Università degli studi di Macerata
Dipartimento di Scienze
dell’educazione e della formazione
Associazione culturale
SpazioAmbiente
www.spazioambiente.org
in collaborazione con
Centro di ricerca in Psicologia dello sviluppo e dell’educazione
Facoltà di scienze della Formazione
Con il patrocinio dell’Ufficio Regionale Scolastico delle Marche
Insegnare scienze: il ruolo delle
teorie ingenue e il cambiamento
concettuale
giovedì 6 novembre ore 15.00
Aula Magna della Facoltà di Scienze della Formazione - Contrada Vallebona
Insegnare scienze:
il ruolo delle teorie ingenue e il
cambiamento concettuale
Lucia Mason
Università di Padova
Università di Macerata, 6-11-2008
All’inizio di un percorso di
apprendimento concettuale:
“Quando un animale è morto la pianta lo porta
sotto terra e succhia le cose che servono alla
pianta”.
(Barbara, IV prim.)
Al termine del percorso:
“La pianta si prepara il nutrimento: quando
un animale è morto la pianta lo porta sotto
terra in modo di succhiare le cose che servono
alla pianta per il nutrimento.”
(Barbara, IV prim.)
CONCEZIONE COSTRUTTIVISTA



Gli individui costruiscono sistemi di
conoscenze in base all’esperienza quotidiana.
Questa conoscenza è spesso incompatibile con
quella disciplinare trasmessa a scuola.
Apprendere non significa solo accrescimento,
bensì, anche e soprattutto, ristrutturazione di
quello che si sa già.
“La mia maestra mi ha detto che la pasta, quando
si mangia, diventa zucchero; allora io dovrei
avere già il diabete.” (V prim.)
“La muffa è una sostanza verde che viene dal cibo. Si
forma così: le vitamine e le altre sostanze dopo un
certo periodo ‘diventano più grosse’ ed escono dal
cibo e così si forma la muffa. La muffa non è un
essere vivente perché non si ricicla; la muffa si forma
meglio in frigorifero perché fa freddo e fa male il
freddo al cibo”.
(Alessio, V prim.)
“La muffa si forma sugli alberi e vive sui cibi scaduti,
ma se delle confezioni sono sigillate la muffa non si
forma. A chi è allergico (come io) è facile che si
ammali. La muffa è come una colla e di diversi
colori, di solito nera, bianca, verde. La muffa è non
vivente perché viene trasportata dall’aria e non si
nutre di niente.
(Andrea, V prim.)
Questionario 1 (2^ Istituto Tecnico)
Figura A
Figura B

Prendiamo un palloncino vuoto (figura A) e lo pesiamo, troviamo che
pesa 10 grammi. Con una pompa immettiamo dell’aria nel palloncino e
poi chiudiamo l’uscita con dello spago (figura B).
Secondo Te, il palloncino che contiene l’aria pesa
più di 10 grammi
10 grammi
meno di 10 grammi
non so rispondere
Spiega la tua risposta ……………………………..

Lo stesso palloncino della figura B viene slegato in modo che si sgonfi.
Una volta sgonfiato, conterrà ancora dell’aria?
SI
NO
Spiega la tua risposta …………………………….
Quadro teorico
Strutture cognitive generali
(indipendenti dal dominio)
(Piaget)
Strutture cognitive specifiche per
dominio
(Carey)
Spostamento dell’attenzione
- dalle operazioni che costituiscono la forma del
pensiero
- al contenuto del pensiero (concetti)
studio delle concezioni biologiche,
fisiche, psicologiche, economiche,
ecc.
Carey (1985)
La conoscenza intuitiva è formata da un insieme
coerente e sistematico di idee, paragonabili a
teorie
Passaggio da una teoria ad un’altra

Accrescimento
debole

Ristrutturazione
radicale
Ristrutturazione debole: aumento delle
relazioni tra concetti senza il mutamento dei
loro attributi fondamentali; i concetti vengono
inseriti in schemi più complessi e si formano
concetti superordinati che includono quelli
preesistenti, utili alla soluzione di nuovi
problemi e al cambiamento delle soluzioni date
a problemi già incontrati.
Ristrutturazione radicale: paragonata ad una
rivoluzione scientifica, comporta il
cambiamento della struttura di una serie di
concetti, delle relazioni che li connettono e del
dominio di fenomeni spiegati.
nel campo dell’educazione
scientifica
Studi
nel campo della psicologia dello
sviluppo e dell’educazione
Modello per il cambiamento
concettuale (Posner et al., 1982)
1. Bisogna essere insoddisfatti delle proprie
concezioni.
2. Una concezione nuova deve essere
intelligibile.
3. Una concezione nuova deve apparire subito
plausibile.
4. Una concezione nuova dovrebbe suggerire la
possibilità di risolvere problemi, spiegare più
cose, ecc.
Modelli mentali della Terra
(Vosniadou & Brewer, 1992))
Modello scientifico
Sfera
Modelli iniziali
Terra a forma di disco
Terra rettangolare
Modelli sintetici
Sfera appiattita
Sfera incavata
Doppia Terra
Modello di terra “doppia” (Vosniadou & Brewer, 1992)
I modelli mentali sono legati a teorie specifiche
e teorie di cornice
Mutamento delle presupposizioni che
sottostanno alla teoria di cornice
Teoria specifica
Informazioni di carattere osservativo sulla Terra
La superficie terrestre si
estende sullo stesso piano
per una lunga distanza
Il cielo è sopra la
superficie terrestre
Sotto la Terra c'è acqua
e/o terra
Il sole, la luna, le stelle sono in cielo
Credenze
La Terra è piatta,
solida, ferma
La Terra è ferma
La Terra è sostenuta
al di sotto da terra o
acqua
Il sole, la luna, le stelle
e il cielo sono sopra la
sommità della Terra
Modelli Mentali
Terra rettangolare
Terra a forma di
disco
Terra a forma
di anello
Struttura concettuale ipotetica sottostante ai modelli mentali della Terra
(Vosniadou, 1994)
Teoria di cornice
Presupposizioni
Radicate
Presupposizioni ontologiche
Solidità
Stabilità
Organizzazione
alto/basso
Presupposizioni epistemologiche
Le cose sono come appaiono essere
Gravità
alto/basso
Ruolo pre-conoscenze
Valutazione diagnostica di
cosa gli studenti già conoscono e
come è organizzata la loro conoscenza.
E’ necessario non solo ristrutturare le teorie
ingenue, ma anche
 i modi di pensare e ragionare
 creare consapevolezza metaconcettuale
 creare intenzionalità.
INTERAZIONE TRA MOLTEPLICI
FATTORI DI NATURA DIVERSA
Fattori individuali: cognitivi e motivazionali
•
•
•
•
•
•
pre-conoscenze
credenze epistemiche
obiettivi di riuscita
interesse per la disciplina
interesse per l’argomento
auto-efficacia
Fattori educativi
Fattori educativi che favoriscono il
cambiamento concettuale
•
Argomentazione in classe
•
Scrittura riflessiva
•
Lettura di testi confutazionali
•
Uso di analogie
La discussione, come strumento di apprendimento che
richiede ed incoraggia
- l'esplicitazione
- l'approfondimento
- la critica razionale
- la valutazione
di idee e posizioni,
costituisce un ambiente fertile per la ristrutturazione
concettuale.
(Brown, Palincsar, 1989;
Pontecorvo, 1987, 1990)
La dinamica argomentativa che si sviluppa in una
discussione provoca i partecipanti a dare sostegno alle
posizioni assunte
ricerca di quello che sta dietro le proprie concezioni
(presupposizioni)
consapevolezza dei sistemi di rappresentazioni
trasformazione di visioni personali in teorie ragionate
Discutere per ragionare insieme
DISCUSSIONE di piccolo gruppo: 4 bambini di 4^ elementare
66) Christian: ti posso dire una cosa? Questa è l'aria libera e questo il
cartoncino, l'aria spinge il cartoncino e lo fa attaccare.
67) Martina: sì ma come fai? Io non sono ancora convinta, spiega meglio la
tua opinione.
68) Alessandro: tu praticamente hai detto quello che era scritto sul cartellone
che l'aria esterna spinge sul cartone. Questo è il bicchiere, lo capovolgo,
....abbiamo capito tutti la proposta ma tu devi spiegare perché, non raccontare
la storia.
69) Christian: l'aria spinge.
70) Alessandro: ma perché spinge?
71) Martina: se non sai spiegarlo bene, spiegalo in parole povere, basta che si
riesca un po' a capire.
72) Christian: perché l'aria va veloce, sembra che va piano
invece è veloce.
73) Martina: ma come fa in tutti i casi ad esserci sempre una
corrente d'aria? Scusa ... le correnti d'aria sono aria normale se
ci sono sempre.
74) Alessandro: secondo me è l'acqua che attira il cartoncino
perché attirandolo tiene su praticamente il cartoncino e poi l'aria
dentro e fuori non fa niente.
(75) Christian: ragazzi, facciamo finta, questo è il cartoncino,
questo è il cartoncino, sotto c'è l'aria che spinge.
(76) Martina: ma come fa ad esserci sotto sempre una corrente
d'aria?
(77) Alessandro: hai detto sempre sta roba qua fino adesso.
(78) Christian: ma è questo!!
(79) Martina: come faccio io a capire quello che ha detto,
perché scusa non c'è mica sempre una corrente d'aria che tira il
bicchiere.
(80) Alessandro: chi è d'accordo con me che è la seconda?
(81) Martina: io.
(82) Alessandro: Valentina, sei d'accordo?
(83) Valentina: io sì.
(84) Martina: sono indecisa.
(85) Alessandro: non è giusto quello che ha detto Christian
perché ci vorrebbe una corrente d'aria più forte, è troppo debole
l'aria e poi è l'acqua che attira, sono d'accordo con la seconda
perché è come il vortice d'acqua, butti qualcosa, una scatoletta,
se lo risucchia, è come quello.
(86) Martina: andiamo per esclusione: la prima non è, la
seconda non abbiamo detto niente, la terza diciamo che è
sbagliata però adesso discutiamo. Christian spiega con altre
parole della tua decisione che a noi sembra non vada bene.
(87) Alessandro: deve spiegarci il perché.
Motivare il dissenso da tutti
“Abbiamo fatto una discussione molto vivace. La mia prima idea
era che un fungo è una pianta mentre i miei compagni
dicevano che non era vero. Credo che sia una pianta perché ci
sono gli alberi rossi, come l’acero rosso, che sono piante. I
miei compagni dicono che un fungo non è una pianta perché
non si produce il cibo da solo. Quando ero a casa ho riflettuto
su questo e ho pensato che può non essere una pianta perché
non ha i semi. Comunque non sono ancora sicura che non
abbia i semi. Adesso credo ancora di più che il fungo è una
pianta perché Giulia ha portato a scuola un libro dove c’è
scritto che un fungo non ha la clorofilla. La mia maestra ha
detto molte volte che anche nei libri ci possono essere degli
errori.”
(Ilaria, IV prim.)
Utilità della discussione
“A me piace moltissimo fare le discussioni in classe
perchè si può comunicare la propria idea e poi vedere
se è valida. Quando tu dici una cosa e gli altri
compagni ne dicono altre, bisogna vedere quale idea
funziona meglio, quindi bisogna esaminare
attentamente tutte le idee prima di scegliere e chi ha
detto un’idea deve difenderla, portare prove a
sostegno di questa idea, altrimenti viene cacciata via.
A me piace andare alla ricerca di prove, dire il
perché, e mi piace anche riuscire a criticare un'idea
degli altri, criticare sempre con delle prove. Quando
si discute in classe bisogna continuamente riflettere e
ragionare, non bisogna mai perdere il filo del discorso
e questo serve molto perché impari a non farti
sfuggire nulla, la tua mente è sempre in funzione al
massimo”.
Scrittura Riflessiva
“Le piante possono vivere solo con l’acqua? Questa è la domanda.
Secondo me non possono vivere solo di acqua perché hanno
bisogno anche della luce del sole e devono essere messe fuori. Sì,
è vero che l’acqua contiene sali minerali ma la mia idea è che le
piante hanno bisogno della luce del sole perché le scalda e se
vivessero al freddo morirebbero. Jessica ha detto che tiene una
pianta sempre dentro. Io credo che sia impossibile per una pianta
vivere se sta sempre dentro perché ha bisogno di stare all’aria
aperta e di catturare la luce del sole, non quella artificiale di un
lampadario in una stanza. Ho fatto un paragone col cactus. Il
cactus è una pianta che vive nel deserto. Sì, ha bisogno di acqua
ma soprattutto di calore e luce, è nel deserto infatti. Tutte le piante
dei miei vicini di casa sono morte perché non avevano la luce del
sole. E poi ho fatto un altro paragone: può un uomo vivere solo
con l’acqua e stare sempre con la luce artificiale di una stanza?
No, non credo perché gli umani hanno bisogno di cibo e di
respirare aria fresca. La mia conclusione è che le piante hanno
bisogno di molte cose come gli uomini. Per adesso non so dire
quali sono queste cose.”
(Alessia, IV prim.)
“Oggi, io ho capito che se ci fosse una mancanza di
carne (esperimento mentale) un carnivoro non potrebbe
adattarsi a mangiare erba a seconda dell'apparato
digerente e a seconda di che tipo di denti ha, la stessa
cosa vale per gli erbivori, come la mucca, che non
potrebbero mangiare carne. Mi sono resa conto anche
che i cuccioli hanno più difficoltà ad abituarsi a un cibo
che non è adatto al loro, come, per esempio, un
cucciolo di lupo, che ha un corpo più debole dei
genitori, non potrebbe mangiare erba, la stessa cosa
vale per gli erbivori.
Io ero molto convinta della mia idea e ci è voluto molto
tempo per farmi cambiare idea. La cosa che mi ha fatto
cambiare idea sono stati i denti”.
(Maria, V prim.)
Testo confutazionale: l'energia
Se si taglia un filo della corrente elettrica, tu pensi che la
corrente fuoriesca e si sparga? Se pensi questo,
hai un’idea sbagliata perché l’energia elettrica non è una
sostanza, qualcosa di materiale, e quindi non
può spargersi. Se si taglia il filo, si interrompe il flusso di
corrente. Quando un tubo dell’acqua si rompe,
l’acqua fuoriesce e si sparge perché è una sostanza
materiale, un liquido. Non è la stessa cosa, invece,
per quanto riguarda l’energia elettrica che passa in un filo
della corrente, poiché essa non è una sostanza
e non ha quindi le stesse proprietà dell’acqua.
Testo confutazionale: la luce
Tanto tempo fa anche gli scienziati credevano che la
luce fosse di colore giallo o bianco.
Pensi anche tu che la luce sia gialla o bianca? In realtà
ti stai sbagliando perché, come ha fatto capire uno
scienziato di nome Newton, la luce contiene in sé tutti i
colori. Sono stati gli esperimenti di Newton a dimostrare
questo. Nel 1666 Newton prese un prisma di vetro e lo
dispose in modo da farlo attraversare da un raggio di
luce. Sistemò uno schermo dove il raggio si dirigeva e
su di esso si formarono i sette colori che compongono la
luce: rosso, arancione, giallo, verde, azzurro, indaco e
violetto.
Testo confutazionale: l’evoluzione
Possiamo riassumere la teoria dell’evoluzione di Darwin nei
punti che seguono.
Gli individui di una stessa specie non sono perfettamente identici:
essi possiedono una grande variabilità di caratteri che sono in
parte ereditari, cioè possono essere trasmessi alla prole. La
variabilità è fondamentale nella teoria di Darwin. Perché, secondo
voi, la variabilità tra gli individui è così importante? Provate a
pensare se gli animali di una stessa specie fossero esattamente
tutti uguali e perfettamente adatti ad un certo ambiente. Ad un
certo punto quell’ambiente cambia: nessun animale è adatto, tutti
muoiono e così la specie si estingue. Se invece gli animali sono
diversi tra loro, è più probabile che ci sia qualcuno che per caso
ha delle caratteristiche adatte a quel nuovo ambiente: questo
animale “fortunato” sopravvive, ha dei figli e la specie a cui
appartiene continua ad esistere. Dunque gli individui di una stessa
specie sono molto diversi tra di loro.
Testo confutazionale: l’evoluzione
Possiamo riassumere la teoria dell’evoluzione di Darwin nei
punti che seguono.
Gli individui di una stessa specie non sono perfettamente identici:
essi possiedono una grande variabilità di caratteri che sono in
parte ereditari, cioè possono essere trasmessi alla prole. La
variabilità è fondamentale nella teoria di Darwin. Perché, secondo
voi, la variabilità tra gli individui è così importante? Provate a
pensare se gli animali di una stessa specie fossero esattamente
tutti uguali e perfettamente adatti ad un certo ambiente. Ad un
certo punto quell’ambiente cambia: nessun animale è adatto, tutti
muoiono e così la specie si estingue. Se invece gli animali sono
diversi tra loro, è più probabile che ci sia qualcuno che per caso
ha delle caratteristiche adatte a quel nuovo ambiente: questo
animale “fortunato” sopravvive, ha dei figli e la specie a cui
appartiene continua ad esistere. Dunque gli individui di una stessa
specie sono molto diversi tra di loro.
Provate a osservare un bambino: egli assomiglia solo in parte al
padre e alle madre. Ciò è dovuto al “rimescolamento” dei caratteri
dei genitori che ha luogo attraverso la riproduzione sessuale.
Inoltre, la variabilità è anche dovuta a mutazioni del patrimonio
genetico che sono del tutto casuali. Provate a concentrarvi su una
caratteristica, come ad esempio il lungo collo delle giraffe:
credete che questi animali abbiano sviluppato un collo così
lungo perché ne avevano bisogno per mangiare dagli alberi
più alti? Oppure pensate che a furia di tirarlo il collo si sia
allungato? Beh, vi sbagliate sia nel primo caso che nel secondo
perché, se anche fosse così, i piccoli delle giraffe non
nascerebbero con il collo lungo. Infatti, questo cambiamento
riguarda l’aspetto fisico e non il patrimonio genetico che è ciò che
viene trasmesso alla prole e che determina le caratteristiche di un
individuo. I cambiamenti dell’aspetto fisico non riguardano il
patrimonio genetico e dunque non si trasmettono ai figli.
Cambiamento concettuale sulla luce
Tempo x tipo di testo , F(2, 84)=8.31, p=.001, 2 = .16
12
10
8
6
4
2
0
ale
n
o
ale
i
n
z
ta
z io
u
a
f
t
on
fu
c
n
n
Co
No
Pre-test
Post-test 1
Post-test 2
Tempo x interesse, F(2, 84) = 7.18, p = .001, 2 = .14
10
8
6
Pre-test
4
Post-test 1
2
Post-test 2
0
Basso
Alto
Tempo x tipo di testo x credenze epistemiche x interesse
per l’argomento, F(2, 84) = 4.43, p < .05,
2 = .09
10
8
6
4
2
pre-test
post-test 1
0
Confutazionale
cr
ed
ed
cr
e
te
ss
to
in
t,
ba
Al
in
t,
Al
to
Non confutazionale
al
e
in
cr
t,
ed
al
te
cr
ed
as
s
o
ss
in
t,
b
Ba
Ba
ss
o
Ba
ss
o
Ba int,
ss ba
s
o
in se
t,
c
al red
Al
te
to
cr
in
ed
t,
Al ba
ss
to
e
in
c
t,
al red
te
cr
ed
post-test 2
Cambiamento concettuale sull’evoluzione biologica
Tempo x tipo di testo, F (2, 104) = 17.50, p =.001, 2 .25
12
10
8
6
2
Post-test 1
0
Post-test 2
Non
confutazionale
Pre-test
Confutazionale
4
Tempo x credenze epistemiche, F (2, 104) = 3.75, p =.05, 2 .07
10
9
8
7
6
5
4
3
2
1
0
Pre-test
Post-test 1
Post-test 2
Meno
avanzate
Più
avanzate
Tempo x tipo di testo x credenze epistemiche, F (2, 104) = 5.72, p
=.01, 2 .11
14
12
10
8
6
4
Pre-test
Post-test 1
Post-test 2
2
0
Meno Più
avan avan
Confutazionale
Meno
avan
Più
avan
Non confutazionale
Analogie
Analogie auto-generate
1. L’acqua è come la colla
2. L’acqua è come la saliva che incolla
3. L’acqua è come la calamita
4. E’ come quando un pezzo di carta si attacca alla
televisione
5. E’ come quando la carta dei crackers si attacca alle
mani
6. Il cartone è come un coperchio
7. Il cartone è come una spugna che tiene l’acqua
8. E’ come la ventosa dei giocattoli
9. E’ come un tappo della penna sulle labbra
10. E’ come un bicchiere sulla bocca
CONSAPEVOLEZZA
METACONCETTUALE
Riflessioni sulle proprie concezioni:
cosa,
perché,
come,
quando si conosce
“Gli aghetti dei pini sono così piccoli, così stretti che è
difficile credere che ci sia la fotosintesi dentro, invece
è molto più facile credere che possa succedere in una
bella foglia di banana.”
(Marco, IV prim.)
“La fotosintesi sembrerebbe impossibile, incredibile, ma
io credo che le foglie possono prepararsi il loro cibo
perché anche gli stomi sono invisibili ma pure
esistono nelle foglie.”
(Marialuisa IV prim. )
“Io ho imparato una cosa nuova che all'inizio non immaginavo
proprio. Una bottiglia vuota, cioè senza acqua, per esempio, è
proprio vuota o contiene qualcosa anche se non si vede? Io
prima di fare gli esperimenti pensavo che non essendoci più
acqua dentro, neanche una sola goccia, era completamente
vuota, ma non è così. Dopo aver provato a fare parecchi
esperimenti e discusso tanto, anche molto forte, con i compagni
del mio gruppo, ho cambiato idea. La bottiglia è vuota di acqua,
va bene, ma è piena di aria e questa è una novità per me.
L’aria è una sostanza che anche se non la vedi, non la senti, non la
tocchi, occupa uno spazio. Se la bottiglia è piena di acqua, allora
non c’è aria dentro, ma se è piena per metà, ad esempio, c’è
anche aria dentro e quando vuoi versare dell'altra acqua dentro
alla bottiglia attraverso un imbuto, se prima non esce l'aria che è
dentro non scende l'acqua ferma nell'imbuto.
Il fatto che l’aria esiste e occupa spazio lo si capisce anche
osservando bene e pesando dei palloni gonfi d’aria e dei palloni
sgonfi. Quelli pieni d'aria pesano di più perché contengono
questa sostanza invisibile”.
(Matteo, V prim.)
Prima pensavo che il sangue non andava alla testa perché
avevo sentito delle persone dire “non sta fare questo
perché ti va il sangue alla testa, stai attento”, così ero
convinta che il sangue non arrivasse alla testa. Adesso
so che il sangue arriva in ogni cellula del corpo, anche
nella testa dove c’è il cervello. Lo so perché ho
studiato il giro del sangue nel nostro corpo e ho visto
anche la testa di un bambino piccolo e si vedevano
proprio bene le vene. Sono convinta di questo. Non è
stato difficile farmi cambiare idea perché avevo seguito
le discussioni e le spiegazioni che sono venute fuori.”
(Giulia, V prim.)
“All’inizio ho fatto confusione, non capivo perché
pensavo ‘ma cosa c’entra?’ (l’analogia), ma poi ho
cominciato a capire come avviene questa fotosintesi,
che le piante sono gli unici esseri viventi che si
preparano il cibo da sole con le sostanza di base. Noi
non possiamo vedere cosa succede dentro le foglie,
così pensando a come si prepara il dolce, il dolce lo
possiamo preparare quando vogliamo, possiamo
capire. All’inizio io credevo che le piante se le davi
l’acqua si nutrivano quasi esclusivamente di acqua,
che non c’entrava niente la luce, davi l’acqua e se la
mangiavano.”
(Andrea, IV prim.)