Scarica Riassunto Metodi e strumenti per l'insegnamento e apprendimento della fisica - Gagliardi, Giordano e più Sintesi del corso in PDF di Fisica solo su Docsity! METODI E STRUMENTI PER L'INSEGNAMENTO E L'APPRENDIMENTO DELLA FISICA Dal primo dopoguerra ai primi anni Sessanta... Secondo il realismo, la scienza rappresenta in modo sempre più fedele la realtà che esiste indipendentemente da noi, mentre secondo l'anti-realismo si deve considerare il fatto che noi abbiamo una particolare forma di organizzazione del mondo nella nostra mente. (Queste due correnti si sviluppano negli anni 80 dell'ottocento). L'immagine moderna della fisica nasce tra la seconda metà del cinquecento e la fine del seicento con la cosiddetta rivoluzione scientifica e si consolida come indagine sistematica dei fenomeni naturali e con un crescente contenuto matematico-formale. La modellizzazione e l'astrazione, che accompagnano l'indagine sperimentale, sono fra i caratteri distintivi di questa forma di conoscenza che viene designata come rivoluzionaria. Nasce così il problema centrale di qualunque costruzione della conoscenza: il rapporto fra teoria ed esperienza, che nel corso del 900 verrà interpretato in modi profondamente diversi dalle varie correnti filosofiche, assegnando una prevalenza ai fatti sulle teorie o ribaltando completamente il ruolo di queste due componenti, indissolubilmente connesse. Se da una parte la rivoluzione scientifica afferma la necessità di analizzare e sperimentare i fatti nel contesto reale, si afferma anche che è necessario fare esperienze sensate, selezionare i fenomeni da studiare e farli avvenire in situazioni controllate. La generalizzazione risulta un altro dei caratteri distintivi del pensiero del 900: è la capacità di dare forma matematica alle regolarità del mondo naturale conosciuto e di prevedere nuovi fenomeni e fatti formulando le teorie scientifiche: strutture robuste e ben organizzate. Nel 900 nasce il comportamentismo in psicologia. Secondo tale corrente l'unica forma autentica di conoscenza è quella che deriva dall'esperienza, il controllo empirico dei fatti è l'unica forma per dare validità a una teoria scientifica, la concezione scientifica del mondo è contraddistinta dall'applicazione di un preciso metodo, quello dell'analisi logica. In sintesi, il modello empirista sottolinea come una teoria scientifica per essere tale debba avere: un apparato logico-linguistico (Caratterizzato da assiomi e postulati che sono gli assunti fondamentali della teoria), un insieme di regole di corrispondenza, per assegnare un contenuto empirico all'apparato logico-linguistico e per far corrispondere alle parole e alle preposizioni fatti e oggetti, per cui si possa dire che la teoria descrive fatti sperimentati nell'esperienza. Deve essere inoltre un'interpretazione, per cui si selezionano oggetti e fenomeni reali a cui si può applicare la struttura logico- linguistica costruita con l'aggiunta delle regole di corrispondenza. In una legge fisica è importante che si sia definito il significato di ciascun termine che compare nella frase o simbolo che compare nella formula, che a ogni parola si possa far corrispondere un ente, che si trovi un insieme di oggetti e fenomeni del mondo naturale che si possano considerare valide approssimazioni degli enti astratti. Il processo di base della teoria scientifica, dunque, è partire dall'esperienza, formulare una teoria in termini di enti astratti derivati dall'esperienza e tornare all'esperienza per confrontare i risultati con fenomeni reali. Nella seconda metà del secolo, si diffonde il cognitivismo, che sposta l'attenzione dal comportamento degli individui ai loro processi mentali e che darà vita al costruttivismo. Sotto il nome di comportamentismo, invece, vengono raggruppate ricerche che si sono sviluppate nella seconda metà del 900, nel tentativo di formulare una teoria della conoscenza e del suo sviluppo per apprendimento che usasse metodologie vicine a quelle fisiche. Il comportamentismo sostiene che solo quello che è osservabile deve essere oggetto di studio e i vari comportamentisti condividono l'idea che studiare come la conoscenza nel mondo si sviluppi negli animali deve essere fatto limitandosi al comportamento manifesto, osservando le risposte a seguito di stimoli appositamente selezionati e somministrati. I comportamentisti condividono alcuni assiomi di fondo: la conoscenza consiste nelle idee che ci formiamo a partire da sensazioni e che permangono quando la sensazione svanisce, le idee non hanno valore in sé, non contengono niente di più di quello che cogliamo con i sensi, la conoscenza avanza per unione di idee in base ai principi di: somiglianza, continuità spaziale e temporale, contrasto. Si può riconoscere un'impostazione implicitamente comportamentista in quello che è il modo di insegnare prevalentemente fino agli anni sessanta, rispecchiato nei libri di testo che propongono un'organizzazione sequenziale, sommativa, cumulativa, a partire da operazioni elementari e contenuti semplici. A volte, in particolare nella società anglosassone, in laboratorio si fanno eseguire esperimenti seguendo schemi organizzati di operazioni pratiche per verificare leggi già presentate. Agli studenti viene chiesto di studiare memorizzando definizioni e formule usandole per la soluzione dei problemi proposti a fine capitolo. Molte delle caratteristiche di questo tipo di insegnamento sembrano derivare da un modello di apprendimento di tipo comportamentista, che suddivide il contenuto complesso in elementi più semplici, li mette in sequenze che attivino i principi associativi, propone stimoli ripetuti, considera solo le risposte osservabili, conferma e premia comportamenti corretti, penalizza risposte ritenute scorretto. Gli anni sessanta-settanta In questi anni si propone l'idea che qualunque osservazione non è separabile dalla teoria, anzi è prodotto della teoria. Ricordiamo ad esempio il pensiero di Kuhn, che attacca frontalmente l'empirismo per il fatto che secondo esso una teoria scientifica evolve e si sviluppa per effetto di nuove scoperte sperimentali. Kuhn non aderisce all'idea di scienza come postulazione concettuale sviluppata per via induttiva, ma propone una nuova immagine che connota attraverso la parola paradigma. La comunità di ricercatori in fisica di una determinata epoca condivide: metodi di indagine e di comunicazione dei risultati, tecniche sperimentali e strumenti di formalizzazione e teorie. Questo insieme di teorie e pratiche che costituisce una determinata epoca è il paradigma. Il lavoro quotidiano degli scienziati avviene generalmente all'interno di un quadro concettuale di cui non si mettono in discussione proposizioni. Solo in quest'ultimo stadio, secondo Piaget, l'individuo può usare il pensiero ipotetico-deduttivo, caratteristico della conoscenza scientifica. Se ad esempio un bambino (6 o 7 anni-stadio sensomotorio) ancora piccolo è capace solo di confrontare a due a due delle asticelle e di definire la più lunga, un bambino fra i 7 e gli 11 anni( Stadio operatorio concreto) riesce a ordinarle per lunghezza crescente poiché domina su un piano concreto operazioni di transitività o reversibilità. Si dovrà arrivare allo stadio operatorio formale perchè sia possibile applicare relazioni di proporzionalità diretta o inversa, che richiedono di prendere in considerazione la relazione generale fra coppie di valori di due grandezze in corrispondenza di qualsivoglia stato di un sistema del quale due grandezze costituiscano elementi descrittivi dipendenti. Nel corso dello sviluppo, il soggetto passa da uno stadio all'altro quando si trova a dover affrontare situazioni che non può risolvere facendo uso delle operazioni mentali dello stadio in cui è in quel momento. Ciò determina uno squilibrio nella relazione fra soggetto e ambiente e induce un cambiamento delle strutture mentali, che Piaget definisce accomodamento, finalizzato a ripristinare l'equilibrio. Piaget usa per le sue ricerche l'intervista clinica in cui il soggetto viene posto di fronte a una situazione sperimentale sulla quale può agire e gli vengono fatte domande che hanno lo scopo di fargli esplicitare la struttura di ragionamento che lo guida nell'interpretazione della situazione. Vigotsky: Vigotsky è sovietico, di formazione giuridico letteraria. Assume che lo schema stimolo risposta legato al comportamentismo debba essere modificato per gli esseri umani attraverso l'introduzione di un terzo elemento, chiamato stimolo-mezzo, che funge da mediatore fra i due termini determinando per l'essere umano possibilità di comportamento non accessibili agli animali. Gli stimoli mezzi non si limitano a azioni o oggetti, ma vengono costruiti come segni nei diversi contesti socio-culturali nel corso dello sviluppo storico e vengono interiorizzati nel corso dello sviluppo individuale. Lo sviluppo cognitivo è dipendente quindi dai processi di apprendimento condizionati dall'interazione sociale. Inizialmente, il linguaggio è usato dal bambino come strumento di comunicazione con gli altri (Funzione interpsichica), poi diventa utile al dialogo con se stesso (Funzione intrapsichica cioè di strumento rappresentativo degli oggetti e delle azioni su di essi). In questo modo si apre la via alla possibilità dell'astrazione come pensiero immaginativo indipendente dalla presenza concreta di oggetti o dalla messa in atto concreta di azione su essi. Per definire le funzioni mentali che un determinato soggetto è in grado di usare egli usa test di complessità crescente, ma ritiene che una diagnosi di questo tipo non sia ciò che caratterizza davvero lo stato di sviluppo di un individuo. Pone il soggetto di fronte a un problema (Situazione di problem solving) che non è in grado di risolvere e studia il modo in cui si comporta se gni viene affiancato un esperto che gli spiega le procedure necessarie per affrontare le difficoltà per poi lasciarlo proseguire da solo fino alla soluzione. Vigotsky chiama zona di sviluppo prossimale l'insieme delle funzioni che possono essere portate in questo modo a maturazione. Dunque, egli sostiene che ogni insegnante deve impostare la propria didattica in modo da far lavorare ogni allievo nella zona di sviluppo prossimale che lo contraddistingue, così da aiutarlo ad attuare al massimo le proprie potenzialità. Kelly: Kelly, statunitense, laureato in matematica e fisica, si basa sull'ipotesi filosofica dell'alternativismo costruttivi, secondo la quale tutte le interpretazioni dell'universo sono suscettibili a essere riviste o rimpiazzate e viene negata la possibilità all'essere umano di conoscere la realtà in quanto tale. Secondo la sua teoria ogni persona costruisce la realtà via via che vi interagisce e nel contempo costruisce gli strumenti cognitivi di cui servirsi tanto per conoscerla quanto per agire su essa. Questi strumenti sono i costrutti personali, organizzati in strutture gerarchiche a livelli. I costrutti sono elementi personali del pensiero a carattere bipolare che si riproducono in seguito alla presa d'atto di regolarità presenti negli eventi. Le aspettative create in coerenza con i propri costrutti possono essere convalidate o contraddette dagli eventi. Nel primo caso contribuiscono a una stabilizzazione del sistema, nel secondo caso possono portare a una sua riorganizzazione complessiva per cambiamento o espansione, così che il sistema dei costrutti di una persona muta continuamente. Quando il fallimento delle aspettative è legato all'inadeguatezza di costrutti di livello alto, la ristrutturazione diventa più difficile e non è attuabile senza l'intervento di un esperto che aiuti la persona a prendere consapevolezza dei costrutti inadeguati e la aiuta a sostituirli con altri più adeguati. Arsubel: egli parla di apprendimento significativo, che si attua nella forma di riorganizzazioni successive delle strutture cognitive attraverso dei processi di assimilazione e accomodamento. Egli a differenza di Piaget ritiene che non sia necessariamente l'azione di un soggetto a provocare l'apprendimento, ma anche la trasmissione di informazioni da parte di un esperto. Entrambi i canali possono dar luogo ad apprendimenti mnemonici o significativi. Si ha apprendimento significativo quando le conoscenze apprese non vengono semplicemente giustapposte a quelle precedenti senza interagire con la struttura cognitiva ma quando vengono integrate a essa potenziandone la forza organizzativa. Affinchè ciò avvenga il materiale scolastico deve essere studiato attentamente, per consentire a ogni studente di costruire un'interpretazione personale del contenuto collegandolo a immagini, simboli e concetti e il significato logico deve trasformarsi in significato psicologico per chi apprende. Per facilitare l'apprendimento significativo si devono usare dei materiali introduttivi che Arsubel chiama organizzatori anticipati. Tali organizzatori forniscono una pertinente impalcatura concettuale e possono essere di due tipi: organizzatori di confronto (devono anticipare in modo esplicito somiglianze e differenze dei concetti nuovi rispetto ai concetti vecchi e consentono la costruzione di un quadro di insieme) e gli organizzatori espositivi, che sono propedeutici all'introduzione di materiale nuovo e sono finalizzati a provvedere nuove categorie di pensiero rilevanti per la comprensione del materiale che dovrà essere appreso. In generale devono valere i seguenti principi: prima vengono presentate le idee più generali e poi quelle più specifiche, si deve curare l'integrazione di materiali nuovi attraverso i nuovi concetti e i precedenti e si deve porre molta cura nel definire meglio l'organizzazione sequenziale dei materiali da apprendere, indicandone la logica interna dettata dall'organizzazione formale della disciplina. Bruner: egli elabora la teoria che prevede uno sviluppo cognitivo mosso da scopi e interazioni che governano il comportamento di una persona sin dalla più tenera età. L'attività cognitiva è considerata come un'attività volta alla risoluzione di problemi definiti che implica una scelta opportuna sia degli elementi di informazione da prendere in considerazione sia il modo di usarli. Lo sviluppo si attua con continuità, attraverso la generazione di tre forme di codifica: rappresentazioni esecutive, cioè dell'esecuzione di azioni dirette, iconiche, cioè immagini mentali visive o tattili e simboliche, cioè attraverso sistemi di simboli convenzionali, primo fra tutti il linguaggio. Lo sviluppo cognitivo si produce attraverso l'interazione di abilità umane biologicamente determinate e le tecniche sviluppate nel corso dell'evoluzione della cultura. Il linguaggio è il primo mezzo che consente al pensiero di potersi staccare dall'immediatezza dell'esperienza concreta, cui sono legate le rappresentazioni esecutive e iconiche e in questo percorso l'individuo ha bisogno di figure esperte che di fronte a problemi condividano con lui l'esperienza di apprendimento fornendogli dei contesti che svolgano un'azione di sostegno per poter costruire la corretta metodologia e arrivare all'autosufficienza. Nella sua teoria egli propone un curricolo a spirale, che prevede di riprendere nel corso dell'iter scolastico gli argomenti in forma sempre più astratta ricorrendo ai tre tipi di rappresentazione, così da seguire e indirizzare lo sviluppo cognitivo dell'allievo. Bruner parla anche di pensiero narrativo, al quale assegna un ruolo di primo piano nel raggiungimento della consapevolezza dei propri processi di pensiero. Gli inizi della ricerca in fisica e didattica della fisica Le ricerche degli anni settanta e ottanta non hanno tutte finalità direttamente didattiche ma sono indirizzate a costruire modelli per descrivere il comportamento degli studenti in relazione all'apprendimento della fisica. Sono mirate a capire le idee degli studenti relativamente ai fenomeni naturali, quali le differenze fra interpretazioni e descrizioni e quali le ragioni di tali differenze, al fine di poter definire per l'insegnamento scientifico linee di intervento innovative. In genere, le teorie di questi anni sono in antitesi con le teorie comportamentiste e condividono i seguenti punti cardine: - la possibilità di fare inferenze fondate scientificamente su aspetti interni del funzionamento cognitivo di un individuo, - la possibilità di riconoscere qualcosa di comune nelle abilità e nelle forme di pensiero dei vari individui, - la possibilità di individuare aspetti legati alla comparsa dei modi di pensare relativi ai naturale, scienza come processo di ragionamento logico sull'evidenza, scienza come processo di cambiamento di teorie, scienza come pratica e partecipazione a reti di ricercatori e di istituzioni. In seguito, vengono sintetizzati i risultati più interessanti della ricerca neurologica per ricercatori di didattica della matematica e fisica e per insegnanti dei diversi livelli scolastici; viene sintetizzata la ricerca sui bambini di età pre-scolare che costituiscono il fattore di maggior rilievo che si impone negli ultimi anni nell'ambito della psicologia cognitiva. Già alcuni studi sulle misconcezioni avevano evidenziato come anche i bambini piccoli abbiano idee ben stabilite sul mondo naturale. Il progetto di ricerca, in coerenza con queste premesse, sviluppa con continuità un'analisi dei risultati di ricerca sulle tre componenti essenziali del pensiero relativamente all'ambito di educazione scientifica: idee, forme di ragionamento, consapevolezze e abilità metacognitive dalla prima infanzia all'adolescenza. Vengono considerati nella ricerca quattro ambiti: fisica ingenua (caratteristiche di tipo meccanico degli oggetti), psicologia ingenua (sui modi di relazionarsi con gli altri), biologia ingenua (sulle caratteristiche degli esseri viventi), sulle sostanze e le loro trasformazioni. Al termine del primo anno di vita, un bambino avrebbe già molte aspettative coerenti con molti dei comportamenti che caratterizzano un oggetto con confini definiti: ad esempio, si aspetta che aumentando le dimensioni di un oggetto il suo moto generi conseguenze più eclatanti, ad esempio per un urto contro un altro oggetto inizia a riconoscere i legami causa effetto in situazioni ripetute nelle quali un evento a precede un evento b purchè possa inferire con qualche meccanismo che funga da collegamento. Per quanto riguarda i bambini più grandi capaci di parlare, impiegano il ragionamento causale in modo flessibile, sanno inferire co-variazioni nel tempo, cause nascoste che considerano agire in modo sistematico. Viene evidenziato come alcune misconcezioni dei bambini, ad esempio sul concetto di forza o traiettoria, si ritrovino d'altra parte anche negli adulti. In psicologia ingenua, viene evidenziata la capacità di distinguere diverse categorie, una di oggetti inanimati e l'altra di entità a cui possono essere attribuite motivazioni attendendosi che abbiano comportamenti diversi. Per esempio, già a cinque mesi di età se su uno schermo compare un'asticella che si allunga fino a toccare un orsacchiotto posto sulla sinistra dello schermo, i bambini si aspettano che l'asticella torni sempre ad allungarsi verso la sinistra dello schermo anche se non vi appare più l'orsacchiotto, mentre se quella che si allunga è una mano si attendono che questa torni comunque a dirigersi verso l'orsacchiotto, anche se questo non si trova più alla sinistra dello schermo. Già in età preverbale sembrerebbe che i bambini riescano a usare livelli diversi di analisi rispettivamente riguardo a ciò di cui le cose sono fatte e alle proprietà degli oggetti, per esempio considerando per il cibo essenzialmente gli ingredienti e per i giocattoli la forma. Poco dopo aver appreso a parlare usano parole come un po' di per riferirsi a una quantità di qualche sostanza e parole come un per riferirsi agli oggetti. Prima di andare a scuola sanno usare parole che indicano diversi tipi di oggetti in qualche modo delimitati, come laghi o fiumi sia parole che indicano nomi di materiali sia parole che indicano proprietà percepibili. Già a 3 o 4 anni i bambini iniziano a distinguere fra proprietà che dipendono dalla sostanza e non dall'estensione e proprietà che dipendono dall'estensione. Inoltre, in età pre scolare i bambini svilippano una teoria iniziale della mente in cui è centrale il passaggio dal considerare la conoscenza come una copia della realtà al considerare che abbia un carattere rappresentazionale, infatti a tre anni usano parole che pensare o conoscere che indicano una distinzione fra stati mentali diversi e un confronto fra sé e gli altri che porta a essere consapevoli del fatto che la loro comprensione può essere incompleta o sbagliata. Fra i tre e i quattro anni acquistano la capacità di confrontare la credibilità di racconti e di persone e fra i 4 e 6 anni si sviluppa la capacità di distinguere fra le proprie convinzioni e l'evidenza empirica, per esempio riescono a sei anni quasi sempre a distinguere in situazioni sperimentali fra le domande “Come lo sai?” e “Perchè è così?” mentre i bambini fra i 4 e 6 anni fanno molti errori rispetto a queste due frasi. Concludendo, i bambini in età pre-scolare costruiscono un vasto insieme di proprietà relazionali e causali del mondo che li circonda a partire da regolarità che sanno riferire a domini separati che possono essere fatti risalire ai fenomeni meccanici. Sono in grado di impegnarsi in forme di ragionamento che possono costruire la base per i processi scientifici, come la modellizzazione e la progettazione di esperimenti, anche se i contesti in cui sanno usare le diverse forme di ragionamento sono limitate dalla loro conoscenza concettuale delle situazioni considerate, dal tipo di compito loro richiesto e dalle loro capacità metacognitive. Alle consapevolezze e ai punti di attenzione che si impongono all'inizio degli anni Novanta in conseguenza delle ricerche sulle rappresentazioni mentali degli studenti, si aggiungono non solo i risultati cui portano ulteriori ricerche in didattica della fisica ma anche i risultati delle nuove ricerche di psicologia. Il quadro complessivo che si viene a creare porta conseguenze più o meno accentuate del ripensamento dei criteri guida dei curriculi scolastici per quanto riguarda l'insegnamento scientifico in diversi paesi. Per quanto riguarda l'Europa negli ultimi otto anni si sono avute riforme dei curriculi di scienze in più della metà dei paesi con integrazione di attività pratiche e che rendano i bambini attivi. La visione della fisica per l'insegnamento I progetti curricolari degli anni sessanta avevano proposto un'analisi dei contenuti e una loro organizzazione per l'insegnamento fatta prevalentemente da un punto di vista disciplinare. L'imporsi con forza delle necessità di mettere al centro di un insegnamento efficace lo studente e dell'insegnare fisica non solo come un corpus di conoscenze ma come un processo di costruzione della conoscenza ha introdotto negli ultimi decenni la necessità di revisione dei contenuti della fisica finalizzata specificamente al suo insegnamento. La trasformazione dei contenuti per l'insegnamento è indicata con diversi termini a seconda della tradizione di ricerca da cui nasce e a seconda degli scopi che ci si propone. Nella tradizione francese a partire da Chevallard i parla di trasposizione didattica, cioè di modifica dei saperi nel passaggio da insegnante a allievo. Il ripensamento dei contenuti è diventato essenziale nel momento in cui si è adottata una prospettiva longitudinale dell'insegnamento scientifico che parte dai primi livelli scolari e prosegue con continuità e coerenza nei livelli successivi. In particolare sin dall'inizio va impostato un modo di fare scienza che costituisca un'immagine non dogmatica, ma basata sull'evidenza sperimentale. Le ricerche hanno inoltre messo in luce che non esiste un'età al di sotto della quale non abbia senso guidare gli allievi nella costruzione di un modo fisico di guardare i fenomeni naturali e tanto meno esiste un'età oltre la quale il processo di apprendimento non porti con sé un approfondimento della comprensione della descrizione che la fisica dà del mondo in cui viviamo. Nelle ricerche degli anni 60 vengono riassunti gli obiettivi che gli allievi dovrebbero acquisire nel corso di tutto lo sviluppo longitudinale dell'insegnamento scientifico: conoscere e interpretare le spiegazioni scientifiche del mondo naturale, generale e valutare evidenze e spiegazioni scientifiche, comprendere la natura e lo sviluppo della conoscenza scientifica. Emergono poi da tali ricerche le pratiche di base per insegnare la fisica: porre domande e definire problemi, sviluppare e usare modelli, pianificare ricerche, interpretare dati, usare strumenti matematici, ottenere e comunicare informazioni. Spiegare e capire in modo risonante Si intende per risonanza un processo di interazione fra sistemi in cui alcune delle loro caratteristiche si modificano nell'interazione finchè l'interazione stessa raggiunge un massimo di intensità in corrispondenza di un massimo di corrispondenza strutturale fra i due sistemi. Ciò si verifica ad esempio quando si spinge un'altalena, infatti solo spingendo allo stesso ritmo si ottiene che l'ampiezza cresca molto. Si intende invece per interferenza un processo di interazione fra sistemi in cui vi sono modalità di interazione più semplici ma che definiscono un'interazione complessiva distorta rispetto alla loro semplice sovrapposizione. In particolare si può ottenere interferenza quando interferiscono nello spazio più onde; si parla di interferenza costruttiva quando l'effetto è maggiore rispetto a quello delle singole componenti che si sovrappongono, distruttiva in caso contrario. Un umano è un organismo vivente, ma naturalmente sociale e naturalmente culturale. Cultura è uno degli innumerevoli modi di essere che natura ha attivato e reciprocamente integrato nella storia degli esseri viventi. Galileo afferma che lo sviluppo storico della cultura è un fatto altrettanto naturale quanto l'organizzazione fisica e biologica del mondo: consistente in modo essenziale nella progressiva padronanza umana di discorsi attraverso cui capire aspetti dinamici non immediatamente evidenti della stessa cultura. Sembra evidente che Galileo si riferisca al modo in cui sono strutturati i fatti naturali sia al modo in cui i discorsi umani sono 4) L'occhio come ricevitore di segnali luminosi. Progettazione di ambienti artificiali (Es: scatola completamente nera fornita di un foro attraverso cui guardare). Interazione luce materia, diffusione, riflessione, assorbimento. Osservazioni sistematiche in ambiente oscurato. Osservazioni in condizioni di illuminazioni diverse. Obiettivi: sapere che possiamo vedere oggetto solo se può arrivare ai nostri occhi una parte di luce da esso emessa, sapere che nel passaggio da un mezzo all'altro la luce incidente in parte viene rimandata nel mezzo di provenienza, in parte penetra nel secondo mezzo. (primaria e inizio secondaria inferiore). 5) Relazione qualitativa fra intensità luminosa e distanza dalla sorgente nella propagazione di un fascio di luce. Obiettivi: riconoscere relazione qualitativa intensità distanza. Costruire un modello di conservazione della luce nella sua propagazione attraverso l'aria. (secondaria inferiore e biennio della scuola secondaria superiore). 6) Modello di Keplero per la visione: ricostruzione della propagazione di fascetti di luce provenienti dalla superficie degli oggetti all'interno dell'occhio, formalizzazione geometrica di casi sufficientemente semplici di formazione delle ombre, ricavare relazioni fra forma oggetto e ombre, esperienze di diffusione riflessione e rifrazioni attraverso filmati e animazioni. Obiettivi: usare modello a raggi per prevedere le leggi luminose.(Secondaria inferiore) 7) Proprietà delle immagini riflesse come conseguenza delle leggi della riflessione e del modello di Keplero. Osservazioni sistematiche di immagini di oggetti in moto riflesse da superfici piane, curve, concave e convesse, osservazioni sistematiche di immagini di oggetti attraverso spessori diversi delimitati da pareti piane e curve, cambiando punto di osservazione. Obiettivi: distinguere e correlare il comportamento dei raggi e del fascio di luce e superfici ruvide o corpi diafani e traslucidi. (Secondaria inferiore). Movimento Tutti i molteplici movimenti di oggetti e persone. Nel caso di moto transitorio tutti i punti fanno lo stesso tipo di movimento, nel caso di moto rotatorio bisogna considerare la traiettoria di ciascun punto relativamente all'asse appartenente al corpo. Per parlare di movimento bisogna specificare un osservatore e un sistema di riferimento. La quiete è un caso particolare di moto rettilineo a velocità costante, nulla nel sistema di riferimento in cui il corpo si vede fermo. Nella cinematica si separa la descrizione di come un corpo si muove dal perchè, dallo studio delle cause e delle relazioni fra cause ed effetto. Esempi di attività sul movimento 1) avvio all'intreccio tra aspetti cinematici e dinamici, le dimensioni dello spazio (micro, macro, mega). Esplorazione di situazioni di movimento e quiete, muoversi in modi diversi, stare fermi in diverse posizioni. Obiettivi: attenzione alle sensazioni interne, di quiete e movimento, riconoscere punti di riferimento e direzioni riferiti a se stessi (destra, sinistra). (Scuola infanzia e biennio primaria). 2) Muovere oggetti e materiali, osservare i movimenti di uomini, costruire congegni che si muovano, invenzioni di modi per registrare tempo che passa (esempio: clessidre). Obiettivi: distinguere la forma del gesto che fa muovere un oggetto e forma del movimento e correlare le loro caratteristiche. (Scuola infanzia e primo biennio primaria). 3) Avvio allo studio in termini di variabili spazio-temporali e loro relazioni, attraverso lo studio di movimenti propri e di movimenti di oggetti. Avvio al riconoscimento del moto traslatorio e rotatorio e del concetto di traiettoria. Confrontare situazioni di moto diverse. Obiettivi: passare da tracce discontinue alla traiettoria continua e viceversa, saper vedere una traiettoria continua come successioni istantanee, riconoscere la differenza fra moti traslatori e rotatori. (Primaria) 4) far scivolare oggetti su diversi superfici con diverse inclinazioni, usare sagome di cartoncino con diversi fori nei quali inserire matite che lasciano una traccia mentre la sagoma viene fatta muovere in vario modo su un foglio. Obiettivi: confrontare in velocità situazioni di moto vario. Esempi di sperimentazioni in classe: viene presentato il percorso di una classe di scuola secondaria inferiore in due anni di sperimentazione. Si evidenzia la gestione attenta a: costruire continuità fra proposte didattiche, passare da una trattazione qualitativa da situazioni più complesse a situazioni più semplici e tornare a guardare le situazioni complesse usando nuovi strumenti, usare strumenti diversi di formalizzazione. Il percorso prende avvio da una discussione sui verbi che si usano quando si parla di movimento e da un lungo elenco iniziale si arriva a esplicitare quelli essenziali. Con una discussione i ragazzi li classificano in tre gruppi: mettere in movimento, muovere, essere mossi. Segue la richiesta di descrivere con disegni il moto di un pallone, quindi si condividono disegni. L'insegnante analizza i disegni e fa emergere che: ci sono movimenti di diverso tipo e i disegni sono schematizzazioni che rappresentano il movimento complessivo e quello di alcune parti specifiche della palla. Vengono osservati a coppie i disegni e vengono descritti nel modo più preciso possibile. Da una parte, in seguito ci si concentra sulla forma del movimento e per fare ciò si passa dalla palla allo studio del movimento di un disco immaginato come sezione della palla. D'altra parte si ragiona sull'intensità del movimento introducendo un sensore di movimento collegato a un computer che produce grafici in funzione del tempo e cercano di analizzare questi ultimi. I ragazzi sono poi invitati a fare un progetto di movimento a parole con un grafico con disegni e realizzarlo davanti al sensore per vedere se corrisponde a quello previsto. Valutare le competenze scientifiche: gli ultimi 50 anni hanno apportato cambiamenti nella valutazione. Negli anni settanta emergono le prime indagini sui risultati dell'apprendimento delle scienze (TIMSS, PISA, OCSE) e da questo momento emerge un apprendimento focalizzato non sulle conoscenze ma sulle competenze. Obiettivo della scuola è l'acquisizione di competenze che saranno utili per tutta la vita. La valutazione è un percorso bidirezionale, in quanto anche gli studenti valutano; inoltre, gli stili di studio degli studenti si adeguano alle richieste e alle modalità di valutazione del docente. La valutazione può essere un accertamento dell'acquisizione di competenze, una verifica di un'ipotesi o una valorizzazione dello studente. È importante scegliere come valutare. Vi sono vari paradigmi di valutazione: 1) Empirico analitico, in cui l'insegnante è un esperto e l'insegnamento è largamente trasmissivo, la valutazione è un processo di misura limitato a elementi chiari e indipendenti dal contesto. 2) Il paradigma ermeneutico interpretativo sostiene che la costruzione delle conoscenze è un processo soggettivo, vi è un rifiuto della valutazione come giudizio definitivo e quindi della valutazione sommativo. Si rafforza la valutazione formativa. 3)il paradigma sociocritico supera le posizioni estreme dei paradigmi precedenti attraverso un approfondimento delle assunzioni implicite delle pratiche di valutazione e sostiene l'importanza della discussione e dell'esplorazione, del lavoro di astrazione che permetta di allenare le competenze di ragionamento logico e di sottolineare i limiti del pensiero scientifico. La valutazione è complessa e usa strumenti sia qualitativi che quantitativi. Quello che si valuta a scuola non è la competenza ma un indicatore della competenza stessa. La competenza comprende conoscenza dichiarativa, cioè la regola, conoscenza procedurale, cioè il come svolgere un compito e la conoscenza condizionale, cioè i limiti dell'applicabilità delle procedure. Il programma DeSeCo definisce la competenza come la capacità di svolgere un compito in risposta a esigenze individuali e sociali e comporta dimensioni cognitive, abilità, motivazione, si sviluppa in tutti i contesti, formali e informali e il suo sviluppo dipende da un ambiente istituzionale e sociale favorevole. L'OCSE e DeSeCo individuano le otto competenze chiave fondamentali divise in tre gruppi: servirsi in maniera interattiva di strumenti, interagire in gruppi eterogenei e agire in modo autonomo e sono: comunicazione in madre lingua, in lingue straniere, competenza matematica e tecnologica, competenza digitale, imparare a imparare, competenze sociali, spirito di iniziativa, consapevolezza ed espressione culturale. L'indagine TIMSS si rivolge a studenti di quarta elementare e terza media e analizza contenuti appresi e processi cognitivi in ambito scientifico. Al centro invece dell'indagine PISA c'è il concetto di literacy, cioè alfabetizzazione di competenze indispensabili per la cittadinanza attiva. La literacy scientifica è ad esempio l'abilità di coinvolgersi come cittadino riflessivo su argomenti scientifici. In PISA le conoscenze sono classificate come conoscenze dei contenuti, conoscenze procedurali e conoscenze epistemiche (Logica che sottostà all'indagine scientifica). Il quadro di riferimento su cui si formulano gli ITEM PISA è costituito da: contesto della domanda, cioè il riconoscimento delle situazioni di vita reale legate a essa,