Giuseppe Valitutti Università di Urbino ‘’Carlo Bo’’ Pazienza, Prudenza, Perseveranza, Le investigazioni, i problem – solving e le connessioni fra concetti e abilità Giuseppe Valitutti Università di Urbino ‘’Carlo Bo’’

La scienza è costruita a partire da una serie di fatti, come una casa da una serie di pietre. Ma una collezione di fatti non è scienza, come un mucchio di pietre non è una casa. Lo scopo principale dell’insegnamento è quello di creare spazi di riflessione in classe e abituare gli allievi a collegare il lavoro scolastico con la vita esterna all’aula Creare le connessioni fra quanto si conosce e le indagini o investigazioni in atto Come gli studenti vedono le investigazioni

CHE COS’È L’INVESTIGAZIONE ? 1. Un progetto educativo scientifico, centrato sulle investigazioni e sui problem- solving, può garantire il successo del PON Scienze ? Gli insegnanti di scienze sanno che le investigazioni sono importanti, ma gran parte di essi non hanno adeguate competenze per avviare un insegnamento basato sulle indagini e sui problem-solving sperimentali.

CHE COS’È L’INVESTIGAZIONE ? 2. L’istruzione basata sulle indagini o investigazioni pone l’allievo al centro del processo di apprendimento. L’apprendimento si costruisce lentamente, a partire da domande, dalla raccolta e dall’analisi dei dati e richiede l’uso ripetuto del pensiero critico. ‘’Gli studenti di tutti i livelli scolastici, dalla scuola dell’infanzia all’università e in tutte le discipline scientifiche, dovrebbero avere l’opportunità di usare l’indagine scientifica per sviluppare le abilità di pensiero e le strategie più adatte per investigare, come le abilità di porre domande, di progettare e realizzare indagini, di usare strumenti e metodi per raccogliere dati, di analizzare criticamente le spiegazioni, a partire dalle evidenze, di costruire spiegazioni alternative, di comunicare i risultati dell’investigazione scientifica’’.

CHE COS’È L’INVESTIGAZIONE ? "Investigare è una modalità, per arrivare all’apprendimento, la quale comporta un processo di esplorazione del mondo naturale o materiale e si realizza mediante la proposizione di domande e la ricerca di risposte per la nuova comprensione." (http://www.exploratorium.edu/IFI/resources/inquirydesc.html L’educazione mediante investigazioni o indagini è quella che crea le opportunità per gli studenti di essere impegnati in un apprendimento attivo, centrato sulle domande e sulla curiosità. http://www.inquiry.uiuc.edu/whatsnew/workshop.php Le investigazioni si riferiscono alle attività degli allievi, durante le quali essi sviluppano la conoscenza e la comprensione delle idee scientifiche, nonché la comprensione di come gli scienziati studiano il mondo naturale. National Science Education Standards, p. 23.

L’investigazione è un processo attivo in cui lo studente cerca una risposta alle domande, attraverso la raccolta e l’analisi attenta dei dati sperimentali. Griglia di Dudley Herron sulla natura delle esercitazioni – investigazioni Tipo di esercitazione e/o investigazione Il problema o la domanda sono del docente La procedura è del docente La soluzione è nota Coinvolgimento del docente Dimostrazione in classe Si Vario Esercitazione strutturata No Alto Esercitazione guidata Moderato Investigazione in collaborazione Si/No Minimo Investigazione aperta

Aula di scienze Aula – laboratorio per facilitare la didattica laboratoriale basata sulle investigazioni.

Strategie per apprendere Domandare Elaborare Investigare Fare le connessioni fra i concetti implicati Discutere Spiegare

Come si costruisce la comprensione – competenza Fare le connessioni fra i concetti implicati Domandare Investigare Spiegare Discutere Elaborare Come si costruisce la comprensione – competenza

Una investigazione scientifica, condotta da uno studente oppure da uno scienziato, inizia da una domanda oppure dall’osservazione di qualcosa di interessante o anomalo. Come è stato gonfiato il palloncino dentro la beuta ? Dalla domanda prendono forma le riflessioni sul fenomeno e gli allievi discutono per trovare le ipotesi da investigare. Ecco alcune ipotesi da discutere: Si introduce il palloncino nel recipiente e si gonfia ? Il recipiente contiene uno strato di liquido sul fondo, perché?

Le osservazioni, la raccolta dei dati e le analisi dei fatti investigati forniscono il contesto per sviluppare le definizioni operative, i concetti scientifici, le abilità e la comprensione di tutto il processo investigativo, che potrà essere arricchito, ma solo dopo, dai nomi appropriati ossia dal ‘’vocabolario’’. Appena gli allievi iniziano a costruire e a comprendere le spiegazioni delle loro osservazioni e vogliono sapere i nomi corretti di procedure e apparecchiature, allora si può intervenire e le definizioni, associate con gli eventi, diventano utili e significative. Insomma, le parole sono la prova provata dell’avvenuta comprensione del fenomeno. Perciò le definizioni, che nascono dalla diretta esperienza, comportano la comprensione significativa piuttosto che la memorizzazione di vuote parole

CHE COS’È L’INVESTIGAZIONE ? È più complessa di una esercitazione Va la di là dell’esperienza manuale È la modalità di lavoro degli scienziati Dipende dal contenuto Non è adeguatamente definita soltanto da 4 o 5 passaggi Comprende un ampio repertorio di attività

Il caso dei tre alberi Uno dei tre alberi del giardino della scuola ha perso quasi tutte le foglie e la classe decide di studiare il caso. I bambini discutono e formulano le seguenti ipotesi sullo stato fisico dei tre alberi del giardino: 1. La perdita delle foglie ha a che fare con la luce del sole. 2. La causa della perdita deve essere la troppa acqua. 3. La perdita delle foglie è dovuta all’acqua insufficiente. 4. Gli alberi sono diversi. 5. Alcuni alberi perdono le foglie prima degli altri. 6. Le foglie cadono perché ci sono veleni sul terreno. 7. I tre alberi hanno differenti età. 8. Gli insetti hanno invaso l’albero che perde le foglie. 9. L’albero è più vecchio degli altri due. Allora decidono di investigare per trovare quale ipotesi è la più accurata.

Come investigare Le abilità fondamentali per avviare una investigazione sono le seguenti: 1. identificare il problema da risolvere e le domande che guideranno le investigazioni (gli studenti formulano una o più ipotesi e progettano come risolvere il problema). 2. Progettare e condurre l’investigazione scientifica (usando le idee centrali della disciplina, le apparecchiature necessarie, le precauzioni di sicurezza personale ed ambientale, i collegamenti internet eventuali). 3. Usare l’evidenza sperimentale e applicare la logica disciplinare e il pensiero critico, per ricavare i dati necessari alla costruzione delle spiegazioni e della comunicazione finale. 4. Formulare e rivisitare i modelli esplicativi dei fenomeni usando l’evidenza, la logica e il pensiero critico. 5. Analizzare le spiegazioni alternative dei modelli e negoziare, dopo discussione coi propri colleghi, il modello interpretativo migliore. 6. Fare le connessioni fra i concetti, comunicare e difendere le spiegazioni scientifiche negoziate, sia in forma orale che in forma scritta.

Strategie Metacognitive Fare domande Progettare l’investigazione Identificare i concetti principali coivolti nel processo investigativo Fare connessioni fra i concetti, anche mediante una mappa concettuale Raccontare le investigazioni Confrontare e comparare i risultati Elencare le prove a favore e contro di una spiegazione

Fare connessioni Attivare la precedente conoscenza per fare connessioni prima, durante e dopo l’investigazione Il significato delle parole + l’Esperienza = Inferenza

Fare connessioni Nell’apprendimento con comprensione, il discente forma multiple e intricate connessioni fra i concetti che sta studiando in classe e, successivamente, fra i concetti scolastici e quelli reali. In questo modo, lo studente riesce a fondere insieme ‘’l’apprendimento con comprensione’’ con la necessità di ‘’fare connessioni’’ fra i concetti in suo possesso. Tale visione pone il processo mentale del ‘’fare connessioni’’ al centro delle attività di apprendimento che si praticano in classe in scienze e matematica.

Fare connessioni Zohar (2006) definisce 4 modalità con cui i pensatori usano le interconnessioni: vedere le connessioni fra i fenomeni, che si vogliono studiare e comprendere, e il contesto in cui avvengono; vedere le connessioni fra i fenomeni e se stessi; connettere le proprie rappresentazioni mentali con le proprie emozioni, il corpo e le proprie azioni; vedere ogni atto cognitivo come una costruzione realizzata in collaborazione con gli altri (allievi, docenti, genitori, altre persone). Tutte le ricerche suggeriscono di realizzare le connessioni fra i fenomeni e quanto si sta facendo con la propria mente, per spiegare il fenomeno (pensiero critico e metacognizione).

Problem – solving e creatività È importante sottolineare che la creatività nel problem solving può, secondo Livne e Milgram (1999), essere espressa a più livelli. Al livello più basso gli allievi risolvono i compiti soffermandosi sui dettagli, mentre al livello medio essi possono integrare e vedere la sottostante conoscenza. Al livello più alto gli studenti risolvono i problemi attraverso la ricerca di soluzioni più generali ed alternative (Polya, 1990).

Il punto più importante da tener presente, se si decide di rispondere alle domande degli allievi, è questo: le investigazioni conducono a una più profonda comprensione e a un maggiore trasferimento di conoscenza. Sicché conviene utilizzare sempre strategie investigative per trovare le risposte ai quesiti. Obiettivi: Considerare la scienza come una “modalità per conoscere.” Sviluppare la consuetudine ad ‘’apprendere mediante investigazioni’’. Comprendere le relazioni fra fatti scientifici e società. Cotruire un portfolio di risorse investigative. Usare il computer come uno strumento investigativo.

Mc Dermott – Fisica Soltanto il 15% di 1000 studenti danno una corretta risposta e sistemano le lampadine secondo l’ordine decrescente di luminosità. Qual è l’ordine di luminosità in (a) ? Qual è l’ordine di luminosità in (b) ?

Mc Dermott – Fisica Il corso di Physics by Inquiry propone un curriculum basato sul laboratorio, per aiutare gli allievi a sviluppare una coerente struttura concettuale. Il corso non presenta definizioni e non fornisce spiegazioni. I moduli propongono esperimenti strutturati, esercizi, domande che si prefiggono di impegnare gli allievi, attivamente, nella costruzione di importanti concetti, di modelli qualitativi, per poi applicarli al mondo esterno. L’approccio è tipico di una investigazione guidata, in cui prevalgono i modelli e le spiegazioni qualitative.

Mc Dermott – Fisica Gli studenti, guidati dalle domande e dagli esercizi, conducono investigazioni aperte, realizzano semplici esperimenti, discutono le loro ricerche, confrontano e comparano le loro interpretazioni, collaborano con gli altri colleghi e con l’insegnante per costruire i modelli qualitativi, che possono aiutarli nelle osservazioni ulteriori e nelle previsioni. Grande importanza è data alla spiegazione del ragionamento, sia orale che scritta. Il docente non sale in cattedra per fare lezione, ma pone domande e motiva gli allievi a pensare criticamente su quanto stanno facendo con le proprie mani. La risposta del docente alle domande degli allievi non è mai diretta, ma è costituita da altre domande, le quali costringono gli allievi a riflettere sul proprio pensiero e a fare le connessioni giuste per arrivare, da soli, alla risposta corretta. Le domande che richiedono ragionamenti qualitativi e spiegazioni verbali sono essenziali per la valutazione dell’apprendimento degli allievi.