…il grande oceano della verità giace del tutto inesplorato davanti a me I. Newton.

Presentazione sul tema: "…il grande oceano della verità giace del tutto inesplorato davanti a me I. Newton."— Transcript della presentazione:

1 …il grande oceano della verità giace del tutto inesplorato davanti a me I. Newton

2 INTRODUZIONE AI LABORATORI DI FISICA PLS3

3 La situazione italiana Nell’indagine OCSE-PISA 2006 l’Italia, su 57 paesi partecipanti, è risultata al 33esimo posto per competenze di lettura, al 36esimo per cultura scientifica e al 38esimo per cultura matematica. Fra i paesi europei solo Portogallo e Grecia sono in condizioni peggiori di noi Corea, USA, Svizzera, Cina, Australia, Nuova Zelanda, Canada ecc. sono migliori dell’Italia In Italia ben il 25,3% degli studenti si colloca al di sotto del livello di sufficienza Meno del 5% degli studenti si colloca nei due livelli più elevati della scala complessiva di scienze (contro una media OCSE del 8,8%).

4 Ma… la maggior parte degli studenti di scuola superiore considera la Fisica un'utile risorsa. l'80% ritiene che la Fisica sia importante per la società (dato che, fra l'altro, non dipende dall'età degli studenti né dal tipo di scuola frequentato) e che i giovani debbano conoscerne gli elementi fondamentali. Gli studenti vedono la Fisica principalmente legata al solo sviluppo tecnologico, e non una materia legata alla cultura Inoltre la Fisica viene ritenuta una materia troppo difficile perché la maggior parte delle persone la possa comprendere. L'apprezzamento della Fisica tende a spegnersi col tempo, diminuendo in generale col crescere della classe frequentata.

5 Linee guida ministeriali sul PLS3 Finalità di orientamento offrire agli studenti degli ultimi anni delle scuole superiori opportunità di conoscere temi, problemi e procedimenti caratteristici dei saperi (scientifici), anche in relazione ai settori del lavoro e delle professioni, al fine di individuare interessi e disposizioni specifiche e fare scelte consapevoli in relazione a un proprio progetto personale mettere in grado gli studenti degli ultimi anni delle scuole superiori di autovalutarsi, verificare e consolidare le proprie conoscenze in relazione alla preparazione richiesta per i diversi corsi di laurea

6 Finalità di formazione degli insegnanti. Innovazione curriculare rivedere i contenuti e le metodologie dell’insegnamento- apprendimento delle discipline scientifiche in tutti i gradi della scuola, anche tenendo conto delle nuove indicazioni nazionali per il primo e secondo ciclo. perfezionare le conoscenze disciplinari e interdisciplinari degli insegnanti e la loro capacità di interessare e motivare gli allievi nell’apprendimento delle materie scientifiche, nonché di sostenerli nel processo di orientamento pre-universitario

7 Idee portanti conseguire allo stesso tempo l’orientamento degli studenti e la formazione degli insegnanti attraverso la progettazione e la realizzazione congiunta da parte di docenti della scuola e dell’università di laboratori per gli studenti collegare consapevolmente le attività del Piano con l’innovazione dei curricula e delle metodologie didattiche adottati negli istituti scolastici, nonché dei contenuti e delle modalità della formazione degli insegnanti (iniziale e in servizio), per il primo e il secondo ciclo Concepire l’orientamento non come una cosa che viene fatta agli studenti, ma come un’azione che è lo studente a fare, a partire da attività significative concepire la formazione degli insegnanti in servizio non come una cosa che viene fatta agli insegnanti, ma come un’attività propria degli insegnanti stessi, che si sviluppa attraverso la progettazione e la realizzazione di attività

8 Cosa sono i Lab PLS Alla progettazione e alla realizzazione di ogni laboratorio PLS collaborano docenti della scuola e dell’università Un laboratorio PLS può essere curriculare, ossia svolto nell’ambito del curriculum e dell’orario scolastico, oppure extra-curriculare, oppure misto. Attraverso la diversificazione dei curricula scolastici, che si può realizzare grazie all’autonomia didattica degli istituti scolastici e alle scelte degli studenti, si ritiene che sia possibile tendere a realizzare laboratori in gran parte curriculari, al fine di introdurre nei curricula stessi elementi di innovazione metodologica e di contenuto Un laboratorio PLS è un’attività consistente, non episodica, che richiede una serie di incontri, per un totale di almeno 16-20 ore di lavoro degli studenti con la presenza e l’intervento dei docenti..

9 Un laboratorio PLS si realizza per gruppi di studenti di numerosità adeguata. Gli studenti non possono essere troppi, altrimenti sarebbe difficile seguirli e mancherebbero gli spazi e gli strumenti necessari. Non possono essere troppo pochi, perché la discussione e l’interazione sarebbero carenti e perché l’attività potrebbe risultare troppo costosa in termini di risorse umane e finanziarie. I laboratori PLS si possono tenere in luoghi diversi. Si ritiene comunque che i laboratori si debbano svolgere per una parte significativa della loro durata all’interno degli Istituti scolastici I laboratori PLS sono tipicamente rivolti a studenti degli ultimi tre anni delle scuole superiori, ma si ritiene che siano realizzabili anche per studenti del primo e del secondo ciclo,

10 Tipologie di Laboratori PLS b) I laboratori di autovalutazione per il miglioramento della preparazione richiesta dai corsi di laurea scientifici offrono agli studenti occasioni di affrontare problemi e situazioni di apprendimento del tipo di quelli che si possono incontrare all’università. Le attività sono messe in relazione con gli obiettivi e il curriculum scolastico, nonché con la preparazione per l’esame di Stato. c) I laboratori di approfondimento per gli studenti più motivati e capaci possono combinare gli obiettivi indicati per le tipologie precedenti e richiedono impegno e abilità maggiori a)laboratori che avvicinano alle discipline scientifiche e sviluppano le vocazioni offrono agli studenti l’esperienza di fenomeni e di problemi significativi, collegati con la ricerca, con l’esperienza quotidiana…

11 Progettazione, valutazione, organizzazione, certificazione La progettazione di un laboratorio avviene attraverso incontri tra i docenti della scuola e dell’università Lo stesso gruppo stabilisce come documentare e monitorare le attività, come valutare gli studenti e come, infine, valutare il laboratorio stesso. In particolare, ogni laboratorio comprende un’attività di documentazione essenziale e di valutazione di come gli studenti svolgono le attività e raggiungono gli obiettivi. E’ opportuno che la valutazione conclusiva dell’apprendimento di ciascuno studente derivi dalla discussione di un prodotto, oppure, di una prova debitamente strutturata. Ai progetti e ai laboratori che avranno le caratteristiche sopra descritte sarà data una certificazione nazionale PLS. Gli studenti e i docenti che avranno partecipato con una valutazione positiva riceveranno una certificazione delle competenze acquisite.

12 I poeti dicono che la scienza allontani dalla bellezza delle stelle: Nient’altro che globi di gas. Nient’altro? Anch’io posso vedere le stelle In una notte deserta e palpitare Ma vedo, io, di meno o di più? La vastità dei cieli colpisce La mia immaginazione; Bloccato su questa minuscola giostra Il mio piccolo occhio carpisce la luce Vecchia di milioni di anni… O col più grande occhio di Palomar Posso vedere le stelle Correre via l’una dall’altra, Allontanandosi da uno stesso punto Dove forse, erano tutte riunite assieme. Qual è lo schema, O il significato, O il perché? Non nuoce al mistero conoscerlo un po’. Perché la verità è di gran lunga più meravigliosa di quanto gli artisti del passato hanno mai immaginato! Perché i poeti del presente non ne parlano? R. Feynman

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14 Gli strumenti didattici utilizzati nell'insegnamento scientifico non sono mai completamente neutri da un punto di vista epistemologico oltre a nozioni e competenze specifiche essi trasmettono anche una ben definita immagine della scienza (ossia un insieme di idee su come la scienza procede, sul valore conoscitivo delle sue acquisizioni, sul loro rapporto con altri aspetti del sapere, ecc..). Tale immagine è evidenziata da tutte le scelte operative che l'insegnante compie, ad esempio da "quanto" di contenuti teorici, di attività sperimentali o di contenuti procedurali pone nel proprio insegnamento. RISULTATI DELLE RICERCHE DIDATTICHE

15 L'esplicitazione della propria posizione epistemologica, intesa come l'insieme di idee sulla costruzione della conoscenza è un elemento importante nella evoluzione delle dinamiche dei processi di insegnamento/apprendimento e serve a fare chiarezza nel contratto didattico alla base dell'interazione docente-allievo. L'approccio didattico che sta alla base delle attività qui proposte si richiama a quell'insieme di posizioni secondo cui l'apprendimento avviene attraverso la costruzione di reti di conoscenza e la loro integrazione in un complesso sistema di appropriazione di esperienze. Riteniamo che l'analisi della fenomenologia, la realizzazione di attività sperimentali, la modellizzazione e l'uso di diversi linguaggi di rappresentazione dei dati, siano elementi importanti per facilitare questa costruzione.

16 le proposte di intervento devono: svilupparsi in modo coerente in percorsi concettuali articolati in sottopercorsi ed esperienze esemplari ed emblematiche evidenziare il carattere modellistico della conoscenza facendo emergere gradualmente i modi di guardare il mondo che caratterizzano la Fisica confrontare sistematicamente la complessità dei concetti con la complessità dei fatti attraverso l'utilizzo del laboratorio sperimentale e un uso intelligente del computer riconoscere che la struttura tradizionale delle conoscenze, espressa nei manuali, non rappresenta lo schema più efficace per un primo apprendimento per motivare la comprensione è spesso necessaria una profonda riarticolazione dello stesso sapere fisico e una riflessione sulle problematiche della mediazione didattica

17 Molti studi in didattica della fisica mostrano che gli studenti cui è stato insegnato nel modo tradizionale anche nel caso in cui sappiano risolvere problemi tradizionali (e questo sappiamo che non è neppure tanto vero in Italia) comunque non sviluppano una comprensione della fisica che li porti a al di là del pensiero comune, così che appena al di fuori del contesto del corso o degli studi che stanno seguendo non riescono a utilizzare le conoscenze apprese. Inoltre anche la motivazione degli studenti è molto scarsa.

18 Le proposte didattiche che seguono sono inquadrabili in un contesto di scienza intesa come processo di costruzione di modelli della realtà osservabile. Tale approccio didattico ha avuto negli ultimi anni un grande seguito presso ricercatori ed insegnanti in quanto sembra ben conciliare sia le idee della moderna epistemologia della scienza, sia risultati della ricerca nel campo della psicologia della conoscenza. Per es. D. Hestenes in due importanti lavori, del 1987 e del 1992, costruisce le basi teoriche di una didattica della fisica il cui slogan è contenuto nella frase di uno psicologo della corrente cognitivista: " The model is the message".

19 La ricerca ci dice che perché le attività laboratoriali siano motivanti e di orientamento esse devono essere inquiry-based cioè attività nelle quali gli studenti lavorano a gruppi su una certa fenomenologia per rispondere a una domanda o per risolvere un problema che si sono posti da soli e non, invece, basandosi su precise istruzioni (schede dettagliate ecc.) fornite dal docente. Il ruolo del docente è quello di proporre situazioni sperimentali un po' indefinite e di stimolare la creatività dello studente fornendo risposte solo quando lo studente chiede aiuto su problemi specifici facendo domande sensate e ben poste, oppure fornire nuovi strumenti di misura (metri, bilance, cronometri ecc.) o nuovi oggetti su cui sperimentare, richiesti dagli studenti.

20 Un lab inquiry based sviluppa la motivazione, le abilità sperimentali e di analisi dati, ha sicure finalità di orientamento ed è propedeutica all'acquisizione di informazioni fornite in modo tradizionale. L'obiettivo centrale di tale lab è quello di far capire l'intreccio teoria-esperimento della fisica in quanto scienza sperimentale e, in questo senso dovrebbe essere una simulazione di laboratorio scientifico

21 Ci vuole da parte degli insegnanti quello che, dopo Shulman negli anni '80, viene chiamata PCK (Pedagogical Content Knowledge). La Fisica così come è scritta nei manuali universitari, o di liceo, spesso non è la più appropriata per una traduzione didattica efficace. Per esempio non è detto che la cinematica debba essere presentata prima della dinamica, prima si debbano studiare le onde su una corda poi quelle sonore e ancora quelle elettromagnetiche nel presentare la fisica moderna si debba seguire il percorso storico e fare i modelli atomici ecc. ecc.. per utilizzare un sonar come sensore di moto gli studenti debbano prima conoscere il significato della legge oraria, della definizione di velocità, di cosa siano gli ultrasuoni ecc. ecc..

22 In effetti l'apprendimento avviene attraverso la costruzione di reti di conoscenza e la loro integrazione in un complesso sistema di appropriazione di esperienze. L'analisi della fenomenologia, la realizzazione di attività sperimentali, la modellizzazione e l'uso di diversi linguaggi di rappresentazione dei dati, sono elementi importanti per facilitare questa costruzione.

23 LINEE GUIDA Gli studenti imparano attraverso l’esperienza in particolare attraverso tecniche di scoperta E’ favorito il lavoro di gruppo in esso gli allievi hanno un ruolo attivo sia nel progettare sia nel realizzare esperienze di laboratorio Vi sono momenti di discussione collettiva La motivazione è intrinseca supportata dalla qualità dell’interazione tra gli stessi studenti e tra gli studenti e il docente.

24 Promuove il ruolo attivo dell’allievo: nella fase “interlocutoria nella sua attività di progettazione e di scoperta Il docente funge da guida e/o da facilitatore dell’apprendimento

25 IL RAZIONALE Student Ownership of Learning Niedderer H., “Student Ownership in Physics Learning” GIREP-EPEC & PHEC Int. Conf. 2009 gli studenti devono sviluppare responsabilità e controllo sul loro apprendimento Dudley, Marling & Searle, (1995) Honebein, 1996); (Donna Brandes), (Paul Ginnis 1986), (Duffy and Cunningham 1996) (Milner Bolotin,2001). (SOL) (SOL)… una sorta di interazione dinamica di “classe” nella quale l’insegnante funge da “facilitatore per l’apprendimento fornendo allo studente opportunità per sviluppare un senso di “ownership” È importante per la motivazione Biggs, 1999); (Gross, 1997 Sviluppa capacità di pensiero critico e metacognitivo Honebein, Duffy and Fishman (1993)

26 Dimensione di gruppoDimensione individuale si riferisce ad una particolare idea / intervento di un singolo individuo si riferisce ad azioni, scelte, contriolli intrapresi dall’intero gruppo di lavoro (Margareta E. and H. Niedderer, 2007)

27 Tre componenti di SOL Finding personal value significa capire che le conoscenze e le abilità acquisite in un dato contesto possano essere utilizzate in altre situazioni Feeling in control per esempio nel caso in cui lo studente ha un ruolo attivo nel prendere decisio ni Taking responsibility lo studente è responsabile del processo di apprendimento così come dei risultati Quando queste tre componenti si sovrappongono lo studente raggiungeownership of learning

28 I Laboratori Aperti del PLS di Fisica dell'Università degli Studi di Milano: Bilancio delle Attività Svolte e Prospettive Future M. Carpineti, M. Giliberti, L. Perini

29 Dal 2007 sono stati offerti due ``laboratori aperti'': 1.Resistenza al freddo: l'affascinante mondo della superconduttivita‘ 2.Oscillazioni creative: un pomeriggio da ricercatore.

30 RESISTENZE AL FREDDO L’AFFASCINANTE MONDO DELLA SUPERCONDUTTIVITA’ Progetto Lauree Scientifiche Laboratorio aperto Progetto Lauree Scientifiche Laboratorio aperto Università degli Studi di Milano Dipartimento di Fisica M. Carpineti, L. Cazzaniga, M. Giliberti, V. Grassi, L. Perini

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34 OSCILLAZIONI CREATIVE: UN POMERIGGIO DA RICERCATORE marco.giliberti@unimi.it M. Carpineti, L. Cazzaniga, M. Giliberti, V. Grassi, L. Perini

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37 ~(15 studenti / sessione x anno x lab) x 20 sessioni x 4 anni x 2 lab ~ 2000 studenti ~ 150 prof

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39 Piano Lauree Scientifiche NUOVO Laboratorio di onde e oscillazioni Propone a studenti e insegnanti un nuovo percorso didattico attraverso il quale interpretare una grandissima varietà di fenomeni. Attraverso filmati, simulazioni ed esperimenti (molti dei quali svolti direttamente degli studenti) si cercherà di evidenziare di volta in volta la fenomenologia comune Primo incontro in Università: lezione introduttiva e attività di laboratorio (4 ore) Lavori a scuola/casa coordinati col docente di riferimento (8 ore) Incontro in università con esperimenti di laboratorio a gruppi e loro discussione (4 ore) Lavori a scuola o/e a casa per la preparazione di un lavoro (tipo articolo di ricerca) conclusivo delle attività svolte (>4 ore)

40 Piano Lauree Scientifiche NUOVO Laboratorio di Teatro Scientifico Il laboratorio si prefigge di favorire l'apprendimento della fisica attraverso mezzi teatrali. Il laboratorio prevede la visione di uno o più spettacoli di teatro scientifico e due incontri presso il Dipartimento di Fisica. Il primo (4 ore) verterà sulla storia e il significato del teatro scientifico e il secondo (4 ore) sull’analisi degli aspetti scientifici presenti negli spettacoli visti dagli studenti. Si mostrerà come sia possibile presentare in modi diversi lo stesso fenomeno fisico. Gli studenti approfondiranno a gruppi una tematica curricolare di fisica allo scopo di individuarne gli aspetti più salienti e sorprendenti che saranno successivamente drammatizzati con l’aiuto di un regista (12 ore). Piano Lauree Scientifiche

41 NUOVO Laboratorio di Superconduttività Partendo dall’osservazione di alcuni fenomeni sorprendenti che avvengono a temperature prossime a quella di liquefazione dell’azoto, il percorso guiderà gli studenti alla riscoperta delle leggi che governano la resistenza elettrica e il magnetismo. Le attività sono rivolte a gruppi di circa 20 studenti e saranno così articolate: Due incontri (4+4 ore) presso il Dipartimento di Fisica, dove la sperimentazione diretta degli studenti sarà affiancata da un inquadramento teorico generale, Visita dei laboratori di ricerca di superconduttività del LASA di Segrate (2 ore) 10 ore di attività in classe col docente referente, distribuite tra ricerca personale, approfondimento e un lavoro di sintesi finale.. Piano Lauree Scientifiche

42 NUOVO Laboratorio di Fisica Quantistica Si propone un laboratorio di 20 ore delle quali 8 svolte presso il Laboratorio Succi e 12 presso la scuola di provenienza con docenti della scuola e docenti universitari. L'attività riguarderà le proprietà ondulatorie e corpuscolari di radiazione e materia. Tra gli esperimenti preposti ed effettuati a gruppi dagli studenti vi saranno, tra gli altri, lo studio di spettri atomici e molecolari, la misura del rapporto carica/massa per l'elettrone, l'esperimento di Franck e Hertz e la diffrazione di elettroni. Gli studenti impareranno a modellizzare i fenomeni loro con particolare attenzione alla revisione delle conoscenze e alla comprensione di alcuni importanti aspetti epistemologici. Piano Lauree Scientifiche