Prof. Giuseppe Valitutti Università di Urbino ‘’Carlo Bo ‘’ L’arte di insegnare e apprendere Prof. Giuseppe Valitutti Università di Urbino ‘’Carlo Bo ‘’ gvalitutti@virgilio.it www.leparoledellascienza.it

Punteggio dell’Italia 2003 RISULTATI DI APPRENDIMENTO PROGRAMME FOR INTERNATIONAL STUDENT ASSESSMENT (P.I.S.A.) Punteggio dell’Italia 2003 Posizione nel 2003 nel 2000 LETTURA 476 26° 20° MATEMATICA 466 23° SCIENZE 486 22° PROBLEM SOLVING 469 * MEDIA OCSE 500

Joseph D.Novak

Priorità assoluta:rendere gli studenti autonomi e responsabili del proprio apprendimento.

Rendere gli studenti autonomi e responsabili del proprio apprendimento. ‘’Se l’allievo non è coinvolto e non è autonomo, emergerà dall’esperienza scolastica con un nudo catalogo di fatti, non suo ma stabilito da altre persone ’’. Olimpiadi della Chimica: corso intensivo di 15 giorni basato sulla risoluzione di problemi. Gli allievi lavoravano in piena autonomia e si scambiavano le strategie risolutive. Con queste modalità gli allievi acquisivano abilità straordinarie applicabili anche in contesti non scolastici.

Gli allievi di Grugliasco www.itismajo.it/chimica … sono fondamentali le idee da cui nasce uno spettacolo di Avventure nelle scienze, ma ancora più importante è il cammino che conduce alla sua preparazione …

Competenze alle elementari Fare domande sugli oggetti, sugli organismi e sulle prove sperimentali. Pianificare e realizzare una semplice indagine sperimentale. Usare semplici strumenti per raccogliere dati. Usare i dati per costruire una semplice spiegazione. Comunicare l’indagine sperimentale e le spiegazioni (a parole, per iscritto, con disegni). Leggere, scrivere e sapere calcolare

Competenze scuole secondarie Progettare e realizzare una semplice indagine sperimentale (problem solving). Usare strumenti semplici per raccogliere, analizzare e interpretare i dati. Prevedere, descrivere, spiegare e usare modelli per interpretare i fatti sperimentali. Usare il pensiero logico e il pensiero critico per confrontare i fatti sperimentali con le spiegazioni. Analizzare le spiegazioni alternative. Comunicare le procedure e le spiegazioni.

Il nastro di magnesio brucia in CO2 e si formano un solido bianco e uno nero Da dove proviene l’ossigeno che permette la combustione del magnesio ? Cosa rimane dopo la combustione ?

Valutazione Tradizionale ------------------------------Autentica Selez. una risposta Eseguire un compito Teorica ---------------------------------------Reale Mnemonica -----------Costruttivista/Applicativa Strutturata dal docente --Strutturata dall’allievo Evidenza indiretta --------------Evidenza diretta

Si apprende anche in classe ? Primo principio: accertare i preconcetti Le esperienze quotidiane spesso si oppongono alla corretta comprensione dei fenomeni scientifici. Pertanto, l’insegnante, dopo aver riconosciuto le misconcezioni, progetta il lavoro più adatto per correggerle, da fare con la collaborazione degli allievi.

Si apprende anche in classe ? Secondo principio: sapere che cosa significa fare scienza. Fare scienza comporta l’uso del modello metacognitivo di ricerca guidata e la valutazione autentica. Il modello metacognitivo di ricerca guidata si basa su cinque tappe. 1. Domandare: la classe discute e riflette su una domanda proposta dall’insegnante o da un allievo (come nel libro di Novak ‘’Il mondo meraviglioso della scienza’’).

Si apprende anche in classe ? 2. Prevedere: si fanno delle previsioni e delle ipotesi di quello che potrebbe accadere nelle diverse situazioni. 3. Sperimentare: l’indagine sperimentale può avvenire in laboratorio, nei musei della scienza, in maniera informale oppure al computer. 4. Spiegare: si procede a definire la legge o il modello che sia in grado di spiegare i fatti accertati. 5. Applicare: si applica il modello negoziato ad un nuovo caso.

Si apprende anche in classe ? Processo di valutazione autentica Insieme alla ricerca guidata, gli allievi sono coinvolti in un processo di valutazione autentica in cui essi valutano se stessi e gli altri allievi, a conclusione di attività informali. Tale processo valutativo tiene conto di una serie di criteri in uso in ambito scientifico (per esempio, essere sistematici, essere inventivi, esaminare i pro e i contro della ricerca, comprendere le idee principali, comprendere il processo sperimentale, lavorare in gruppo, saper comunicare).

Una modalità di valutazione autentica Una domanda o un problema da risolvere. Traccia di lavoro: preparazione di una scheda da consegnare ai gruppi. Siti da visitare per raccogliere informazioni. Leggere pure il libro di testo. Valutazione autentica. I gruppi si scambiano e valutano le schede, per arrivare a compilare una scheda che rappresenti il lavoro di tutta la classe. Comunicazione del lavoro fatto a qualche scienziato del ‘700 o dell’800.

Si apprende anche in classe ? Terzo principio: la metacognizione. Il terzo principio di ‘’come le persone apprendono ’’ sottolinea l’importanza della metacognizione nella formazione degli allievi. La metacognizione è l’abilità a riflettere sul proprio pensiero. Essa consente di pianificare, di monitorare il progresso verso un obiettivo, di rivedere e riscrivere un tema o una ricetta, di costruire una mappa concettuale. La metacognizione, praticata in classe nella risoluzione di problemi, migliora i risultati dell’apprendimento in tutte le discipline.

Riflessioni metacognitive nella risoluzione di un problema Un falegname può costruirti 10 piccoli parallelepipedi (oppure sfere, piramidi, cilindri) di legno, che distribuirai ai gruppi (3, 4 o 5 allievi). I gruppi determinano alla bilancia la massa del proprio parallelepipedo e il volume. Con questi dati calcolano la densità (in V elementare). L’insegnante procura legni diversi e gli allievi confrontano le loro densità. Quale legno galleggia sull’acqua e quale affonda ? Alla scuola media, gli allievi determinano il peso dell’oggetto in newton N e poi le tre pressioni (forza/superficie = N/m2 ) esercitate dal solido, a seconda della sua superficie di appoggio. Corredano l’esperimento con foto digitali.

Riflessioni metacognitive nella risoluzione di un problema Le due polveri che ti consegnano sono Vitamina C, detto anche acido ascorbico, e bicarbonato di sodio. Come posso riconoscerle ? Quando si usa la Vitamina C ? Quando si usa il bicarbonato di sodio ?

Riflessioni metacognitive nella risoluzione di un problema REAZIONI CHIMICHE Identifica le 5 polveri bianche usando le soluzioni nelle tre pipette: acqua, aceto e fenolftaleina. Le polveri sono gesso (carbonato di calcio), alka-seltzer, carbonato di sodio, bicarbonato di sodio e vitamina C. Descrivi dettagliatamente come hai risolto il problema.

La lezione, di circa 15 – 20 minuti, inizia con la mappa scheletro e alcune domande 1. Chiedi, ogni tanto, se gli allievi comprendono quello che stai dicendo. 2. Durante la lezione fai risolvere quiz a scelta multipla (circa 10 minuti) e problemi. 3. Chiedi agli allievi di spiegare i concetti con altre parole e di fare i riassunti finali (1 minuto). 4. Assegna compiti per casa e controlla i quaderni e le mappe concettuali ricostruite. 5. Programma incontri personali con gli studenti. 6.Autorizza gli allievi a comunicarti i propri interrogativi mediante e-mail. 7. In laboratorio lascia uno spazio di riflessione finale.

Quando costruisci un problem-solving che cosa ti proponi di raggiungere ? 1. Migliorare la capacità a risolvere problemi reali. 2. Favorire la riflessione su come risolvere il problema. 3.Potenziare le capacità di prendere decisioni, di individuare le prove a favore e quelle contro di una strategia risolutiva.. 4. Consolidare le competenze disciplinari e di comunicazione. 5. Migliorare la lettura con comprensione. 6. Accrescere le strategie risolutive e le capacità di ragionamento. 7. Potenziare le capacità di creare tabelle, grafici e di raccogliere dati.

L’uso strategico della conoscenza per risolvere problemi di natura informale, esterni alla scuola, rende significativo e duraturo l’apprendimento. I programmi basati sul problem solving, su tematiche informali, che insegnano tante strategie risolutive, sono altamente formativi.

Introduci l’idea di valutazione autentica 1. Esponi il problema: su quali criteri si basa la classificazione degli acidi e delle basi ? Introduci l’idea di valutazione autentica 2. Forma i gruppi di lavoro con 5 o 6 allievi. Stabilisci i termini di consegna. 3. Presenta la scheda di lavoro ed elenca gli indirizzi Internet dai quali ricavare informazioni. 4. I gruppi risolvono il problema e compilano la scheda 5. I gruppi si scambiano le schede e le valutano. 6. I gruppi comunicano la ricerca, riassunta in tabella, a qualche scienziato del ‘700 o dell’800, quando la classificazione era diversa da quella odierna. 7. Compilata la scheda finale, valuta subito con una prova la comprensione dell’argomento.

L’approccio Particellare Compara il comportamento di atomi e molecole nei solidi, nei liquidi e nei gas col modello. A parità di temperatura qual è il comportamento delle molecole nei tre stati ?

La cultura dell’apprendimento Learning Object Devi riscaldare una pentola d’acqua fredda sul fornello a gas. Dimostra, con una foto digitale, che uno dei prodotti della combustione del metano, e di tutti gli altri idrocarburi, è sempre l’acqua. Qual è l’altro prodotto della combustione ? Qual è il combustibile che produce solo acqua e calore durante la combustione ?

Problem – solving n. 1 Qual è il peso molecolare medio dell'aria ? Hai a disposizione una bottiglia da 2 litri, un fornello elettrico e la bilancia. Un dm3 (1 L) di idrogeno H2 ha una massa di 0,084 g a 20 °C e 1 atm. Materiale: bottiglia da 2000 mL (2 L) con tappo di gomma e fornello elettrico. Bilancia tecnica al centesimo di grammo. Cilindro da 1000 mL.

Rubrica di un rapporto scientifico Titolo: __________________________________ Autori: __________________________________ __________________________________ __________________________________ __________________________________

Gravemen. Insufficien. 1 Insufficien. 2 Sufficiente 3 Buono 4 Ottimo 5 Titolo e Formato Peso = 1 Introduzio. Peso = 1 Procedura Peso = 3 Dati e calc. Peso = 4 Risp.ques. Peso = 2 Comunic. Peso = 5

Le idee centrali della Chimica In chimica ci sono 5 argomenti centrali che, se studiati in profondità, permettono allo studente di conquistare e di mantenere a lungo la comprensione – competenza della disciplina. 1. La struttura delle sostanze e dei materiali e il loro comportamento dipendono dalle attrazioni – repulsioni fra cariche elettriche positive e negative (come avviene nell’atomo, nel legame chimico, nei solidi, nei liquidi, nei gas, nelle soluzioni, ecc..). 2. La mole è il concetto base di tutti i calcoli di natura quantitativa della chimica. 3. Il Sistema Periodico, che organizza gli elementi sulla base del numero atomico crescente, consente di fare previsioni sulle proprietà delle sostanze. 4. Il modello cinetico molecolare della materia serve a spiegare il mondo visibile mediante il mondo invisibile degli atomi e delle molecole. 5. Il sistema duale di presentazione e spiegazione dei concetti contrapposti (atomo-molecola, elemento-composto, sostanza-miscuglio, acido-base, ossidante-riducente, elettrofilo-nucleofilo, ecc…) aiuta ad apprendere significativamente le idee centrali della chimica.

Le sfide della formazione Prima sfida. La padronanza dei linguaggi, dalla scuola elementare all’Università. Saper leggere, saper scrivere e far di conto, per conservare a lungo le osservazioni e le spiegazioni dei fenomeni. Seconda sfida. Le idee centrali delle discipline. Polya:’’è più importante una buona organizzazione della conoscenza che non l’ammontare della stessa conoscenza ’’. Terza sfida. L’uso esteso di problem solving sperimentali, di Studi di Caso, di Learning Object, di mappe concettuali. Nel 1991 l’Italia si classificò quinta nelle Olimpiadi Internazionali della Chimica e quattro allievi del corso intensivo furono ammessi alla Normale di Pisa. Quarta sfida. L’apprendimento cooperativo.

Rapporto USA sugli standard nelle scienze sperimentali Viene criticato il ‘’metodo della scoperta ‘’ in scienze: ..’’american student run a grave risk of being expected to replicate for themselves the work of Newton, Einstein, Watson and Crick. That’s both absurd and dysfunctional.’’ ‘’Forse l'idea più importante, sostiene anche Joseph D.Novak, è il crescente riconoscimento del fatto che la conoscenza non si scopre, come l'oro o il petrolio, ma piuttosto viene costruita da esseri umani che operano in un determinato contesto sociale ‘’.

La comprensione - competenza Quando l’allievo risponde a una domanda dimostra di conoscere l’argomento. La comprensione e la competenza sono cose diverse. L’allievo ha compreso se: Sa spiegare quanto appreso Sa fare degli esempi Sa generalizzare Sa applicare l’idea e risolve problemi Propone analogie Rappresenta l’argomento in modo diverso

Valutazione tipo PISA Quesito 2 da Oliver Sachs – Zio Tungsteno ‘’Quando riempivo un palloncino di anidride carbonica, esso precipitava pesantemente sul pavimento, e ci rimaneva: mi chiedevo che sarebbe successo a riempire un pallone con un gas davvero denso, per esempio lo xeno (quattro volte e mezzo più denso dell’aria). Quando ne accennai a zio Tungsteno, egli mi parlò di un composto del tungsteno – l’esafluoruro, per la precisione – 10,3 volte più denso dell’aria, cioè il vapore più pesante conosciuto ‘’.

Io avevo delle fantasie, immaginavo che si potesse scoprire o produrre un gas denso come l’acqua e poi farci il bagno e galleggiarci sopra, come si galleggia nell’acqua. C’era qualcosa nell’idea di galleggiamento – nel galleggiare e nell’affondare – che continuava a sconcertarmi e a eccitarmi ‘’. www.leparoledellascienza.it J.Novak ‘’Il mondo meraviglioso della scienza ’’ www.ihmc.us

Valutazione tipo PISA Conoscendo la densità dell’elio (0,1785 g/L) e il suo peso atomico (4,00) e la densità dello xeno (5,8971 g/L), calcola il peso atomico dello xeno. Perché lo xeno è molto più denso del leggerissimo elio, un altro gas nobile ? L’esafluoruro di tungsteno è circa 10,3 volte più denso dell’aria perché: A. le sue molecole sono 10 volte più pesanti del peso molecolare medio dell’aria B. sono molecole di un composto metallico C. il composto metallico occupa un volume minore dell’aria D. il composto del tungsteno occupa un volume maggiore

4. Quale gas contiene più molecole in condizioni identiche di temperatura e pressione ? A. 1 L di fluoro B. 1 L di idrogeno C. 1 L di esafluoruro di tungsteno D. sono uguali in A. B. C. 5. Quale campione di gas contiene il maggior numero di molecole ? A. 2 g di fluoro B. 2 g di azoto C. 2 g di idrogeno D. sono uguali in A. B. C. 6. Quale gas ha maggiore densità ? A. azoto B. fluoro C. idrogeno D. ossigeno. 7. La densità dell’aria è circa 1,2 g/L a temperatura ambiente. Qual è la densità dell’esafluoruro di W ? 8. Un palloncino pieno di gas WF6 in acqua: A. galleggia B. affonda C. non galleggia e non affonda D. affonda a 10°C.

Le Parole della scienza 1. Oggetto 2. Proprietà 3. Materiale 4 Le Parole della scienza 1. Oggetto 2. Proprietà 3. Materiale 4. Organismo 5. Interazione 6. Sistema

Costruisci la mappa concettuale Domanda principale: di che cosa è fatto il pianeta terra ? La Terra è costituita da una litosfera, una idrosfera e un’atmosfera. Il suolo e le rocce compongono la litosfera, mentre l’insieme di laghi, fiumi e oceani rappresentano l’idrosfera . Infine, l’atmosfera è fatta d’aria. Laghi, fiumi ed oceani sono costituiti da acqua allo stato liquido. Insomma, la terra è formata da materiali, i quali sono fatti di atomi, per esempio idrogeno e ossigeno, che si combinano e formano l’acqua.

Standard e valutazione autentica 1. Da dove ricaviamo i nostri standard ? 2. Chi deve scrivere gli standard ? Comitato ad hoc. 3. Quali standard includere ? Le grandi idee e le abilità di ragionamento. 4. Scrivere espliciti standard ed elencare le attività per raggiungerli. Spiegare agli studenti come usare la conoscenza 5. Dettare la gerarchia delle conoscenze e delle abilità che saranno valutate. 6. Scrivere le regole delle valutazioni in classe e a casa. Prevedere prove di valutazione che interessino tutta l’istituzione scolastica. 7. Comunicare alle famiglie e agli allievi i criteri di valutazione.

Un esempio di standard Standard 2 - Legame chimico 2. Le proprietà biologiche, chimiche e fisiche della materia derivano dalla abilità di attrazione degli atomi dovuta alle forze elettrostatiche fra gli elettroni e i protoni e fra gli atomi e le molecole. Per la comprensione di questo concetto gli studenti sanno che . . . (si elencano gli obiettivi).