Uno sguardo ai framework,alle prove rese pubbliche da OCSE-

PISAed ai risultati degli studenti italiani

Federico CorniProfessore associato di Didattica e Storia della Fisica

Facoltà di Scienze della FormazioneUniversità degli Studi di Modena e Reggio Emilia

PIANO PIANO DIDI INFORMAZIONE E FORMAZIONE SULLINFORMAZIONE E FORMAZIONE SULL’’INDAGINE OCSEINDAGINE OCSE--PISAPISAPER LE REGIONI DEL PER LE REGIONI DEL P.O.NP.O.N..

Seminario residenziale per team formatori - Roma 13-16 ottobre 2008

1.Framework OCSE-PISA e curricoli della scuola italiana2.Risultati degli studenti e prassi didattica

• In generale, i curricoli di scienze della scuola italiana hanno obiettivi più alti o almeno sovrapponibili a quelli della valutazione OCSE-Pisa.

• Si riporta un breve dettaglio di un confronto fra le indicazioni del PISA e indicazioni della scuola italiana.

Framework PISA e curricoli della scuola italiana

15 ottobre 2008

Framework OCSE-Pisa

Curricoli della scuola italiana

confronto

COMPETENZE

CONOSCENZE

ATTEGGIAMENTI

CONTESTO I curricoli del primo biennio della scuola secondaria di

secondo grado sono estremamente differenziati

ed è problematico un confronto diretto

Curricoli della scuola italiana

Framework OCSE-Pisa

Riferimenti:Assessing Scientific, Reading and Mathematical Literacy A Framework for PISA 2006 - OECD

Riferimenti:Indicazioni Nazionali per i piani di studio personalizzati nella scuola primariaIndicazioni Nazionali per i piani di studio personalizzati nella scuola secondaria di primo grado (Decreto Legislativo 19 febbraio 2004 n.59)Indicazioni per il curricolo per la scuola dell’infanzia e per il primo ciclo d’istruzione (strumento di lavoro –Settembre 2007)Regolamento recante norme in materia di adempimento dell’obbligo di istruzione (DM 22 agosto 2007)

confronto

Quadro di riferimento per la valutazionedelle competenze scientifiche in PISA 2006

COMPETENZE

ATTEGGIAMENTI

CONOSCENZE

CONTESTO

richiedealle persone

che si basano su

favorite da

Quali sono le COMPETENZE di base secondo PISA:1) Individuare questioni di carattere scientificoÈ importante saper distinguere questioni e tematiche scientifiche da altri tipi di questioni. Ciò comporta: • Riconoscere le questioni a cui è possibile dare risposta attraverso un'indagine scientifica. • Identificare le parole chiave che permettono di effettuare una ricerca di informazioni scientifiche. • Riconoscere le caratteristiche principali di un'indagine scientifica. Per “individuare questioni di carattere scientifico” occorre una certa conoscenza sulla scienza, ma anche conoscenza della scienza, cioè dei suoi contenuti.

2) Spiegare i fenomeni in maniera scientificaCiò vuol dire saper: • applicare conoscenze scientifiche o conoscenze sulla scienza in una situazione data, • descrivere o interpretare i fenomeni in modo scientifico e fare previsioni sui loro cambiamenti, • identificare le descrizioni, le spiegazioni e le previsioni appropriate.

3) Usare prove basate sui dati scientificiGli studenti devono saper riconoscere nei dati raccolti gli elementi a sostegno delle loro affermazioni o conclusioni. La risposta può chiamare in causa la conoscenza sulla scienza o della scienza o entrambe. Gli studenti devono saper: • Interpretare dati scientifici , trarne conclusioni e comunicarle, • Identificare le ipotesi, le prove e il ragionamento che sostengono le conclusioni, • Riflettere sulle implicazioni sociali degli sviluppi della scienza e della tecnologia.

COMPETENZE che emergono dalle Indicazioni per il curricolo (settembre 2007) a dal Regolamento recante norme in materia di adempimento dell’obbligo di istruzione (DM 22 agosto 2007)

• Padronanza di tecniche di sperimentazione• Risoluzione di situazioni problematiche• Interpretazione di fenomeni• Decomposizione e ricomposizione della complessità• Sviluppo di semplici schematizzazioni, modellizzazioni,

formalizzazioni logiche e matematiche• Riflessione sul percorso, sulle competenze in via di acquisizione,

sulle strategie, sulle scelte• Osservare, descrivere ed analizzare fenomeni appartenenti alla

realtà naturale e artificiale e riconoscere nelle sue varie forme i concetti di sistema e di complessità

• Analizzare qualitativamente e quantitativamente fenomeni legati alle trasformazioni di energia a partire dall’esperienza

• Essere consapevole delle potenzialità delle tecnologie rispetto al contesto culturale e sociale i cui vengono applicate

Per PISA le COMPETENZE si basano su conoscenze della scienza:

CONOSCENZE DELLA SCIENZASistemi chimici e fisici

Struttura, proprietà, cambiamenti fisici e chimici della materia, moto e forze, l'energia e le sue trasformazioni, interazione energia-materia

Sistemi viventi Cellule, Uomo, popolazioni, ecosistemi, biosfere

Sistemi della Terra e dell'Universo

Struttura, energia, mutamento del sistema terrestre, storia della Terra, la Terra nello spazio

Sistemi tecnologici

Ruolo delle applicazioni tecnologiche, relazioni tra scienza e tecnologia, concetti e principi rilevanti

Data l’estrema differenziazione dei curricoli del primo biennio della Scuola Secondaria Superiore italiana, si possono prendere come riferimento le CONOSCENZE negli Obiettivi Specifici di Apprendimento di scienze e di tecnologia relativi alla Scuola Secondaria di 1° grado dalle Indicazioni Nazionali per i piani di studio personalizzati nella scuola secondaria di primo grado (Decreto Legislativo 19 febbraio 2004 n.59).

CLASSI I e II

- Come si muovono i corpi: velocità e traiettoria, accelerazione.- Le forze in situazioni statiche e come cause di variazioni del moto.- Peso, massa, peso specifico.- Lavoro e energia.- Il galleggiamento; il principio di Archimede.- Primo approccio alla chimica: acidi, basi e Sali nell'esperienza ordinaria come esempi di sostanze chimiche;- Caratteristiche dei suoli: loro origine e relazione con le sostanze chimiche presenti in essi. Cenno ai concimi- Cellule e organismi unicellulari e pluricellulari.- Piante vascolari: ciclo vitale- Animali vertebrati ed invertebrati- Sistemi e apparati del corpo umano: apparato motorio, sistema circolatorio, apparato respiratorio.- Ecosistema terra; ambiente terrestre e marino.- Ecosistemi locali: fattori e condizioni del loro equilibrio.-Concetti di habitat, popolazione, catena e rete alimentare.

CLASSE III

- Introduzione ai principi della meccanica con semplici esperimenti illustrativi- Flusso dei liquidi: velocità dell'acqua e portata di un canale o di una tubatura.- Differenza fra temperatura e calore. Il termometro.- Elettricità: concetti di carica e corrente elettrica.- Il magnetismo; la calamita, i poli magnetici terrestri, la bussola.- Onde elettromagnetiche e trasmissione di segnali radio.- Il sole e il sistema solare: dalle osservazioni degli antichi alle ipotesi della scienza contemporanea.- Principali movimenti della terra: rotazione, rivoluzione; il giorno e la notte, le stagioni.- Il globo terracqueo: dimensioni, struttura.- Principali tipi di rocce (magmatiche, sedimentarie e metamorfiche) attraverso i loro caratterimacroscopici.- La funzione nutritiva: gli alimenti e i loro componenti, controllo dell'alimentazione, sostanzedannose.- Sistema nervoso nell'organismo umano ed effetti di psicofarmaci, sostanze stupefacenti od eccitanti.- Notizie generali sulla riproduzione dei viventi e sulla genetica- Malattie che si trasmettono per via sessuale-La riproduzione nell'uomo: sua specificità, specie per quanto riguarda l'allevamento della prole

CLASSE III- Modalità di produzione di e di trasformazioni tradifferenti tipi d’energia.- Modalità di utilizzazione.- Le fonti non rinnovabili e rinnovabili.- Lo spreco energetico.- Le conseguenze dell’uso dell’energia sullecomponenti dell’ecosistema.

Scienze Tecnologia

Per PISA le COMPETENZE si basano anche su conoscenze sulla scienza:

CONOSCENZE SULLA SCIENZA Indagine scientifica

1. Origini (curiosità, questioni scientifiche);2. Obiettivi (produrre elementi di prova; le ipotesi, teorie, modelli che

guidano la ricerca); 3. Esperimenti (scelta e progettazione dell’esperimento);4. Tipo di dati (misure quantitative, considerazioni qualitative); 5. Misura (incertezza, riproducibilità, variazione,

accuratezza/precisione nelle apparecchiature e nelle procedure)6. Caratteristiche dei risultati (empirici, tentativi, consistenti).

Spiegazioni scientifiche

1. Tipi (ipotesi, teoria, modello, legge);2. Costruzione (rappresentazione dei dati, ruolo della conoscenza

consolidata e delle nuove evidenze, della creatività e dell’immaginazione, logica);

3. Regole (logicamente coerenti, basate sull’esperimento, sulla conoscenza storica e attuale);

4. Prodotti (creare nuove conoscenze, metodi, tecnologie, suggerire nuove domande e ricerche).

Negli Obiettivi Specifici di Apprendimento di scienze e di tecnologia relativi alla Scuola Secondaria di 1° grado non c’è una corrispondenza diretta con le conoscenze sulla scienza indicate in PISA; si possono tuttavia rintracciare le conoscenze su “indagine scientifica” e su “spiegazioni scientifiche” nelle ABILITA’:

CLASSI I e II- Rappresentare in diagrammi spazio/tempo diversi tipi di movimento; interpretare i diagrammi.- Fare forza e deformare; osservare gli effetti del peso; trovare situazioni di equilibrio.- Misurare forze (dinamometro, bilancia)- Stimare il peso specifico di diversi materiali.- Dare esempi dall'esperienza quotidiana in cui si riconosce la differenza tra il temperatura e calore- Eseguire semplici reazioni chimiche (p.es. acidi e basi con alcuni metalli, carbonato di calcio, …saponi, dentifrici) e descriverle ordinatamente.- Illustrare l'importanza delle proporzioni fra le sostanze chimiche di una reazione.- Effettuare semplici esperimenti di caratterizzazione di terreni diversi.- Riconoscere le piante più comuni in base a semi, radici, foglie, fiori e frutti.- Attraverso esempi della vita pratica illustrare la complessità del funzionamento del corpo umano nelle sue varie attività.- Raccogliere dati su frequenza cardiaca e respiratoria.- Individuare, spiegare e riproporre con semplici modelli che cosa accade nei movimenti del corpo.- Identificare in termini essenziali i rapporti tra uomo, animali e vegetali in ambienti noti.- Raccogliere informazioni su catene alimentari- Collegare le caratteristiche organismi di animali e piante con condizioni e caratteristiche ambientali.

CLASSE III- Raccogliere dati da prove sperimentali (misure di tempi, spazi, velocità); rappresentare graficamente e interpretare i dati raccolti.- Determinare la temperatura di fusione del ghiaccio e di ebollizione dell'acqua.- Effettuare esperimenti che permettano di distinguere temperatura e calore.- Dimostrare sperimentalmente l'esistenza di cariche elettriche e la differenza tra conduttori e isolanti.- Effettuare esperimenti con calamite e limatura di ferro.- Descrivere i principali moti della terra e le loro conseguenze.- Mostrare come il moto apparente del sole permetta di individuare le stagioni, la latitudine e l'ora del giorno.- Attribuire il nome ai diversi tipi di rocce in base alle loro caratteristiche e alla loro origine.- Classificare gli alimenti in base ai loro principi alimentari.- Valutare l'equilibrio della propria alimentazione e fare un esame del proprio stile di vita alimentare.- Spiegare perché i farmaci, in particolare gli anabolizzanti e gli psicofarmaci, vanno assunti solo in caso di necessità e con il consiglio del medico.- Spiegare perché e in che modo l'uso di sostanze stupefacenti, alcool e fumo nuoce alla salute.- Confrontare i cicli riproduttivi di piante, e animali invertebrati e vertebrati.

Scienze TecnologiaCLASSE III- Formulare ipotesi per il risparmio energetico ed analizzare le tecnologie esistenti già in grado di attuarlo.- Rappresentare in modelli semplificati le principalitipologie di generatori di energia.- Riconoscere il ruolo delle ecotecnologie per i punti critici della sostenibilità (depurazioni, smaltimento, trattamenti speciali, riciclo, riusi ecc.).- Utilizzare il disegno tecnico (proiezioni ortogonali e assonometrie) per la progettazione e la realizzazione di modelli di oggetti in generale (bricolage, modellismo ecc.) o riferibili all’energia e al suo uso.- Leggere e comprendere alcuni semplici disegni tecnici, in particolare planimetrie di manufatti ed assonometrie di componenti meccaniche.

Scuola italiana•Situazioni controllate di laboratorio•Ambito scolastico•Esperienza quotidiana•Ambiente di vita locale e globale•Corpo•Tecnologia

CONTESTI esplicitamente considerati in PISA e contesti che emergono dalle Indicazioni per il curricolo (settembre 2007) e dal Regolamento recante norme in materia di adempimento dell’obbligo di istruzione (DM 22 agosto 2007) ma ancora poco recepiti nella prassi didattica

PISA•Salute•Risorse naturali•Ambiente•Rischi•Frontiere della scienza e della tecnologia

Scuola italiana•Responsabilità verso i modi di vita e l’uso delle risorse.•Disponibilità a confrontarsi con curiosità e interesse nel campo dello sviluppo tecnologico

ATTEGGIAMENTI esplicitamente considerati in PISA e atteggiamenti che emergono dalle Indicazioni per il curricolo (settembre 2007) e dal Regolamento recante norme in materia di adempimento dell’obbligo di istruzione (DM 22 agosto 2007) ma ancora poco recepiti nella prassi didattica

PISA•Interesse per la scienza•Sostegno alla ricerca scientifica•Responsabilità nei confronto delle risorse e dell’ambiente

• In generale, i curricoli di scienze della scuola italiana hanno obiettivi più alti o almeno sovrapponibili a quelli della valutazione OCSE-Pisa.

• Il raggiungimento degli obiettivi formativi della nostra scuola dovrebbe andare di pari passo con un buon risultato nelle prove OCSE-Pisa

• Le prove OCSE-PISA, pur avendo obiettivi diversi, possono costituire uno strumento in più in mano all’insegnante per riflettere sul modo di insegnare.

Framework PISA e curricoli della scuola italiana

Per imparare a osservare e interpretare il mondo dei fenomeni naturali sono importanti sia i contenuti disciplinari fondamentali (riferibili alle diverse aree disciplinari), sia gli aspetti metodologici che li caratterizzano per attivare capacità di ragionamento

In sintesi, in quale direzione andare?

Impostazione in generale condivisa dagli insegnanti ma disattesa nella prassi scolastica

1.Framework OCSE-PISA e curricoli della scuola italiana2.Risultati degli studenti e prassi didattica

I risultati degli studenti

italiani nelle prove

OCSE-PISA

I risultati degli studenti

italiani nelle prove

OCSE-PISA

La prassi didattica nelle scuole italiane

La prassi didattica nelle scuole italiane

Quali suggerimenti?

… spunti da alcune prove con risultati significativi da parte dei nostri studenti

LA PROVA PEGGIORE

PER I NOSTRI

STUDENTI

In questa prova gli studenti italiani di tutte le macroareeraggiungono risultati inferiori rispetto alla media OCSE.

La difficoltà di fronte a domande che si riferiscono a un esperimento di laboratorio in cui sono fornite tutte le informazioni necessarie per rispondere, rivela:

1.scarsa familiarità col lavoro di tipo sperimentale (domanda 4 in cui la media italiana è 34,4% contro 42,3% OCSE e domanda 2 in cui il risultato migliore è 31,4% contro il 40% OCSE)2.difficoltà a riflettere sui dati a disposizione(domanda 5 in cui il risultato migliore è 24,8% contro il 14,9% OCSE)3.ricerca di risposte preconfezionate che non richiedano coinvolgimento(in tutte le domande le omissioni sono il circa il doppio rispetto all’OCSE: 2) 9% contro 4,3%; 3) 6,1% contro 3,2%; 5) 41,1% contro 21,4%)4.difficoltà nella spiegazione e nell’interpretazione dei dati(domanda 3 in cui la media italiana è 46,3% contro il 57,4% OCSE)

Questi punti evidenziano la necessità di un potenziamento dell’attivitàsperimentale (1., 2. e 4.) e della modellizzazione (3. e 5.)

Ruolo dell’ESPERIMENTO nella prassi didattica reale

Esperimento come esecuzione di una

ricetta

L’insegnamento è spesso

mnemonico

Non èrichiesta una

riflessione

Non viene stimolato il

coinvolgimento

Esperimento come verifica di una legge

Esperimento che richiede di fare solo delle osservazioni

Conclusioni date a priori o che

riguardano le difficoltà incontrate

L’ESPERIMENTO come sintesi di aspetti teorici e metodologici1.Posizione del problema in riferimentoa un fenomeno2.Aspetti teorici e ipotesi che rendono possibilel’esperimento3.Materiali a disposizione4.Previsioni5.Identificazione dei dati da raccogliere6.Progettazione e fasi dell’esperimento7.Esecuzione dell’esperimento8.Dati e loro rappresentazione9.Note relative all’esecuzione dell’esperimento10.Analisi dei dati11.Discussione dei dati12.Confronto dei dati con le previsioni13.Conclusioni e modellizzazione14.Nuove domande suscitate dal modello

… già presente nelle indicazioni per il curricolo:

AREA MATEMATICO-SCIENTIFICO-TECNOLOGICA…Tutte le discipline dell'area hanno come elemento fondamentale il laboratorio, inteso sia come luogo fisico (aula, o altro spazio specificamente attrezzato) sia come momento in cui l'alunno è attivo, formula le proprie ipotesi e ne controlla le conseguenze, progetta e sperimenta, discute e argomenta le proprie scelte, impara a raccogliere dati e a confrontarli con le ipotesi formulate […] porta a conclusioni temporanee e a nuove aperture la costruzione delle conoscenze personali e collettive.

Indicazioni per il curricoloper la Scuola dell’Infanzia e per il Primo ciclo d’istruzione

Settembre 2007

L’esperimento non è concluso se non si giunge a un’interpretazione dei dati: ha cioècome obiettivo la costruzione di un MODELLOCos’è un modello?E’ una semplificazione della realtà per metterne inevidenza i tratti essenziali.

E’ una rappresentazione della struttura di relazionifra le variabili rilevanti di un fenomeno.

Per interpretare i dati sperimentali occorre arrivare a costruire un modello di quel fenomeno utilizzando un linguaggio opportuno (schemi, icone, formule …)

per spiegare

per interpretare

per fare previsioni

… come nella premessa alle indicazioni nazionali:Nell’età della Scuola Primaria […] resta, in genere, ancora dominante la persuasione di una coincidenza tra realtà e conoscenza della realtà.[…]Passare da un’istruzione primaria ad una secondaria di 1° grado, in questo senso, significa confrontarsi con il problema del modello.[…]Si avvia, a partire dalla Scuola Secondaria di 1° grado, un processo iterativo che modifica e raffina i modelli ottenuti attraverso l’analisi, in forma sempre piùlogicamente organizzata, della complessità dei dati reali e la successiva verifica condotta alla luce delle prove sperimentali disponibili.

Indicazioni nazionaliper i Piani di studio personalizzati nella Scuola Secondaria di 1° grado

All. C al Decreto Legislativo 19 febbraio 2004 n.59

LA PROVA COL MASSIMO DIRISPOSTE OMESSE

Non si può dire che le omissioni nelle risposte aperte siano solo legate a difficoltà di natura linguistica (lettura del testo e comunicazione)

Gli studenti incontrano difficoltà:•perché non conoscono il linguaggio specifico(domanda 3 in cui il risultato migliore è 21,1% contro il 12,1% OCSE)•perché non padroneggiano i concetti scientifici elementari(domanda 4 in cui il risultato migliore è 26,8% contro il 25,6% OCSE)•perché hanno difficoltà a passare da una forma di comunicazione scientifica ad un’altra (domande 3 e 4)•perché hanno paura a mettersi in gioco in contesti nuovi •perché non sono abituati ad argomentare

Per affrontare queste difficoltà occorre promuovere:

•studio critico e non solo mnemonico (al di là di formule e definizioni senza il percorso ecc…)•chiarezza nell’apprendimento dei concetti di base•necessità di giungere a spiegazione e a interpretare i dati sperimentali•propensione al lavoro di gruppo•abitudine a scrivere (non solo schede o “test a crocette”)

IN SINTESI:

La dimensione sperimentale e la modellizzazione costituiscono due elementi strutturali del modo con cui le scienze conoscono il mondo

Per questo possono rappresentare l’ossatura e i punti di riferimento forti per un insegnamento scientifico disciplinare efficace

… anche ai fini della risoluzione dei quesiti OCSE-PISA