancito in modo esplicito, ma viene, via via, specificato tramite esemplificazione.Un buon funzionamento didattico comprende anche il raggiungimento di un accordo tra discente e docente sul metodo di valutazione (indirettamente indicato da Saddler, 1989) e anche questo aspetto, come tanti altri non esplicitati da curriculum ed indicazioni, fa parte del curriculum nascosto, anche se ritenuto uno dei momenti cruciali in cui il giovane si forma la sua identità (Gipps, 1999, pag. 383). Si tratta, cioè, di un oggetto di apprendimento, che solitamente, come si diceva sopra, è presentato implicitamente ed esclusivamente per via induttiva. Ma non è detto che tale via o metodo sia efficace. Ad esempio, la difficoltà di raggiungere una valutazione condivisa tra docente e studente è messa in luce dall’esperienza illustrata da Broadfoot et al. (1988) con studenti della scuola secondaria. Se tale apprendimento non ha luogo, l’alunno non comprende le ragioni di una valutazione incongrua con le sue attese e quindi potrebbe avere una sensazione di ingiustizia nei suoi riguardi, essendogli facile, anche se scorretto, trasformare un giudizio sulla sua prova in un giudizio sulla sua persona, con conseguenze negative sulla sua sensazione di auto-efficacia (Diego-Mantecón et al., 2007). D’altra parte, un’auto-valutazione è difficile dato che «Pupils’ perceptions of teacher expectations, their views on what was socially acceptable, and their anxiety not to lose face affected their self-evaluation » (Gipps, 1999, pag.380). Ma l’importanza di questo apprendimento è bene espressa da Harlen & James (1997): «Involving pupils in their own assessment means that they must know what are the aims of their learning.» e da Sadler (1998), pag. 82: « Ultimately the intention of most educational systems is to help students not only grow in knowledge and expertise, but also to become progressively independent of the teacher for lifelong learning. Hence if teacher-supplied feedback is to give way to self assessment and self monitoring, some of what the teacher brings to the assessment act must itself become part of the curriculum for the student, not an accidental or inconsequential adjunct to it. ».Ma l’importanza della auto-valutazione o dalla valutazione tra pari è messa in grande risalto da Black & William (1998)«Thus self-assessment by pupils, far from being a luxury, is in fact an essential component of formative assessment. […] Thus we conclude: if formative assessment is to be productive, pupils

110

should be trained in self-assessment so that they can understand the main purposes of their learning and thereby grasp what they need to do to achieve.»Nell’analizzare la valutazione, come vista dall’allievo, la metafora del cosiddetto ‘triangolo francese’ (Brousseau, 1997) risulta poco adeguata, in quanto è assai rilevante la presenza dei sistemi di credenze (belief systems). Il modello che proponiamo è quello di un triangolo modificato nella forma seguente:I sistemi di credenze possono ostacolare il canale mediante il quale avviene un contatto diretto dello studente col sapere, postulato fondamentale della teoria delle situazioni. La valutazione mette a contatto il docente che la produce con il discente che la riceve, ma essa viene confrontata con una propria valutazione che fa lo studente della prova, momento in cui il sistema di credenze agisce da filtro/ostacolo nel rapporto del discente col sapere. Solo grazie ad accomodamenti successivi lo studente può definitivamente apprendere ed accettare la valutazione dell’insegnante, se si istaura un rapporto fiduciale basato sulla coerenza dei messaggi del docente.Le idee qui esposte sono riflessioni nate a margine di una ricerca svolta nella Scuola Primaria di Viadana (Marchini & Cockburn, 2008), nell’ambito di un progetto internazionale sulle misconcezioni in aritmetica, (Cockburn & Littler, 2008) finanziato dalla British Academy e diretto da Anne Cockburn. Lo scopo principale di essa era appurare se si poteva riscontrare negli allievi l’individuazione delle misconcezioni e quale effetto della prassi didattica abbia sull’originarsi di questa sensibilità. Nella ricerca si è analizzato il rapporto tra studente e sapere e per metterlo meglio in evidenza si sono posti gli allievi nella situazione dell’insegnante alle prese con la correzione di un elaborato realizzato da un (fittizio) coetaneo. La scelta di questa ambientazione è il risultato di una proposta di Rossella Guastalla in coerenza, anche, con quanto offre un famoso esempio di Cobb (1985). Per fare assumere, in modo coerente, al discente il ruolo di insegnante, si è anche chiesto di valutare il protocollo di un fittizio compagno e quindi adatto all’età dei correttori. Il risultato dell’esperimento mostra quanto grande sia la distanza tra la valutazione dell’insegnante e la valutazione come percepita dall’allievo.Alcuni esempi tratti dai protocolli confermano questa affermazione.In quinta una bambina scrive: “Mi dispiace! Questo voto non va neanche molto male”, iniziando con un tono e concludendo con un altro.Un allievo di quarta scrive: “Sufficiente perché è stato molto distratto e precipitoso, facendo degli errori gravi”, mettendo in luce solo aspetti negativi della prova, attribuendo comunque una valutazione complessiva positiva. Caratteristiche personali della persona o del modo in cui ha lavorato, sono quindi portate come giustificazione del risultato.Un gruppo di due bambini di quarta scrivono: “Sufficiente perché erano troppi errori gravi per un bambino di quarta”, soffermandosi solo sulla prova e implicitamente sulla preparazione del solutore.Due bambine di quarta, lavorando in gruppo, concludono “Sufficiente perché ha fatto molti errori, alcuni gravi. Per noi lui era in grado di fare queste cose, perché era in quarta.” Qui, come nella precedente, è presente anche una valutazione sul compito assegnato ed anche se le prova non è fatta bene, la valutazione comunque è positiva.

docente

sapere

discente

sistemi di credenze

111

Uno scolaro di terza scrive: “Hai sbagliato tutto, non sei capace di fare, mi hai deluso. Eccellente”. La distanza tra la prima frase e la conclusione è stridente e merita, di essere ulteriormente analizzata. Possiamo interpretare diversamente questo esempio: il bambino non ha chiaro il significato di ‘eccellente’, e quindi dovrà apprendere il significato

delle parole usate nei giudizi, quando riceverà una valutazione di questo tipo; il bambino spera che la sua opera, anche se sbagliata, potrà comunque avere una buona

valutazione, e quindi dovrà rendersi conto della reale conseguenza delle sue azioni. C’è poi un aspetto personale: “non sei capace di fare” ed una negativa influenza sull’aspettativa

dell’insegnante: “mi hai deluso”, con una specie di ricatto affettivo.L’ipotesi di poca comprensione delle parole usate nella valutazione è evidente nel giudizio di una bambina di quarta che scrive: “Gravemente sufficiente[…]” proseguendo con l’analisi puntuale degli errori fatti.Un suo collega di quarta scrive: “Non sufficiente. Era una prova perfetta solo che si è distratto per la fretta e allora è andato a fare un casotto di errori.”Ed un altro propone: “Buono – è il giusto visto perché ha fatto 5 errori su 10. E sembrava che non sapeva quasi niente”.Un’altra bambina della stessa classe commenta gli errori (alcuni inventandoseli) e dando un giudizio a ciascuno. Ad esempio “Nel 2 esercizio ha sbagliato 1 e non puoi fare 17+35=412 invece è 17+35=52 e gli o dato OTTIMO +”Un alunno di terza individua 4 errori su 5 esercizi e conclude “Ottimo!!!!!!” ed una sua compagna (che individua 2 errori) afferma “Ottimo!! ho spagliato!” rendendo difficile capire se c’è un errore della persona verbale oppure se che ha valutato si è ricreduto.Un protocollo (anonimo) di terza indicando 4 errori sui 5 esercizi proposti propone: “Hai sbagliato la moltiplicazione e la minuendo. Non mi aspettavo proprio da te questo lavoro. Ottimo - -”.E un altro: “Hai sbagliato tutto non sei in grado di fare. Mi hai deluso. Ottimo --”.Spesso i giudizi riportati dai bambini risentono di un aspetto morale e quindi riferiscono il giudizio alla persona e non alla prova.Alcuni dati statistici mostrano come la prova, una per ciascun livello, sia valutata in modo molto diverso nella stessa classe. Interessante le differenze tra due gruppi di classi parallele.

classi 5 4 a gruppi 4 3CD 3AB 2n. protocolli 24 18 23 44 43 49senza val 5 1 1 3 2 8insufficiente 11 3 3 5 17sufficiente 6 9 16 7 12 14più che sufficiente 2 5 3 29 12 27

Bibliografia.Black, P. & Wiliam, D. (1998). Inside the Black Box: Raising Standards ThroughClassroom

Assessment, http://www.pdkintl.org/kappan/kbla9810.htmBroadfoot, P., James, M., McMeeking, S., Nuttall, D., & Stierer, S. (1988). Records of

achievement: Report of the National Evaluation of Pilot Schemes (PRAISE). London: Her Majesty's Stationery Office.

Brousseau, G. (1997). Theory of Didactical Situations in Mathematics, Edited and translated by N. Balacheff, M. Cooper, R. Sutherland & V. Warfield. Dordrecht: Kluwer.

Cobb, P. (1985). Two children anticipations, beliefs and motivations. Educational Studies in Mathematics, 16, 111 – 126.

Cockburn, A. & Littler, G. (2008) Mathematical Misconceptions – A guide for primary teachers. London: Sage.

Diego-Mantecón, J., Andrews, P. & Op ‘t Eynde P. (2007). Refining the mathematics-related beliefs questionnaire (MRBQ). Proc. CERME 5. 229-238.

112

Fandiño Pinilla, M. (2002). Curricolo e valutazione in Matematica. Bologna: Editrice Pitagora.Gipps, C. (1999). Socio-Cultural Aspects of Assessment. Review of Research in Education, Vol. 24,

355-392.Harlen, W. & James, M. (1997). Assessment and Learning: differences and relationships between

formative and summative assessment. Assessment in Education: Principles, Policy & Practice,4:3,365 — 379.

Marchini, C. & Cockburn, A. (2008). Teaching practices revealed through arithmetic misconceptions. In: B. May, M. Pytlak, E. Swoboda (Eds.) Supporting independent thinking through mathematical education. Warsaw: Nowa Era. 145-151.

Sadler, D.R. (1989). Formative assessment and the design of instructional systems, Instructional Science, 18, pp. 119-144.

Sadler, D.R. (1998). Formative assessment: Revisiting the territory. Assessment in Education, 5, 77-84.

113

Dov’è la logica?Il linguaggio come base per la costruzione di un curricolo verticale

Achille MaffiniLiceo Scientifico G.Ulivi – Parma

Nucleo di Ricerca in Didattica della Matematica dell’Università di Parma

Il tema della costruzione di curricoli verticali tra i vari ordini di scuola, dalla Primaria alla secondaria di Secondo grado, è stato ampiamente trattato in questi anni a partire dai materiali proposti dall’UMI in UMI 2000 e UMI 2003.La costruzione di una base comune di lavoro per insegnanti di diversi ordini di scuole su specifici nuclei fondanti, è stato il motivo conduttore del corso proposto all’Istituto D’Arzo di Montecchio nell’ambito del progetto Mate.con nell’anno scolastico 2004/05. Nell’anno scolastico successivo si è invece proceduto secondo un’altra idea, secondo la quale una vera continuità fosse proponibile a fronte di un linguaggio comune riconosciuto e condiviso. A partire da questo assunto si è individuato nella ricerca di strutture logiche nel linguaggio utilizzato dai libri di testo un modo per porre gli insegnanti in modo critico di fronte alle modalità con cui i testi presentano i temi e i concetti matematici.Gli incontri quindi si sono proposti come un corso di pre-logica, dove la finalità principale era quella di analisi del testo matematico secondo tre categorie linguistiche (morfologia, sintassi e semantica) e di riflesso di fornire strumenti per l’analisi dei contenuti matematici.Come esempi su cui lavorare si sono scelti temi specifici di aritmetica, algebra e geometria presi come pretesto per un’analisi linguistica del contenuto matematico e per una riflessione trasversale su come si possa costruire (e cosa significhi costruire) e presentare un sapere matematico.In sostanza si è cercato di rispondere a domande quali: quale semantica implicita ed esplicita è presente nei testi e nell’attività didattica? Quale sintassi? Quale relazione tra i due ambiti? Quale importanza ha il linguaggio nella presentazione dei concetti matematici? La comunicazione vuole quindi essere, oltre che un tentativo di fornire una risposta a queste domande, una illustrazione delle attività svolte e nello stesso tempo una proposta per un lavoro, sicuramente non semplice, sulla possibilità di “comunicazione” tra ordini scolastici diversi.

Bibliografia di riferimento

AA.VV.: 1990, Logica matematica e logica filosofica, La Scuola

Alberti N.: 1998, I manuali scolastici e la Logica Matematica nella scuola elementare, L'educazione Matematica, XIX, Vol. 3, n. 1 (1998), 44 - 54.

Alberti N.: 2002, La logica matematica nella scuola media nei manuali scolastici, L'educazione Matematica, XXIII, Serie VI, Vol. 4, n.1, 7-24.

Arzarello F., Robutti O.: 2002, Matematica, La Scuola

Avanzini P., Delfrate G., Muri P., Rinaldi M. G., Ugonotti B., Venè M., Vighi P.: 1992, Calcolo letterale, in Definire, argomentare e dimostrare nel biennio e nel triennio: opinioni, esperienze e risultati di ricerche a confronto, Atti del secondo internucleo scuola secondaria superiore, a cura di F. Furinghetti, Genova 1991

Borga M., Palladino D.: 1997, Oltre il mito della crisi, La Scuola

Bozzi S., Mangione C.: 1993, Storia della logica, Garzanti

D’Amore B., 2001, Concettualizzazione, registri di rappresentazioni semiotiche e noetiche, La matematica e la sua didattica n.2

114

Duval R.. 1993, Registres de représentation sémiotique et fonctionement cognitif de la pensée, Annales de Didactique et de Sciences Cognitives, 5, IREM, Strasbourg

Duval R.: 1995, Sémiosis et pensée humaine, Peter Lang.

Eco U.:, 1973, Il segno, Isedi

Ferrari P.L.: 2004, Matematica ed Educazione: il ruolo fondamentale dei linguaggi, Seminario Nazionale di ricerca in Didattica della Matamatica, Pisa 5-7 febbraio 2004. Reperibile all’indirizzo internet http://www.mfn.unipmn.it/%7Epferrari/SN.htm

Furinghetti F.: 2002, Matematica come processo socioculturale, IPRASE Trentino

Gray E. M., Tall D.: 1994, Duality, Ambiguity and Flexibility: A Proceptual View of Simple Arithmetic, The Journal for Research in Mathematics Education, 26 (2), 115-141.

Gray E. M., Pitta D., Tall D.: 2000, Objects, Actions And Images: A Perspective On Early Number Development, Journal of Mathematical Behavior,18, 4, 1-13.

Gray E., Tall D., Bin Ali M., Crowley L., DeMarois P., McGowen M., Pitta D., Pinto M., Thomas M., Yusof Y.: 2001, Symbols and the Bifurcation between Procedural and Conceptual Thinking, Canadian Journal of Science, Mathematics and Technology Education 1, 80-104.

Gray E. M., Tall D.: 1993, Succes and failure in mathematics: the flexible meaning of symbols as process and concept, Mathematics teaching, n. 142

Halliday M.A.K.: 1985, An introduction to functional grammar, Arnold, London.

Iacomella A., Letizia A., Marchini C.: 1997, Il progetto europeo sulla dispersione scolastica: un’occasione di ricerca didattica, Salentina-Galatina

Iacomella A., Letizia A., Marchini C.: 2004, Il comunicare in matematica. Formalizzare: come, quando, perché, nella prassi didattica, Quaderno n.377 Dipartimento di Matematica dell’Università di Parma, ottobre 2004, reperibile all’indirizzo http://www.math.unipr.it/~rivista/MARCHINI/PDF/Quadernoacolori.pdf

Impedovo M.: 1999, Matematica: insegnamento e computer algebra, Springer

Lolli G.: 1992, Incompletezza, Il Mulino

Lolli G.: 1992a, Cos’è la logica matematica, Muzzio

Lolli G.: I turbamenti dell’uguale, reperibile all’indirizzo http://www2.polito.it/didattica/polymath/htmlS/Interventi/SeVic/I%20turbamenti%20dell%27Uguale.pdf

Maffini A.: 2000, Un’indagine sul concetto di funzione nella scuola secondaria, Rivista di Matematica dell’Università di Parma (6) 3* (2000)

Maffini A.: 2000a, Un’analisi del concetto di funzione nella scuola media superiore, Atti del XXI Convegno Nazionale UMI-CIIM “Nuclei fondanti del sapere matematico nella scuola del 2000 (in ricordo di Francesco Speranza)” – Salsomaggiore Terme (PR) 13-14-15 aprile 2000

Maffini A.: 2006, Equazioni & C., in fase di pubblicazione

Marchini C.: 1997, Conflitti tra sintassi e semantica nella trattazione delle funzioni, (D'Amore B., Pellegrino C. eds.) Atti del Convegno per i sessantacinque anni di Francesco Speranza, Pitagora ed. Bologna, 1997, 94 - 98.

Marchini C.:1999, Il linguaggio della Logica, Iter - Scuola cultura e societa', II, n. 5 maggio - agosto 1999, 31-37.

115

Marchini C.:1999, La didattica della Logica, L'educazione Matematica, Anno XX - serie VI - Vol. 1 n. 3, Ottobre 1999, 156 - 166.

Marchini C.: 2002, Strumenti per individuare le variabili nella scuola elementare, L'educazione Matematica, Anno XXIII - Serie VI - Vol. 4, n. 2, Giugno 2002, 65 - 82.

Oddifredi P.G.: 2005, Il diavolo in cattedra, Einaudi

Paola, D.: 2005, Esempi di didattica sensata, L'Educazione Matematica, Vol 1, n. 1, 11 - 23.

Sfard A.: 1991, On the dual nature of mathematical conceptions: reflexions on processes and objects as different sides of the same coin, Educational Studies in Mathematics, 22

Tall D., Vinner S.: 1981, Concept images and concept definition in mathematics with particular reference to limits and continuity, Educational Studies in Mathematics, 48.

Tall D.: 1995, Cognitive growth in elementary and advanced mathematical thinking, in L. Meira & D. Carraher (editors), Proceedings of PME 19 (Recife), v.1, 61-75

UMI: 2001, Matematica 2001, Materiali per un nuovo curricolo di matematica con suggerimenti per attività e prove di verifica (scuola elementare e scuola media), reperibile all’indirizzo sul sito dell’UMI all’indirizzo http://umi.dm.unibo.it/

UMI: 2003, Matematica 2003, Materiali per un nuovo curricolo di matematica con suggerimenti per attività e prove di verifica (Scuola secondaria di secondo grado), reperibile all’indirizzo sul sito dell’UMI all’indirizzo http://umi.dm.unibo.it/

Vygotskij L.S.: 1992, Pensiero e Linguaggio, Laterza

Wittgenstein L.: 1922, Tractatus logico-philosophicus, Routledge & Keagan Paul

116

Il laboratorio e le nuove tecnologie per il rinnovamento del curricolo verticale

Prof. L. TomasiL.S. "P. Paleocapa", Rovigo - SSIS Emilia Romagna, Sede: Universita' di Ferrara

Il rinnovamento dei piani di studio di matematica è una necessità sempre più urgente, in particolare per la scuola secondaria di II grado, dove i curricoli sono obsoleti e non corrispondono più alle esigenze della società attuale. A partire dalla proposta di un nuovo curricolo di Matematica di una Commissione nominata dall'UMI, contenute nel volume "Matematica 2003", e di quelle presenti nel Piano di formazione docenti M@t.abel saranno presentati degli esempi che si ritengono particolarmenteSignificativi per il rinnovamento della didattica della Matematica con l'uso delle nuove tecnologie e di una metodologia di lavoro che fa uso del laboratorio di matematica.

117

Didattica della Tecnologia attraverso il laboratorio nella scuola superiore Tecnica

Prof. P. MarmoranoIstituto Tecnico Industriale G. Marconi

Via Sanzio 8, Jesi (AN)

Perché il Laboratorio nella scuola di oggi?(19)

Negli ultimi dieci anni circa le diverse amministrazioni che si sono succedute hanno tentato di cambiare il sistema dell’istruzione scolastica in Italia, secondo modalità e principi anche sconvolgenti per chi nella scuola ci lavora e ci vive. Sicuramente però, sia con la Legge-quadro in materia di riordino dei cicli dell'istruzione (Legge 30/2000 - Berlinguer-DeMauro), sia con la Delega al Governo per la definizione delle norme generali sull’istruzione e dei livelli essenziali delle prestazioni in materia di istruzione e formazione professionale (Legge 53/2003 – Moratti), pure se abrogate entrambe, la scuola è diventata un sistema educativo di istruzione e di formazione.Ma si dice formazione della personalità e non istruzione della personalità, e in effetti il D.P.R. 275/1999 (Regolamento recante norme in materia di autonomia delle istituzioni scolastiche, ai sensi dell'art. 21 della legge 15 marzo 1997, n. 59), attualmente in vigore, assegna alle scuole un preminente carattere formativo, nel momento in cui parla di POF - Piano dell’offerta formativa, di obiettivi formativi, di esperienze formative, di percorsi formativi…L’ Istruzione è “diventata” istruzione formativa (o istruzione educativa). Non solo:

acquisizione delle conoscenze(sapere)

ma, soprattutto, acquisizione della capacità(saper fare)

{ abilità competenze

atteggiamenti(saper essere) {

interesse motivazione predilezione

I pedagogisti(20), citando Piaget, ci ricordano che: l’imparare o l’apprendere è un processo attivo, che richiede l’attività di elaborazione e di costruzione delle conoscenze del soggetto che apprende(21); le preconoscenze, i concetti, le informazioni, gli schemi, le strategie, cioè tutto quello che avviene prima dell’insegnamento e che i soggetti già padroneggiano funziona da filtro rispetto alle nuove conoscenze.Questo significa che imparare è faticoso perché è necessaria una continua ristrutturazione che richiede di abbandonare vecchi schemi e crearne nuovi, più funzionali.Oggi si chiede agli insegnanti di superare anche la visione del regolamento per l’autonomia del ’99, cioè di passare dalle UNITÀ DIDATTICHE (U.D.) e dai moduli didattici alle UNITÀ DI APPRENDIMENTO (U.A.).Le unità di apprendimento si riferiscono, non all’attività di insegnamento dei docenti, ma all’attività di apprendimento degli alunni. La portata innovativa delle unità di apprendimento sta proprio nello

19 Didattica di laboratorio o apprendimento laboratoriale? di Umberto Tenuta.20 Didattica di laboratorio (PPT) di Claudio Passantino; Aspetti cognitivi della didattica di laboratorio (di storia) di Hilda Giradet.21 Questo vale per qualsiasi processo di comunicazione: anche ora, mentre state leggendo/ascoltando, dovete ascoltare e rielaborare le cose che scrivo/dico, per farle vostre e decidere di prenderle o decidere che non vanno bene

118

spostare l’accento dall’attività didattica del docente all’attività di apprendimento dei singoli alunni. Non mera trasmissione dei saperi dal docente allo studente ma impegno degli studenti a scoprire e a costruire la propria formazione. Dalla lezione espositiva al problem solving e al cooperative learning.Non è pensabile però di stravolgere nuovamente di punto in bianco tutto l’impianto didattico di noi insegnanti (in alcuni testi scolastici si è cambiato solamente il nome ma non la sostanza) ma si può cominciare a cambiarlo da dentro l’impianto stesso, cioè da dentro le U.D.Iniziando a fissare degli obiettivi di apprendimento (obiettivi formativi) nelle U.D. stesse senza stravolgere il senso della scuola, e cioè di Istruzione formativa, coniugando:

Esigenzedisciplinari Il Programma

e

La partecipazione Esigenzeattive

Esigenzecurricolari

Il percorso di ogni singolo studente

Formare la persona/cittadino

Esigenzerelazionali

Il “laboratorio”, quale contesto di apprendimento, costituisce un potente ambiente per imparare a ragionare, acquisire capacità critiche, costruire conoscenze, ottenere competenze e raggiungere abilità trasversali a quelle unicamente scolastiche.Questo perché il laboratorio è il luogo del fare ma anche dell’interagire. Al contrario della classe-aula dove l’insegnante è faccia a faccia con ogni singolo alunno (lezione frontale) qui si lavora “accanto” gli uni agli altri, si impara dagli altri e insieme agli altri. Ed il fatto che fra gli alunni ci possano essere livelli diversi, competenze differenti non pone dei limiti nell’apprendimento ma al contrario diventa una risorsa per tutto il gruppo-classe.Il laboratorio non deve però essere quello dove si ripetono, spesso imitano, esperienze o metodiche fatte da altri. Il laboratorio deve essere inteso come quello spazio attrezzato (aula laboratorio, percorso laboratorio, ..) dove l’apprendimento ha bisogno oltre che ovviamente degli strumenti e delle attrezzature specifici della disciplina, di quegli stimoli che sono propri dell’apprendimento umano: materiali e oggetti concreti da toccare (……-teca) oggetti virtuali da vedere e modellare (attraverso PPT, video, internet, ipertesti, simulatori, …) oggetti iconico-simbolici (testi, manuali, riviste, tabelle, grafici, …)

La didattica di laboratorio richiede però molto tempo ed è una delle ragioni per cui, per quanto da anni sia gli insegnanti, sia gli specialisti che studiano i processi di apprendimento, riconoscano che si impara facendo con un’attività diretta e svolta in prima persona dagli studenti, in realtà c’è una persistenza della didattica tradizionale, della lezione, dell’imitare, con cui tutti noi continuiamo a scontrarci.

Il Laboratorio nella scuola superiore TecnicaNella scuola tecnica da sempre il laboratorio è stato ed è una parte integrante dell’impianto didattico. Negli Istituti Tecnici Industriali soprattutto, molte discipline di indirizzo erano prima esclusivamente Laboratori, ed affidate agli insegnanti Tecnico Pratici (ITP), ma anche oggi che sono state assorbite all’interno di altre sono prevalentemente (o dovrebbero essere) laboratoriali e prevedono, difatti, la copresenza di insegnanti Laureati e ITP.Nei programmi ministeriali in vigore dal 1991 la vocazione laboratoriale è abbastanza esplicita come ad esempio riportato nelle indicazioni didattiche del programma per la disciplina Tecnologia Meccanica e Laboratorio:“La prevista copresenza totale (5-6-6 ore settimanali per ciascuno dei tre anni di corso - ndr) richiede che la metodologia da seguire sia quella dell'aula-laboratorio; per tal motivo lo svolgimento del corso sarà attuato attraverso un coordinato alternarsi di elementi di teoria, che verranno

119

immediatamente verificati in laboratorio, in modo tale da mantenere strettamente connesse l'acquisizione teorica e la verifica sperimentale, privilegiando, di volta in volta, a seconda dell'argomento trattato, il metodo deduttivo od il metodo induttivo. Le attività pratiche dovranno trovare una loro collocazione nel contesto dello sviluppo organico dell'apprendimento, ogni volta che sia necessario effettuare delle applicazioni, dando ad esse il tempo necessario per un completo svolgimento dell'esercitazione. L'adozione di una tale metodologia, come già indicato nelle linee generali ed obiettivi del progetto, è mirata a realizzare la necessaria ed equilibrata sintesi tra teoria e pratica professionale.”

Come “fare” laboratorio di Tecnologia MeccanicaNegli I.T.I. la Tecnologia meccanica è un insieme di discipline differenti quali le Scienze dei materiali, la Metallurgia, le Tecnologie di produzione, la Fisica e la Chimica applicate, ecc. Ha come obiettivi didattici fondamentali: la scelta dei vari materiali (soprattutto metallici), per ottenere dagli stessi le caratteristiche più idonee all'impiego; lo studio dei processi industriali per la fabbricazione dei semilavorati e del prodotto finito; i controlli dei materiali e dei processi produttivi; gli aspetti della corrosione e della prevenzione e della protezione dei materiali metallici.

Tutte le lezioni teoriche dovrebbero essere svolte in un aula-laboratorio attrezzata dove poter svolgere più che delle lezioni frontali, anche, e soprattutto, lezioni dialogate e interattive, con oggetti e materiali da toccare e vedere, computer con cui sviluppare e simulare ma anche rappresentare e studiare, cataloghi e manuali da consultare e con cui imparare a fare scelte.Le verifiche sperimentali invece devono essere svolte nei laboratori veri e propri secondo tre principali tipologie di esperienze/attività:

esperienze normalizzate prove convenzionali (meccaniche, tecnologiche, ecc.)sviluppare conoscenze: rigore scientifico e procedurale seguendo norme e procedure,

spiegando però significato fisico, aspetti pratici, ingegneristici, comportamentali (dei materiali);esercitazioni pratiche tecniche operative (metrologia, saldatura, deformazioni plastiche, fonderia, lavorazioni alle macchine utensili, trattamenti termici, controlli e collaudi, ecc.)sviluppare competenze disciplinari e trasversali: saper fare, ma anche sicurezza sul lavoro, organizzazione del lavoro, procedure operative, standard esecutivi;esercitazione didattiche esperienze atte a dimostrare fenomeni, teorie, comportamentisviluppare abilità e capacità critiche: saper valutare sulla base delle conoscenze e competenze comportamenti e fenomeni

Le prime due tipologie servono soprattutto: a creare il clima di lavoro favorendo le relazioni interpersonali, formando gruppi di lavoro aperti e dinamici; a stabilire e regolare i tempi di attesa con scadenze intermedie e finali; a stimolare l’autovalutazione, e anche una sana competizione, con valutazioni di gruppo, generalmente formative, e singole, sommative (pesate diversamente rispetto ai colloqui orali per effetto della collaborazione e guida di compagni e insegnanti).Come report dell’esperienza è da prediligere il formato della relazione di prova(22) per il primo tipo e un cartellino/resoconto per il secondo tipo, abituando gli allievi ad un modello formale, di facile lettura, ma esauriente.

22 In cui riportare: TITOLO; OBIETTIVO; LEGENDA; ATTREZZATURE; MATERIALE; FORMULE; PROCEDIMENTO; TABELLE (DATI E RISULTATI); GRAFICI; CONCLUSIONI E COMMENTO.

120

La terza tipologia di esperienza laboratoriale è quella più formativa per gli allievi perché si basa sul presupposto di cercare di sviluppare le capacità critiche e gli atteggiamenti partecipativi: saper fare e saper essere.Sono esperienze didattiche i confronti tra i materiali o tra processi, lo studio di anomalie comportamentali, la ricerca di prove o relazioni che evidenzino un assunto, le “dimostrazioni per assurdo”, ecc.

Come sviluppare una esercitazione didattica (terzo tipo)Prima di analizzare alcuni esempi di esperienze didattiche di laboratorio si riporta di seguito una traccia da seguire per il loro svolgimento: dichiarare ai ragazzi cosa stiamo “cercando” (o almeno quello che vogliamo far credere inizialmente di cercare), qual è il problema, che ricaduta può avere nelle loro competenze; riprendere velocemente le conoscenze e/o le competenze necessarie; preparare la prova possibilmente coinvolgendo gli studenti, facendoli “lavorare” per…; esecuzione della parte sperimentale; rilevazione ed elaborazione dati da parte degli studenti, in corso d’opera o a posteriori; analisi dei risultati e discussione (guidata); richiedere sempre un report singolo per studente.

Esempi di esercitazioni didattiche saranno presentate durante il congresso: Confronti : Durezza martensite vs %C per acciai al C e acciai legati;Curve ad U per acciai a bassa ed alta temprabilità;Curve di rinvenimento confronto tra le diverse temperature di rinvenimento. Anomalie di comportamento : Trazione su provette pretirate;Riporto al centro e A% effettivo Sbagli : Impronta di durezza su precedente impronta;Resilienza “saldato” vs non saldato;Velocità di trazione troppo veloce o troppo lenta; Provare teorie : Cercare carico prova Brinell che rende la prova ripetibile;Verificare la relazione di Smaltz;

121

Palazzo de’banchi: Piacevoli complessità sonore possibili

Stefano PantaleoniSupervisore del tirocinio

Conservatorio A. Boito di Parma Istituto superiore di studi musicali A. Peri di Reggio Emilia

Partendo dall’osservazione di “Palazzo dè Banchi” di Bologna, i ragazzi di una scuola secondaria di I° grado sono invitati ad individuare le figure geometriche che lo compongono, le loro dimensioni e, soprattutto, le relazioni tra queste e il ritmo del loro succedersi nel divenire struttura architettonica. Potranno cioè focalizzare l’attenzione su alcuni aspetti, fra i molteplici, rispetto alle concrete possibilità di espressione e interrelazione fra i due linguaggi, musicale e architettonico, cogliendo così affinità – a dir poco sorprendenti – e differenze: la musica si svolge nel tempo, mentre l’architettura nello spazio; la musica dispone energia mentre l’architettura massa; la musica è al servizio della psiche, l’architettura del corpo; l’una secondo le leggi e i codici fissati in una partitura, l’altra del progetto.Gli alunni scopriranno poi, a livelli di osservazione e riflessione più profondi, che la verticalizzazione degli elementi architettonici che si ripetono, sarà riconducibile alla sovrapposizione di più linee melodiche proprio come avviene in una composizione polifonica. Ecco allora che la sovrapposizione di elementi geometrici, nel loro dispiegarsi nello spazio, viene trasferita in una partitura strumentale le cui linee ritmiche/melodiche si dispiegano nel tempo di un’esecuzione strumentale. La musica verrà scritta perciò al “servizio” dell’architettura in una sostanziale identificazione del ritmo architettonico con il ritmo dei suoni, permettendo agli alunni di maturare la consapevolezza rispetto alle molteplici prospettive di sincronizzazione del materiale sonoro con l’architettura di un luogo.Il setting laboratoriale di riferimento per la realizzazione e l’esecuzione delle sequenze sonore così concepite è affidato al consolidato strumentario didattico Orff, opportunamente integrato con elementi tecnologici/informatici - quali ad esempio tastiere elettroniche, computer, ecc. - oggi facilmente reperibili nelle scuole del I° ciclo d’istruzione.

122

Il circolo ermeneutico tra tecnologia ed educazione: appunti per una pedagogia delle Lavagne Interattive Multimediali

Giovanna Morini* e Paolo Davoli°* ITIS Corni, Modena

° Università di Modena e Reggio Emilia, Facoltà di Lettere

IntroduzioneLa proposta di uso educativo delle lavagne interattive multimediali (LIM, o lavagne elettroniche) sta crescendo esponenzialmente negli ultimi anni in Europa ed in Italia. In realtà si tratta di una tecnologia i cui risvolti educativi sono sotto studio da una decina di anni, se già nel 2000 si discuteva sulle loro potenzialità e pericoli (sic!) nei congressi matematici internazionali (Greiffenhagen 2000). Una ricerca di “interactive whiteboards” e “e-boards“ su un portale specializzato in testi scientifici restituisce ben 2260 items di papers e citazioni, segno dell’interesse che la comunità scientifica dell’area educational attribuisce al tema.

Le LIM sono largamente utilizzate in tutti gli ambiti disciplinari, non soltanto quelli tradizionalmente più permeabili all’uso delle tecnologie come la matematica e le scienze, ma anche nell’insegnamento delle materie umanistiche come lingua primaria, L2, musica (Greiffenhagen 2000, Waddell and Toscano 2008, Swan et al 2008, Schmid 2008, Nolan 2009). Peraltro, l’indagine sistematica sul loro uso e sulle ricadute didattiche è cosa relativamente recente (Smith et al 2005, Reedy 2008, Slaya et al. 2008, Swan et al 2008, Lewin et al 2008). Nelle scuole inglesi, analisi col “doppio cieco” riportano risultati migliori nei test nazionali in lingua e matematica per le classi elementari che hanno usato le LIM (Swan et al 2008), direttamente correlati col tempo di interazione con lo strumento e col lavoro in piccoli gruppi, con un aumento dell’attenzione in classe anche per gli studenti meno bravi (Lewin et al 2008).

Ma come spesso accade al diffondersi di una nuova tecnologia con impatto educativo, agli entusiasti sostenitori fanno seguito prese di posizione più critiche. Alla fine degli anni 80, quando si diffondeva a livello di massa la pratica degli ipertesti, uno dei guru della multimedialità ironizzava sulle loro virtù terapeutiche, chiedendosi se servivano anche a ridurre il colesterolo (Meyrowitz, 1989). Il punto naturalmente non è se le LIM servono, ma per quali obiettivi, a quali condizioni e con quali costi di risorse economiche ed umane esse servono.Si tratta di fascino reale o di “imbellettamento”? Stiamo solo “cavalcando l’onda” delle tecnologie interattive? (Slaya et al. 2008). Le LIM sono una manna dal cielo o un carrozzone? (Smith et al 2005). Questi autori invitano ad una riflessione critica, suggerendo di fare accurati studi di fattibilità e sottolineando come, a fronte dei massicci investimenti governativi (la tecnologia costa …) e dell’entusiasmo di studenti e docenti per il “grande schermo” e la multimedialità (una sorta di effetto "wow!"), si deve monitorare l’efficacia dei risultati (per evitare l’effetto "sboom"). L’insegnamento creativo non nasce di per sè da ciò che usi, ma da come lo usi (vedi i pareri riportati in Smith et al 2005).

La sfida pedagogicaE’ in gioco una sorta di circolo ermeneutico tra educazione e tecnologie: l’educazione sfida la tecnologia chiedendo strumenti di facile utilizzo per imparare meglio, ma questa relazione non è a senso unico, in quanto anche la tecnologia interroga l’educazione spingendola a nuovi approcci e pratiche didattiche (vedi in altro campo Davoli et al. 2009). Nel caso delle LIM (Smith et al 2005), c’è una intersezione tra interattività tecnica (quella consentita dalla LIM) e interattività pedagogica (la concreta ed aumentata interazione tra gli attori del processo educativo).

123

In letteratura risulta chiaro che le sfide maggiori da affrontare sono quelle pedagogiche (Schmid 2008). Si tratta di spostare il focus dalla tecnologia agli obiettivi formativi (Kennewell et al, 2008) e ricordare che l’evoluzione delle tecnologie richiede una analoga revisione degli stili pedagogici (Slaya et al. 2008),

Pensiamo che dietro alla scelta di utilizzare la LIM nella didattica ordinaria ci possano essere due "precomprensioni" pedagogiche (von Glasersfeld 2004):

- un approccio costruttivista alla conoscenza, per cui l'interesse del docente è focalizzato non sull'addestramento ma sulla dinamica insegnamento/apprendimento, non sui contenuti ma su quello che succede "nella testa dello studente"

- l'idea che "si impara solo quello che già si sa", nel senso che ogni nuovo concetto viene appreso solo nella misura in cui viene agganciato alla rete della personale mappa cognitiva già posseduta, e che la conoscenza non può essere trasferita già fatta allo studente in quanto la strutturazione dei concetti può essere costruita solo dallo studente stesso; in questa ottica gli “errori” degli studenti e i casi in cui le loro risposte divergono dalle aspettative dell’insegnante sono di particolare interesse, in quanto mettono in luce come essi stanno organizzando il mondo delle proprie esperienze, nel punto particolare dello sviluppo cognitivo in cui si ora trovano.

La lavagna interattiva può davvero sostenere entrambe queste scelte di campo. Disegnare, scrivere, salvare sulla LIM è un modo per costruire conoscenza interiorizzata e condivisa all'interno di un gruppo classe; richiamare e integrare prodotti digitali realizzati sulla LIM, facilmente realizzabili in modo ipertestuale, è un modo per stabilizzare un apprendimento a rete piuttosto che sequenziale. L'attività didattica si configura come processo metacognitivo, piuttosto che come semplice erogazione di contenuti.

Una funzione fondamentale della LIM è quella di essere la memoria vivente e condivisa del processo educativo, sia nel corso del suo svolgimento, sia a posteriori, tutte le volte che sarà necessario riprendere il tutto o sue parti. La tecnologia infatti facilita l’obiettivo di

- avere a disposizione una mappa grafica e ipertestuale per orientarsi nella complessità dei contenuti, anche da parte degli alunni in difficoltà (in particolare dislessici) e per rappresentare concretamente il pensiero simbolico corrente degli studenti (Waddell and Toscano 2008)

- potenziare e sostenere stili cognitivi diversi (Smith et al 2005, Schmid 2008)- favorire la pluridimensionalità del processo di comunicazione educativa, in cui l'insegnante

non è l'unico che parla-scrive-costruisce-mostra, ma tutti sono chiamati a interagire per arricchire il processo e il prodotto

- sostenere la motivazione e l'attenzione con il frequente richiamo al processo, al “come siamo giunti qui” nel percorso didattico, oltre che ai contenuti.

- mantenere aggiornati alcuni repository didattici di riferimento per la classe (glossario, errori più comuni, esempi guida)

Questo avviene attraverso una maggiore interattività delle lezioni, flessibilità, efficienza, facile accesso ed integrazione di risorse multmediali (Smith et al 2005, Schmid 2008).

In merito al rispetto dei diversi stili di apprendimento, ciascuno studente può mettere in moto un processo di apprendimento che tenga conto del suo personale stile cognitivo ma, nella classificazione bipolare degli stili viene sollecitato ad andare anche verso l’altro polo. Ad esempio,

- (polarità globale-analitico) Anna che ha uno stile globale si troverà bene con una visione d'insieme dei contenuti affrontati sulla mappa concettuale, ma al tempo stesso sarà invitata ad andare verso uno stile più analitico nel momento della costruzione dei repository dei contenuti specifici

124

- (polarità impulsivo/riflessivo) Luca, che è estremamente intuitivo e risolve problemi di getto, ma si rifiuta di tenere aggiornato il suo quaderno, si sentirà sollecitato ad uno stile più riflessivo grazie al fatto che il file salvato dalla LIM potrà diventare il suo quaderno

- (polarità verbale/visuale) Francesco, dislessico lieve, che fatica a prendere appunti e a sopportare lunghi testi scritti, sarà aiutato dall'avere una mappa formalizzata, un linguaggio iconico, molto da guardare e poco da leggere.

Come cambia il modo di “pensare la lezione”?Cosa cambia rispetto alla semplice e diffusa accoppiata “computer + videoproiettore + powerpoint”? Molto. I docenti hanno l’abitudine ad utilizzare intensivamente la lavagna d'ardesia come supporto per accompagnare e visualizzare le lezioni in classe, e quindi non dovrebbero avere particolari difficoltà a riprogettare con la LIM. Il docente a lezione mette in scena una sorta di rappresentazione teatrale, in cui parla, scrive, si muove, fa gesti, mostra, in generale comunica: e non solo il docente, ma così opera tutto il “coro greco" della classe, che a volta partecipa coralmente, a volte invece singolarmente. Quindi pensare ad una "sceneggiatura" per la lezione, come la LIM richiede, non è così lontano dalla percezione che i docenti hanno di se stessi. Qualche annotazione va tuttavia fatta sul modo di pensare la lezione con la LIM.

La LIM consente di “salvare” i prodotti delle lezioni, ed in questi casi ci si sente in dovere di realizzare materiale più organizzato. Questo rappresenta un rischio e un'opportunità al tempo stesso. Il rischio è quello di concentrarsi sulla forma per realizzare materiali impeccabili ma statici, sostanzialmente uguali nel tempo, come una serie di lucidi da proiettare. E' il rischio che corrono anche molti Learning Objects pubblicati in rete: impeccabili, ma pensati per una fruizione individuale e un modello didattico monodirezionale, da chi insegna a chi deve apprendere. Questa tentazione rischia di fare dimenticare la dinamica di insegnamento/apprendimento che si genera nel gruppo classe. L’opportunità risiede nel fatto che l’insegnante, che vive il suo ruolo non solo come dispensatore di conoscenze ma come mediatore e facilitatore di processi, ha l'opportunità di sistematizzare con la LIM “materiali leggeri” sfruttando linguaggio iconico, suggerimenti di colore, evidenziazioni, insomma alcuni semplici accorgimenti che diventano memoria di quel particolare processo di insegnamento/apprendimento.

E’ indispensabile che per ogni nuova classe il materiale venga "rigenerato" e "ricostruito in corso d'opera" con i ragazzi, perché il livello di approfondimento dei contenuti di un anno di lezione vanno "contrattati" con la classe. A partire dalla mappa di riferimento, ogni classe avrà i risultati dei propri brainstorming, costruirà i propri repository di errori, glossario, esempi, al limite ogni studente costruirà i propri link a casa con il software della lavagna. I repository curati dal docente restano da un anno all'altro, ma non vanno riutilizzati identici nelle classi che si succedono nel tempo; si deve presentare in corso d'opera le parti necessarie in quel momento, aggiungendo o togliendo a seconda del livello della classe e del clima di apprendimento che si crea. Quindi i materiali salvati con la LIM non sono una presentazione già fatta una volta per tutte, ma sono un "brogliaccio" da cui partire ogni anno per ripensare le lezioni e gli argomenti da svolgere in quella particolare classe che hai davanti: come dice il poeta "cento volte sul telaio rimettete il vostro lavoro".

Last but not least, la LIM è democratica e produce materiali alla portata degli studenti, che possono utilizzarli come un quaderno di appunti che tiene insieme oggetti diversi, senza che si perdano o straccino le pagine. Il prezioso quaderno personale rimarrà, ma verrà integrato da questo quaderno elettronico.

125

ConclusioniNel reciproco confronto tra tecnologie ed educazione, il focus deve rimanere sui cambiamenti pedagogici sollecitati dall’utilizzo delle tecnologie. Si impara vedendo e facendo, non solo ascoltando. Una interazione attiva studente-docente e studente-studente e una esperienza di apprendimento più stimolante fanno sì che lo studente capisca meglio e sia più motivato ad imparare. La LIM può aiutare una didattica di tipo costruttivista, non solo trasmissiva ma attenta al processo metacognitivo oltre che al prodotto (i singoli contenuti).

Naturalmente, la letteratura, oltre che l’esperienza comune, riporta diversi problemi tipici nell’uso delle LIM: l’importanza di training e supporto ai docenti, gli aspetti logistici delle aule (Smith et al 2005), il fatto che la mancanza di competenze di base nell’uso della tecnologia rischia di rendere inefficace l’interazione tra le persone (Slaya et al. 2008). Si devono quindi studiare strategie di formazione dei docenti e soprattutto la loro motivazione all’uso delle LIM: agli insegnanti le tecnologie non possono essere imposte ma offerte e la loro autonomia nell’uso della tecnologia è l’indispensabile pre-requisito per qualsiasi innovazione (Kennewell et al, 2008, Slaya et al. 2008).Lewin et al (2008) affermano, al termine di uno studio biennale sistematico nella scuola primaria, che quando la LIM è utilizzata per anni essa entra a far parte delle strategie educative dei docenti come mediatore educativo tra gli studenti e tra docente e studenti, e che in quel momento diventa evidente il cambiamento della pratica didattica. La speranza è che la LIM possa facilitare la realizzazione di una didattica come strumento di "governance" dei processi e non solo visualizzazione di prodotti.

REFERENCESBlanton, P. (2008). Using Interactive Whiteboard to Enhance Student Learning. The Physics

Teacher, 46 (3), pp. 188-189.Davoli, P., Monari, M. & Severinson Eklundh, K. (2009). Peer activities on Web-learning platforms

—Impact on collaborative writing and usability issues. To be published on Education and Information Technologies.

Greiffenhagen, C. (2000). Interactive whiteboards in mathematics education: Possibilities and dangers. Proc. of the Ninth International Congress on Mathematical Education, 2000 Makuhari Japan. Working Group 11 «The Use of Technology in Mathematics Education», pp. 273-277. Springer Netherlands

Kennewell, S., Tanner, H., Jones, S., Beauchamp, G. (2008). Analysing the Use of Interactive Technology to Implement Interactive Teaching. Journal of Computer Assisted Learning, 24 (1) p.61-73

Lewin, C., Somekh, B. and Steadman, S. (2008). Embedding interactive whiteboards in teaching and learning: The process of change in pedagogic practice. Education and Information Technologies, 13(4), p. 291-303.

Meyrowitz, N. (1989). Hypertext - does it reduce cholesterol, too? Hypertext ‘89 International Conference, Keynote Address, IRIS Technical Report 89-9, Brown University, Providence, RI.

Nolan, K.K. (2009). SMARTer Music Teaching - Interactive Whiteboard Use in Music Classrooms. General Music Today, 22(2), p. 3-11

Reedy, G.B. (2008). PowerPoint, Interactive Whiteboards, and the Visual Culture of Technology in Schools. Technology, Pedagogy and Education, 17(2), pp. 143-162

Schmid, E.C. (2008). Potential pedagogical benefits and drawbacks of multimedia use in the English language classroom equipped with interactive whiteboard technology. Computers & Education, 51(4), p. 1553-1568

Slaya, H., Siebörgera, I. and Hodgkinson-Williamsb C. (2008). Interactive whiteboards: Real beauty or just “lipstick”? Computers & Education, 51 (3), pp. 1321-1341

126

Smith H.J, Higgins S., WallK. & Miller J. (2005). Interactive whiteboards: boon or bandwagon? A critical review of the literature. Journal of Computer Assisted Learning, 21, pp.91–101Swan, K., Schenker, J. & Kratcoski, A. (2008). The Effects of the Use of Interactive Whiteboards on Student Achievement. In Proceedings of World Conference on Educational Multimedia, Hypermedia and Telecommunications 2008 (pp. 3290-3297). Chesapeake, VA, USA.von Glasersfeld, E. (2004). Constructivism. In W.E Craighead & C.B.Nemeroff, The Concise

Corsini Encyclopedia of Psychology and Behavioral Science, p. 219-220, Hoboken, N.J.: John Wiley & Sons.

Waddell, L. & Toscano, K. (2008). Necessity or Novelty: Using an interactive whiteboard to support mathematical discourse and computational competence. In K. McFerrin et al. (Eds.), Proceedings of Society for Information Technology and Teacher Education International Conference 2008, Chesapeake, VA, USA, pp. 4593-4598.

127

Modelli per lo sviluppo del pensiero ipotetico previsionale: La Scatola Nera

Prof. A. LanzaI.C. Sandigliano, Biella - Italy

Questo modello di analisi, di scoperta e di invenzione si presenta molto semplice, facile da mettere in pratica, perché necessita solamente di quattro elementi:5. la definizione del contesto in cui si opera6. l’analisi dei dati in entrata7. l’analisi dei dati in uscita8. l’analisi degli eventi che trasformano i dati in ingresso.

Si attivano processi intellettivi legati:- alla rievocazione di conoscenze, - alla classificazione di dati, - alla riflessione su situazioni problematiche, - alla messa in atto di inferenze, - alla comunicazione dei risultati ottenuti.

Volendo schematizzare, ci si trova di fronte a questa struttura:

Fermo restando il contesto, il grado di complessità degli eventi di trasformazione rende più dettagliata l’analisi, per cui, partendo da una situazione elementare del tipo

si può giungere a definizioni più articolate

contesto

DATI IN ENTRATA

EVENTI DI TRASFORMAZIONE

DATI IN USCITA

contesto

Scatola1A B

128

Al fine di evitare empirismi e improvvisazioni, attività sempre pericolose e improduttive nel processo di apprendimento, è necessario prevedere dettagliatamente i percorsi secondo i quali incanalare questo strumento formativo.Portare, indurre, lasciare lo studente alla personale ricerca dei perché, che il docente ha opportunamente proposto, e di cui ha traccia nel suo regolare e metodico registrare l’azione pedagogica, fa sì che la conoscenza, la scoperta sia opera attiva del ragazzo, e sia vissuta come conquista personale e responsabile, non come imposizione del sistema.Ecco, è proprio la presa di responsabilità di chi sta ricercando, scoprendo, analizzando, lo scopo principale di tale strumento formativo.Il ragazzo che ha scoperto non dimenticherà più i suoi risultati, anzi, ne sarà fiero, contribuendo così ad accrescere la sua autostima.E tutto questo anche se non ci sarà arrivato esclusivamente da solo, ma, talvolta, con i suoi compagni, attraverso la dinamica dello sviluppo prossimale, fondamentale proprio perché rapporto orizzontale nel gruppo dei pari, e non dipendente dalla situazione top-down, tipica della scuola solo informativa, fatta di soli contenuti.

Ci troviamo qui di fronte a tre blocchi che interagiscono tra loro, entro un contesto definito:

A – l’insieme, come già detto, dei DATI in entrataB – riguarda gli EVENTI di TRASFORMAZIONEC – comprende gli ARTEFATTI

Questo strumento può prendere in esame i tre blocchi anche separatamente, ma pur sempre connessi tra loro; da soli non hanno significato.

Scatolanx z

Scatola2a cScatola

1a b

contesto

129

Vediamo il primo dei tre casi:

Qui il compito è indagare come, da una serie di dati in ingresso, si può giungere all’artefatto.Questo livello di scoperta è quello tipico dei congegni, dei sistemi, dei processi.E’ la storia dei processi produttivi nel tempo, con tutta la complessità tecnologica che si è strutturata man mano che le esigenze del mercato ponevano vincoli sempre più profondi nei riguardi della qualità del prodotto da confezionare.E’ proprio qui che vengono alla luce le diverse tipologie di domande:a. “come è?, qual è?, a cosa serve?”b. “cosa succede?, cosa cambia?”c. “perché?”e rappresentano il tipo di problema che ci si pone.Allora il docente dovrà indirizzare lo studente su come porsi di fronte alla situazione problematica, specificando, di volta in volta, se il problema sarà di tipo:- descrittivo (come è?, qual è?, a cosa serve?)- predittivo (cosa succede?, cosa cambia?)- esplicativo (perché?)per guidarlo verso la più rispondente delle analisi che sta cercando di mettere in atto.

Il secondo caso ha la struttura:

e ci permette di rilevare i dati in ingresso, conoscendo il processo di trasformazione e l’artefatto analizzato.Questo livello di scoperta è il ricavare le materie prime e il loro più conveniente utilizzo.È qui il campo specifico delle conoscenze pregresse, perché so dove arrivare al termine di un evento trasformativo conosciuto.Dovrò quindi scegliere, tra i materiali a disposizione, proprio quello che mi porterà ad ottenere quell’artefatto.È questa un’operazione mentale di discriminazione della realtà circostante, alla quale ho libero accesso.

A ? C

Dati A e C

scoprire B

? B C

Dati B e C

rilevare A

130

Il terzo caso è del tipo:

dove è necessario, possibile, prevedere che tipo di artefatto potrà essere realizzato, utilizzando determinati dati in ingresso e il processo di trasformazione.Qui si mettono in campo tutte le energie per inventare un artefatto, o anche solo migliorarlo.Ritroviamo assieme tutti gli epistemi della tecnologia, legati fra loro con i sistemi di dominio tecnologico e le varie aree di contenuto.È anche il momento della riflessione critica sulla produzione industriale di artefatti, sull’impatto ambientale derivante da quel processo industriale, sulla immancabile quantità di effetti indesiderati legati a quel sistema di trasformazione.

A B ?

Dati A e B

inventare C

131

Il laboratorio di Pop-up “PIANI IN ESPANSIONE”

Prof. Clemente TabanelliFaenza, Italy

PREMESSA

Quello che sto per presentarvi è una attività di laboratorio nella quale viene insegnato agli studenti un metodo particolare e simpatico per ottenere da delle superficie piane forme tridimensionali a scomparsa. Comunemente questa tecnica oggi giorno viene chiamata “pop-up” ed è utilizzata per creare libri per bambini, oppure cartoline di auguri molto personalizzate, ma per i più appassionati si trasforma in una vera propria arte.

A livello didattico per esperienza risulta avere un grande successo, in quanto la tecnica si acquisisce rapidamente ed oltre a piacere ai ragazzi piace spesso anche ai genitori. Il successo non è solo da attribuirsi alla semplicità con cui si possono ottenere grandi effetti, ma ai molteplici aspetti a livello cognitivo che si possono sviluppare, ovviamente impartendo un corretto percorso di apprendimento. È mia premura consigliare un percorso per livelli di difficoltà, rendendo il lavoro più comprensibile, evitando di trasformalo in un insuccesso per lo studente (evitiamo le delusioni).

Successivamente illustrerò come tale tecnica abbia diversi riscontri positivi a livello didattico e a livello creativo.

perché i piani?

Il lavoro è consigliato in quanto:- Si utilizzano strumenti a basso costo e facilmente reperibili;- Non occorre l’uso di aule attrezzate;

- Grande effetto;- Si ha un’immediata operatività;- Aiuta ad acquisire stima di se stessi.- Aiuta a migliorare l’operatività e sviluppare la precisione nel disegno;- Avvicina i meno abbienti al disegno;- Aiuta a socializzare se fatto in gruppo;

- Stimola la creatività;- Sviluppa la percezione dal passaggio dal bimensionale al tridimensionale.- La progettazione di un piano implica un raffinato esercizio di calcolo;

- Si può integrare nella materia arte e immagine (ed. artistica);Sempre più difficile è trovare nelle nostre scuole aule adeguate e attrezzate per attività

operative, come avanzare la richiesta in segreteria o ai genitori dell’acquisto di materiali per i laboratori, questa attività per la sua semplicità non richiede spazi attrezzati e spese elevate (pochi euro per ogni ragazzo).

Il grande effetto che si può ottenere, sviluppa negli studenti curiosità, stima di se stessi, voglia di fare sempre meglio, pertanto acquisita la tecnica, anche in parte, è l’alunno stesso che va

132

oltre attivando una mentalità di ricerca che è fondamentale in una scuola basata sulla metodologia della ricerca-azione capace di dare vita alla scuola laboratorio.

La richiesta di un disegno preciso così come tagli regolari e pieghe corrette per realizzare un elaborato di effetto, comporta una continua dinamica di ipotesi e verifica che spesso richiede il rifacimento di tutto il lavoro. Questa logica sviluppa un comportamento cognitivo che pone in relazione la precisione dei calcoli dei tagli e delle pieghe dando spazio a quella operatività grafica, materiale che risulta essere sul piano conoscitivo formativo più significabile di qualsiasi tavola di disegno.

Partendo da un piano, nella fase di progettazione e realizzazione di un oggetto tridimensionale è richiesto un ragionamento previsionale (opero così per ottenere questo). Per far ciò è indispensabile una regola abbinata a una procedura di calcolo. Sarà nella fase di costruzione che si verifica se quella progettuale è stata effettuata correttamente, in caso contrario sono messi in evidenza eventuali errori (es. il piano non si chiude). Attenzione ritengo che la prassi metodologica che riguarda l’insegnamento del disegno prenda in esame metodi di rappresentazione tridimensionale (assonometrie, prospettive e proiezioni ortogonali), ma purtroppo difficilmente ai giovani si chiede di passare dalla rappresentazione alla costruzione di ciò che si è progettato, ciò comporta che l’abitudine al progetto non è bilanciata da una verifica immediata.

Per ultimo gli studenti, imparata la tecnica, nella progettazione e realizzazione di un proprio pop-up, si accorgono che ciò che distingue un progetto da un altro non è tanto l’applicazione di una tecnica quanto la ricerca e messa a punto della propria creatività.

DESTINATARI

Non necessariamente il laboratorio può essere indirizzato solo a ragazzi che hanno acquisito una buona abilità nel disegno, certamente questo aiuta molto, la cosa più importante è la precisione, infatti vedremo come primo approccio la tecnica può essere praticata semplicemente utilizzando un foglio di carta e un paio di forbici. Si consiglia pertanto il lavoro a tutti gli studenti di tutte le classi medie.

APPRENDIMENTO UNITARIO DA PROMUOVERE

L’alunno dopo aver acquisito una tecnica è in grado di applicarla autonomamente realizzando elaborati di sua creatività.

OBIETTIVO FORMATIVO CON STANDARD DI APPRENDIMENTO

L’alunno dopo aver individuato le regole per la creazione dei piani in espansione e dopo aver realizzatone alcuni con l’aiuto dell’insegnate:- Realizzi elaborati di sua creatività partendo da un foglio bianco. Eccellenza- Date delle tracce generiche, completi correttamente il piano personalizzandolo e modificandolo a piacere. Più che Accett.- Date delle tracce generiche di un piano lo completi correttamente. Accettabilità- Data una guida completa di un piano è in grado di riprodurlo

e svilupparlo. Abbastanza Accett.

ATTIVITÀ LABORATORIALE

La tecnica si basa su tagli e pieghe, l’alunno pertanto dovrà individuare la regola di base che gli permette di sviluppare piani.

133

La procedura didattica suggerita è per livelli di difficoltà, il percorso prevede il passaggio dalla pratica alla teoria. Il ruolo dell’insegnante termina nel momento in cui l’alunno individuata la regola di base è in grado di applicarla autonomamente.

Tramite la seguente rete di Petri viene messo in evidenza il ruolo dell’insegnate nel percorso di apprendimento dell’alunno dai primi approcci fino alla totale autonomia.

RETE DI PETRI

INSEGNATE ALUNNO

(A) 1° FASE OPERATIVA

(B) ANALISI VISIVA

INDIVIDUAZIONE CARATTERISTICHE

COMUNI

(C) 2° FASE OPERATIVA

(D) ANALISI VISIVA

INDIVIDUAZIONE CARATTERISTICHE

COMUNI

134

VERBALIZZAZIONE

L’insegnate impartisce dei semplici comandi agli studenti, operando contemporaneamente rendendo ulteriormente più semplice la comunicazione.A - piegare in 2 un foglio di carta ed effettuare due tagli in corrispondenza della parte interna con l’uso di forbici, di poi riaprire il foglio e spingere in avanti la porzione tagliata, richiudere nuovamente e aprire a 90°.

B L’insegnante invita ad analizzare il proprio elaborato guardandolo lateralmente.

Gli alunni facilmente si accorgono che:- Tutti gli angoli che si generano tra un piano verticale e un orizzontale sono angoli retti.- I piani sono sempre ortogonali fra loro.

C L’insegnante impartisce ulteriori comandi introducendo una variante (taglio non simmetrico rispetto la mediana del foglio per esempio allungando il taglio solo su una parte del foglio o quello del piano verticale o quello orizzontale e di poi procedere come precedentemente.

D Si invita nuovamente ad analizzare il proprio lavoro confrontandolo con quello precedente

I ragazzi riscontrano ancora che:- Tutti gli angoli che si generano tra un piano verticale e un orizzontale sono angoli retti.- I piani sono sempre ortogonali fra loro.

135

Presa atto delle

dimensioni

Estrapolazione regola

(E) ANALISI delle DIMENSIONI

(F) 3° FASE OPERATIVA

Constatazione convalida

regola

4° FASE OPERATIVA

Comunicazione scritta

5° FASE OPERATIVACREATIVA

VERIFICA

136

E Ora si invitano gli alunni a individuare con penne di diversi colori tutte le lunghezze di ugual misura. (vedi tavola allegata).

Lo studente prende atto che esiste una biunivicità tra le dimensioni del piano verticale (altezza) e il piano orizzontale (profondità) rispetto la linea di intersezione dei piani (mediana), pertanto evince la seguente regola.

Regola: per ottenere una superficie in espansione occorre ottenere sempre angoli retti, pertanto è necessario che lo spostamento sul piano orizzontale avvenga ortogonalmente a quello verticale e viceversa.

F Ancora una volta l’insegnate introduce un’ulteriore variante.“effettuare ulteriori tagli partendo dalla base del primo piano ottenuto e ripetere le stesse operazioni sulle superfici delimitate dai nuovi tagli”.

L’alunno studiando la variante può constatare che la regola estrapolata in precedenza e valida anche in contesti più complicati

Con l’ausilio dell’insegnante gli alunni cominciano a progettare e realizzare i primi piani

Attraverso il modello della R.A.Re.Co si procede alla stesura di un testo scritto che impartisce i comandi per la realizzazione dei piani.

Autonomamente l’alunno crea il suoi primi piani in espansione

L’elaborato finale è oggetto di verifica

VERIFICAValutazione dell’elaborato

La realizzazione di uno o più elaborati è il prodotto di tutto il percorso di apprendimento del ragazzo, pertanto la valutazione dell’elaborato medesimo ci permette di identificare il grado di acquisizione della tecnica e la modalità di esecuzione. Attenzione a non confondere le due cose e non confonderle con il grado di creatività, nel momento in cui il piano viene realizzato autonomamente e completamente dal ragazzo. Pertanto si suggerisce di completare una scheda di valutazione che prende in considerazione distintamente più voci, per specificare più opportunamente il giudizio finale che gli verrà attribuito. Le voci possono essere: la tecnica utilizzata, l’esecuzione del lavoro che comprende: disegno , taglio, piega, incollaggio, infine la creatività.Ad ogni voce verrà assegnato un punteggio, la somma totale ci permetterà di individuare il voto finale, facendo corrispondere ad ogni intervallo di punti la valutazione dall’1 al 10.

137

UN’ESPERIENZA CON IL WEBQUEST

Prof. G. DeLucaSM Levi, Sassuolo (MO) , Italy

1. INTRODUZIONELe nuove tecnologie sono sempre più diffuse nella scuola e, in un prossimo futuro non possiamo pensare ad una programmazione didattica senza di esse. Molti insegnanti percepiscono le potenzialità di internet ma il gran numero di informazioni reperibili in rete rendono il lavoro molto dispersivo e lungo con il rischio che le molte ore passate nel laboratorio di informatica producano ricerche sterili e, a volte superflue o non ai livelli di conoscenza degli alunni. Un altro rischi alla quale si può incorrere è quello del copia-incolla e, in questo caso non vi è nessuna rielaborazione delle informazione da parte degli allievi e di conseguenza non c’è alcun apprendimento significativo.L’insegnamento della tecnologia, oggi, non può prescindere dal rendere protagonisti gli allievi stessi ecco che allora in aiuto il formalizzato da Bernie Dodge e perfezionato da Tom March, a partire da presupposti teorici ispirati al "costruttivismo" e all'apprendimento cooperativo, con lo scopo di consentire lo sviluppo nell'allievo delle capacità di analisi, sintesi e valutazione e di renderlo partecipe al proprio apprendimento.

2. IL WEBQUESTIl webquest è un’attività che stimola gli studenti alla ricerca di informazioni su un argomento specifico al fine di produrre un particolare elaborato. Le finalità sono quelle di far acquisire delle informazioni da parte degli studenti, in un ambiente contestualizzato, selezionare tali informazioni e rielaborarle in un elaborato specifico. La struttura del webquest è:Introduzione – Questa è la fase in cui l’insegnante deve preparare bene l’ambiente di apprendimento e fornire la giusta motivazione agli alunni.Compito – È qui che l’insegnante contestualizza l’ambiente di apprendimento: l’insegnante insieme agli alunni partecipa la “gioco di ruolo” nel considerare la classe come un ente che dovrà produrre qualcosa. Inoltre in questa fase l’insegnante deve stabilire le gerarchie e i gruppi di lavoro.Procedimento – In questa fase l’insegnante, ormai entrato nel ruolo, deve programmare attentamente il lavoro da fare: suddividere il lavoro tra i vari gruppi di lavoro, stabilire attentamente e chiaramente quale è il lavoro da fare e quali sono le consegne.Risorse- In questa fase l’insegnante fornisce delle risorse in rete sull’argomento da trattare, che lui stesso ha trovato e scelto; queste possono costituire sia un base di lavoro per poter allargare le ricerche.Valutazione – Fase importantissima! Questa fase, insieme alla prima, costituiscono la motivazione al lavoro; devono essere esattamente e chiaramente esplicitate cosa e come si valuta il lavoro svolto.Conclusioni – Qui l’insegnante invita gli alunni a trarre le conclusioni del proprio lavoro.Gli allievi, se opportunamente motivati, incominciano il loro lavoro; inizialmente ci potrebbero esserci delle perplessità da parte loro, poi tutto comincia a muoversi.

3. L’ESPERIENZA DEL CSD3NAvevo sentito parlare del webquest, per la prima volta, durante il corso abilitante e lì abbiamo sperimentato le potenzialità di questo strumento didattico-metodologico. Proprio in quel periodo dovevo affrontare un argomento che risultava poco interessante per ragazzi di 13-14 anni: il mondo del lavoro; inizialmente è stata dura catturare l’attenzione dei miei allievi ma, dopo una discussione in classe, nella quale ho potuto valutare le loro conoscenze in merito, ho progettato li webquest. Per prima cosa dovevo contestualizzare l’ambiente:

138

la mia fantasia ha fatto diventare la classe una sede di sindacato, sede che si trovava in un’area fortemente degradata dove regnava il lavoro nero e dove c’erano molti infortuni sul lavoro, avevo cominciato a stuzzicare la loro sensibilità e quindi la loro curiosità. Cosa si potrebbe fare per migliorare la situazione di quell’area? La risposta è stata quella di sensibilizzare i lavoratori e l’opinione pubblica su questi temi:legalità nei contratti di lavoro, sicurezza sul lavoro e diritti dei lavoratori. Come? Organizzare un convegno su questi temi, fare dei manifesti informativi, un opuscolo informativo da distribuire al convegno e una serie di video pubblicitari che appunto informavano le persone dei loro diritti, sull’importanza di non lavorare in nero e, soprattutto, lavorare in sicurezza.Il mio lavoro, una volta che tutto si è messo in moto è stato appunto quello del segretario della locale sede:aiutare nelle difficoltà, dare consigli ecc.. semplicemente uno di loro che ne sa di più.Il CSD3N, ovvero il Comitato Studenti Democratici 3N, comincia a prendere corpo, anche nel logo, infatti come prima cosa è stato messo il logo del sindacato sulla porta della classe. Successivamente sono stati svolti i compiti assegnati.La qualità del lavoro fatto e quasi professionale, è stato coniato lo slogan “L’Italia è una repubblica fondata sul lavoro e allora perché di lavoro si muore?” ma soprattutto ho saputo sensibilizzare i ragazzi verso questi problemi e stimolarli alla conoscenza di questo argomento del resto sarà l’unico momento nella loro vita che hanno avuto la possibilità di conoscere quali saranno i loro diritti di lavoratori e cosa significa lavorare in sicurezza.Alla fine dell’anno scolastico mi hanno ringraziato di tutto e qualcuno mi ha detto che è stato l’argomento più interessante tra tutti quelli che abbiamo trattato.

4. LE MOTIVAZIONI DEL SUCCESSO E I PUNTI DI FORZA DEL WEBQUESTIl merito del successo del webquest presso i ragazzi è senz’altro :• La possibilità di lavorare con il computer e ciò motiva gli alunni a lavorare. Partendo dalla ricerca di informazioni fino alla elaborazione dei dati.• Lavorare in gruppo e affrontare dei problemi quasi reali cioè devono trovare delle risposte aproblemi che tutti i giorni le altre persone e trovando dei risultati capaci di interagire con la realtàche li circonda e che esce al di fuori delle mura dell’aula.• Il creare successivamente degli elaborati, frutto del loro lavoro che li appaga e, in qualche caso,ritrovare fiducia in se stessi e nelle proprie capacità.• E’ riuscito a eliminare le difficoltà intrinseche dell’argomento e, il lavoro cooperativo a livellato lecapacità e le conoscenze; la possibilità di confrontarsi con le idee nello svolgimento del lavoro hacreato una più forte unione nel gruppo classe e ha annullato la distanza alunni-insegnante. Da ciò si può facilmente intuire che il webquest ha diversi aspetti positivi:• Un primo aspetto di positività dei webquest è la creazione di un ambiente di apprendimento “insituazione”. Questo fatto avvicina il nostro metodo alla didattica costruttivista per la quale gliobiettivi non sono organizzati in maniera gerarchica come accade negli ambienti di ispirazioneistruzionista, l’attività si basa sull’esperienza dell’ambiente e sui tentativi di risoluzione deiproblemi e sulla riflessione di eventuali errori. “La didattica costruttivista appare seriamenteinteressata a conoscere i processi cognitivi, gli atteggiamenti e gli stati mentali dei soggetti cheapprendono, sa che essi sono influenzati dall'esperienza, perciò ritiene importante calare i soggetti in situazioni esperienziali ricche, le quali possono determinare delle modificazioni del quadrocognitivo ed emotivo degli studenti.”• Un secondo punto di forza è costituito dalla dimensione di lavoro cooperativo, di interazione tragruppi di pari, di assunzione e di scambio di ruoli diversificati da parte di ogni elemento del gruppoper il raggiungimento di conoscenze e di abilità attraverso la cooperazione, il superamento deiconflitti e la condivisione dl lavoro e dei risultati. Si tratta di realizzare un ‘prodotto’, un oggettospendibile e “le opere si mostrano capaci di produrre processi di identificazione collettiva, aiutanoquindi la comunità a realizzarsi e a sostenersi” .

139

• Un terzo aspetto è costituito dal rafforzamento della motivazione negli alunni che rispondono aquesta proposta didattica con maggior interesse rispetto alla lezione frontale perché imparano“divertendosi”, si sentono protagonisti e attivi nell’apprendimento e nell’autovalutazione continuadei metodo e dei prodotti. Inoltre bisogna indicare il fatto che si tratta di un oggetto didatticodinamico, che offre la possibilità di continui aggiornamenti dei siti web di riferimento, ampliamenti,modifiche rispetto al libro di testo che, nonostante le nuove edizioni, si rinnova comunque piùlentamente.Da quel primo webquest non ho più fatto lezioni frontali, ho sempre cercati di stimolare i ragazzi attraverso attività partecipate in prima persona perché così si divertono e nello stesso tempo imparano.