Perugia 28 aprile 2005
Le competenze nelle scienze
e l’indagine PISA 2003
Mario Branca,
Dipartimento di Chimica dell’Università di Sassari,
SSIS Sardegna sezione di Sassari.
Frazione degli studenti iscritti a
corsi di laurea ad orientamento
scientifico:
50% nell’AA 1951/’52
30% nell’AA 2000/’01
andamento delle iscrizioni dal
1989/90 al 2000/01
• chimica da 2274 a 1293
• fisica da 3216 a 1428
• matematica da 4396 a 1611
www.miur.it/ustat
La crisi delle vocazioni scientifiche è un fenomeno che
preoccupa il Nord del Mondo.
•Sarà difficile far fronte alla crescente richiesta da parte
delle imprese di ricercatori e tecnici di alta qualificazione
scientifica.
•Spopolamento delle Università a causa del turn-over
generazionale.
•Difficoltà al reperimento un numero sufficiente di docenti
qualificati di materie scientifiche nella Scuola di ogni
ordine e grado.
Possibili cause
• È un fenomeno internazionale, ma l’Italia
investe meno degli altri paesi in ricerca e
sviluppo.
• Scarso interesse da parte degli studenti.
• ma probabilmente anche senso di inadeguatezza
da parte degli allievi.
Indagini internazionali
PISA 2003
http://www.pisa.oecd.org
EDUCATION AT A GLANCE 2004
www.oecd.org/edu/eag2004
TIMSS
http://www.cede.it/ricerche-internazionali/iea-timss
Indagini nazionali
INVALSI
PISA (Programme for International Student Assessment)
OECD (Organization for Economic Co-operation and Development)
Il programma internazionale dell’OECD, per il monitoraggio
delle acquisizioni degli Studenti, denominato PISA si prefigge
come obiettivo di verificare in che misura i giovani che
concludono la scuola dell’obbligo o si avvicinano alla fine del
ciclo obbligatorio (14 o 15 anni), abbiano acquisito le
conoscenze e le capacità necessarie per svolgere un ruolo
attivo nella società, valutando le competenze
funzionali nella lettura, nella matematica e
nelle scienze. I risultati si basano sui dati raccolti nel
corso del 2003.
Risultati nella scala delle scienze PISA 2003
ITALIA
Nord Ovest
Nord Est
Centro
Sud
Sud Isole
Media OECD
533
533
497
444
440
500
Ma che cosa è stato chiesto nel
PISA
ai nostri ragazzi?
Il PISA che accerta le competenze scientifiche è così costruito
a. Processi : processi mentali che sono coinvolti nel fare
domande o affermazioni:
1 individuare questioni che possono essere studiate
scientificamente.
2 Identificare prove necessarie in una indagine scientifica.
3 Trarre o valutare conclusioni
4 Comunicare conclusioni valide
5 Dimostrare comprensione di concetti scientifici
nces.ed.gov/surveys/pisa/ pdf/PISA_Science_Concepts_Items.pdf
b. Contenuti o conoscenze scientifiche e comprensioni concettuali che
sono richieste nell’usare quei processi:
1 Struttura e proprietà della materia.
2 Variazioni atmosferiche.
3 Trasformazioni chimiche e fisiche.
4 Trasformazioni energetiche.
5 Forza e movimento.
6 Forma e funzione.
7 Biologia umana.
8 Trasformazioni fisiologiche.
9 Biodiversità.
10 Controllo genetico.
11 Ecosistemi.
12 La terra e il suo posto nell’universo.
13 Trasformazioni geologiche.
nces.ed.gov/surveys/pisa/ pdf/PISA_Science_Concepts_Items.pdf
c. Situazioni :si definisce situazione scientifica un fenomeno
del mondo reale nel quale la scienza può essere applicata. Le
aree di applicazione delle scienze sono state raggruppate in
tre gruppi:
1. Scienze della vita e della salute, salute, malattie e
nutrizione, mantenimento e uso sostenibile delle specie;
interdipendenza di sistemi fisici e biologici.
2. Scienza della terra e dell’ambiente, inquinamento,
produzione e perdita dei suolo, tempo e clima
3. Scienza e tecnologia: biotecnologia, uso dei materiali e
rifiuti, uso dell’energia, trasporti
nces.ed.gov/surveys/pisa/ pdf/PISA_Science_Concepts_Items.pdf
I Quesiti proposti
Diario di Semmlweis
•
"Luglio
1846. La prossima settimana diventerò "Herr
Doktor" nel primo reparto
della clinica di maternità
dell'Ospedale generale di Vienna. Mi sono spaventato
quando ho conosciuto la percentuale dei pazienti morti in
questa clinica. Questo mese su 208 madri 36 sono morte
di febbre puerperale. Dare alla nascita un bambino e
pericoloso come una polmonite
numero di morti
percentuale di decessi a
causa di febbri
Primo reparto
Secondo reparto
anno
• Il tracciato è tratto dal diario di Ignazio Semmelweis (1818-1865)
e illustra l'effetto devastante della febbre puerperale, un malattia
contagiosa che fa morire molte donne dopo il parto.
Semmelweis raccoglie i dati sui numeri di decessi a causa di
febbri puerperali nel primo e secondo reparto (vedi diagramma).
• I medici, compreso Semmelvweis, erano completamente
all'oscuro circa le cause delle febbri puerperali.
Ancora dal diario di Semmelweis:
•Dicembre 1846. Perché così tante donne muoiono a
causa di queste febbri senza che vi siano stati problemi
durante il parto? Da secoli la scienza ci dice che è
un'invisibile epidemia che ammazza le madri. La causa
può essere un qualche fattore nell'aria o in una qualche
influenza extraterrestre o in un movimento della terra
stessa, un terremoto.
Oggigiorno nessuno considera come possibile causa
delle febbre un'influenza extraterrestre o un terremoto.
• Noi oggi sappiamo che sono
causate
dalle
condizioni
igieniche. Ma al tempo di
Semmelweis, molte persone,
anche scienziati non lo
sapevano.
• Tuttavia, Semmelweis sapeva
che era improbabile che le
febbri fossero causate da
influenze extraterrestri o da un
terremoto. Mostrò i dati raccolti
(vedi diagramma) e li usò per
cercare di persuadere i suoi
colleghi.
Nel quesito si richiede allo studente di
utilizzare i dati forniti per:
• a) Valutare differenti punti di vista
• b) collegare sistematicamente i dati a
conclusioni possibili utilizzando una catena di
ragionamenti non fornita agli studenti.
DOMANDA 1: DIARIO DI SEMMELWEIS
• Processo:Valutare evidenze/dati scientifici.
• Concetti:Scienza della vita e salute (biologia animale)
• Supponiamo che voi siate Semmelweis.
Fornite un motivo (basato sui dati raccolti
da Semmelweis) per il quale è improbabile
che le febbri puerperali siano causate dai
terremoti.
Punteggio.
RISPOSTE PIENAMENTE CORRETTE
– Una risposta che faccia riferimento al diverso
numero di decessi (in percentuale) in entrambi i
reparti.
RISPOSTE PARZIALMENTE CORRETTE
–risposte che indicano che i terremoti non sono frequenti
–risposte che indicano che i terremoti colpirebbero anche le
persone al di fuori dei reparti
–risposte che indicano che durante i terremoti, i maschi non
soffrono di febbri puerperali
RISPOSTE NON CORRETTE
–risposte che affermano soltanto che i terremoti non
causano febbre.
–risposte che soltanto affermano che le febbri possono
avere altra causa.
–risposte che sono combinazione delle precedenti.
•Supponiamo che voi siate Semmelweis.
Fornite un motivo
(basato sui dati
raccolti da Semmelweis) per il quale le
febbri puerperali è improbabile che siano
causate dai terremoti.
Testo 2 del diario di Semmelweis:
• Parte della ricerca nell'ospedale era la dissezione. Il
cadavere delle persone decedute viene aperto per
trovare le cause del decesso. Semmelweis annota che
gli studenti che operano nel primo reparto e visitano le
donne che hanno appena partorito usualmente
prendono parte alla dissezione delle donne morte il
giorno prima. Inoltre non si curano di lavarsi dopo la
dissezione. Molti di loro, per mostrare la loro laboriosità,
sono fieri del fatto che si potesse sentire su di loro
l'odore della camera mortuaria.
• Uno degli amici di Semmelweil morì dopo essersi
tagliato durante una dissezione. La dissezione del suo
corpo mostrò gli stessi sintomi delle madri morte di
febbre puerperale. Ciò fornì a Semmelweil una nuova
idea.
DOMANDA 2
• Processo: individuazione dei quesiti
• Concetti: Scienze della vita e salute (biologia Umana)
• A Semmelweis viene una nuova idea che collega
il comportamento degli studenti con le morti delle
donne nei reparti di maternità.
Qual è quest'idea?
1. Se gli studenti si lavassero dopo le dissezioni si
osserverebbe un decremento nelle febbri puerperali.
2. Gli studenti non dovrebbero partecipare alle dissezioni
perché potrebbero tagliarsi.
3. Gli studenti puzzano perché dopo le dissezioni non si
lavano
4. Gli studenti volendo dimostrare la loro industriosità sono
meno attenti nell'esaminare le donne.
RISPOSTA CORRETTA:
• 1.Se gli studenti si lavassero dopo
le dissezioni si osserverebbe un
decremento nelle febbri puerperali.
.
RISPOSTA SBAGLIATA
• Tutte le altre
DOMANDA 3
•Processo: Applicare conoscenze scientifiche nella situazione prospettata.
•Concetti: Scienze nella vita e salute (Biologia Umana)
• Semmelweis riuscì nell'intento di ridurre il numero di
decessi per febbre puerperale. Ma ancora oggi la febbre
puerperale rimane una malattia che è difficile da
eliminare.
Le febbri, che sono difficili da curare, sono ancora un
problema ospedaliero. Molte provvedimenti di routine
servono come controllo per questo problema. Tra questi
vi è quello di lavare le lenzuola a temperatura elevata.
•Spiegare perché lavare le lenzuola a
temperatura elevata riduce il rischio che il
paziente possa contrarre la febbre.
Punteggio
RISPOSTE CORRETTE
1.
2.
3.
4.
Risposte che fanno riferimento alla morte dei
batteri
Risposte che fanno riferimento alla morte di
micro-organismi, germi o virus.
Risposte che fanno riferimento alla
rimozione (non alla morte) di microorganismi, germi o virus.
Risposte che fanno riferimento alla
sterilizzazione delle lenzuola.
RISPOSTE ERRATE
1. Risposte che fanno riferimento alla
morte della malattia.
2. Altre risposte scorrette.
Il prossimo quesito chiede agli studenti di
andare oltre l'esempio storico che indaga
sulle
conoscenze
scientifiche
comuni
necessarie a spiegare i fenomeni scientifici.
•
DOMANDA 4
•
•
Processo: applicare conoscenze scientifiche alla situazione presente.
concetti: Scienze nella vita e salute (biodiversità)
•
Molte malattie possono essere curate usando
antibiotici. Tuttavia, l'efficacia di alcuni antibiotici
contro le febbri puerperali negli ultimi anni è
diminuita. Per quale motivo?
1. Una volta prodotti, gli antibiotici perdono
gradualmente di efficacia
2. I batteri diventano resistenti agli antibiotici
3. Questi antibiotici sono efficaci contro le febbri
puerperali, ma non contro le altre malattie.
4. La richiesta di questi antibiotici è diminuita in
quanto le condizioni di salute pubblica sono
migliorate, negli ultimi anni, considerevolmente.
• Punteggio
• RISPOSTA CORRETTA
• risposta 2 - I batteri diventano
resistenti agli antibiotici
• RISPOSTA SBAGLIATE
• tutte le altre
Test internazionali
• Forniscono un quadro all’ingresso della
scuola superiore, che cosa succede
all’uscita?
•In Italia il 97% dei candidati ha superato l’esame di maturità . E’ raddoppiato
rispetto all’anno precedente il numero dei diplomati con il massimo dei voti.
• l’esame di maturità con commissioni formate esclusivamente da professori
interni si è trasformata in una farsa- con la conseguenza che nessuna scuola boccia
se stessa.
A Sassari ho provato a confrontare le
competenze scientifiche dei
“maturati” con quelle di chi ha
conseguito la terza media
test su 192 matricole della facoltà di scienze e su
127 iscritti alla prima classe delle secondarie
(60% liceo e 40% ITIS)
“An Inventory for Alternate Conceptions among First-Semester
General Chemistry Students”
Mulford, Douglas R.; Robinson, William R.
J. Chem. Educ. 2002, 79, 739.
2.Che cosa conterranno le bolle in un campione di acqua che si trova in ebollizione da almeno 30 minuti?
A) aria;
B) idrogeno in forma gassosa e ossigeno in forma gassosa;
C) ossigeno;
D) vapore d’acqua ;
E) calore.
2
100
90
80
70
100
60
matricole
50
medie
40
30
20
10
0
%a
%b
%c
%d
%e
%nr
4.
Se sciogliamo 1 grammo di sale da cucina in 20 grammi di acqua, quale sarà il peso finale della soluzione ?
A) 19 grammi;
B) 20 grammi;
C) compreso tra 20 e 21 grammi;
D) esattamente21 grammi
E) più di 21 grammi.
4
100
90
80
70
60
matricole
medie
50
40
30
20
10
0
%a
%b
%c
%d
%e
%nr
5.Il ferro si combina con l’ossigeno e l’acqua dell’aria e arrugginisce. Se un filo di ferro si arrugginisce
completamente, il peso della ruggine sarà:
A) inferiore al peso del filo da cui proviene;
B) identico al peso del fil da cui proviene;
C) più alto di quello del filo da cui proviene
D) è impossibile da prevedere
E) la ruggine non pesa
5
100
90
80
70
60
matricole
50
medie
40
30
20
10
0
%a
%b
%c
%d
%e
%nr
7.Quando dell'acqua liquida che si trova a 0°C congela:
A) cala di temperatura e cede calore all'ambiente;
B) aumenta di temperatura ed assorbe calore dall'ambiente;
C) resta alla stessa temperatura e cede calore all'ambiente;
D) resta alla stessa temperatura ed assorbe calore dall'ambiente;
E) durante il congelamento non viene scambiato calore.
7
100
90
80
70
60
matricole
50
medie
40
30
20
10
0
%a
%b
%c
%d
%e
%nr
Test di accesso alle facoltà
• Perché medicina
– Uguale e svolto contemporaneamente
in tutta in Italia
– Svolto da moltissimi studenti (33.634 nel 2004)
– È una prova oggettiva e non autoreferenziale
– il MIUR rende pubblici tutti i risultati.
Test di medicina
• 80 domande a scelta multipla
–
–
–
–
–
26 logica e cultura generale
18 biologia
18 chimica
18 matematica e fisica
una risposta giusta e 4 distrattori
• 1,5 minuti per domanda.
• Punteggio massimo 80 punti
– risposta esatta +1 punto
– risposta errata -0,2 punti
Confronto test ammissione
2003 - 2004
• 2003
• 2004
–
–
–
–
–
–
–
–
31.126 candidati
5% raggiunge 48/80
Media ammessi 42,7
Media totale 26,16
Fonte: http://pacs.unica.it
33.634 candidati
2% raggiunge 48/80
Media ammessi 39,5
Media totale 24,48
Universitˆ
ŹMessinaŹ
ŹSassariŹ
ŹCataniaŹŹ
ŹCatanzaro
ŹFoggiaŹ
ŹNapoli 2
ŹNapoli
ŹCagliariŹ
ŹL'AquilaŹ
ŹChieti
ŹRoma 2
ŹSienaŹ
ŹPalermoŹŹ
ŹPerugiaŹŹ
ŹRoma
ŹTriesteŹ
AnconaŹ
ŹGenovaŹŹ
ŹVarese
ŹPisaŹ
ŹFirenzeŹ
ŹVercelli
ŹParmaŹ
ŹTorinoŹŹ
ŹBresciaŹ
ŹBariŹŹ
ŹPadovaŹ
ŹFerraraŹ
ŹPaviaŹŹ
ŹBolognaŹ
ŹModena
ŹMilanoŹŹ
ŹVeronaŹ
ŹMilano 2
ŹUdineŹ
Media
Ammessi
33,71
34,7
35,01
35,97
34,69
35,85
38,72
34,63
34,54
38,44
38,31
37,11
39,95
38,11
43,77
38,24
39,97
36,96
37,49
41,3
39,38
38,15
39,09
40,9
39,5
41,3
43,36
41,19
42,47
45,51
41,63
43,71
44,3
44,5
44,88
Media
Totale
20,5
20,73
20,82
20,83
21,07
21,17
21,26
21,79
21,95
22,96
23,24
23,39
23,84
23,96
24,75
25,64
25,95
26,06
26,12
26,14
26,15
26,22
26,47
27,03
27,35
27,41
27,75
28,14
28,39
28,63
28,63
28,79
29,4
29,61
30,43
Medicina e Chirurgia
AA2004/05
• Risultati su scala nazionale;
• media è il punteggio medio ottenuto
dagli ammessi.
• media totale è su tutti i concorrenti
• Risultati abbastanza diversi da una
sede all’altra, ma nel complesso i
punteggi medi sono bassi.
• La media degli ammessi è 39,5/80.
• La media su tutti i canditati è 24,5/80
http://pacs.unica.it/graduato.htm
universitˆ
max
ŹMessinaŹ
ŹCagliariŹ
ŹL'AquilaŹ
ŹFoggiaŹ
ŹSassariŹ
ŹCataniaŹŹ
ŹNapoli 2
ŹSienaŹ
ŹCatanzaro
ŹGenovaŹŹ
Como Insubria
ŹPerugiaŹŹ
ŹChieti
ŹTriesteŹ
ŹRoma Sapienza
ŹParmaŹ
ŹVercelli
ŹPisaŹ
ŹNapoli Feder. II
ŹFirenzeŹ
ŹBresciaŹ
ŹTorinoŹŹ
ŹPalermoŹŹ
AnconaŹ
ŹModena e Reg.
ŹBariŹŹ
ŹRoma Tor Verg.
ŹFerraraŹ
ŹPaviaŹŹ
ŹBolognaŹ
ŹUdineŹ
ŹMilanoŹŹ
ŹVeronaŹ
ŹPadovaŹ
ŹMilano Bicocca
punteggio ammessi
min
media
61,2
27,6
33,71
55,4
28,4
34,63
53,6
29
34,54
53,6
28,8
34,69
57
28,8
34,7
56,2
29
35,01
62
29,2
35,85
72,8
29,6
37,11
53
30,4
35,97
57,6
31
36,96
60
31
37,49
63,4
31,2
38,11
66,8
31,6
38,44
64,2
31,6
38,24
68,4
32
38,31
67,4
32,2
39,09
61,6
32,2
38,15
64,4
32
41,3
68
32,4
38,72
65,6
33
39,38
61,2
33,2
39,5
64,6
33,4
40,9
62,8
33,8
39,95
63,2
33,8
39,97
63,6
34,4
41,63
59,6
35
41,3
61
35,8
43,77
59,2
35
41,19
64,6
36
42,47
68,2
36,6
45,51
64,2
37,2
44,88
64,6
37,2
43,71
57,6
37,2
44,3
61,8
36,6
43,36
64,6
38,2
44,5
posti a
simulazione
concorso ammessi amm%
200
89
44,50%
170
80
47,06%
115
55
47,83%
71
36
50,70%
100
51
51,00%
270
141
52,22%
300
167
55,67%
144
94
65,28%
100
70
70,00%
230
173
75,22%
130
101
77,69%
200
167
83,50%
160
136
85,00%
110
94
85,45%
640
573
89,53%
200
180
90,00%
75
68
90,67%
251
229
91,24%
293
273
93,17%
220
223 101,36%
180
188 104,44%
375
399 106,40%
250
274 109,60%
130
149 114,62%
144
172 119,44%
324
407 125,62%
165
216 130,91%
145
195 134,48%
200
282 141,00%
300
433 144,33%
80
120 150,00%
300
457 152,33%
145
223 153,79%
239
380 159,00%
100
161 161,00%
Simulazione
nazionale
• Cosa
succederebbe se
la graduatoria
venisse fatta su
scala nazionale?
http://pacs.unica.it/graduatorie/statsmed04.htm
Quali le maggiori difficoltà?
•
•
•
•
Non conoscono gli argomenti?
Non riescono a capire le domande?
Non sono abituati a risolvere i test?
Non hanno abbastanza tempo a disposizione in
relazione alla difficoltà dei quesiti?
• I quesiti non tengono conto dei programmi della
scuola superiore?
Ancora difficoltà
• È anche un problema di continuità
– Esiste un raccordo tra i docenti delle scuole superiori e
quelli dell’università?
• I test selezionano veramente i migliori studenti?
– La didattica italiana tradizionalmente non fa uso dei
test, non è detto che sia davvero così peggiore di quella
degli altri paesi europei.
Forse....
• Occorre un ripensamento a tutti i livelli
sull’insegnamento delle discipline scientifiche
• Occorre raccordare i diversi ordini di istruzione
che appaiono sempre più frammentati e scollegati
• E’ urgente definire un elenco coinciso e chiaro
delle conoscenze e competenze irrinunciabili per
le diverse fasce di età
• Occorre organizzarsi su scala locale per effettuare
azioni che siano significative, che vadano quindi
ad incidere sulla massa dei docenti e degli studenti