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DAL SAPERE AL SENSO DEL SAPERE La sfida delle competenze Inquiry Based Science Education: sviluppare competenze attraverso un apprendimento basato sull’indagine MARIA ANGELA FONTECHIARI Scuola Internazionale di Dottorato – Università di Camerino Parma, 10 settembre 2012 AGENDA Definire l’IBSE in termini generali e operativi Individuare il valore aggiunto dell’IBSE Sperimentare l’inquiry Definire le process skills promosse dall’IBSE Analizzare attività inquiry in relazione all’obiettivo dello sviluppo di process skills Trasformare attività “tradizionali” in attività inquiry finalizzate a promuovere inquiry skills Parma 10-09-12 / M.A. Fontechiari IL SIGNIFICATO DI INQUIRY 1^ parte Inquiry Based Science Education (IBSE) Educazione Scientifica Basata sull’Indagine INQUIRY indagine – ricerca – investigazione svolgere attività indirizzate alla scoperta di qualcosa procedere in modo scientifico: seguire un percorso fatto di passaggi concatenati e non stabiliti in modo arbitrario Parma 10-09-12 / M.A. Fontechiari IBSE E INDICAZIONI EUROPEE 1^ parte “I miglioramenti nell’educazione scientifica vanno realizzati attraverso una pedagogia rinnovata: l’introduzione nelle scuole dell’approccio basato sull’indagine (IBSE), azioni per la formazione degli insegnanti in tal senso [...] dovrebbero essere attivamente promosse e sostenute” (Rocard, 2007) Parma 10-09-12 / M.A. Fontechiari IBSE E PROGETTI EUROPEI Parma 10-09-12 / M.A. Fontechiari 1^ parte CARATTERISTICHE GENERALI Costruttivista Induttivo Orientato al processo Centrato sullo studente Laboratoriale Attivo Cooperativo Parma 10-09-12 / M.A. Fontechiari 1^ parte Insegnante facilitatore CARATTERISTICHE GENERALI Costruttivista Induttivo Orientato al processo Centrato sullo studente Laboratoriale Attivo Cooperativo Parma 10-09-12 / M.A. Fontechiari 1^ parte Insegnante facilitatore ELEMENTI INNOVATIVI 1^ parte • Focus dell’attività didattica: prodotti e processi della scienza • Simulare in classe il processo di indagine scientifica (inquiry) coerente alla visione della scienza contemporanea • Sviluppare idee e concetti a partire dalle evidenze sperimentali • Attività laboratoriale: alternanza tra fare e riflettere • Proporre esperienze di ricerca autentica Parma 10-09-12 / M.A. Fontechiari DEFINIZIONE OPERATIVA 1^ parte “Nell’ambito di ogni disciplina scientifica, gli studenti di tutti i gradi di scuola dovrebbero avere l’opportunità di sperimentare il processo di ricerca scientifica e sviluppare l’abilità di pensare e agire secondo le modalità previste da tale processo […]” (NRC,2000) “L’inquiry è un’attività multiforme che comporta fare osservazioni; porre domande; esaminare manuali e altre fonti di informazione per acquisire quello che è già noto; pianificare investigazioni; rivedere quello che già si conosce alla luce di evidenze sperimentali; usare strumenti per raccogliere, analizzare e interpretare dati; proporre risposte, spiegazioni e previsioni e comunicare risultati. L’inquiry richiede l’individuazione di ipotesi, l’uso del pensiero logico e critico e di considerare spiegazioni alternative” (NRC, 1996) L’inquiry si caratterizza principalmente come processo in cui si sviluppano idee dalle evidenze sperimentali. (Harlen & Allende, 2008). Parma 10-9-12/ M.A. Fontechiari ELEMENTI CHIAVE 1^ parte Gli studenti sono coinvolti con una domanda investigabile (engage) spiegazione Gli studenti raccolgono evidenze sperimentali per rispondere alla domanda (evidence) Gli studenti formulano spiegazioni basate su evidenze sperimentali (explanation) Gli studenti valutano le spiegazioni proposte confrontandole con le conoscenze scientifiche e considerando spiegazioni alternative (evaluation) Gli studenti comunicano e argomentano le spiegazioni (communication) Parma 10-09-12 / M.A. Fontechiari evidenze coinvolgimento comunicazione valutazione DOMANDE INVESTIGABILI 1^ parte Sono domande a cui si può rispondere attraverso l’analisi di evidenze sperimentali, osservazioni e dati - non importa se diretti o indiretti - derivati da investigazioni scientifiche. Sono domande che generalmente non prevedono una risposta univoca e a cui non si risponde con un ‘si’ o con un ‘no’. Parma 10-09-12 / M.A. Fontechiari CRITERI per selezionare domande investigabili Disponibilità di materiali Disponibilità di tempo Riferimento a contesti significativi e reali Età degli studenti Parma 10-09-12 / M.A. Fontechiari 1^ parte DOMANDE INVESTIGABILI “Cosa succede se non innaffio le piante?” “Cosa succede se metto le piante al buio?” “Perchè le piante crescono?” Parma 10-09-12 / M.A. Fontechiari 1^ parte “La membrana cellulare è semipermeabile?” “Come faccio a sapere se la membrana è semipermeabile?” “Quali sono i principali tipi di rocce?” DOMANDE INVESTIGABILI “Cosa succede se non innaffio le piante?” “Cosa succede se metto le piante al buio?” “Perchè le piante crescono?” Parma 10-09-12 / M.A. Fontechiari 1^ parte “La membrana cellulare è semipermeabile?” “Come faccio a sapere se la membrana è semipermeabile?” “Quali sono i principali tipi di rocce?” INDICAZIONI PER LA SPERIMENTAZIONE • • • • • 1^ parte L’IBSE non è una metodologia ma un approccio didattico che può essere implementato in diversi modi: non esiste una rigida sequenza lineare di cose da fare, la definizione operativa fornisce delle indicazioni criteriali Non tutti gli obiettivi di apprendimento possono essere perseguiti con l’approccio inquiry L’approccio inquiry può essere utilizzato efficacemente in combinazione con altre metodologie, anche quelle tradizionali La sperimentazione dell’IBSE richiede un necessario adattamento al contesto e ai bisogni degli studenti Il piano ideale per l’implementazione dell’IBSE è un’introduzione graduale Parma 10-09-12 / M.A. Fontechiari LIVELLI DI INQUIRY come può variare un’attività inquiry strutturato confermativo Parma 10-09-12 / M.A. Fontechiari DIREZIONE INSEGNANTE guidato AUTONOMIA STUDENTI aperto 1^ parte IL GRADO DI INFORMAZIONI FORNITE AGLI STUDENTI LIVELLI DI INQUIRY domanda di ricerca procedimento risposta/soluzioni inquiry confermativo gli studenti svolgono indagini su fatti e fenomeni noti, di cui sanno prevedere i risultati, rispondendo ad una domanda proposta dall'insegnante, corredata dal procedimento da seguire. x x x x x inquiry strutturato gli studenti svolgono indagini per rispondere ad una domanda proposta dall'insegnante, corredata dal procedimento da seguire. inquiry guidato gli studenti svolgono indagini per rispondere ad una domanda proposta dall'insegnante, individuando il procedimento da seguire. x inquiry aperto gli studenti svolgono indagini scegliendo la domanda di ricerca e il procedimento da seguire. Parma 10-09-12 / M.A. Fontechiari 1^ parte TAKE-HOME MESSAGES 1^ parte • L’approccio basato sull’inquiry presenta 5 elementi chiave • L’inquiry è un mezzo per apprendere in modo efficace i contenuti e i processi della scienza • L’apprendimento basato sull’inquiry promuove esperienze di ricerca autentiche • L’apprendimento basato sull’inquiry promuove l’alternanza tra fare e riflettere • Esistono diversi ‘livelli di inquiry’ Parma 10-09-12 / M.A. Fontechiari SPERIMENTARE L’INQUIRY esplorare materiali Parma 10-09-12 / M.A. Fontechiari 2^ parte SPERIMENTARE L’INQUIRY esplorare materiali scheletro A Parma 10-09-12 / M.A. Fontechiari 2^ parte scheletro B SPERIMENTARE L’INQUIRY INDIVIDUALMENTE (5’): • osservare attentamente i due scheletri • annotare tutte le domande suggerite dall’osservazione IN GRUPPO (5’): • condividere e confrontare le domande formulate individualmente • selezionare un elenco di domande condivise da scrivere sulle strisce di carta DISCUSSIONE COLLETTIVA: analisi delle domande proposte dai gruppi e selezione di una domanda investigabile Parma 10-9-12/ M.A. Fontechiari 2^ parte SPERIMENTARE L’INQUIRY individuare la domanda di ricerca scheletro A scheletro B “Cosa mangiano questi due animali?” Parma 10-09-12 / M.A. Fontechiari 2^ parte SPERIMENTARE L’INQUIRY investigazione e condivisione 2^ parte IN GRUPPO (15’): • formulare una possibile risposta alla domanda selezionata (ipotesi e previsione) • progettare e svolgere un’investigazione (raccogliere evidenze sperimentali) per verificare la spiegazione proposta, utilizzando i materiali a disposizione • preparare un report di gruppo DISCUSSIONE COLLETTIVA: • presentazione dei contributi di ciascun gruppo (2’ per gruppo) • confronto e valutazione dei risultati presentati dai gruppi • sintesi finale Parma 10-09-12 / M.A. Fontechiari SPERIMENTARE L’INQUIRY 2^ parte ipotesi e previsione SE … scheletro A mangia vegetali perchè: • ha gli incisivi molto sviluppati, adatti a tagliare; • ha i denti posteriori piatti con lamine adatte a macinare ALLORA … • quando si mangia cibo vegetale si usano gli incisivi per tagliare • il cibo vegetale viene macinato sfregandolo tra due superfici. piatte con lamine che le rendono ruvide Parma 10-09-12 / M.A. Fontechiari SPERIMENTARE L’INQUIRY 2^ parte scheletro A NUTRIA formula dentaria 1.0.1.3 / 1.0.1.3 Parma 10-09-12 / M.A. Fontechiari SPERIMENTARE L’INQUIRY ipotesi e previsione SE … 2^ parte scheletro B mangia carne perchè: • ha i canini sporgenti, adatti a strappare la carne; • ha i denti posteriori con sporgenze acuminate, adatte a masticare la carne. ALLORA … • Quando si mangia la carne si usano i canini per addentare e strappare • La carne viene dilaniata tra superfici acuminate che si sfregano come lamine di una forbice Parma 10-09-12 / M.A. Fontechiari SPERIMENTARE L’INQUIRY VOLPE formula dentaria 3.1.4.2 / 3.1.4.3 Parma 10-09-12 / M.A. Fontechiari 2^ parte scheletro B molari carnassiali SPERIMENTARE L’INQUIRY Parma 10-09-12 / M.A. Fontechiari 2^ parte SPERIMENTARE L’INQUIRY Parma 10-09-12 / M.A. Fontechiari 2^ parte SPERIMENTARE L’INQUIRY Parma 10-09-12 / M.A. Fontechiari 2^ parte SPERIMENTARE L’INQUIRY 2^ parte sintesi finale ERBIVORI CARNIVORI gli incisivi sono molto sviluppati? SI* NO i canini sono sviluppati ? NO* SI SI NO NO SI NO SI CARATTERISTICHE OSSERVATE i denti posteriori sono piatti? la mandibola si sposta solo in senso verticale? gli occhi sono frontali? Parma 10-09-12 / M.A. Fontechiari SPERIMENTARE L’INQUIRY Parma 10-9-12/ M.A. Fontechiari 2^ parte SPERIMENTARE L’INQUIRY INNESCO Si esplorano materiali, si fanno osservazioni e si formulano domande coinvolgimento Parma 10-09-12 / M.A. Fontechiari INVESTIGAZIONE Si progettano e si svolgono investigazioni connesse alla domanda di ricerca 2^ parte CONDIVISIONE Si condividono i risultati delle investigazioni per individuare e consolidare i concetti chiave Analisi della struttura dell’attività inquiry INNESCO Gli studenti esplorano materiali e/o fatti e fenomeni, fanno osservazioni e formulano domande relative agli obiettivi specifici di apprendimento Innesco L’innesco dell’inquiry è rappresentato da attività progettate allo scopo di: sollecitare la curiosità degli studenti su un fatto o un fenomeno connesso agli obiettivi specifici apprendimento; stimolare una serie di domande a cui gli studenti possono rispondere nelle loro investigazioni. Parma 10-09-12 / M.A. Fontechiari INVESTIGAZIONE Gli studenti (progettano e) svolgono investigazioni basate sulle (loro) domande di ricerca Investigazione Piccoli gruppi (progettano e) svolgono investigazioni basate sulle domande formulate nella fase di innesco. Le investigazioni prevedono di: interagire con materiali e risorse; fare osservazioni; proporre spiegazioni provvisorie; fare previsioni e testarle; rivedere le domande e le spiegazioni alla luce delle nuove osservazioni; registrare e rappresentare graficamente e/o in forma scritta le idee sviluppate durante l’investigazione 2^ parte CONDIVISIONE Gli studenti condividono i risultati delle loro investigazioni per consolidare la comprensione dei concetti scientifici Condivisione Gli studenti hanno l’opportunità di analizzare le loro idee e condividere le loro esperienze. Questa fase prevede: di dare agli studenti il tempo di consolidare le idee, per capire come comunicare agli altri quello che hanno imparato; di incoraggiare i gruppi a“costruire” il proprio apprendimento sulle idee degli altri, in modo da raggiungere la comprensione profonda dei concetti chiave; l’intervento di facilitatori che sintetizzano i concetti chiave a partire dalle idee presentate dai gruppi. SPERIMENTARE L’INQUIRY DENTI SALIVA APERTURA della BOCCA 2^ parte ERBIVORI CARNIVORI Incisivi: generalmente sviluppati, ampi e piatti o a forma conica e ricurvi; Canini: assenti o non sviluppati (corti e non affilati o lunghi con funzione di difesa); Molari e Premolari: generalmente piatti con superfici complesse o tubercolati, ma con tubercoli bassi e arrotondati. Incisivi: tendenzialmente corti e non sviluppati; Canini: lunghi ed affilati e curvi; Molari e Premolari: dotati di tubercoli tendenzialmente acuminati come coltelli. Nella saliva sono presenti enzimi per la digestione di carboidrati. La Nella saliva non sono presenti enzimi digestivi. secrezione salivare è quasi neutra L’apertura boccale è piccola. L’apertura della bocca è ampia. MOVIMENTI MANDIBOLARI La mandibola presenta movimenti laterali, in senso antero- La mandibola presenta solo movimenti sul piano verticale posteriore e sul piano verticale. MUSCOLI della MASTICAZIONE Masseteri sviluppati e temporali ridotti. Temporali sviluppati e masseteri ridotti. Laterale Frontale POSIZIONE degli OCCHI INTESTINO STOMACO ACIDITA’ STOMACO UNGHIE L’intestino tenue può essere lungo fino a più di 12 volte la L’intestino tenue può essere lungo da 3 a 6 volte la lunghezza del lunghezza del corpo. corpo. Il colon è lungo e complesso e può presentare anse. Il colon è semplice, corto e liscio. Lo stomaco è semplice o a camere multiple. La sua capacità è Lo stomaco è semplice; la sua capacità è circa il 70% del volume inferiore al 30% del volume totale del tratto digestivo. totale del tratto digestivo. Lo stomaco secerne una quantità minima di acido cloridrico. In presenza di cibo il pH ≈ 4-5 L’acidità dello stomaco è molto elevata: in presenza di cibo il pH ≤ 1. Le unghie sono tendenzialmente piatte; negli ungulati sono presenti gli zoccoli. Presentano artigli affilati. Parma 10-9-12/ M.A. Fontechiari SPERIMENTARE L’INQUIRY DENTI SALIVA 2^ parte ERBIVORI CARNIVORI Incisivi: generalmente sviluppati, ampi e piatti o a forma conica e ricurvi; Canini: assenti o non sviluppati (corti e non affilati o lunghi con funzione di difesa); Molari e Premolari: generalmente piatti con superfici complesse o tubercolati, ma con tubercoli bassi e arrotondati. Incisivi: tendenzialmente corti e non sviluppati; Canini: lunghi ed affilati e curvi; Molari e Premolari: dotati di tubercoli tendenzialmente acuminati come coltelli. Nella saliva sono presenti enzimi per la digestione di carboidrati. La Nella saliva non sono presenti enzimi digestivi. secrezione salivare è quasi neutra APERTURA DELLA BOCCA L’apertura boccale è piccola. L’apertura della bocca è ampia. MOVIMENTI MANDIBOLARI La mandibola presenta movimenti laterali, in senso antero- La mandibola presenta solo movimenti sul piano verticale. posteriore e sul piano verticale. MUSCOLI della MASTICAZIONE Masseteri sviluppati e temporali ridotti. Temporali sviluppati e masseteri ridotti. Laterale Frontale POSIZIONE degli OCCHI INTESTINO STOMACO ACIDITA’ STOMACO UNGHIE L’intestino tenue può essere lungo fino a più di 12 volte la L’intestino tenue può essere lungo da 3 a 6 volte la lunghezza del lunghezza del corpo. corpo. Il colon è lungo e complesso e può presentare anse. Il colon è semplice, corto e liscio. Lo stomaco è semplice o a camere multiple. La sua capacità è Lo stomaco è semplice; la sua capacità è circa il 70% del volume inferiore al 30% del volume totale del tratto digestivo. totale del tratto digestivo. Lo stomaco secerne una quantità minima di acido cloridrico. In presenza di cibo il pH ≈ 4-5 L’acidità dello stomaco è molto elevata: in presenza di cibo il pH ≤ 1. Le unghie sono tendenzialmente piatte; negli ungulati sono presenti gli zoccoli. Presentano artigli affilati. Parma 10-9-12/ M.A. Fontechiari SPERIMENTARE L’INQUIRY 2^ parte “A cosa serve l’elevata acidità dello stomaco dei carnivori?” Parma 10-9-12/ M.A. Fontechiari TAKE-HOME MESSAGES • L’apprendimento basato sull’inquiry promuove lo sviluppo di competenze/abilità specifiche (inquiry skills) • E’ possibile modificare le attività “tradizionali” per aiutare gli studenti ad acquisire e consolidare le inquiry skills Parma 10-09-12 / M.A. Fontechiari 3^ parte IBSE E ABILITA’/COMPETENZE IBSE Parma 10-09-12 / M.A. Fontechiari COMPETENZE 3^ parte IBSE e PROCESS SKILLS OSSERVARE FORMULARE DOMANDE FARE IPOTESI FORMULARE PREVISIONI PROGETTARE E SVOLGERE INVESTIGAZIONI INTERPRETARE COMUNICARE Parma 10-09-12 / M.A. Fontechiari 3^ parte DEFINIRE LE PROCESS SKILLS 3^ parte Si possono formulare diversi elenchi di process skills più o meno lunghi e analitici. Elenchi relativamente ridotti sono più facili e ‘pratici’ da utilizzare, soprattutto in relazione alla valutazione. Per lavorare efficacemente con gli studenti, è utile avere definizioni distinte di ciascuna process skill. Nelle situazioni reali le process skills sono generalmente applicate simultaneamente. Si possono definire le process skills in termini teorici. Definizioni operative delle process skills sono più efficaci da utilizzare nella valutazione e nella progettazione di attività didattiche. Parma 10-09-12 / M.A. Fontechiari IBSE E PROCESS SKILLS 3^ parte UN CASO DI APPRENDIMENTO BASATO SULL’INVESTIGAZIONE IMPARARE COS’E’ LA CONDENSAZIONE* ___________________________________________________________________________ In una classe della scuola primaria, l’insegnante utilizza l’approccio dell’IBSE per trattare l’argomento della condensazione. Consegna quindi ai bambini dei bicchieri di acqua fredda con all’interno dei cubetti di ghiaccio. Dopo aver suddiviso la classe in gruppi, assegna il compito di esplorare il materiale consegnato. Un gruppo di bambini nota che i bicchieri hanno la superficie esterna umida, apparentemente coperta di acqua, e, subito, si chiede da dove possa venire. Nel cercare una soluzione, i bambini fanno riferimento ad alcune esperienze, in cui hanno osservato la fuoriuscita di acqua da alcuni recipienti, come ad esempio certi tipi di bicchieri di carta. Basandosi su queste osservazioni precedenti, il gruppo ritiene che l’acqua sia in qualche modo fuoriuscita dai bicchieri. I bambini riferiscono quindi la loro idea alla maestra, la quale li invita a pensare in che modo potrebbero verificarla. Dopo essersi confrontati, rispondono che se l’acqua fuoriesce dalle pareti del bicchiere, allora il liquido all’interno dovrebbe lentamente diminuire. Un bambino propone allora di indicare con un pennarello il livello iniziale dell’acqua per vedere se, dopo un po’ di tempo, si abbassa. La maestra suggerisce di coprire il bicchiere per evitare di perdere acqua per evaporazione. Il gruppo quindi si attiva per verificare l’idea formulata: i bambini coprono il bicchiere di acqua con della pellicola per alimenti, con un pennarello segnano il livello, poi restano in attesa per circa 30 minuti, infine osservano se il livello dell’acqua è diminuito. Al termine della loro investigazione, essi non rilevano alcun cambiamento. Parma 10-09-12 / M.A. Fontechiari IBSE E PROCESS SKILLS 3^ parte I l gruppo comprende che la prova effettuata smentisce la propria spiegazione, così i bambini si rimettono al lavoro. Si concentrano allora su un’altra idea, sempre suggerita da precedenti esperienze. Si ricordano che nelle giornate fredde, qualche volta hanno osservato sui vetri dell’auto dei loro genitori un sottile strato di goccioline. Si domandano se può essere il freddo la causa di questo fenomeno e considerano questa idea come una possibile spiegazione. Decidono quindi di verificarlo mettendo dei cubetti di ghiaccio in un bicchiere e dell’acqua calda in un altro, per vedere se ci sono delle differenze tra i due. Essi ritengono che se all’esterno della superficie del bicchiere con il ghiaccio si forma un velo di acqua, mentre sulle pareti di quello con l’acqua calda non si osserva nulla di simile, allora potrebbe essere effettivamente il freddo una spiegazione plausibile. I bambini verificano la loro nuova idea mettendo del ghiaccio nel primo bicchiere e dell’acqua calda nel secondo, quindi osservano l’eventuale presenza di acqua sulla superficie esterna dei due bicchieri. Rilevano che c’è un velo di acqua all’esterno di quello con all’interno i cubetti di ghiaccio, mentre non rilevano cambiamenti nel bicchiere con acqua calda. Questa prova conferma la loro spiegazione. Essi concludono che è stato il freddo e non la perdita di liquido dalle pareti del bicchiere, la causa della formazione del sottile velo di goccioline di acqua sulla superficie esterna. Si preparano infine a presentare l’esito della loro investigazione individuando gli argomenti per ‘difendere’ la propria proposta, pur essendo curiosi di confrontarla con quelle dei compagni: ci sarà forse qualcosa di più convincente? Parma 10-09-12 / M.A. Fontechiari IBSE E PROCESS SKILLS ATTIVITA’ modificata Studenti 3^ parte Insegnante/ Studenti Chi determina la domanda di ricerca/ il problema? X Chi determina il procedimento/il piano delle attività? Chi determina i risultati/la risposta? ATTIVITA’ non modificata Insegnante X X Studenti Insegnante/ Studenti Insegnante Chi determina la domanda di ricerca/ il problema? X Chi determina il procedimento/il piano delle attività? X Chi determina i risultati/la risposta? Parma 10-09-12 / M.A. Fontechiari X IBSE E PROCESS SKILLS PROCESS SKILLS Att. modificata Osservare X Formulare domande x 3^ parte Att. non modificata X Fare ipotesi Formulare previsioni X Progettare e Svolgere investigazioni X X Interpretare X x Comunicare X X Parma 10-09-12 / M.A. Fontechiari DEFINIRE LE PROCESS SKILLS IN TERMINI OPERATIVI 3^ parte OSSERVARE livello iniziale OSSERVARE livello avanzato cogliere pochi dettagli cogliere dettagli identificare differenze piuttosto che somiglianze Identificare sia somiglianze sia differenze fare riferimento principalmente a quello che si vede (osservare usando la vista) usare tutti i sensi fare osservazioni rilevanti rispetto al problema o alla situazione studiata Parma 10-09-12 / M.A. Fontechiari DAL SAPERE AL SENSO DEL SAPERE La sfida delle competenze “ … l’educazione scientifica dovrebbe insegnare come funziona la scienza, e […] possibilmente l’insegnamento della scienza dovrebbe, almeno in parte, svolgersi come si svolge la scienza …” (Pievani, Sala & Serelli, 2011) Grazie per l’attenzione! Parma 10-9-12/ M.A. Fontechiari ([email protected]/[email protected])
