Percorsi formativi per l'insegnamento della Fisica

nel nuovo millennioErnesto Lamanna

Facoltà di Medicina e ChirurgiaUniversità Magna Graecia Cz

Gruppo Collegato INFN Cs

UNIVERSITÀ degli STUDI di CATANZARO “MAGNA GRAECIA”FACOLTÀ DI MEDICINA E CHIRURGIA

Tre competenze scientifiche sono identificate e valutate in PISA 2006

• Individuare questioni di carattere scientificoquesta competenza richiede agli studenti di

riconoscere quali questioni possono essere affrontate in termini scientifici e quali siano le caratteristiche dell’indagine scientifica

• Dare una spiegazione scientifica ai fenomeniquesta competenza richiede agli studenti di applicare

le conoscenze scientifiche a situazioni specifiche. Tale competenza comporta anche il saper descrivere o interpretare scientificamente fenomeni e predire cambiamenti

• Usare prove basate su dati scientificiquesta competenza consiste nella capacità di

interpretare dati raccolti scientificamente a sostegno di affermazioni o di conclusioni

Il progetto PISAProgramme for International Student Assessment (PISA): indagine internazionale promossa dall'Organizzazione per la Cooperazione e lo Sviluppo Economico (OCSE) per accertare le competenze dei quindicenni scolarizzati nelle aree della lettura, della matematica e delle scienze.

(2006)

(ITALIA)

Descrizione sintetica dei sei livelli di rendimento sulla scala di scienze

Livello

Che cosa sono in grado di fare gli studenti a ciascun livello

6Sa individuare, spiegare e applicare in modo coerente conoscenze scientifiche e conoscenza sulla scienza in una pluralità di situazioni di vita complesse.

5

Sa individuare gli aspetti scientifici di molte situazioni di vita complesse, sa applicare sia i concetti scientifici sia la conoscenza sulla scienza a tali situazioni e sa anche mettere a confronto, scegliere e valutare prove fondate su dati scientifici adeguate alle situazioni di vita reale.

4

Sa destreggiarsi in modo efficace con situazioni e problemi che coinvolgono fenomeni esplicitamente descritti che gli richiedono di fare inferenze sul ruolo della scienza e della tecnologia.

3Sa individuare problemi scientifici descritti con chiarezzain un numero limitato di contesti.

2Possiede conoscenze scientifiche sufficienti a fornire possibili spiegazioni in contesti familiari o a trarre conclusioni basandosi su indagini semplici.

1

Possiede conoscenze scientifiche tanto limitate da poter essere applicate soltanto in poche situazioni a lui familiari. È in grado di esporre spiegazioni di carattere scientifico che siano ovvie e procedano direttamente dalle prove fornite.

Complessivamente, in Italia il 25,3% degli studenti si colloca al di sotto del livello 2, che è stato individuato in PISA 2006 come il livello al quale gli studenti dimostrano il livello base di competenza scientifica in grado di consentire loro di confrontarsi in modo efficace con situazioni in cui siano chiamate in causa scienza e tecnologia (media OCSE 23,2).Meno del 5% degli studenti si colloca nei due livelli più elevati della scala complessiva di scienze (media OCSE 8,8).

Distribuzione degli studenti nella scala di scienze in Italia

LivelloPercentuale in

ItaliaMedia OCSE

sotto il livello 1 7,3% 5,2%

al livello 1 18% 14,1

al livello 2 27,6% 24,0

al livello 3 27,4% 27,4

al livello 4 15,1% 20,3

al livello 5 4,2% 7,7

al livello 6 0,4% 1,3

Paesi con una percentuale maggiore di studenti che si colloca nei due livelli più alti della scala complessiva di scienze

Finlandia 20,9

Nuova Zelanda

17,6

Giappone 15,0

Australia 14,6

Canada 14,4

Paesi Bassi 13,2

Media Ocse 9.0

ITALIA 4.6

Paesi con minore percentuale di studenti sotto il livello 2 della scala complessiva di scienze

Finlandia 4,1

Estonia 7,7

Hong Kong 8,7

Corea 11,2

Australia 11,8

Taiwan 11,8

Paesi Bassi 13,0

Nuova Zelanda

13,7

Slovenia 13,9

Media Ocse 19.3

ITALIA 25.3

Italia - distribuzione specifiche di scienze

Competenze Sotto livello

2Livelli 5 e 6

Italia Ocse Italia Ocse

Individuare questioni di carattere scientifico

25,2%

18,7 4,9% 8,4

Dare una spiegazione scientifica dei fenomeni

24,4%

19,6 6,0% 9,8

Usare prove basate su dati scientifici

29,6%

22,0 6,0% 11,6

High Level Group on Science

Education:

Michel Rocard (Chair),

Peter Csermely,Doris Jorde, Dieter Lenzen, Harriet Walberg-Henriksson, Valerie Hemmo (Rapporteur)

EUROPEAN COMMISSIONDirectorate-General for ResearchDirectorate L - Science, Economy and SocietyUnit L4 - Scientific Culture and Gender

Recommendation 1: Because Europe’s future is at stake decision-makers must demand action on improving science education from the bodies responsible for implementing change at local, regional, national and European Union level.

Recommendation 2: Improvements in science education should be brought about through new forms of pedagogy: the introduction of inquiry-based approaches in schools, actions for teachers training to IBSE, and the development of teachers’ networks should be actively promoted and supported.Recommendation 3: Specific attention should be given to raising the participation of girls in key school science subjects and to increasing their self-confidence in science.

Recommendation 4: Measures should be introduced to promote the participation of cities and the local community in the renewal of science education in collaborative actions at the European level aimed at accelerating the pace of change through the sharing of know-how.

Recommendation 5: The articulation between national activities and those funded at the European level must be improved and the opportunities for enhanced support through the instruments of the Framework Programme and the programmes in the area of education and culture to initiatives such as Pollen and Sinus-Transfer should be created. The necessary level of support offered under the Science in Society (SIS) part of the Seventh Framework Programme for Research and Technological Development is estimated to be around 60 million euros over the next 6 years.

Recommendation 6: A European Science Education Advisory Board involving representatives of all stakeholders, should be established and supported by the European Commission within the Science in Society framework.

This report is based on two seminars held in London in 2006 at the Nuffield Foundation

Utilizzo strumenti multimediali;

Principali difficoltà e proposte di superamento

Difficoltà Scientifiche

Disinteresse

Innovazione

Utilizzare un sistema induttivo da sostituire a quello deduttivo odierno; L’approccio fisico deve essere quello che semplifica l’analisi e la descrizione della natura; Privilegiare la comprensione alla descrizione rigorosa;

• Selezionare eventi vissuti e strumenti utilizzati quotidianamente;

• Contestualizzazione nei Corsi di Laurea;

Problemi in Europa

Progetto con larga partnership Europea;

La metodologia di insegnamento della Fisica nei Corsi di Laurea per Fisici non può essere trasportata negli altri Corsi di Laurea e nella formazione Secondaria (come si fa attualmente)L’approccio alla Fisica deve essere individuato nel contesto della vita quotidiana dello studente di Scuola Secondaria o nelle tematiche specifiche dei corsi di laurea a cui ci si rivolge;

Approcci innovativi possono essere trovati su reteMoltissimi su siti degli USA (MERLOT ….) [Merlot1; Merlot2; Hyperphysics]

Tanti anche in ITALIA (Uni Modena e Reggio Emilia …) [Mo-RE]

Si segue un percorso tradizionale. Manca una collezione organica in cui le presentazioni mostrate sono preparate seguendo l’obiettivo di fornire competenze (attraverso la formazione) [ESEMPIO] [Barra]

Competenze principali da far acquisire

•Individuare questioni di carattere scientifico (Fisica);•Dare una spiegazione scientifica ai fenomeni;•Usare prove basate su dati scientifici;•Individuare la Fisica nel proprio settore specialistico;•Conoscere elementi di fisica per comunicare efficacemente nella vita professionale con gli esperti in Fisica;

Esempi Comunicativi attraverso Animazioni [Animazioni]

INTRODUZIONE INNOVAZIONE

Proposta OperativaE. Fioravanti, E. Lamanna, G.V. Pallottino, S. Sidoretti, M. Vicentini, ……….

Presentazione evento Analisi del processo

Identificazione meccanismi descrittivi

e di evoluzioneIntroduzione Strumenti

Formulazione analiticaVerifica evoluzione del fenomeno con gli strumenti introdotti

Suddivisione di un elemento didattico vita quotidiana

settore specialistico

Docenti e ricercatori possono inserire o prelevare nel data base digitale moduli utili alla preparazione di un elemento didattico;Moduli per l’illustrazione di un evento;

Raccolta di casi che fanno parte della vita quotidiana dei giovani;

Eventi nell’ambito della disciplina che caratterizza lo specifico percorso universitario;

Moduli per l’analisi;Moduli per descrivere e rappresentare

l’evento; Approccio più qualitativo per le

Scuole Secondarie;Approccio più quantitativo per

l’università;Moduli per la verifica degli strumenti

introdotti;

Innovazione attraverso l’utilizzo di strumenti multimediali e Hypertesti;

Diffusione:

facilitata dall’uso della rete;

FilmatiAnimazioniSimulazioniIllustrazioniTesti

STRUMENTI

Steps FuturiDiffusione dell’idea in Italia;Raccolta adesioni e costituzione di un gruppo organizzativo; Costruzione di una Partnership Istituzionale (Università, Scuole, Istituti di Ricerca, ….);Diffusione in Europa;Conferenza/Workshop finalizzato all’allargamento della Partnership e all’elaborazione del progetto;Presentazione del progetto alla Commissione Europea;

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Video/Demo

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Categoria:AnimazioniDa "Fisica, onde Musica": un sito web su fisica delle onde, acustica degli strumenti musicali, scale musicali, armonia e musica.

2array.gif62.211 bytes

4array.gif62.308 bytes

8array pi.gif61.665 bytes

8array.gif65.977 bytes

monopolo.gif117.913 bytes

quadrupolo.gif95.595 bytes

rifrazione suono inversione termica110.495 bytes

rifrazione suono normale104.097 bytes

Ondalong.gif36.756 bytes

Ondatrasv.gif35.690 bytes

Tubo e pistone.gif48.399 bytes

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Immagine:Barra long fisso libero.gifDa "Fisica, onde Musica": un sito web su fisica delle onde, acustica degli strumenti musicali, scale musicali, armonia e musica.

Onda longitudinale in una barra modello Dimensioni: 3 x 13 x 1 m Ogni massa: 33.5 kg Costanti elastiche: 5000 N/m Coeff. attrito: 0 kg/s Sollecitazione:

per 0 < t < 0.5 s Gravità: assente

Autore: Carlo Andrea Rozzi Licenza: Creative Commons by-nc-sa-3.0

Dalla rete http://fisicaondemusica.unimore.it/Immagine_Barra_long_fisso_libero.html#file

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Sistema di lettura CD Audio

Meccanismo uditivo umano

Segnali elettrici nel cuore

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Many nerve cells are of the basic type illustrated above. Some kind of stimulus triggers an electric discharge of the cell which is analogous to the discharge of a capacitor. This produces an electrical pulse on the order of 50-70 millivolts called an action potential. The electrical impulse propagates down the fiber-like extension of the nerve cell (the axon). The speed of transmission depends upon the size of the fiber, but is on the order of tens of meters per second - not the speed of light transmission that occurs with electrical signals on wires. Once the signal reaches the axon terminal bundle, it may be transmitted to a neighboring nerve cell with the action of a chemical neurotransmitter. The dendrites serve as the stimulus receptors for the neuron, but they respond to a number of different types of stimuli. The neurons in the optic nerve respond to electrical stimuli sent by the cells of the retina. Other types of receptors respond to chemical neurotransmitters.The cell body contains the necessary structures for keeping the neuron functional. That includes the nucleus, mitochondria, and other organelles. Extending from the opposite side of the cell body is the long tubular extension called the axon. Surrounding the axon is the myelin sheath, which plays an important role in the rate of electrical transmission. At the terminal end of the axon is a branched structure with ends called synaptic knobs. From this structure chemical signals can be sent to neighboring neurons.

Cellula Nervosa

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