L’arte di insegnare e
apprendere
Prof. Giuseppe Valitutti
Università di Urbino ‘’Carlo Bo ‘’
[email protected]
www.leparoledellascienza.it
RISULTATI DI APPRENDIMENTO
PROGRAMME FOR INTERNATIONAL STUDENT
ASSESSMENT (P.I.S.A.)
Punteggio
Posizione Posizione
dell’Italia
nel 2003
nel 2000
2003
LETTURA
476
26°
20°
MATEMATICA
466
26°
23°
SCIENZE
486
22°
22°
PROBLEM
SOLVING
469
26°
*
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
1. Da dove proviene l’ossigeno che permette la
combustione del magnesio ?
2. 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
1. Una domanda o un problema da risolvere.
2. Traccia di lavoro: preparazione di una scheda
da consegnare ai gruppi.
3. Siti da visitare per raccogliere informazioni.
Leggere pure il libro di testo.
4. Valutazione autentica. I gruppi si scambiano e
valutano le schede, per arrivare a compilare
una scheda che rappresenti il lavoro di tutta la
classe.
5. 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.
3. Chiedi agli allievi di
spiegare i concetti con altre
parole e di fare i riassunti
finali (1 minuto).
6.Autorizza gli
allievi a
comunicarti i
propri
interrogativi
mediante e-mail.
5. Programma incontri
personali con gli
studenti.
2. Durante la lezione fai
risolvere quiz a scelta
multipla (circa 10 minuti)
e problemi.
4. Assegna compiti per
casa e controlla i
quaderni e le mappe
concettuali ricostruite.
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.
3.Potenziare le capacità di
prendere decisioni, di
individuare le prove a favore
e quelle contro di una
strategia risolutiva..
6. Accrescere le
strategie risolutive
e le capacità di
ragionamento.
5. Migliorare la lettura
con comprensione.
2. Favorire la riflessione su
come risolvere il problema.
4. Consolidare le
competenze
disciplinari e di
comunicazione.
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.
1. Esponi il problema: su quali criteri si
basa la classificazione degli acidi e
delle basi ?
Introduci l’idea di
valutazione
autentica
3. Presenta la scheda di lavoro
ed elenca gli indirizzi Internet dai
quali ricavare informazioni.
2. Forma i gruppi di lavoro
con 5 o 6 allievi. Stabilisci i
termini di consegna.
4. I gruppi risolvono il
5. I gruppi si scambiano problema e compilano
la scheda
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. Sufficiente
Insufficien.
2
3
1
Titolo e
Formato
Peso = 1
Introduzio.
Peso = 1
Procedura
Peso = 3
Dati e calc.
Peso = 4
Risp.ques.
Peso = 2
Comunic.
Peso = 5
Buono
4
Ottimo
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
1.
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.
2.
Seconda sfida. Le idee centrali delle discipline.
Polya:’’è più importante una buona organizzazione della
conoscenza che non l’ammontare della stessa
conoscenza ’’.
3.
4.
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:
1. Sa spiegare quanto appreso
2. Sa fare degli esempi
3. Sa generalizzare
4. Sa applicare l’idea e risolve problemi
5. Propone analogie
6. 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
1. 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.
2. Perché lo xeno è molto più denso del
leggerissimo elio, un altro gas nobile ?
3. 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. 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).