INDAGINE OCSE PISA 2015, Guide, Progetti e Ricerche di Didattica generale e speciale

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INDAGINE

OCSE PISA 2015:

I RISULTATI DEGLI

STUDENTI ITALIANI

IN SCIENZE,

MATEMATICA E

LETTURA

OCSE

PISA 2015

Rappresentante italiano al PISA Governing Board : Roberto Ricci

INVALSI - Gruppo di ricerca PISA 2015:

Laura Palmerio (Responsabile Area Indagini internazionali INVALSI)

Carlo Di Chiacchio (National Project Manager PISA 2015, Ricercatore INVALSI)

Margherita Emiletti (Ricercatore INVALSI)

Sabrina Greco (Ricercatore INVALSI)

Maria Alessandra Scalise (Collaboratore Tecnico Enti di Ricerca INVALSI)

Paola Giangiacomo (Data manager PISA, Area Servizi statistici e informativi INVALSI)

Si ringraziano:

‐ i dirigenti scolastici, i docenti, gli studenti e i genitori che hanno partecipato all’indagine

‐ i supervisori della codifica delle risposte aperte in matematica (Nicolino Esposito) e, nella prova sul campo, in scienze (Michela Mayer) e matematica (Stefania Pozio)

- i supervisori della codifica delle risposte aperte in lingua tedesca (Ursula Pulyer) e in lingua slovena (Tomaz Ban e Daniele Furlan)

‐ i codificatori delle risposte aperte di scienze, lettura e matematica in lingua italiana, tedesca e slovena

- Vincenzo D'Orazio per il supporto nella traduzione delle risposte aperte in lingua tedesca - tutto il personale INVALSI che ha collaborato a vario titolo alla realizzazione dell'indagine PISA 2015.

Questo rapporto

Redazione testi Carlo Di Chiacchio (cap. 1; cap. 3)

Margherita Emiletti (cap. 4) Sabrina Greco (cap. 2)

Elaborazione dati A cura dell’Area Servizi statistici e informativi - INVALSI

Editing A cura del gruppo di ricerca PISA 2015 - INVALSI

• 1. COSA È PISA
  • Cosa misura il test PISA
  • La modalità di somministrazione
  • Quali informazioni fornisce PISA
  • Il campione italiano
  • La definizione di literacy scientifica in PISA
    • I contesti
    • Le competenze scientifiche....................................................................................................................................
    • Le conoscenze ........................................................................................................................................................
    • Gli atteggiamenti .....................................................................................................................................................
    • Le potenzialità della rilevazione computerizzata delle scienze ...........................................................................
    • La richiesta cognitiva degli item.............................................................................................................................
  • Il disegno di somministrazione, l’analisi e lo scaling del test PISA .........................................................................
    • Come le domande sono state sviluppate e selezionate ......................................................................................
    • Le forme del test ....................................................................................................................................................
    • L’analisi e lo scaling delle risposte degli studenti ...............................................................................................
    • La scala PISA ..........................................................................................................................................................
• 2. I RISULTATI IN SCIENZE
  • I risultati italiani in Scienze nel contesto internazionale ..........................................................................................
    • Il rendimento medio in Scienze .............................................................................................................................
    • Il rendimento degli studenti nei diversi livelli di competenza .............................................................................
    • Le differenze di genere in Scienze ........................................................................................................................
    • I trend nei risultati in Scienze ................................................................................................................................
  • I risultati in Scienze nel contesto nazionale ..............................................................................................................
    • I risultati nazionali per ripartizioni geografiche .....................................................................................................
    • I risultati nazionali per tipologia di istruzione ........................................................................................................
• 3. I RISULTATI IN MATEMATICA
  • I risultati italiani in Matematica nel contesto internazionale ..................................................................................
    • Il rendimento medio in Matematica ......................................................................................................................
    • Il rendimento degli studenti nei diversi livelli di competenza .............................................................................
    • I trend nei risultati in Matematica .........................................................................................................................
    • Le differenze di genere in Matematica .................................................................................................................
  • I risultati in Matematica nel contesto nazionale ......................................................................................................
    • I risultati nazionali per ripartizioni geografiche .....................................................................................................
    • I risultati nazionali per tipologia di istruzione ........................................................................................................
• 4. I RISULTATI IN L ETTURA
  • I risultati italiani in Lettura nel contesto internazionale ..........................................................................................
    • Il rendimento medio in Lettura...............................................................................................................................
    • Il rendimento degli studenti nei diversi livelli di competenza .............................................................................
    • I trend nei risultati in Lettura..................................................................................................................................
  • Le differenze di genere in Lettura ..........................................................................................................................
• I risultati in Lettura nel contesto nazionale ..............................................................................................................
  • I risultati nazionali per ripartizioni geografiche .....................................................................................................
  • I risultati nazionali per tipologia di istruzione ........................................................................................................

1. COSA È PISA

Per i cittadini, che cosa è importante conoscere ed essere in grado di fare? In risposta a questa domanda e per la necessità di prove comparabili a livello internazionale sulle prestazioni degli studenti, l'Organizzazione per la Coo- perazione Economica e lo Sviluppo (OCSE) lanciò l'indagine triennale sugli studenti di 15 anni di tutto il mondo no- ta come Programme for International Students Assessment ( Programma per la Valutazione Internazionale degli Studenti ), o PISA.

PISA valuta la misura in cui studenti di 15 anni che si trovano verso la fine della scuola dell'obbligo hanno acquisi- to conoscenze e competenze chiave, essenziali per la piena partecipazione nelle società moderne. La valutazione si concentra su materie scolastiche fondamentali come Scienze, Lettura e Matematica. Viene anche valutata la performance degli studenti in un dominio innovativo (nel 2015si tratta del Problem Solving collaborativo ). La valu- tazione non si limita a verificare se gli studenti possono riprodurre conoscenze; esamina anche quanto bene gli studenti siano in grado di estrapolare ciò che hanno imparato a scuola e possano applicare tale conoscenza in contesti non familiari, sia all'interno sia all'esterno della scuola. Questo approccio riflette il fatto che le economie moderne premiano gli individui non per ciò che sanno, ma per ciò che possono fare con ciò che sanno.

PISA è un programma che offre spunti per le politiche e le pratiche educative e che aiuta a monitorare l’andamento dell’acquisizione delle conoscenze e delle competenze degli studenti tra i vari paesi e in diversi sot- togruppi all'interno di ogni paese. I risultati PISA rivelano ciò che è possibile in materia di istruzione, mostrando ciò che possono fare gli studenti nei sistemi di istruzione con la performance più elevata e con il miglioramento più rapido. I risultati permettono ai responsabili politici di tutto il mondo di avere informazioni sulle conoscenze e le abilità degli studenti nel proprio paese in confronto a quelli di altri paesi; di impostare obiettivi di policy rispetto a obiettivi misurabili raggiunti da altri sistemi educativi, e imparare da politiche e pratiche applicate altrove. Mentre PISA non è in grado di identificare le relazioni di causa-effetto tra politiche/pratiche e risultati degli studenti, è pe- rò in grado di mostrare a educatori, responsabili politici e pubblico interessato somiglianze e diversità tra sistemi d’istruzione - e che cosa questo significhi per gli studenti.

COSA MISURA IL TEST PISA

In ciascun ciclo PISA uno dei domini d’indagine viene testato in dettaglio, prendendo quasi due terzi del tempo to- tale di somministrazione. Nel 2015 il dominio principale è stato Scienze, come nel 2006. Lettura è stato dominio principale nel 2000 e 2009; Matematica nel 2003 e 2012. Attraverso l’alternanza di domini principali è possibile effettuare un’analisi approfondita della performance in ciascuno dei tre ambiti ogni nove anni, e ogni tre anni ef- fettuare un’analisi degli andamenti ( trend ).

I tre ambiti di competenza possono essere definiti come segue^1 :

• Literacy Scientifica : è l’abilità di confrontarsi con questioni di tipo scientifico e con le idee che riguardano la scienza come cittadino che riflette. Una persona competente dal punto di vista scientifico è disposta a impegnarsi in argomentazioni riguardanti la scienza e la tecnologia che richiedono la capacità di spiegare i fenomeni scientificamente, valutare e progettare una ricerca scientifica, interpretare dati e prove scien- tificamente.
• Literacy di Lettura : è la capacità degli studenti di comprendere, usare, riflettere e impegnarsi con testi scritti al fine di raggiungere i propri obiettivi, sviluppare la propria conoscenza e il proprio potenziale, e partecipare alla società.

(^1) Per maggiori dettagli sulle definizioni dei costrutti si rimanda a PISA 2015 Assessment and Analytical Fra- mework.

te sviluppate solo per la somministrazione computer-based. È stato condotto uno studio su campo per valutare l'effetto del cambiamento della modalità di somministrazione. I dati sono stati raccolti e analizzati per stabilire l'e- quivalenza tra somministrazione computerizzata e somministrazione cartacea.

La somministrazione computerizzata di PISA 2015consiste in un test di due ore. Ogni forma del test assegnata agli studenti comprende quattro gruppi ( cluster )di prove di 30 minuti. Il disegno di somministrazione comprende sei cluster da ciascuno dei domini per misurare i trend. Per il dominio principale di Scienze sono stati sviluppati altri sei cluster in modo da riflettere le nuove caratteristiche del quadro di riferimento del 2015. Inoltre, sono stati sviluppati tre cluster di prove di Problem-Solving collaborativo per i paesi che hanno deciso di partecipare a tale opzione. In totale sono state sviluppate 66 diverse forme del test. Le forme consistevano in un'ora di prove di Scienze (un cluster di prove trend , più un cluster di prove nuove) più un'ora su un altro dominio - Lettura, Matema- tica o Problem-solving collaborativo - o 30 minuti su ciascuno degli altri due domini. Per i paesi/economie che hanno scelto di non partecipare al Problem-solving collaborativo sono state preparate 36 forme.

Ciascuna forma è stata completata da un numero sufficiente di studenti in modo da avere una stima di perfor- mance per tutti i quesiti relativi agli studenti di ciascun paese/economia e in sottogruppi rilevanti all’interno di ciascun paese/economia (ad es. maschi, femmine e studenti provenienti da diversi contesti economici e sociali).

Un’ulteriore opzione offerta in PISA 2015 è stata la rilevazione della Literacy finanziaria , basata sullo stesso qua- dro di riferimento sviluppato in PISA 2012. La rilevazione della Literacy finanziaria durava un’ora e comprendeva due cluster distribuiti a un sotto-campione di studenti in combinazione con la rilevazione di Lettura, Matematica e Scienze.

Le informazioni di contesto sono state raccolte chiedendo agli studenti e ai Dirigenti scolastici di completare ap- positi questionari, anch'essi somministrati via computer. Per completare il questionario studente erano necessari 35 minuti, mentre per quello scuola 45 minuti.

Le informazioni rilevate nei questionari hanno riguardato:

• lo studente e il suo contesto familiare, incluso il capitale economico, sociale e culturale;
• gli aspetti di vita dello studente, come l’atteggiamento verso l’apprendimento, abitudini e stile di vita a scuola e fuori dalla scuola, e l’ambiente familiare;
• gli aspetti della scuola, come la qualità delle risorse umane e materiali, la gestione privata o pubblica, i processi decisionali, le pratiche relative al corpo docente, e l’enfasi sulle offerte curricolari ed extracurri- colari della scuola;
• il contesto educativo, incluso il tipo e le strutture istituzionali, l’ampiezza della classe, il clima di scuola e di classe, le attività di lettura in classe;
• gli aspetti dell’apprendimento, incluso l’interesse, la motivazione e l’impegno;

Accanto al questionario studente e al questionario scuola erano disponibili i seguenti strumenti:

• un questionario sulla familiarità con le tecnologie dell’informazione e della comunicazione (TIC), che si è focalizzato sulla disponibilità e sull’uso di tali tecnologie, sull’abilità dello studente a svolgere determinati compiti relativi al computer e il loro atteggiamento verso l’uso del computer;
• un questionario sulla carriera scolastica, che ha raccolto informazioni aggiuntive sulle interruzioni scola- stiche, sulla preparazione degli studenti verso una carriera futura, e sul supporto per l’apprendimento della lingua;
• un questionario genitori, che si è focalizzato sulla percezione e il coinvolgimento dei genitori, il sostegno a casa per l’apprendimento, la scelta della scuola e le aspettative di carriera;
• un questionario docente, per la prima volta proposto in PISA, avente lo scopo di delineare il contesto dei risultati degli studenti. È stato chiesto ai docenti di Scienze di descrivere le pratiche di insegnamento at- traverso un questionario parallelo che si è anche focalizzato sulle attività di insegnamen- to/apprendimento dirette dall’insegnante durante le lezioni di Scienze e su un insieme ristretto di attività

basate sull’inchiesta. Le domande del questionario docente hanno riguardato il contenuto del curricolo scientifico a scuola e come questo viene anche comunicato ai genitori.

QUALI INFORMAZIONI FORNISCE PISA

Combinando le informazioni ottenute dai questionari e dalle prove cognitive, PISA permette di avere tre tipi di ri- sultati:

• indicatori di base che forniscono un profilo delle conoscenze e delle abilità degli studenti;
• indicatori derivati dai questionari che mostrano come tali abilità siano associate alle diverse variabili de- mografiche, sociali, economiche ed educative;
• indicatori di trend che mostrano i cambiamenti nei risultati, nelle distribuzioni e nelle relazioni tra le va- riabili a livello studente, a livello scuola e a livello di sistema.

IL CAMPIONE ITALIANO

La popolazione bersaglio PISA è costituita dagli studenti di 15 anni iscritti in qualunque istituzione educativa. Nel- lo specifico, con quindicenni si intende studenti che al momento della somministrazione del test hanno un’età compresa tra 15 anni e 3 mesi e 16 anni e 2 mesi, e hanno completato almeno 6 anni di istruzione formale.

In Italia i dati PISA 2015 sono stati raccolti su un campione di oltre 11.000 studenti in oltre 450 scuole parteci- panti. Il campione italiano è stato stratificato per macro-area geografica^2 e tipologia d’istruzione (Licei, Istituti Tecnici, Istituti Professionali, Centri di Formazione Professionale, Scuole Secondarie di primo grado), inoltre le Province Autonome di Trento e Bolzano, la Regione Campania e la Regione Lombardia hanno avuto un sovra- campionamento delle scuole.

LA DEFINIZIONE DI LITERACY SCIENTIFICA IN PISA 2015

La literacy scientifica è l’abilità di confrontarsi con questioni di tipo scientifico e con le idee che riguardano la scienza come cittadino che riflette. Una persona competente dal punto di vista scientifico è disposta a impegnarsi in argomentazioni riguardanti la scienza e la tecnologia che richiedono la capacità di:

• spiegare i fenomeni scientificamente: riconoscere, offrire e valutare spiegazioni per una varietà di feno- meni naturali o tecnologici;
• valutare e progettare una ricerca scientifica: descrivere e valutare le ricerche scientifiche e proporre modi di affrontare problemi in maniera scientifica;
• interpretare dati e prove scientificamente: analizzare e valutare dati, affermazioni e argomentazioni in una varietà di rappresentazioni e trarre conclusioni scientifiche appropriate.

L’intero impianto teorico della rilevazione di Scienze è rappresentato nella Figura I.1.

(^2) Nelle diverse macro-aree sono presenti tutte le regioni, ma non sono da considerarsi campioni regionali rappre- sentativi.

Figura I.2. Struttura teorica dei contesti per le prove di Scienze PISA 2015

LE COMPETENZE SCIENTIFICHE

SPIEGARE I FENOMENI SCIENTIFICAMENTE

Consiste nel riconoscere, fornire e valutare spiegazioni per una serie di fenomeni naturali e tecnologici dimostran- do la capacità di:

• ricordare e applicare le conoscenze scientifiche adeguate;
• identificare, utilizzare e generare modelli esplicativi e rappresentazioni;
• fare previsioni adeguate e giustificarle;
• fornire ipotesi esplicative;
• spiegare le potenziali implicazioni della conoscenza scientifica per la società.

VALUTARE E PROGETTARE UNA RICERCA SCIENTIFICA

Consiste nel descrivere e valutare indagini scientifiche e proporre modi di affrontare questioni che dimostrano scientificamente l’abilità di:

• identificare una domanda esplorata in un dato studio scientifico;
• distinguere le domande che è possibile indagare in modo scientifico;
• proporre un modo per esplorare scientificamente una determinata problematica;

• valutare modi di esplorare scientificamente una determinata problematica;
• descrivere e valutare una serie di modi che gli scienziati utilizzano per garantire l’affidabilità dei dati, l’obiettività e la generalizzabilità delle spiegazioni.

INTERPRETARE DATI E PROVE SCIENTIFICAMENTE

Consiste nell’analizzare e valutare dati, conclusioni e argomenti scientifici in una varietà di rappresentazioni e trarre le opportune conclusioni dimostrando la capacità di:

• trasformare i dati da una rappresentazione all’altra;
• analizzare e interpretare i dati e trarre conclusioni adeguate;
• identificare assunzioni, prove e ragionamenti in testi scientifici;
• distinguere tra gli argomenti che si basano su prove e teorie scientifiche e quelli che si basano su altri tipi di considerazioni;
• valutare argomentazioni e prove scientifiche da diverse fonti (es. giornali, internet, riviste).

LE CONOSCENZE

Ognuna delle competenze scientifiche richiede conoscenze di contenuto (conoscenza di teorie, fatti, e spiegazio- ni), ma anche la comprensione di come tale conoscenza sia acquisita (conoscenza procedurale) e la sua natura (conoscenza epistemica).

CONOSCENZA PROCEDURALE

Si riferisce alla conoscenza dei concetti e delle procedure essenziali per la ricerca scientifica e che sostengono la raccolta, l’analisi e l’interpretazione dei dati scientifici (Figura I.3)

Figura I 3. Elementi descrittivi della Conoscenza procedurale in PISA 2015

Le categorie di conoscenza utilizzate nella rilevazione della literacy scientifica in PISA 2015 sono (Figura I.5): 1) Sistemi Fisici; 2) Sistemi Viventi; 3) Sistemi della Terra e dell’Universo.

Figura I.5. Elementi descrittivi delle conoscenze di contenuto in PISA 2015

GLI ATTEGGIAMENTI

Gli atteggiamenti e le credenze delle persone giocano un ruolo importante negli interessi, nell’attenzione e nella risposta alla scienza e alla tecnologia. La definizione PISA di literacy scientifica riconosce che la risposta di uno studente a una problematica scientifica richiede di più che il possesso di conoscenze e competenze; essa dipende anche da come lo studente sia in grado e motivato a impegnarsi rispetto alla determinata problematica.

In PISA 2015 gli atteggiamenti, i valori e le credenze degli studenti sono stati esaminati nel questionario studente attraverso domande specifiche. Una distinzione principale è quella tra atteggiamenti verso la scienza (cioè l’interesse verso le differenti aree di contenuto) e gli atteggiamenti scientifici (cioè se gli studenti danno valore all’approccio scientifico alla ricerca).

LE POTENZIALITÀ DELLA RILEVAZIONE COMPUTERIZZATA DELLE SCIENZE

Rispetto ai cicli precedenti, la rilevazione al computer di PISA 2015 ha reso possibile espandere ciò che il test PI- SA può valutare. In PISA 2015, infatti, è stata valutata per la prima volta la capacità degli studenti di condurre un’inchiesta scientifica chiedendo loro di progettare degli esperimenti (per mezzo di simulazioni) e di interpretarne le evidenze. Questo è stato possibile attraverso l’uso di prove interattive, dove le azioni degli studenti determina- vano ciò che era visualizzato sullo schermo. Il 13% degli item di Scienze utilizzati in PISA 2015 erano interattivi.

LA RICHIESTA COGNITIVA DEGLI ITEM

Una nuova caratteristica della rilevazione di scienze PISA 2015 è il tentativo esplicito di tenere conto della diversa richiesta cognitiva degli item nei tre tipi di competenza e conoscenza. La richiesta cognitiva si riferisce al concetto di Depth-of-Knowledge, elaborato da Webb (1997)^3 , relativo ai processi mentali richiesti per completare un item. In larga misura è la richiesta cognitiva a determinare la difficoltà dell’item, più che il formato di risposta o la fami- liarità dello studente con il contenuto scientifico sottostante.

La richiesta cognitiva, e quindi la difficoltà dell’item, è influenzata da quattro fattori:

1. il numero e il grado di complessità degli elementi di conoscenza presenti negli item;
2. il livello di familiarità e la precedente conoscenza del contenuto, procedurale ed epistemica, da parte del- lo studente;
3. le operazioni cognitive richieste dall’item, per esempio ricordo, analisi, valutazione;
4. la misura in cui la formazione della risposta dipende da modelli o da idee scientifiche astratte.

Per assicurare una valutazione bilanciata della literacy scientifica sono stati identificati tre livelli di richiesta cogni- tiva:

• richiesta cognitiva bassa: gli item richiedono allo studente di utilizzare un’unica operazione come ricorda- re un singolo fatto, termine, principio o concetto; oppure individuare una singola informazione da un gra- fico o una tabella;
• richiesta cognitiva media: gli item richiedono allo studente di usare o applicare la conoscenza concettuale per descrivere o spiegare fenomeni, selezionare procedure appropriate che coinvolgono due o più passi, organizzare/mostrare dati, oppure interpretare e usare semplici basi dati e grafici;
• richiesta cognitiva elevata: gli item richiedono agli studenti di analizzare dati o informazioni complesse, di sintetizzare o valutare prove, giustificare affermazioni, o sviluppare un piano con cui approcciare al pro- blema.

(^3) Webb N.L. (1997). Criteria for Alignment of Expectations and Assessments in Mathematics and Science Educa- tion .Research Monograph No. 6.National Inst. for Science Education, Madison, WI.; Councilof Chief State School Officers, Washington, DC.

corrisponde al punto sulla scala in cui ci sia almeno il 62% di probabilità di rispondere correttamente. Una singola scala continua mette in relazione la difficoltà della domanda e l’abilità dello studente e in questo modo è possibile stimare la probabilità di rispondere correttamente a determinati quesiti in funzione della posizione individuale sul- la scala di performance. Pertanto, più l’abilità dello studente è posizionata al di sopra di una determinata doman- da, maggiore è la probabilità di rispondere correttamente a quella domanda (o a domande di difficoltà simile). Vi- ceversa, più l’abilità dello studente è posizionata al di sotto di una determinata domanda, minore è la probabilità di rispondere correttamente a quella domanda (o a domande di difficoltà simile) (Figura I.6).

Figura I.6. Descrizione della relazione tra scala diperformance e di difficoltà in PISA 2015

LA SCALA PISA

PISA 2015 fornisce una scala complessiva di Scienze, costruita utilizzando tutte le domande di Scienze, le scale per le tre competenze, le tre aree di contenuto e una scala relativa alle due categorie di conoscenza (epistemica e procedurale). La metrica per la scala complessiva di Scienze è basata su una media pari a 500 punti e una devia- zione standard di 100 punti, calcolata sui paesi OCSE e fissata in PISA 2006 quando Scienze fu dominio principa- le per la prima volta^4. Gli item comuni sia agli strumenti del 2006 sia a quelli del 2015, e che misurano la compe- tenza scientifica in maniera comparabile tra la versione cartacea e computerizzata del test, hanno permesso di collegare i risultati alle scale precedenti.

(^4) Israele, Cile, Estonia e Slovenia parteciparono in PISA 2006 in qualità di paesi partner, in PISA 2009 come paesi OCSE; la Lettonia fa parte dei paesi OCSE dal 2016. Pertanto, per poter confrontare i risultati di tutte le rilevazioni PISA, la media internazionale PISA 2006 è stata calcolata nuovamente includendo questi cinque paesi; si è pas- sati così da un valore di 500 a 498.

2. I RISULTATI IN SCIENZE

In PISA 2015 la literacy scientifica, ambito principale di questa edizione,è definita come “l’abilità di un individuo di confrontarsi con questioni di tipo scientifico e con le idee che riguardano la scienza, come cittadino che riflette”. Una persona competente dal punto di vista scientifico è disposta a impegnarsi in argomentazioni riguardanti la scienza e la tecnologia. Questo richiede la capacità di spiegare i fenomeni, di valutare e progettare una ricerca scientifica, di interpretare dati e prove scientificamente.

L’utilizzo dell'espressione “ literacy scientifica” evidenzia il vero obiettivo di PISA e cioè non rilevare soltanto che cosa gli studenti sanno in riferimento alle scienze ma anche in che modo sono in grado di utilizzare le loro cono- scenze e di applicarle in maniera creativa a situazioni di vita reale.

PISA 2015 introduce un cambiamento nella valutazione della literacy scientifica: il passaggio dalle prove cartacee a quelle computerizzate, che ha permesso di ampliare ciò che il test PISA misura. Ad esempio, l’abilità degli stu- denti di condurre una ricerca scientifica è valutata chiedendo loro di condurre un esperimento (attraverso una si- mulazione) e di interpretarne i risultati. Questo tipo di valutazione è stata condotta attraverso l’uso di 24 item in- terattivi.

L’Italia è uno dei 57 paesi, sui 72 che hanno partecipato a PISA, in cui sono state somministrate prove compute- rizzate; nei restanti 15 paesi/economie sono state utilizzate prove in formato cartaceo. Tuttavia, per tutti i paesi partecipanti sono state impiegate le stesse procedure, sia nello sviluppo del test, sia nello scaling delle risposte degli studenti. I due test (computerizzato e cartaceo), sebbene non equivalenti, sono stati ancorati attraverso item comuni. I risultati degli studenti, pertanto, sono riportati sulla stessa scala di competenza, come nei precedenti cicli PISA, in modo che sia ancora possibile la comparazione fra i paesi e nel tempo.

I RISULTATI ITALIANI IN SCIENZE NEL CONTESTO INTERNAZIONALE

In questo capitolo sono presentati i risultati degli studenti quindicenni nella literacy scientifica, prima collocandoli nel contesto internazionale e poi esaminandoli a livello nazionale, per macro-area geografica e per tipologia di scuola frequentata. Attraverso il confronto delle performance di ragazzi e ragazze sono indagate, inoltre, le diffe- renze di genere.

IL RENDIMENTO MEDIO IN SCIENZE

Un primo modo per analizzare i risultati può essere quello di prendere in considerazione il punteggio medio con- seguito dagli studenti dei paesi partecipanti. Il benchmark (valore di riferimento) utilizzato per confrontare le pre- stazioni dei singoli paesi è la media OCSE, che nel 2015 è di 493 punti, con una deviazione standard di 94 punti.

Ventiquattro paesi ed economie partner conseguono un punteggio medio significativamente superiore alla media OCSE (Figura S1). Il paese con la performance più elevata in assoluto è Singapore (556). Il Giappone (538 punti) consegue un punteggio inferiore a Singapore, ma superiore a quello di tutti gli altri paesi, tranne Estonia (534) e Cina Taipei (532) dai quali non si discosta in modo statisticamente significativo.

Sette i paesi, tutti OCSE, che conseguono un punteggio medio in linea con quello medio internazionale: Stati Uniti, Austria, Francia, Svezia, Repubblica Ceca, Spagna e Lettonia.

L’Italia, con un punteggio medio di 481 si colloca - in maniera statisticamente significativa - al di sotto della media OCSE. La performance degli studenti italiani non si discosta da quella di paesi quali Federazione Russa ((487), Lussemburgo (483), Ungheria (477), Lituania, Croazia e la Città autonoma di Buenos Aires, questi ultimi tutti con un punteggio medio di 475 punti. Complessivamente, sono 39 i paesi con una media significativamente inferiore a quella OCSE, 9 di questi sono paesi OCSE.

Dal momento che le stime fornite sono basate su campioni di studenti, non è possibile indicare l’esatta posizione di un paese all’interno di un ordinamento dei paesi in funzione del punteggio medio conseguito. Tuttavia, è possi- bile operare un confronto parlando di “posizione relativa”, considerando quindi l’intervallo entro cui il punteggio di un paese si colloca. Rispetto a tutti i paesi che hanno preso parte a PISA 2015, l'Italia si colloca tra il 32° e il 36° posto, e tra il 26° e il 28° posto considerando solo i paesi OCSE.

Un altro modo per analizzare le differenze nei risultati degli studenti dei paesi partecipanti all’indagine è quello di confrontare i punteggi medi conseguiti dagli studenti dei paesi in corrispondenza dei diversi percentili della distri- buzione dei risultati sulla scala di scienze (Tabella S.3).

In media i paesi OCSE mostrano un divario di 135 punti tra il punteggio conseguito dagli studenti al 75° percenti- le e quelli al 25°. Il paese con lo scarto minore è la Tunisia (86 punti), mentre il valore più elevato si registra a Malta (167 punti). Per l’Italia la differenza di punteggio tra queste due categorie di studenti è di 132 punti^5.

IL RENDIMENTO DEGLI STUDENTI NEI DIVERSI LIVELLI DI COMPETENZA

Nel 2006, quando per la prima volta le scienze hanno costituito l’ambito principale di rilevazione, sono stati indi- viduati 6 livelli di competenza per la scala di literacy scientifica. Gli stessi livelli sono stati utilizzati per presentare i risultati in scienze di PISA 2012.In PISA2015la literacy scientifica è descritta attraverso una scala di competenza che si articola in sette livelli; nella parte bassa della scala è stato aggiunto il Livello 1b, al fine di poter fornire una descrizione più articolata delle competenze di quegli studenti che nei precedenti rapporti PISA venivano generi- camente indicati come studenti al di sotto del Livello 1.

Una descrizione dei livelli di competenza in scienze e di che cosa gli studenti sono in grado di fare a ciascun livello è riportata nella Figura S.2.

Figura S.2. Descrizione dei livelli di competenza nella scala diliteracy scientifica

Livello

Punteg. limite inferiore

Percentuale di studenti in grado di svolgere i compiti del livello considerato

Competenze necessarie a risolvere i compiti proposti e caratteristiche dei compiti stessi

6

708

OCSE: 1,1%

ITALIA: 0,2%

Al livello 6, gli studenti sono in grado di trarre conclusioni su una varietà di idee scientifiche e concetti interconnessi dei sistemi fisici, viventi, della terra e dello spazio. Sono in grado di utilizzare la conoscenza di contenuto, procedurale, epi- stemica per fornire ipotesi esplicative di nuovi fenomeni scientifici, eventi e pro- cessi o per fare previsioni. Nell’interpretazione di dati e prove sono in grado di di- scriminare tra informazioni rilevanti e non rilevanti e di basarsi su conoscenze esterne al normale curricolo scolastico. Possono distinguere tra argomenti basati sull’evidenza e la teoria scientifica e quelli che sono basati su altri tipi di conside- razioni; sono in grado di confrontare tra loro disegni sperimentali complessi, studi su campo o simulazioni e di giustificare le proprie scelte.

5 633

OCSE: 6,7%

ITALIA: 3,8%

Al livello 5, gli studenti sono in grado di utilizzare idee o concetti scientifici astratti per spiegare fenomeni, eventi e processi sconosciuti e più complessi, che richie- dono molteplici nessi causali. Sanno applicare una conoscenza epistemica più sofisticata per valutare disegni sperimentali alternativi e per giustificare le loro scelte. Sanno utilizzare conoscenze teoriche per interpretare informazioni o fare previsioni, gli studenti del livello 5 sono in grado di valutare-modi di esplorare scientificamente un problema e di identificare le limitazioni nelle interpretazioni di

(^5) In PISA, una differenza di 30 punti sulla scala di Scienze corrisponde approssimativamente a un anno di scuola.

insiemi di dati, comprese le fonti e gli effetti di incertezza nei dati scientifici.

4

559

OCSE: 19,0%

ITALIA: 17,0%

Al livello 4, gli studenti sanno utilizzare una conoscenza di contenuto più com- plessa o più astratta, fornita o ricordata, per costruire spiegazioni di eventi e pro- cessi più complessi o meno familiari. Sono in grado di condurre esperimenti che coinvolgono due o più variabili indipendenti in un contesto vincolato. Sono in gra- do di giustificare un disegno sperimentale, progettato sulla base di elementi di conoscenza procedurale ed epistemica. Sanno interpretare dati tratti da un in- sieme moderatamente complesso o da un contesto meno familiare, trarre conclu- sioni appropriate che vanno oltre i dati e giustificare le proprie scelte.

3

484

OCSE: 27,2%

ITALIA: 28,6%

Al livello 3, gli studenti sanno ricorrere a una conoscenza di contenuto moderata- mente complessa per identificare o costruire una spiegazione di un fenomeno familiare. In situazioni meno familiari o più complesse, sono in grado di costruire spiegazioni prendendo gli elementi essenziali. Attingono a elementi di conoscenza procedurale o epistemica per effettuare un semplice esperimento in un contesto vincolato. Sanno distinguere tra questioni scientifiche e non scientifiche e identifi- care le prove a supporto di una affermazione scientifica.

2

410

OCSE: 24,8%

ITALIA: 27,1%

Al livello 2, gli studenti sanno attingere a conoscenze di contenuto di tutti i giorni e a conoscenze procedurali di base per identificare una spiegazione scientifica ap- propriata, interpretare dati e identificare il problema affrontato in un disegno spe- rimentale semplice. Sanno usare conoscenze scientifiche di base o di tutti I giorni per identificare conclusioni valide da un set di dati semplice. Gli studenti a questo livello mostrano conoscenze epistemiche di base e sono in grado di identificare domande che possono essere indagate scientificamente.

1a

335

OCSE: 15,7%

ITALIA: 17,2%

Al livello 1 bis, gli studenti sono in grado di utilizzare conoscenze di contenuto e procedurali semplici o di tutti I giorni per riconoscere o identificare spiegazioni di fenomeni scientifici semplici. Se aiutati, sono in grado di avviare indagini scientifi- che strutturate con non più di due variabili. Sanno identificare semplici rapporti causali o di correlazione e interpretare grafici e immagini che richiedono un impe- gno cognitivo minimo. A questo livello gli studenti sanno selezionare la migliore spiegazione scientifica a dati forniti in un contesto familiare, personale, locale e globale.

1b 261

OCSE: 4,9%

ITALIA: 5,4%

Al livello 1b, gli studenti sanno utilizzare conoscenze scientifiche di base o di tutti i giorni per riconoscere aspetti di fenomeni familiari o semplici. Sono in grado di identificare modelli semplici nei dati, riconoscere termini scientifici di base e se- guire le istruzioni fornite per effettuare una procedura scientifica.

Fonte: OCSE, Database PISA 2015

La Figura S.3mostra la distribuzione degli studenti a ciascun livello della scala complessiva di Scienze. La percen- tuale di studenti che non raggiunge il Livello 2, ossia quello che è considerato il livello minimo di competenza scientifica, è indicata sul lato sinistro dell'asse verticale.