“Ogni cosa è più semplice di
quanto si pensi e, allo
stesso tempo, più complessa
di quanto si immagini”
(J.W. von Goethe)
Ambienti di apprendimento come
“territori propriamente complessi”:
Esempi sull’insegnamento/apprendimento
della fisica moderna
Olivia Levrini
Dipartimento di Fisica, Università di Bologna
Congresso SIF, Bologna, 2010
Criteri
per la progettazione di ambienti di apprendimento
in grado di favorire e sostenere:
• una comprensione profonda dei contenuti di
fisica moderna a livello di scuola
secondaria;
• un coinvolgimento attivo degli studenti;
• la formazione di un pensiero critico e
autonomo.
Perché tali criteri caratterizzano gli ambienti
di apprendimento come “territori propriamente
complessi”
In che senso tali criteri sono valutabili sia
sulla base di risultati sperimentali, sia per la
loro tenuta su un piano “teorico”
Premessa
Nei libri di testo di scuola secondaria,
passando dalla fisica classica alla fisica
moderna:
Più il gioco di fa duro, più la trattazione
si fa semplice:
- Da
argomentazioni
articolate
collezione di nozioni;
- Evidenza di incoerenze.
ad
una
I contenitori spazio-temporali sono stati
eliminati dalla fisica?
La relatività ristretta come la teoria che ha
permesso di eliminare dalla fisica spazio e tempo
assoluti (oggetti reali, contenitori sostanziali)
vs.
La relatività generale solitamente divulgata con
immagini di un contenitore spazio-(temporale) così
reale da essere curvato dalla materia
“Making things easy but not easier”
(A. Einstein):
- evitare complicazioni inutili, ma anche...
- evitare, il più possibile, approcci falsamente
semplificanti (approcci che impongono una
revisione dei concetti acquisiti non appena li
si voglia approfondire o approcci che
sottovalutano le potenzialità degli studenti);
- valorizzare alcune forme di complessità
produttiva (complessità che rendono un ambiente
di apprendimento ricco abbastanza da favorire la
comprensione dei contenuti e da valorizzare il
potenziale cognitivo di ciascuno studente e dei
diversi stili d’apprendimento).
Forme di complessità produttiva:
criteri di progettazione
(1) Un approccio pluri-prospettico – analisi degli
stessi contenuti (fenomenologie) da diverse
prospettive;
(2) Un approccio pluri-dimensionale – analisi e
confronto delle diverse prospettive condotti su
diversi piani: per le loro implicazioni
concettuali, sperimentali, formali, ma anche per
le loro peculiarità epistemologiche;
(3) Un approccio longitudinale (PRIN F21,
Coordinatore: P. Guidoni) –
l’insegnamento/apprendimento della fisica moderna
come ampliamento, revisione, ri-organizzazione
dei fondamenti della fisica classica,
sottolineando continuità e discontinuità dei
diversi paradigmi esplicativi.
Da un punto di vista metodologico:
Analisi della
letteratura di
ricerca sui
fondamenti, storia
e filosofia della
fisica
Analisi della
letteratura di
ricerca in didattica
della fisica
per
individuare una prospettiva didattica e
operare una ri-costruzione disciplinare
di dibattiti rilevanti sul piano
culturale e significativi sul piano
cognitivo
La sfida:
Entrare nella disciplina e nei dibattiti sui
fondamenti, storia e filosofia...
..e trasformarli in un territorio propriamente
complesso, culturalmente significativo per gli
studenti ma anche intelligibile e percorribile
ESEMPI DI RISULTATI DA
STUDI PILOTA
Valutazione degli ambienti di apprendimento in
termini di:
- Percorribilità, intelligibilità e livello
di comprensione dei concetti di base;
- Rilevanza
culturale
e
livello
coinvolgimento degli studenti;
di
- Efficacia nel favorire lo sviluppo di un
pensiero critico e autonomo.
PRIMO ESEMPIO
Dalla sperimentazione di relatività:
Contesto: Tirocinio SSIS (20 ore) (F.
Bonazzi, L. del Pennino), a.s. 2001-2002
Studenti
di
V
Liceo
Scientifico
Copernico”, Bologna (12 studenti)
L’approccio pluri-prospettico
e
la comprensione dei contenuti
“N.
Peculiarità del percorso
Fuoco sul confronto
tra
la prospettiva operazionista di Einstein
e quella geometrica di Minkowski,
collocate nel quadro di
una ricostruzione, in chiave didattica, del
dibattito (relazionismo vs sostanzialismo) sui
concetti di spazio e tempo in fisica
Un episodio di classe interessante
Gli studenti si sono scontrati con il concetto di
tempo proprio, trovandosi ad affrontare alcune
difficoltà sorte dal confronto di una pluralità
di definizioni e proprietà del concetto
L'intervallo di tempo tra
due eventi misurato nel
sistema di riferimento in
cui i due eventi avvengono
nella stessa posizione
(misurabile con un solo
orologio)
La lunghezza invariante di
una distanza
spaziotemporale
(prospettiva geometrica)
(prospettiva operazionista)
Comprensione e senso di soddisfazione
RISCONTRO ESTERNO
Il modello delle classi di coordinazione
(A. diSessa)*:
Interpretazione teorica del perché il confronto
tra diverse prospettive favorisca una
comprensione profonda
Difficoltà riconducibili a due problemi teorizzati
come inevitabili nell’appropriazione di un concetto in
fisica (costruzione di una classe di coordinazione):
Span:
“having
adequate conceptual resources to
operate the concept across a wide range of contexts in
which it is applicable”
Alignment: “being able to determine the same conceptcharacteristic
circumstances”.
information
across
diverse
*Levrini O., diSessa A.A. (2008), How Students Learn
from Multiple Contexts and Definitions: Proper Time as
a Coordination Class, Phys Rev.ST-PER, 4, 010107.
SECONDO ESEMPIO
Dalla sperimentazione in meccanica
quantistica:
2 classi V del Liceo Scientifico “A. Einstein”,
Rimini
-
“class A” (19 studenti)
-
“class B” (20 studenti)
Insegnante: Paola Fantini
Durata della sperimentazione: circa 25 ore(l’una)
L’approccio pluri-dimensionale
e
il coinvolgimento autentico
Peculiarità del percorso:
Fuoco sui
dibattiti sui fondamenti, la storia e la
filosofia della fisica
(Bohr-Einstein; Bohr-Heisenberg; HeisenbergSchrödinger)
per
creare la tensione conoscitiva necessaria
per accettare il formalismo
(matrici di Pauli)
come un aiuto e non come un’inutile
complicazione.
“Il problema non è stato capire ma accettare i
risultati della teoria”* (Michele)
“La parte del formalismo mi ha aiutato umanamente,
perché è sempre confortante contare su equazioni,
calcoli e leggi matematiche. […] il formalismo è
stato facile da memorizzare e capire, ma, come dico,
chiaro solo al suo interno.” (Simone R.)
“Il punto che mi è risultato più duro da comprendere
è stato l'abbandono del determinismo classico […] La
fisica del determinismo era una scienza esatta,
almeno a livello teorico; la Meccanica Quantistica,
invece, è sconvolgente, perché ci mette di fronte al
problema della conoscenza, ci fa chiedere se quello
che osserviamo è realmente quello che è..” (Simone
R.)
* Levrini O., Fantini P., Pecori B. (2008), “The problem is not
understanding the theory, but accepting it”: a study on
students’ difficulties in coping with Quantum Physics, in R.
Jurdana-Sepic et al.(Eds.), GIREP-EPEC Conference (2007,
Opatija), Selected contributions, 319-324, Rijeka: Zlatni rez
Il realismo non si perde. Occorre
soltanto ri-definirlo in termini di
probabilità (e non di certezza)
QuickTimeª e un
decompressore Codec YUV420
sono necessari per visualizzare quest'immagine.
La matematica è un’astrazione. La si
associa alla certezza soltanto per
abitudine.
QuickTimeª e un
decompressore Codec YUV420
sono necessari per visualizzare quest'immagine.
RISCONTRO IMPORTANTE:
“A me è piaciuto vedere le diverse
prospettive. Ci si accorge che la fisica
non è solo un insieme di “aride
formulette”, che non è solo il moto
rettilineo uniforme. […] Uno non ha solo i
risultati.
Segue anche lo sviluppo delle idee. Questo
aspetto “narrativo” lo rende più
interessante… è come leggere un romanzo e
vuoi sapere come va a finire”
(Andrea B., uno studente non particolarmente
interessato alla fisica)
Riscontro esterno a medio- o lungo-termine
sulla
qualità
della
comprensione
degli
studenti:
Esame di Fisica Generale ad Ingegneria
(I semestre del I anno)
Un esame molto selettivo:
Soltanto 30 studenti su circa 100 hanno superato lo
scritto.
Soltanto 11 studenti hanno superato l’orale sui 30
ammessi.
Tra gli 11 studenti che hanno superato
l’esame c’erano tutti e 5 gli studenti usciti
dalle “nostre” classi che si sono iscritti ad
Ingegneria!!!
TERZO ESEMPIO
Dalla sperimentazione in termodinamica:
Classe IV di Liceo Scientifico “A. Einstein”,
Rimini (PNI)
Insegnante: Paola Fantini
Durata delle attiivtà: circa 25 ore
L’approccio longitudinale, pluriprospettico e pluri-dimensionale
e
lo sviluppo di un pensiero critico e
autonomo dei singoli studenti in
risonanza con la crescita collettiva
della classe
Le attività di classe hanno delineato
un “classroom corridor”, che gli
studenti hanno navigato
costruendo/seguendo
“individual trajectories”
(Confrey, 2006)*
* The evolution of design studies as methodology, in Sawyer K.
(ed.), The Cambridge Handbook of The Learning Sciences,
Cambridge University Press, 135 – 152.
Approcci alla
Termodinamica
e
stili cognitivi
Giulia Tasquier*, Paola Fantini**, Mariateresa Scarongella*
* Dipartimento di Fisica, Università di Bologna
** Liceo Scientifico A.Einstein, Rimini
Ricapitolando…
Serie di criteri (“framework for action”)
costruiti “euristicamente” a partire da scelte:
- fatte inizialmente come scommessa;
- via via esplicitate e rifinite su “buone
pratiche d’insegnamento”;
- interpretate, per quanto possibile, sulla
base di un confronto, anche serrato, con
modelli teorici elaborati da altri gruppi
di ricerca a livello internazionale.
Il gruppo di ricerca
Eugenio Bertozzi, Dipartimento di Fisica, UNIBO
Michela Clementi, Liceo Scientifico “Serpieri”, Rimini
Paola Fantini, Liceo Scientifico “A. Einstein”, Rimini
Marta Gagliardi, Dipartimento di Fisica, UNIBO
Nella Grimellini Tomasini, Dipartimento di Fisica, UNIBO
Christian Montanari, Liceo Scientifico “Serpieri”, Rimini
Barbara Pecori, Dipartimento di Fisica, UNIBO
Mariateresa Scarongella, Dipartimento di Fisica, UNIBO
Giulia Tasquier, Dipartimento di Fisica, UNIBO
“Too many indiscriminate connections will turn
your mind to mush. But well-connected meaning
structures let you turn ideas around in your
mind, to consider alternatives and envision
things from many perspectives until you find one
that works. And that's what we mean by
thinking!”
(Minsky, Society of mind, 1986; p. 64)
Grazie per la vostra attenzione
