Proposte didattiche di fisica quantistica · riferimento alle ricerche sull’apprendimento in...

Proposte didattiche di fisica quantistica: analisi e discussione in rete telematica nella prospettiva della ricerca didattica

Marisa Michelini, Lorenzo Santi, Alberto StefanelUnità di Ricerca in Didattica della Fisica, Università di Udine

1. IntroduzioneIl corso “Rassegna delle proposte didattiche per l’insegnamento della meccanica quantistica”, si è incentrato sull’analisi e la discussione in web forum di proposte, basate sulla ricerca, per l’insegna-mento/apprendimento della meccanica quantistica (MQ d’ora in poi) nella scuola secondaria superiore. Esso si è integrato con gli altri insegnamenti del modulo sulla meccanica quantistica di IDIFO.I seguenti criteri guida sono stati alla base dell’impostazione del corso.A) La ricerca didattica gioca un ruolo centrale nella formazione di qualità degli insegnanti, perché

consente di creare un contesto formativo in cui viene riprodotto un atteggiamento di ricerca, nei suoi oggetti di studio e nei suoi aspetti metodologici, fornendo agli insegnanti gli strumenti per un’autoformazione continua in grado di sostenere l’innovazione (Taber 2000; Michelini, Rossi, Stefanel 2002; Michelini 2003). Nella scelta dei materiali da proporre all’analisi dei corsisti ci si è riferiti a lavori di rassegna sulle ricerche nello specifico campo dell’insegnamento della MQ nella scuola secondaria, con una doppia valenza: offrire un quadro il più aggiornato e ampio possibile sulle principali proposte di ricerca (research based) e le diverse scelte di impostazione disciplinare, approccio didattico, sui principali esiti e i più frequenti problemi emersi, ovvero i punti critici dei diversi percorsi a confronto; fornire criteri validati dalla ricerca per l’analisi di approcci e percorsi didattici (McDermott, Redish 1999; Greca, Moreira 2001; Cataloglu, Robi-nett 2002; Duit 2009). Affinché gli insegnanti avessero conoscenza di prima mano della lettera-tura internazionale, è stata proposta l’analisi approfondita di singoli percorsi didattici, scelti libe-ramente da ciascun corsista in base al solo criterio che risulti presente nella letteratura internazio-nale con documentazione e analisi dei risultati di sperimentazioni in classi pilota. I lavori origi-nali e i materiali didattici che sono parte integrante dei percorsi hanno costituito l’oggetto stesso delle analisi (Zollman 1999; Greca, Moriera 2001, Cataloglu, Robinett 2002; Stefanel 2008). Il riferimento alle ricerche sull’apprendimento in generale e nello specifico della MQ è stato l’ele-mento di sfondo di tutti i contributi alla discussione in forum del docente –tutor (McDermott, Redish 1999; PhyS. EduC. 2000; AJP 2002; Duit 2009).

B) La formazione della professionalità docente è favorita dal confronto tra pari e deve essere costru-ita integrandosi con i modi propri di lavorare dei singoli e i loro stili di insegnamento, per modifi-carli e produrre innovazione solidamente ancorata alle competenze. Sono state pertanto adottate/progettate modalità di formazione, che favorissero da un lato una efficace interazione tra i corsisti in web forum moderati, in fili di discussione aperti per modalità, percorsi e esiti per quanto ben focalizzati su specifici focus (Luca, Mclaughlin 2005; CCE_LG 2009). Dall’altro è stata favo-rita la personalizzazione dei percorsi formativi, attraverso il coinvolgimento dei singoli nell’ana-lisi critica di materiali per la didattica liberamente scelti e nella redazione di rapporti di sintesi da redigere in formato libero basandosi su griglie di analisi che stimolassero l’utilizzo di criteri e metodologie rigorose (Bednar et al. 1991; Michelini, Rossi, Stefanel 2002)

60 Proposte didattiche di fi sica quantistica: analisi e discussione in rete telematica nella prospettiva della ricerca didattica

C) La formazione dei docenti all’insegnamento/apprendimento della MQ nella scuola superiore aggiunge, alle problematiche comunemente riscontrabili anche su altri temi, problematiche relative a: forma-zione culturale (Fischler 1999; Hadzidaki 2000; Michelini et al. 2004; Justi et al. 2005), convin-zioni sul piano epistemologico/filosofico (Pospiech et.al 2008; Baily, Finkelstein 2010), resistenza ad abbandonare strategie trasmissive, ma che sono state sperimentate personalmente, in favore di approcci innovativi (Fischler 1999; Niedderer 1987, Niedderer, Deylitz 1998, 1999; Olsen 2002); difficoltà nel riconoscere valore alle specifiche PCK (Pedagogical Content Knowledge – Shulman 1986), ossia acquisirle nel proprio bagaglio formativo (Michelini et al. 2004; Hadzidakis 2002). La discussione sui nodi disciplinari, non disgiunta da una riflessione sulle difficoltà di apprendi-mento, l’analisi di materiali didattici di proposte di ricerca come oggetti di studio sono stati ele-menti in grado di innescare cambiamento concettuale negli insegnanti formati con queste moda-lità in particolare sulla fisica moderna (Fischler 1999; Pospiech 1999, 2000a,b; Olsen 2002; Asi-kainen et al. 2005; Justi et al. 2005). La focalizzazione del presente corso sull’esplicitazione e il confronto delle caratteristiche, degli esiti e delle criticità delle principali impostazioni didattiche alla MQ (Ghirardi et al. 1997; Stefanel 2008) mirava a: riconoscere i nuclei fondanti della MQ e della loro esplicitazione nelle proposte didattiche offerte dalla ricerca; esplicitare le motivazioni che portano a scegliere e seguire coerentemente una impostazione piuttosto che un’altra.

Vengono qui proposti gli obiettivi di ricerca che ci si è posti, le modalità di presentazione e condu-zione in rete, l’analisi degli esiti per l’intero gruppo e per alcuni casi, la discussione dei risultati e le conclusioni in merito ai problemi di ricerca.

2. Obiettivi di ricercaI principali obiettivi di ricerca che ci si è posti sono stati:O1 – Quali sono le principali difficoltà che ostacolano un insegnante nell’adottare approcci innova-

tivi nell’insegnamento della MQ?O2 - Quali sono i fattori che attivano l’adozione di approcci innovativi e in particolare quale contri-

buto può dare il lavoro in web?O3 – Quali sono i percorsi tipici che essi seguono per passare da approcci tradizionali a quelli più

innovativi?O4 – Quali sono le principali modalità di analisi di percorsi didattici che adottano gli insegnanti e con

quali strumenti si può favorire l’adozione di metodologie rigorose?

3. Strumenti, metodiIn questa sezione vengono presentate le caratteristiche generali del corso e la struttura dell’ambiente in rete e in particolare del forum, i materiali proposti come base di lavoro, i criteri e metodi di analisi della dinamica del forum e dei documenti prodotto dai corsisti come portfolio.

3.1 Caratteristiche del corso in rete

La tema del corso era il confronto di diverse proposte didattiche per l’insegnamento della MQ nella scuola secondaria superiore, avendo come oggetto di studio i percorsi didattici, i relativi materiali, gli esiti sull’apprendimento documentati nella letteratura internazionale.Il corso è stato suddiviso in due fasi come di seguito specificato, per ciascuna delle quali è stato approntato un modulo nell’ambiente in rete (http://idifo.fisica.uniud.it/uPortal/render.userLayoutRo-otNode.uP).Fase I. La prima fase, prevista e svolta tra al fine di marzo 09 e la fine di aprile 09, ha coinvolto i cor-sisti nell’analisi individuale e quindi nella discussione collettiva in forum delle diverse impostazioni per l’insegnamento della MQ nella scuola superiore basate sulla ricerca e validate in sperimentazioni e documentate in articoli di ricerca. Sono stati forniti come base di analisi e discussione i materiali di seguito specificati.A1 - Articolo in italiano di rassegna sulle diverse impostazioni e percorsi didattici, basati sulla ricerca, sull’insegnamento della MQ nella scuola secondaria e nel biennio dei college per l’area anglo-ame-ricana (Stefanel A. 2008). In tale lavoro, a cui si rimanda per i dettagli, vengono identificate tre prin-cipali impostazioni:

Progetto IDIFO - Formazione a distanza degli insegnanti all’innovazione didattica in fi sica moderna e orientamento 61

- Impostazione storica, in cui la MQ viene ri-costruita a partire dalle regole di quantizzazione come esito di estensioni successive della meccanica classica, considerando i contesti fenomenologici, che storicamente hanno costituito problema interpretativo per la fisica classica, come ad esempio l’effetto fotoelettrico, la stabilità e struttura atomica e l’interazione luce-atomi, la diffrazione elet-tronica;

- Impostazione formale-analogica, in cui il formalismo quantomeccanico (tipicamente introdotto attraverso il formalismo della funzione d’onda) viene costruito utilizzando analogie formali con la meccanica classica e se ne discute a posteriori l’interpretazione fisica analizzando specifiche feno-menologie.

- Impostazione concettuale, in cui le basi concettuali della MQ vengono fondate in definiti conte-sti fenomenologi, come quelli forniti dai sistemi a due stati, facendo emergere il ruolo del forma-lismo che li descrive come sintesi, a posteriori, di generalizzazioni

Il lavoro A1 discute i principali approcci presenti in letteratura alla luce delle suddette diverse impo-stazioni. Ha costituito la traccia del lavoro di analisi effettuato dai corsisti e risorsa a cui attingere per quello che riguarda i ricchi riferimenti bibliografici.A2 – Un articolo, in lingua portoghese, di rassegna di proposte e sperimentazioni sulla MQ nella scuola presenti in letteratura prima del 2001 (Greca I. M., Moreira M. A. 2001) e uno in lingua inglese la cui introduzione è una buona sintesi delle proposte esistenti (Cataloglu, Robinett 2002).A3 – Raccolta dei contributi presentati al meeting annuale NARST 1999 sull’insegnamento della MQ, in cui sono intervenuti alcuni dei principali autori di ricerche nel settore (Zollman 1999)A4 – Articolo che discute le caratteristiche e valenze didattiche di nove diverse formulazioni della MQ (Styer et al. 2002).A ciascun corsista sono stati richiesti almeno tre interventi in web forum, uno per ciascuna delle tre impostazioni delineate nel primo articolo A1 (Stefanel 2008), con la richiesta esplicita di includere “almeno qualche riferimento esemplificativo alla letteratura in materia, a partire da quella citata in bibliografia”1 negli articoli di rassegna soprariportati. Ai corsisti sono state date la seguenti indica-zioni in merito alla tipologia di interventi e modalità di interazione in rete:- “inserire brevi commenti, integrazioni o individuazione di aspetti da chiarire/approfondire del con-

tenuto dell’articolo analizzato o domande significative o integrazione di interventi precedentemente inseriti nel forum”

- “limitare la lunghezza degli interventi, magari proponendo più contributi su singoli aspetti mirati, in grado di attivare nel forum discussione e condivisione, piuttosto che inserire interventi lunghi e articolati o peggio documenti allegati, assolutamente non richiesti in questa fase e anzi da evi-tare”.

Nel web-forum 1 sono stati creati i seguenti quattro fili di discussione, un filo per discussioni di carat-tere generale e per raffronti tra impostazioni diverse e uno per ciascuna delle tre impostazioni delineate nel citato articolo di rassegna A1: Filo A: Confronto tra impostazioni e discussione generale; Filo B: Impostazione storica; Filo C: Impostazione formale analogica; Filo D: Impostazione concettuale.Fase 2. La seconda fase, svolta nel periodo 15 aprile 09 – 25 maggio 09, ha previsto la stesura di una relazione (RF) a cura di ciascun corsista sull’analisi di una proposta di insegnamento della MQ nella scuola secondaria presentata, validata e documentata in articoli di ricerca. I corsisti potevano appro-fondire le proposte esemplificate nell’articolo A1 o altre reperite su riviste, escluse quelle italiane.

(1) Qui come altrove le frasi tra virgolette, non riferite a un corsista specifico, sono riprese dalle indicazioni fornite dal docente in rete ai corsisti.


Per la redazione di tale nota è stata proposta la seguente griglia:1. Titolo del percorso2. Indicazione della bibliografia specifica a cui si fa riferimento (es: articolo, documento in rete e

relativo indirizzo d’accesso)3. Breve presentazione riepilogativa della proposta in cui siano evidenziati: obiettivi principali, impo-

stazione disciplinare, schema del percorso didattico, indicazione di eventuali materiali didattici integrati nella proposta stessa, come tutorial, work-sheets, applet…

4. Analisi critica della proposta con indicazione degli aspetti qualificanti e dei punti critici e confronto con almeno un’altra proposta presente in letteratura (incluse quelle italiane). Si considera discri-minante che tali indicazioni riguardino almeno i seguenti tre livelli: a) disciplinare (es.: aspetti disciplinari rilevanti che la proposta permette di sviluppare e nodi lasciati aperti); b) apprendi-mento (es.: per quali aspetti la proposta produce un effettivo apprendimento degli studenti; quali sono gli aspetti di maggiore criticità, ossia su quali aspetti la proposta sembra incidere meno); c) fattibilità (es.: efficacia degli strumenti didattici, applicabilità nel contesto italiano, prerequisiti e tempi richiesti)

Ai corsisti è stata data l’indicazione di inserire in rete una prima bozza di tale relazione RF entro il 10 maggio, a cui sarebbero seguite eventuali indicazioni di modifica in vista della consegna defi-nitiva.L’obiettivo dell’analisi richiesta era di far conoscere in modo approfondito una proposta diversa da quelle tradizionalmente adottate a scuola, pur lasciando la possibilità di integrare l’analisi e il con-fronto anche con percorsi proposti in testi italiani o realizzati in classe, esigenza questa emersa dai corsisti stessi.Anche nella fase due del corso è stata prevista una discussione in forum (Forum 2 del modulo 2), pro-gettata su due livelli: l’interazione corsisti-tutor per fornire indicazioni su come modificare/integrare le bozze di analisi inserite in rete, affinché rispondessero ai criteri richiesti; l’interazione tra pari per arricchire, nei contesti specifici delle analisi prodotte, la discussione in forum 1.Valutazione. Come esplicitato in forum sin dall’avvio del corso, la valutazione si è basata sulla qua-lità della relazione RF, in particolar per quello che riguarda la focalizzazione dei punti 3 e 4 della pre-cedente griglia e il riferimento alla letteratura, integrandola in base agli interventi in rete.

3.2 Metodi di analisi

Gli interventi in forum sono stati analizzati su più piani sia a livello quantitativo, sia qualitativo (Tal-vitie-Siple 2006). Sono state valutate le frequenze degli interventi nell’intero forum e nei diversi fili da parte dei corsisti e del docente-tutor. Sono state ricostruite le dinamiche dell’interazione dia-grammando la sequenza degli interventi in ciascun filo del forum 1. Per ciascun filo sono stati indi-viduati i temi maggiormente discussi e sono stati individuati interventi tipo da riportare come esem-plificazioni.È stata quindi fatta un’analisi sull’intero forum 1, per quello che riguarda i primi interventi dei cor-sisti coinvolti, da cui ricavare un quadro iniziale in merito a: a) impostazioni conosciute; b) impo-stazioni utilizzate o che si intenderebbe utilizzare a scuola; c) motivazioni apportate a supporto delle scelte di impostazione; d) nodi disciplinari e aspetti didattici fatti emergere. La ricostruzione dell’evo-luzione dei corsisti è stata effettuata analizzando come gli elementi precedenti mutavano con il sus-seguirsi degli interventi.Sono stati infine analizzati i documenti finali: le bozze iniziali, per rilevare le difficoltà incontrate dai corsisti e gli stili con cui spontaneamente hanno avviato l’analisi; le versioni finali per indivi-duare le scelte di impostazione fatte e gli elementi maggiormente evidenziati (disciplinari, didattici, punti di forza, criticità).


4. Il campioneIl corso è stato proposto a 12 docenti (ciascuno dei quali verrà identificato con una sigla D1-D12 d’ora in poi) del Corso di Perfezionamento IDIFO 2 ed è stato effettivamente seguito da 11 di essi di 9 diverse sedi territoriali (BA-BO-CS-MI-MO-PA-PV-TO-UD). Si tratta di docenti già selezio-nati all’accesso del corso di perfezionamento e che avevano scelto di frequentare il corso come corso di indirizzo o opzionale. 6 di essi hanno laurea in matematica e 5 in fisica. 9 insegnano in cattedre di matematica e fisica, 2 insegnano solo matematica. Uno dei corsisti aveva completato il corso del Master IDIFO.

5. La discussione in rete nel Web-Forum 1A una prima analisi globale del forum, seguono le analisi dettagliate dei diversi fili attivati e del con-tributo del docente-tutor.

5.1 La dinamica complessiva della discussione nel Web-forum 1

Nel web-forum 1 del modulo 1 sono stati inseriti 87 messaggi di cui 54 da parte dei corsisti e 33 da parte del docente-tutor. Gli interventi di apertura dei quattro fili di discussione del tutor sono stati inseriti il 26-03-2009. Il primo intervento dei corsisti nel filo generale è del 31 marzo, i primi inter-venti dei fili storico e formale analogico sono del 09.04, il primo intervento di un corsista del filo concettuale è solo del 14.04. La maggior parte dei contributi (72 su 87) è stata inserita tra il 31-03-2009 e il 28-04-2009, e di questi oltre la metà (46 su 72) negli ultimi 10 giorni di aprile 2009, come è riepilogato in figura 1.

Figura 1 - Distribuzione temporale del numero di interventi nel forum 1

Ulteriori messaggi sono stati inseriti da tre corsisti in momenti successivi a giugno 2009, agosto 2009 e gennaio 2010. La concentrazione degli interventi in un periodo di circa 10 giorni si può spiegare con il fatto che gli 8 corsisti che hanno seguito regolarmente il corso hanno dedicato la prima metà di aprile allo studio dei documenti di riferimento, a personali approfondimenti e solo la fine del mese all’attività in rete. È presumibile che tale atteggiamento si accompagni anche alla sottovalutazione dell’importanza del confronto tra pari nel web-forum.In figura 2 è riportata la frequenza di interventi di ciascun corsista (è escluso il corsista D12 che è intervenuto solo con un iniziale contributo in forum).


La media degli interventi è stata di 4,8 ( =2,2), con tre docenti attestati al minimo dei tre interventi richiesti e due docenti con 8 e 11 interventi rispettivamente. Si può supporre che i corsisti abbiano attribuito una diversa valenza formativa alla partecipazione attiva nel forum, proporzionalmente più efficace quanto più alto è stato il numero degli interventi, come si rileva dall’aumento di domande e scambi del tipo: “grazie dello spunto”, “Sono contento se posso esserle utile”.I contenuti degli interventi sono stati per la maggior parte dei casi di tipo didattico/metodologico (40 su 54 interventi dei corsisti), nella restante parte sono state richieste di informazioni su riferimenti bibliografici e sitografici (14 su 54 interventi).Lo stile degli interventi è stato nella quasi totalità dei casi discorsivo e sempre piuttosto generale. In meno della metà degli interventi dei corsisti (20 interventi) vengono richiamati contesti sperimentali o problematici senza esplicitare quali nodi concettuali e/o di apprendimento essi mettano in campo. Solo in 7 interventi tale esplicitazione emerge nell’intervento del corsista, riguardando: l’introdu-zione dei modelli atomici quantistici a partire dai sistemi oscillanti (2), la impossibilità di descrivere i processi quantistici con categorie classiche (1), il significato di quantizzazione (1), le proprietà degli oggetti quantistici (1); l’analogia onde elettromagnetiche e onde di materia (1); il legame tra princi-pio di sovrapposizione e indeterminismo non-epistemico (1). In 5 di questi casi è stato affrontato il nodo concettuale in seguito allo stimolo del docente-tutor, aspetto che conferma l’approccio più cen-trato sulla didattica che sui concetti dei corsisti.

Figura 2 - Numero di interventi effettuati in forum dai corsisti.


5.2 Forum 1 – Filo A: Confronto tra impostazioni e discussione generale

Nel filo generale sono stati inseriti 15 interventi (9 del tutor; 6 interventi di 5 corsisti). La dinamica della discussione è ben illustrata in Fig.3, in cui prevale l’interazione tutor-singoli corsisti.

PP\INT 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 Tot

TT x x x x x x x x x 9

D01 x 1

D02 x x 2

D03 x 1

D04

D05

D06 x 1

D07

D08 x 1

D09

D10

D11

Figura 3 - Dinamica nel Filo A (TT: tutor; D1-D11: corsisti PP: partecipanti; INT: n° intervento)

A parte i primi 7 interventi, relativi a richieste di carattere tecnico (3 di corsisti, 4 del tutor), la mag-gior parte degli interventi (9 in totale, di cui 4 di corsisti e 5 del tutor) ha riguardato l’impostazione storica seguita a scuola, i problemi nell’adottare approcci didattici innovativi, come esemplificato nei due seguenti interventi:D8: “Premetto che conoscevo solo l’impostazione storica per insegnare MQ alle superiori, quella

che i libri di testo, da me consultati, proponevano. Nelle classi in cui ho insegnato alla fine, per problemi di tempo, ho solo introdotto l’argomento, seguendo questo approccio. Ritengo tuttavia interessanti le altre impostazioni, in particolare quella concettuale, essendo convinto che la discussione dei concetti sia più importante che conoscere e saper utilizzare il forma-lismo matematico. Per ora rimangono dubbi su come operativamente si possa realizzare in classe”.

D2: “Da quasi un quindicennio sperimento nelle quinte classi del mio Liceo Scientifico […] un “approccio” alla MQ. Tale approccio è stato sempre squisitamente storico. Come si potrebbe cominciare a conciliare un approccio di tipo analogico mancando dello strumento matema-tico? E quello formale è spessissimo condizionato da come “noi” prima abbiamo spiegato la Fisica Classica. Non ritiene che anche l’approccio allo studio della Fisica cosiddetta Clas-sica dovrebbe essere quantomeno ridiscusso?”


5.3 Forum 1 – Filo B: Impostazione storica

Nel secondo filo si sono avuti 21 interventi, di cui 5 del docente-tutor e 15 di 10 corsisti, secondo la dinamica riepilogata in Fig. 4.

PP\INT 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20 21 Tot

TT x x x x X 5

D01 x x x x 4

D02 0

D03 x 1

D04 x 1

D05 x 1

D06 x 1

D07 x 1

D08 x 1

D09 x 1

D10 x 1

D11 x x x x 4

Figura 4 - Dinamica nel Filo B (TT: tutor; D1-D11: corsisti PP: partecipanti; INT: n° intervento)

Negli interventi in questo filo tutti i corsisti, eccetto uno, affermano di aver adottato in classe o essere intenzionati ad adottare, in ipotetiche sperimentazioni, una impostazione di tipo storico. Si ricono-scono due tipologie di interventi: una prima in cui il docente, pur esprimendo una propria posizione, la pone in discussione, riconoscendo i limiti della propria formazione; una seconda in cui si comu-nica in modo piuttosto assertivo la propria esperienza e il proprio punto di vista. Sono ben rappre-sentate dai contributi di due insegnanti:D1: “Sinceramente non mi è mai capitato di insegnare MQ e leggendo l’articolo mi sono reso conto

di quanti aspetti ho dimenticato e forse nemmeno approfondito in modo esauriente quando ero studente. Forse se mi capitasse di insegnarla sceglierei l’impostazione storica perché è forse quella che conosco meglio e perché credo possa fornire spunti interdisciplinari utili ai ragazzi per la preparazione del percorso per Esame di Stato”.

“In che senso l’impostazione storica non permette di cogliere la natura innovativa della MQ se non per quegli aspetti che possono essere descritti con le categorie descrittive della fisica classica? Questo aspetto mi sembra molto interessante ma ammetto di non aver colto appieno il significato dell’obiezione”

D4: “Insegno in un indirizzo scientifico sperimentale.[…] Non avendo fisica come seconda prova, ho preferito tralasciare la fisica nucleare e delle particelle elementari sostituendo con esse la struttura della materia [..]. Il tempo dedicato alla fisica dei quanti e alla MQ risulta essere normalmente di 3 e 4 ore. L’impostazione data è quella storica. Il motivo di questa scelta è collegato sia a quanto propone il testo adottato, sia al fatto che appare quasi naturale rive-dere alcuni fenomeni fisici quali il corpo nero che gli allievi hanno avuto modo di studiare il quarto anno e la struttura dell’atomo per mettere in luce i limiti della teoria classica ed intro-durre successivamente la MQ. Di solito questo interessa gli allievi che si dimostrano attenti e partecipi.”

L’insegnante D1 riconosce i limiti nella propria formazione e la valenza di rianalizzare “aspetti” affrontati solo all’università in corsi disciplinari, in una prospettiva diversa come quella data dai documenti di ricerca didattica di riferimento. Nel secondo intervento esprime interesse a compren-dere a fondo i limiti dell’impostazione storica, pur considerata in questi primi interventi come riferi-mento per la propria didattica in quanto più conosciuta e in grado di fornire utili agganci interdisci-plinari per percorsi di approfondimento in vista dell’esame di stato. Emerge un atteggiamento aperto


a nuovi temi e a nuovi modi di insegnare.L’insegnante D5 introduce elementi analoghi: l’impostazione storica, che è stato effettivamente pro-posta agli studenti in questo caso; il richiamo all’esame di stato, un fattore che vincola in modo deter-minate le scelte degli insegnanti in generale e ne stimola o inibisce la disponibilità all’innovazione. La prospettiva è tuttavia piuttosto diversa: la scelta di adottare un’impostazione storica viene moti-vata con l’esigenza di continuità con la fisica classica, il riferimento al libro di testo, implicitamente al programma; lo stile è più assertivo, che interrogativo; non c’è alcun riferimento critico, ma piut-tosto maggiore sicurezza sulla propria preparazione disciplinare e sulle scelte di impostazione fatte; il generico richiamo all’interesse degli studenti, rivela maggiore attenzione agli aspetti motivazio-nali, più che di apprendimento.

5.4 Forum 1 – Filo C: Impostazione formale analogica

Alla discussione in questo filo hanno contribuito 23 interventi, di cui 6 del docente-tutor e 17 di 11 corsisti, come riepilogato nel diagramma di fig. 5.

PP\INT 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20 21 22 23 Tot

TT x x x x x x 6

D01 x x x 3

D02 x 1

D03 x x 2

D04 x 1

D05 x x 2

D06 x 1

D07 x 1

D08 x 1

D09 x 1

D10 x 1

D11 x x x 3

Figura 5 - Dinamica nel Filo C (TT: tutor; D1-D11: corsisti PP: partecipanti; INT: n° intervento)

I punti su cui si sono incentrati gli interventi dei corsisti sono stati:a) Come proporre il formalismo ai ragazzi e quale ruolo dargli nella trattazione didattica per quanto

sempre restando su un piano generico e discorsivo: D8- “ritengo che l’approccio formale analo-gico possa essere visto come la prosecuzione di quello storico, o almeno un suo affiancamento, ma per poterlo seguire in classe occorrono prerequisiti matematici e fisici”; D3 – “Temo, però, che un formalismo eccessivo porti molti degli allievi a smettere di ascoltare (7 interventi, di cui: 2 evidenziano la centralità del formalismo in MQ e quindi nella sua didattica; 3, pur riconoscendo il ruolo del formalismo in MQ, non lo considerano essenziale in una proposta didattica; 2 lo riten-gono eccessivamente complesso per il livello scolastico in cui operano).

b) Il ruolo dell’uso di supporti informatici soft-ware per l’apprendimento: D3-“Partire da un’espe-rienza simulata con l’ausilio del PC e procedere per analogie e differenze con fenomeni già noti, introducendo pian piano nuovi concetti, potrebbe permettere di assimilare anche alcune que-stioni di MQ” (6 interventi, di cui: 2 evidenziano le valenze per l’apprendimento, 3 riconoscono il valore di tool per superare almeno la difficoltà nell’uso del formalismo, 1 non ritiene “che l’uti-lizzo di software possa risolvere il problema dei prerequisiti in classe“.

c) Il ruolo delle analogie nell’apprendimento della fisica, della MQ in particolare e della creazione di continuità tra fisica classica e fisica quantistica (5 interventi)


d) Il nodo di come organizzare e suddividere i temi tra le classi quarta e quinta dei corsi di studio in particolare dove collocare la trattazione degli oscillatori, dell’ottica fisica, delle onde: D5.“Non ho mai affrontato la MQ in classe con un approccio di questo tipo che, a mio avviso, avvicina la MQ a quella classica, ad esempio nella sperimentazione di Brema l’introduzione al formali-smo viene effettuata per analogia con quelli delle onde stazionarie. Ma allora mi chiedo non si potrebbe incominciare ad introdurre queste problematiche già in quarta?” (6 interventi)

Nella discussione sull’impostazione analogico/formale: 3 corsisti dichiarano di essere interessati ad adottarla, magari integrandola con quella storica (in due casi); 4 corsisti dichiarano che essa non è idonea per essere utilizzata a scuola (“L’approccio formale analogico è quello che vedo meno adatto alla realtà della scuola secondaria”).

5.5 Forum 1 – Filo D: Impostazione concettuale

L’ultimo forum comprende 27 interventi, di cui 13 del tutor e 14 di 11 corsisti, secondo la sequenza riassunta in fig. 6, in cui emerge il maggior numero di interventi del tutor in particolare nella fase ini-ziale in cui è stato necessario avviare la discussione con specifici interventi stimolo.

PP\IN 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20 21 22 23 24 25 26 27 tot

TT x x x x x x x x x x x x x 13

D01 x x 2

D02 x 1

D03 x 1

D04 x 1

D05 x 1

D06 x 1

D07 x x 2

D08 x x 2

D09 x 1

D10 x 1

D11 x 1

Figura 6 - Dinamica nel Filo D (TT: tutor; D1-D11: corsisti PP: partecipanti; INT: n° intervento)

Gli interventi dei corsisti, per quanto limitati in numero, hanno riguardato aspetti rilevanti:a) analisi di specifici nodi disciplinari (indeterminismo epistemico e principio di sovrapposizione; interferenza; fotoelettroni; natura non classica degli oggetti quantistici) (4 interventi)b) il nodo del formalismo, qui emerso in modo meno pressante che nei fili precedenti (3 interventi)c) gli aspetti didattici, in particolare per capire le scelte e le caratteristiche dell’impostazione concet-tuale rispetto alle altre (3 interventi), la focalizzazione sui concetti cardine della teoria quantistica piuttosto che sul percorso storico (4), la validità di fondare il percorso sull’esplorazione sperimen-tale di contesti (4), l’utilizzo di materiali strutturati per monitoraggio e attività (2).Sono ben documentati dai contributi riportati nella sezione 7, a cui si rimanda. Nel complesso 9 sono gli interventi dei corsisti incentrati sugli aspetti didattici, per esempio in cui si sottolinea il rischio di focalizzare un percorso sul solo contesto della polarizzazione e la necessità di prevedere l’analisi di più contesti e generalizzazioni, o in cui si evidenzia la necessità di adottare approcci concettuali evi-tando l’uso del formalismo in specifici corsi di studio.

5.6 I contributi del docente-tutor

Il ruolo del docente tutor è stato quello di avviare i diversi fili di discussione, sollecitandola come si è detto nel caso del filo dedicato alla impostazione concettuale, intervenire in risposta ad esplicite richieste e interrogativi dei corsisti, problematizzare la discussione in rete. Nello specifico dei diversi


fili questi sono stati i principali ambiti di intervento:Filo A: i contributi hanno riguardato: riferimenti bibliografici; suggerimenti su strategie che si pos-sono adottare e temi che si possono affrontare in classe.Filo B: In sintesi i contributi, basati su espliciti riferimenti di letteratura, hanno riguardato: concetti della vecchia teoria dei quanti che confliggono con MQ e nodi di apprendimento; valenze motiva-zionali e limiti di un approccio storico; scelte di impostazione e coerenza di un percorso.Filo C: Difficoltà di apprendimento da letteratura connesse all’eccessivo ruolo assegnato al formali-smo nell’insegnamento rispetto alla costruzione concettuale; nello specifico, difficoltà a riconoscere la natura di ente astratto alla funzione d’onda; difficoltà nel costruire l’interpretazione quando si passa da una trattazione dei sistemi oscillanti classici a quella di un sistema quantistico.Filo D: Oltre agli interventi già richiamati per attivare il filo, sono stati portati contributi sui seguenti aspetti: natura genuinamente stocastica del processo quantistico; contesti relativamente semplici in cui si possono discutere i concetti fondanti della MQ; necessità di costruire una concezione diversa degli enti quantistici; comprensione dei concetti quantistici e difficoltà di apprendimento in fisica classica; estensione del formalismo e sua generalizzazione; raccordo tra fenomenologia e singoli pro-cessi microscopici e ruolo di esperimenti e simulazioni.

6. Analisi del modulo 2Il secondo modulo è stato dedicato all’analisi di un lavoro di ricerca presente in letteratura, secondo le modalità specificate nel paragrafo 3.1. Il forum 2 attivato in questo modulo ha visto 26 interventi di cui 9 del tutor e 17 di corsisti. La dinamica del forum si è limitata al piano corsista/docente-tutor e non si sono rilevate interazioni tra corsisti, né si è riscontrato un accesso al forum per leggere le indicazioni del docente sul compito e le osservazioni fatte a singoli corsisti. I seguenti tre interventi in forum sono interessanti per evidenziare come alcuni corsisti abbiano interpretato il compito loro assegnato (redigere un breve rapporto critico su un lavoro di ricerca) e quali difficoltà essi facciano emergere.D5: “chiedevo, se fosse possibile analizzare l’unità didattica di MQ svolta dalla mia collega...... in

una quinta PNI liceo scientifico”D6: “Sto lavorando su un modo di proporre la MQ prendendo spunto da un saggio chiamato I gatti di

Schroedinger di Bruce Colin, e dal testo di Ghirardi ma non so se sono sulla strada giusta.”D4: “Indicazione della bibliografia specifica a cui si fa riferimento: D.J. Griffiths, “Introduction

to Quantum Mechanics”, Prentice Hall, 1995; Sakurai, “Modern Quantum Mechanics”, Addi-son, 1994; G.C. Ghirardi, A. Rimini and T. Weber, Physical Review D 34, 470 (1986). “Unified Dynamics For Microscopic And Macroscopic Systems”.

In nessuno dei casi riportati viene preso in considerazione un articolo di ricerca didattica, ma si guarda, a seconda del rispettivo stile, rispettivamente a: lavori di colleghi, testi divulgativi, testi uni-versitari. Gli esiti della ricerca didattica, evidentemente, non costituiscono la risorsa a cui tipicamente guardano questi insegnanti. È quindi un nodo aperto quello di far sì che gli insegnanti attingano alla ricerca didattica come risorsa primaria della propria formazione, che ovviamente si integri, senza per questo sostituirsi, con l’esperienza personale e dei colleghi, la conoscenza di testi divulgativi, una solida base formativa di livello universitario.Per quello che riguarda le relazioni RF, 10 degli 11 corsisti hanno postato i rispettivi documenti (1 corsista, pur avendo frequentato il corso non lo ha concluso perché non in piano di studi).Nell’analisi dei percorsi di ricerca la scelta cade su percorsi di cui si condivide l’approccio.I documenti finali postati riguardano l’analisi delle seguenti proposte:A) i modelli atomici con approccio analogico formale del gruppo di Brema di H. Niedderer dell’uni-

versità di Brema (Niedderer, Deylitz 1998, 1999) (3 corsisti)B) fisica quantistica e concetti, secondo la proposta concettuale del gruppo di Berlino di H. Fischler

(Fischler, Lichtfeld 1992; Fischler 1999) (2 corsisti)C) L’approccio alla MQ secondo la proposta VQM, della Kansas University di D Zollman (Zollman

2001, 2002; Zolman et al. 2002) (2 corsisti)


D) L’approccio del gruppo di Monaco di Baviera di M ller, Wiesner (1999, 2002).Un ultimo documento propone un percorso sull’interferenza basandosi sui testi: “‘I conigli di Schro-edinger’ di B.Colin; ‘Un’occhiata alle carte di Dio’ di G. Ghirardi”.6 docenti hanno presentato documenti di analisi secondo la griglia riportata nel paragrafo 3.1 omet-tendo solo qualche voce. Tali documenti sono stati integrati e reinseriti in rete con modifiche. Si tratta di buone analisi del lavoro di ricerca di uno specifico gruppo in merito all’analisi del percorso pro-posto, degli obiettivi principali su cui mira, della strategia adottata, degli apprendimenti degli stu-denti. Il principale limite di tali analisi è costituito dalla maggiore enfasi sulle valenze della propo-sta esaminata, piuttosto che sulla discussione dei punti critici. 4 docenti hanno interpretato il com-pito non analizzando una proposta, ma presentando una traccia di percorso didattico. In due casi in seguito alle osservazioni dirette e rivolte personalmente dal docente a ciascun corsista sono stati pro-dotti dei documenti coerenti con la richiesta.

7. Analisi di percorsi degli insegnanti: quattro casiConsideriamo qui i casi di quattro corsisti per evidenziarne l’evoluzione, gli elementi che la attivano o che la inibiscono.Il primo è quello del corsista D1, di cui sono stati già documentati e discussi alcuni interventi: i primi relativi ai fili A e B, in cui la personale conoscenza della sola impostazione storica ne moti-vava la scelta; gli interventi successivi da cui è emerso l’atteggiamento genuinamente aperto al dia-logo in forum.Nei seguenti interventi si evidenzia ancora questo atteggiamento e la riflessione che lo porta alla scelta finale dell’impostazione concettuale per un approccio didattico.

Impostazione formale analogica

Non ho capito in che senso si afferma a pagina 5 di A1 che in questa impostazione si dedica meno attenzione al riconoscimento di elementi peculiari della MQ come indeterminismo ed incompatibilità di alcune grandezze. Nelle righe precedenti invece si afferma che l’analisi quantitativa del pacchetto d’onda fa emergere analiticamente le relazioni di indetermina-zione ed il fatto che è impossibile tracciare la traiettoria di una particella


Credo che davvero per poter lavorare in modo veramente utile sulla MQ sarebbe neces-sario un lavoro preparatorio in quarta,ma non so quale è l’esperienza di voi colleghi ma davvero le onde in quarta si fanno alla Þ ne dell’anno e spesso manca il tempo di appro-fondire gli argomenti. Chiedo un consiglio: secondo voi quali sono gli argomenti delle onde (nuclei concettuali) che sono assolutamente irrinunciabili in vista della quinta e di un’eventuale introduzione alla MQ ??

Impostazione Con-cettuale

Sono effettivamente riuscito a recuperare gli articoli citati La Fisica nella scuola, il qua-derno del 1997, ed effettivamente mi ha aiutato a comprendere meglio l’impostazione con-cettuale. In particolare mi ha interessato molto l’intervento sui polaroid ed i cristalli biri-frangenti. È stata davvero un’occasione per me di rivedere e comprendere meglio alcuni concetti di fondo. Credo che abbia un vantaggio notevole rispetto alle altre impostazioni sulla MQ: si potrebbe forse pensare di realizzarle anche solo parzialmente in laboratorio e questo sarebbe un notevole aiuto per la comprensione anche dei ragazzi

Il corsista parte dall’adozione di un approccio storico; mette in crisi tale scelta valorizzando al mas-simo la partecipazione attiva al forum con domande sia di tipo disciplinare, sia di tipo didattico; inte-ragisce con il tutor e con i colleghi; reperisce autonomamente articoli di letteratura riportando in web-forum l’esito dello loro studio; arriva a una scelta ragionata alla fine del percorso in merito all’ado-zione di un approccio concettuale imperniato su attività di esplorazione sperimentale. Il documento finale, in cui viene analizzata la proposta del gruppo di Fischler di Berlino e la si mette a confronto con le proposte dei gruppi di Milano e Udine, rivela una comprensione critica dei diversi percorsi e di come li si può utilizzare e meglio adattare in classe, per quanto non ne riconosca esplicitamente gli elementi che li differenziano nell’impostazione.


Il secondo caso che si considera è quello della corsista D7, di cui si riportano alcuni interventi.

Impostazione storica Non avendo esperienza nell’insegnamento della MQ l’approccio che per il momento sce-glierei è quello adottato dai libri di testo come analisi storica dei problemi irrisolti e degli esperimenti non interpretabili dalla Þ sica classica (teoria della radiazione del corpo nero, effetto fotoelettrico, spettri atomici, effetto Compton) che hanno portato alla nascita della Þ sica quantistica. Comprendo che pur trattandosi di un approccio culturalmente valido non permetta, come si afferma nell’articolo A1, un apprendimento dei concetti in maniera coerente con la teoria quantistica ma, tenendo conto della mia realtà scolastica incontre-rei molte difÞ coltà in un approccio più concettuale.


La strategia basata sullo studio elementare di alcuni sistemi a due stati le cui idee di fondo risalgono all’opera di Feynman (Feynman, Leighton, Sands, La Fisica di Feynman 3. MQ, 2001) e sono riprese da alcuni testi recenti potrebbe essere proposto non come alternativo, ma come complementare a quello tradizionale, che riepiloga lo sviluppo storico.


Per chi come me è laureata in matematica ed insegna in un liceo scientiÞ co tradizionale, l’approccio alla MQ è stato Þ nora prevalentemente storico, anche per un mancato appro-fondimento di questo argomento a livello universitario. Pertanto l’impostazione concet-tuale potrebbe essere una novità interessante e stimolante anche nella mia esperienza di docenza.


La scelta proposta nell’articolo A1 di presentare la polarizzazione della luce come esem-pio di una proprietà quantistica passando dal contesto di polarizzazione alla generaliz-zazione del principio di sovrapposizione mi entusiasma molto. Tale percorso mi fa pen-sare subito alle difÞ coltà che incontrerei in un simile approccio nella mia realtà scola-stica. Alla limitata disponibilità di strumentazione del laboratorio, sicuramente supera-bile attraverso l’utilizzo di applet per la realizzazione di laboratori virtuali (http://phys.educ.ksu.edu/vqm/index.html) si aggiungerebbero il tempo limitato a disposizione per poter trattare in maniera compiuta tale argomento e la difÞ coltà di arrivare ad una formalizza-zione dei concetti. A tal proposito mi sono state molto utili le esperienze proposte in http://www.Þ sica.uniud.it/URDF/ffc/quanto/index.htm

Anche in questo caso, come nei precedenti, il punto di partenza è un approccio storico (primo inter-vento). Nel successivo intervento viene proposta l’integrazione di trattazioni innovative con tratta-zioni storiche, negli ultimi interventi l’approccio concettuale viene visto come una “novità interes-sante” ed entusiasmante, in quanto pur riconoscendone le difficoltà, sa come superarle, avendo tro-vato in rete gli strumenti didattici necessari per affrontarli. Il documento finale considera l’approc-cio del gruppo di Niedderer di Brema confrontandola poi con quella proposta da Fischler. In questo caso, come nel precedente, ha giocato un ruolo fondamentale l’accesso alla documentazione di prima mano per produrre un cambiamento nelle idee dell’insegnante.Il terzo caso che si considera è quello dell’insegnante D6, di cui si riportano quasi integralmente i contributi nei diversi fili del forum.

Confronto tra impo-stazioni e discussione generale

Ho letto l’articolo sulla MQ. Io sono una docente che ha insegnato questa parte della Fisica ad un liceo scientiÞ co a sperimentazione Brocca. Devo dire che l’approccio sto-rico è forse il più semplice da proporre data la mole di programma da effettuare in quinta liceo e il numero d’ore a disposizione: 3. Anche io sento che la proposta storica dei vari libri di testo sia limitativa, ma viste le condizioni in cui si deve lavorare e gli allievi alle prese con una matematica sempre un pò in ritardo rispetto alle esigenze Þ siche, approcci di tipo diverso sembrano improponibili o poco adatti.

Impostazione storica L’impostazione di Born è quella che io ho seguito in base ai testi che sono stati adottati nella mia scuola. Ai ragazzi non dispiace perché nell’indirizzo sperimentale Brocca alcuni contenuti li vedono sin dalla terza […]. Mi piacerebbe mescolare il metodo storico con quello concettuale, ma non ho esperienza in merito e come detto più volte il tempo sco-lastico è tiranno.


impostazione analo-gica

Mi piacerebbe provare un percorso di questo tipo perché io non l’ho mai effettuato in una classe quinta. Credo che la matematica e il tempo siano due vincoli importanti. Il for-malismo da introdurre credo sia necessario per una maggiore comprensione. Mi chiedo: conviene introdurre i sistemi oscillanti in quarta oppure è meglio lasciare tutto il per-corso in quinta?


Mi piacerebbe provare a vedere come dall’attività sperimentale prevista da Udine porti al raccordo fra fenomeni e concetti. Molto spesso gli allievi sono attratti dagli esperimenti, ma quando si tratta di rielaborare quanto ottenuto, il più delle volte sono limitati da veri-Þ che e valutazioni, rendendo lo sforzo fatto poco efÞ cace. Il tempo a disposizione in quinta è molto basso e quindi si rischia di limitare il percorso. Mi preoccupano,poi, vista la mia esperienza anche certi riÞ uti a voler utilizzare una matematica diversa: a volte anche l’idea di utilizzare la derivata prima per la Þ sica, sembra una prevaricazione.

Nel primo intervento la corsista dichiara di aver sempre adottato un approccio storico che consi-dera “più semplice”, mentre approcci diversi le sembrano improponibili o poco adatti. Nel succes-sivo intervento, l’approccio storico, pur restando un riferimento privilegiato, viene integrato con un approccio di tipo concettuale in una ipotetica proposta didattica.Nei successivi interventi il riferimento alla storia non è più presente, mentre è esplicito il desiderio di proporre in classe ciascuna delle altre diverse impostazioni proposte, rimarcando in entrambi i caso il ruolo rilevante che riserverebbe al formalismo.La conoscenza di nuovi percorsi formativi attiva nella corsista il “piacere” di esplorarne l’efficacia in classe. Non viene fatta una scelta di campo, ma una adesione convinta alla sperimentazione di per-corsi innovativi. Non è esplicito negli interventi se tale entusiasmo si coniughi con un effettivo rico-noscimento degli elementi peculiari e distintivi delle diverse impostazioni. Il documento conclusivo, che risulta più la traccia di una proposta didattica, piuttosto che un’analisi critica di un progetto di ricerca, non aiuta a risolvere il dubbio.Il quarto e ultimo caso è quello del corsista D4, di cui si è già documentato un intervento in rela-zione al forum B.

Impostazione for-male analogica

Nell’impostazione formale analogica si parte dallo studio de sistemi oscillanti. Il Messiah stesso tratta l’esperienza delle fenditure all’inizio del suo testo. Successiva-mente si perviene al concetto di funzione d’onda e alle regole che consentono di ope-rare sui sistemi quantistici. In tal caso vi è una ripresa di quanto fatto il 4° anno con le onde e l’ottica Þ sica. Gli allievi quindi sono già in grado di comprendere il conte-sto e l’introduzione della funzione d’onda dovrebbe essere agevole. Non ho mai fatto esperienze in merito.

Impostazione con-cettuale

Nell’impostazione concettuale si parte dal concetto di stato di un sistema quantistico e successivamente si deÞ niscono le regole con le quali operare su di esso. Ciò è ad esempio quello che fa Sakurai: egli parte dall’esperimento di Stern e Gerlach che evi-denzia l’inadeguatezza della teoria classica per convergere poi alla rappresentazione dello stato del sistema con i ket, come si fa con la luce polarizzata che gli studenti conoscono dal quarto anno. Il vantaggio di questa impostazione è che non richiede di passare in rassegna gli esperimenti di cui la Þ sica classica non può rendere conto per poi aggiungere estensioni plausibili alla realtà Þ sica. Bensì si pone direttamente come teoria che spiega in maniera consistente il mondo microscopico.

Dai due interventi emerge la competenza disciplinare, fondata sulla conoscenza di testi di insegna-mento universitario. Si evidenzia il riconoscimento degli aspetti cruciali delle diverse impostazioni, ponendo, tuttavia, attenzione unicamente ai prerequisiti disciplinari necessari a raggiungere gli obiet-tivi individuati. Soprattutto nel primo di questi due interventi, si riconosce poca attenzione ai pro-cessi di apprendimento degli studenti e una certa autoreferenzialità. Tale autoreferenzialità si ritrova


nella prima bozza del documento finale, che propone un personale percorso didattico essenzial-mente basato su una impostazione concettuale e una critica dei limiti che detta proposta può avere. La versione conclusiva della relazione finale RF analizza la proposta di Zollman QVM. L’impatto del corso su questo docente è stato in merito ai contenuti percorribili a scuola, ma non sul suo stile di insegnamento e sulle strategie didattiche che adotta in classe, in merito ai quali si riconosce poca disponibilità all’innovazione.

8. Discussione sui percorsi formativiLa discussione in forum e gli elaborati finali documentano la dinamica dell’evoluzione delle conce-zioni dei corsisti sull’insegnamento della MQ, le condizioni che consentono di innescare tali evolu-zioni, gli elementi che le inibiscono.Dai primi interventi emerge un quadro iniziale. Nel loro primo intervento:A) 7 docenti dichiarano di aver sperimentato in classe un approccio di tipo storico (docenti D1-D7),

3 aggiungono anche di aver affrontato aspetti applicativi (modelli atomici, superconduttività), 4 di essere interessati ad adottare l’approccio concettuale o quello formale–analogico, pur non sapendo “come si può fare a scuola” con particolare riferimento al formalismo;

B) 1 docente ritiene che l’approccio storico sia quello che seguirebbe se dovesse trattare MQ a scuola (docente D8);

C) 2 docenti dichiarano di non aver mai insegnato MQ a scuola, ma se dovessero insegnarla segui-rebbero un approccio concettuale senza usare il formalismo dato il tipo di scuola in cui insegnano (tecnici, linguistici);

D) 1 dichiara di aver sperimentato per dieci anni un approccio basato sulla fisica dei campi (D11).Le motivazioni a supporto della scelta per il percorso storico (gli insegnanti D1-D7 del gruppo A) sono perché: più “semplice”, l’ “unico conosciuto” ovvero l’unico studiato personalmente (“studio autonomo”, “mancato approfondimento di questo [MQ] argomento a livello universitario”), presente “su tutti i testi scolastici” ovvero nei programmi dei corsi sperimentali (Brocca), “offre spunti inter-disciplinari” e raccordi con la fisica classica, consente di conoscere l’evoluzione storica e i problemi che sono stati superati ovvero la “scienza come attività umana”, è motivante per gli allievi (“Di solito questo interessa gli allievi che si dimostrano attenti e partecipi”).Il nodo di come affrontare il formalismo con i ragazzi è condiviso complessivamente da 7 corsisti, mentre nessuno indica esplicitamente come difficoltà gli aspetti concettuali. Il problema del poco tempo a disposizione è evidenziato da 4 docenti. Due docenti pongono alla discussione l’esigenza di una revisione complessiva dei modi con cui si insegnano fisica classica e matematica, come condi-zione preliminare per adottare approcci innovativi sull’insegnamento della fisica moderna.7 docenti dichiarano esplicitamente di conoscere le proposte didattiche presenti in diversi testi e, di questi, due di avere conoscenze anche su proposte di ricerca. 9 dichiarano di aver effettuato appro-fondimenti e ricerche bibliografiche in seguito all’analisi dei documenti di riferimento (“In questi giorni ho esaminato i testi a mia disposizione e ho cercato, nella biblioteca scientifica scolastica, materiale sulla MQ”).Negli interventi successivi si evidenzia come, per gradi, venga maturando la convinzione che siano possibili approcci innovativi. L’assertività dei primi interventi è stata nella maggior parte dei casi sosti-tuita da forme dubitative e interrogative. Nell’evoluzione dalla convinzione di poter attuare a scuola solo l’approccio storico, alla apertura di poter adottare impostazioni innovative, alcuni corsisti sono passati per lo stadio intermedio di voler adottare un approccio storico integrato con segmenti basati su un’impostazione concettuale (4). Altri due si sono posti con un atteggiamento di libera esplora-zione di proposte senza pregiudizi o scelte di campo, sono intervenuti in forum problematizzando la discussione, hanno alla fine maturato una scelta anch’essa orientata verso l’impostazione concet-tuale, basata su una profonda e documentata riflessione critica, per quanto siano riconoscibili limiti di coerenza. Due corsisti, con evidente esperienza nell’insegnamento della MQ a scuola, hanno por-tato la propria esperienza e la propria competenza, senza manifestare cambiamenti nelle proprie scelte iniziali. Due corsiste, inizialmente senza esperienza, si sono orientate fin da subito verso un’impo-


stazione di tipo concettuale, in quanto risultava la meglio adattabile al proprio contesto di insegna-mento. Queste ultime non hanno manifestato alcun mutamento durante il corso.Dai primi interventi emerge, come ben noto in letteratura (Asikainen et al. 2005; Olsen 2002, Fischler 1999; Müller, Wiesner 1999; 2002; Justi et al. 2005), che l’approccio storico è quello che ha una certa tradizione nelle sperimentazioni a scuola, nei libri di testo, nei programmi ministeriali. Emerge un variegato spettro di motivazioni a supporto a cui si affiancano le difficoltà legate a: introduzione di un formalismo considerato non accessibile agli studenti; poco tempo a disposizione; vincoli imposti dall’esame di stato. Emerge inoltre come più della metà dei corsisti (4 corsiti del gruppo D1-D7 e i due corsiti D9-D10) abbia manifestato esplicito interesse verso approcci innovativi, pur esplicitando dubbi e richieste di chiarimenti. Elementi determinanti in questo iniziale cambiamento sono stati: a) l’analisi critica delle diverse impostazioni, offerta nei documenti di riferimento (Stefanel 2008; Zol-lmann 1999; Styer et al. 2002; Cataloglu, Robinett 2002) e l’ampia bibliografia citata nei suddetti lavori; b) l’atteggiamento aperto degli insegnanti a documentarsi, che viene potenziata e sviluppata; c) il riconoscimento dei limiti dell’approccio storico, pur riconoscendone i diversi punti di forza.Si ravvisano atteggiamenti di netta scelta di campo da parte di chi ha già competenza in approcci innovativi (docente D11) o in chi, al contrario, non solo non ha alcuna esperienza di insegnamento della MQ e ha una preparazione di tipo matematico (docenti D9-D10).La maggior parte dei docenti (D1-D8) si muove sul delicato terreno della mediazione tra imposta-zioni diverse (storico e formale analogica; storica e concettuale) in cui l’impostazione tradizionale, di cui si riconosce ed esplicita il valore, viene affiancata da una innovativa che ne risulta più spesso elemento di sviluppo

9. ConclusioniIl corso qui discusso, sul confronto delle proposte didattiche per l’insegnamento della MQ nella scuola secondaria superiore, ha avuto come oggetto di studio i percorsi didattici, i relativi materiali e gli esiti sull’apprendimento documentati nella letteratura internazionale. L’obiettivo dell’analisi era far conoscere i principali approcci di ricerca sulla meccanica quantistica, come ben noto diversi da quelli adottati comunemente a scuola, e approfondire l’analisi di almeno uno di essi.L’attività, svolta completamente in rete, si è attuata in due fasi: una prima di discussione in web-forum delle diverse impostazioni di insegnamento/apprendimento, avendo come base articoli di ras-segna; una seconda dedicata alla redazione dell’analisi approfondita su un lavoro. Ciascuna fase è stata organizzata in rete in un apposito modulo. Il web-forum proposto nel primo modulo è stato organizzato in quattro fili, in modo da focalizzare la discussione sulle diverse impostazioni ricono-scibili negli articoli di riferimento (Stefanel 2008).L’analisi degli interventi in rete è delle relazioni prodotte dai corsisti ha fornito indicazioni sulle prin-cipali piste di sviluppo della formazione degli insegnanti.La impostazione prevalentemente conosciuta e utilizzata nei limitati casi in cui è stata effettivamente utilizzata nell’insegnamento è quella di tipo storico. L’analisi dei percorsi dei docenti in questo corso ha evidenziato che le principali difficoltà che ostacolano un insegnante nell’adottare approcci innova-tivi nell’insegnamento della MQ sono: l’aver adottato un approccio di cui si riconosce il valore cultu-rale, prima ancora che didattico; la non conoscenza di approcci innovativi e dei relativi esiti di ricerca; la limitata conoscenza delle ricerche sui processi di apprendimento nello specifico ambito (O1).Gli elementi che hanno contribuito a modificare l’atteggiamento degli insegnanti nei confronti dell’adot-tare una strategia innovativa sono stati: l’analisi di lavori di ricerca e il poter avere accesso a docu-mentazione di prima mano; il confrontare e comparare approcci diversi; il doppio canale comunica-tivo, la discussione in fili di discussione ben focalizzati (uno per approccio), la discussione aperta nel filo generale di confronto in cui lasciare che gli insegnanti avessero uno spazio di autonoma moda-lità e campo di espressione; il discutere tra pari e con esperto/tutor in merito a mirati nodi discipli-nari e confronto di approcci; tre tipologie di contributi: 1) chiarimento sul ruolo giocato da concetti e formalismo nelle diverse impostazioni (in particolare: sovrapposizione e indeterminismo non-epi-stemico; concetti fondanti della MQ e concetti di MC); 2) approfondimento/chiarimento di peculia-


rità e principali differenze didattiche delle impostazioni a confronto; 3) autoriflessione su valenza e limiti di ciascun approccio (O2a). Per questo obiettivo il web-forum sembra uno strumento che offre i giusti tempi di lavoro, la possibilità di partecipare con stile e contributi diversi a ciascuno, la pos-sibilità di valorizzare il contributo di ognuno e il confronto tra pari, con particolare valenza per il ruolo di un docente già esperto e inserito in gruppi di ricerca che porta una diretta documentazione di ricerca oltre che a sua volta contributi basati su riferimenti bibliografici. Il principale limite di tale discussione in rete è dato dalla eccessiva focalizzazione degli interventi su aspetti di carattere didat-tico/metodologico, più che entrare nello specifico dei nodi disciplinari e di apprendimento (O2b).I docenti tendono a modificare il proprio stile, le proprie strategie, i propri metodi preservando quanto più possibile quelli precedenti. L’approccio storico allora viene più spesso mediato con altri, non rico-noscendo problemi di incoerenza, ma preoccupandosi di chimerici obiettivi di completezza. Accet-tare approcci radicalmente innovativi è invece molto più semplice in chi non ha avuto precedenti esperienze, purché si abbia la possibilità di ritagliare una proposta a misura di quello che si ritiene il livello tipico della scuola in cui si insegna. Diventa quasi impossibile invece cambiare per chi ha già adottato con successo un approccio innovativo o meno che esso sia. Nel caso della MQ ciò pre-sumibilmente si accompagna anche alla scelta di campo in merito all’interpretazione della MQ, che determina a sua volta una scelta di campo in didattica, in accordo con gli esiti di Finkelstein (Baily, Finkelstein 2010). È un esito di questa e altre ricerche parallele quella di riconoscere come elemento fondamentale per formare un docente di qualità più che la competenza disciplinare quell’insieme di competenze e atteggiamenti che postano alla costruzione di forti PCK (O3).In merito alle modalità con cui i docenti hanno affrontato il compito di analizzare articoli di ricerca, emergono due atteggiamenti: trasformare i materiali analizzati in percorso didattico; estendere gli ele-menti di analisi riconosciuti nei materiali di riferimento, seguendo in modo rigoroso la griglia di riferi-mento. L’aspetto creativo/critico del lavoro dell’insegnante: nel primo caso prevale su quello di analisi e documentazione rigorosa; nel secondo caso viene quasi totalmente inibito. L’effettuare un compito assegnato non è naturale per gli insegnanti, viene evidentemente modificato anche se è chiaro ed espli-cito il compito. L’urgenza di trasferire a scuola un approccio innovativo, prevale sull’obiettivo di una formazione preliminare su tale approccio. L’uso di griglie di riferimento e la richiesta di rigore deter-minano positivi esiti nell’adozione di criteri scientifici almeno per un’ampia maggioranza (O4)Accanto allo scontato ruolo centrale dell’impostazione storica in quel poco che di insegnamento della fisica quantistica c’è nella scuola, emerge l’esigenza di una formazione operativa ad approcci inno-vativi che si possano adattare a stili tipici degli insegnanti, più rivolto a dare attenzione ai concetti in alcuni casi, più al ruolo del formalismo in altri. Si possono inoltre evidenziare tre ulteriori elementi che gli insegnanti tipicamente richiamano, quando sono richiesti di adottare approcci innovativi in generale e sulla fisica moderna in particolare: i “problemi di tempo”; l’esigenza di rivedere l’intero approccio alla Fisica Classica; l’esame di stato (laddove è prevista una prova finale scritta di fisica). In particolare i vincoli imposti dall’esame di stato condizionano e indirizzano fortemente le scelte degli insegnanti. Si tratta di indicazioni preziose, che mettono in luce il grande apporto che può dare la ricerca didattica all’innovazione nella scuola, a dare risposta alle richieste formative degli inse-gnanti in merito a percorsi, materiali didattici utili sia per progettazioni curricolari sia per approfon-dimenti in vista dell’esame di stato, mostrando sia nuove strade per l’insegnamento/apprendimento di specifici ambiti, come è il caso qui discusso della MQ, sia come si possa ri-organizzare la fisica classica ossia ristrutturare i curricola.Esse, inoltre, indirizzano a mettere a punto strategie per la formazione insegnanti che integrano moda-lità meta culturali, esperienziali e situate (Michelini, Sartori 1998; Sperandeo 2004; Michelini 2004), valorizzano il confronto e la discussione critica di approcci differenziati, propongono materiali didat-tici come oggetti di studio e risorsa a cui attingere per la progettazione e sperimentazione in classe.Evidenziano, infine, l’esigenza che gli insegnanti in formazione manifestano di avere un proprio spazio di espressione e ruolo nel definire ovvero modificare i percorsi formativi che gli vengono proposti.Una attività tutorata di progettazione pare necessaria per un obiettivo di coerenza nella progetta-zione didattica.


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Progetto IDIFO

Formazione a distanza degli insegnantiall’innovazione didattica in fi sica moderna e orientamentoContributi di una comunità di ricerca in didattica della fi sica a un progetto di formazione a distanza: strategie e metodi

Il Progetto IDIFO è stato proposto al Progetto Lauree ScientiÞ che nel 2006 dall’Unità di Ricerca in Didattica della Fisica dell’Uni-versità degli Studi di Udine, con partner le Unità di Ricerca in Didattica della Fisica delle Università degli Studi di Bologna, Milano, Milano Bicocca, Napoli, Palermo, Pavia, Roma La Sapienza, Torino, che per anni avevano condotto insieme Progetti di Ricerca di Interesse Nazionale (PRIN). Si sono contestualmente impegnate per la collaborazione al Progetto IDIFO le Univer-sità degli Studi di Bari, Bolzano, Lecce, Modena e Reggio Emilia, Trento, Trieste cooperanti con le proponenti per le ricerche in didattica della Þ sica. Il Progetto IDIFO ha realizzato dal 2006 al 2009 un Master biennale per insegnanti in rete telematica e tre Workshop in presenza di cui uno dedicato a studenti ed insegnanti del Friuli Venezia Giulia (WS2) e due a livello nazionale uno tutto dedicato agli insegnanti del Master (WS1) ed uno per gli insegnanti del Master e gli studenti selezionati per la Prima Scuola Estiva di Fisica Moderna tenutasi a Udine nel luglio 2007 (WS3). Questo volume contiene gli studi, le riß essioni e le analisi di ricerca più signiÞ cative effettuate nell’ambito della formazione in rete telematica del Master IDIFO.

CuratoreMarisa Michelini, Università degli Studi di Udine

Comitato scientiÞ co ed editorialeBocchicchio Mario, DIDA, Università degli Studi del Salento

Corni Federico, Università degli Studi di Bolzano e di Modena e Reggio Emilia

De Ambrosis Anna, Università degli Studi di Pavia

Fazio Claudio, Università degli Studi di Palermo

Gagliardi Maria Paola Francesca, Università degli Studi di Bologna

Giliberti Marco Alessandro, Università degli Studi di Milano

Giordano Enrica, Università degli Studi di Milano Bicocca

Guidoni Paolo, Università degli Studi di Napoli Federico II

Levrini Olivia, Università degli Studi di Bologna

Michelini Marisa, Università degli Studi di Udine

Minichini Ciro, Università degli Studi di Napoli Federico II

Oss Stefano, Università degli Studi di Trento

Ottaviani Giampiero, Università degli Studi di Modena e Reggio Emilia

Rinaudo Giuseppina, Università degli Studi di Torino

Santi Lorenzo, Università degli Studi di Trieste

Sperandeo Rosa Maria, Università degli Studi di Palermo

Stella Rosa, Università degli Studi di Bari

Tarsitani Carlo, Università degli Studi di Roma La Sapienza

Segreteria redazionaleCristina CassanDonatella CeccolinChiara Geretti

Stampa Lithostampa - Pasian di Prato (Ud)

© Copyright Università degli Studi di Udine

ISBN 978-88-97311-01-0

Università degli Studi di UdineDipartimento di Fisica

M.I.U.R.Ministero dell’Istruzionedell’Università e della Ricerca

PLSProgetto LaureeScientifi che

Proposte didattiche di fisica quantistica · riferimento alle ricerche sull’apprendimento in...

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