Stefano Vercellati
Unità di Ricerca in Didattica della Fisica
Università degli Studi di Udine
[email protected]
Diverse dimensioni di ricerca:
• ricerca curricolare per la messa a punto di un percorso in
prospettiva verticale
• Natura di organicità e coerenza rispetto allo sviluppo del pensiero e
alla padronanza dei concetti
• Continuità rispetto a una progressione di ragionamenti e ai quadri
interpretativi nella
• Costruzione del pensiero formale a partire dall’esplorazione
sperimentale
• Ricerca sui processi di apprendimento
• Mediante la sperimentazione di microstep concettuali
• L’individuazione della progressione di strutture formali e della
modalità con cui vengono costruite
• L’analisi delle idee spontanee, della loro evoluzione in termini di
ragionamenti interpretativi
• Ricerca e sviluppo di
• Esperimenti
• strumenti didattici, di analisi degli apprendimenti
In questa comunicazione
• la proposta per la fondazione della
conoscenza concettuale sull’induzione
elettromagnetica
• l’analisi del processo di apprendimento
durante la sua sperimentazione
• Model of Educational Reconstruction (Duit et al, 2005) i
modelli spontanei degli studenti:
–
–
–
–
–
Nuclei concettuali e interpretazioni storiche
Idee spontanee e nodi concettuali
Monitoraggio di una teaching learning sequences
Analisi dei ragionamenti
messa a punto della proposta didattica
• Design research per la progettazione della proposta
didattica in prospettiva verticale (primaria – SSS)
• Ricerca empirica sui ragionamenti e la loro dinamica e i
dettagli critici su cui si incardina l’apprendimento
individuale (Viennot, 2006)
• Cambiamento concettuale dal senso comune alla
conoscenza scientifica (Ionnides & Vosniadou, 2001 Carey,
1985)
– Il ruolo dell’esperienza e dell’operatività nel
processo di costruzione della
conoscenza(Jonassen, 1991)
– Modalità di superamento dei nodi di
apprendimento, delle concezioni di senso
comune (McDermott & Redish, 1999) e delle
barriere concettuali (Clement & Brown, 2008)
– Ruolo della rappresentazione nella
costruzione di elementi interpretativi (dalle
ipotesi ai modelli)
– Ruolo dell’argomentazione nei processi di IBL
• La rappresentazione in termini di linee di orientazione del
campo magnetico è un referente concettuale sul piano
interpretativo? In che misura e rispetto a quali concetti?
• Quali strumenti concettuali vengono messi in campo per
interpretare l’induzione?
• Quali nodi concettuali risultano superati dall’impostazione
che formalizza le linee di campo?
• Quale utilizzo dei concetti in contesti comuni:
l’interpretazione di artefatti in quali termini vien fatta?
• Quali prospettive di approfondimento?
• Sperimentazione di ricerca in 3 classi di 5° superiore
(18-19 anni; 13° grado) provenienti da differenti tipi di
scuole
– 2 classi di tipo prototipale
– Una classe con ricerca-azione dell’insegnante (coprogettazione)
• MIF: 16 ore
•
•
•
•
Test in-out
Monitoraggio con tutorial IBL
audio registrazioni delle discussioni
Interviste semistrutturate e rogersiane di 6 studenti /
classe (3m+3f) (3 livelli di rendimento scolastico)
• I magneti e le loro interazioni
– Come riconoscere un magnete
– Come interagisce un magnete
con gli altri materiali
– Categorizzazione gli oggetti in
base a come essi interagiscono
con un magnete
– Interazione tra due magneti
– Identificazione della bussola
• La bussola come
esploratore delle
proprietà magnetiche
dello spazio
• La costruzione step by
step delle linee di
orientazione della
bussola
• La bussola come
esploratore delle
proprietà magnetiche
dello spazio nelle
vicinanze di un magnete
• Il disegno delle linee di
orientazione della
bussola
Osserva le linee che hai disegnato.
•Si intersecano tra di loro? Cosa
significa ciò?
•Considerando due linee vicine, la
distanza tra di esse rimane
costante?
•Dove la distanza tra linee cambia
di più?
•Man mano che ci allontaniamo dal
magnete, come tendono ad essere
le linee? Interpreta questo
comportamento.
Ruota di 90° il magnete e
ridisegna le linee di orientazione
della bussola
•É cambiato il pattern nelle
linee?
•Evidenzia similitudine e
differenze con quello
precedentemente disegnato.
•Ipotizza a cosa sia dovuto
questo cambiamento.
•La rappresentazione formale
utilizzata (delle linee di
orientazione) è in grado di
render conto del fenomeno
osservato? Motiva
•Pensi che l’intensità del
campo magnetico lungo
una linea sia costante o no?
Giustifica la tua risposta
•Misura l’intensità del
campo magnetico lungo
una linea e confronta i
risultati con la tua
previsione.
•Quali informazoni puoi
ricavare riguardo al campo
magnetico in ciascun punto
a partire dalla
rappresentazione delle
linee di campo?
•Il pattern di linee dà
informazioni sull’intensità
del campo magnetico?
Ricerchiamo una correlazione tra
l’intensità del campo magnetico
e lo spessore delle strisce
delimitate da due linee di
orientazione successive.
•In relazione a questa figura,
cosa rappresenta il disegno che
hai costruito con la bussola sul
foglio?
•Pensando alla struttura
tridimensionale delle linee come
ti figuri che siano le strisce in
3D?
•Misura l’intensità del
campo magnetico in vari
punti all’interno di un tubo
e l’area della sezione
corrispondente. Analizza la
relazione presente tra
queste 2 quantità.
r2
B
d
0
0,05
0,1
d
0,15
0,2
•Ripeti la misura in altri tubi.
Cosa noti?
•Questa osservazione può
essere utile per ricavare
informazioni riguardanti
l’intensità del campo
magnetico in ogni punto del
foglio a partire
dall’osservazione delle linee
di orientazione?
• Cosa bisogna fare per
essere in grado di
rappresentare con le linee
del campo l'intensità del
vettore magnetico in ogni
punto dello spazio?
• La rinormlizzazione delle
linee
• Alla ricerca di nuove sorgenti di campo
magnetico:
– la corrente elettrica
• In un filo
• In una spira
• In un solenoide
continuo ad usare la bussola
nell’identificazione delle sorgenti
di campo magnetico
Le simulazioni di Physlet aiutano a vedere le
proprietà del campo con le linee di orientazione
• Analogia del magnete con la bobina di rame
percorsa da corrente
•Interazione tra differenti sorgenti di campo
magnetico
–Interazione spira-magnete
–Interazione tra fili percorsi da corrente
–Forza di Lorentz
•Esplorazione sperimentale dell’induzione EM a
partire da materiali dati:
•Caduta di un magnete in un tubo di rame
•Interpretazione di artefatti
•
La rappresentazione in termini di linee di orientazione del campo magnetico è un
referente concettuale sul piano interpretativo? In che misura e rispetto a quali
concetti?
Distinzione tra line di forza e linea di
campo
80%
Caratterizzazione del campo
magnetico come proprietà dello spazio
70%
100%
60%
80%
Integrazione tra elementi 50%
rappresentativi
40%
controllo
(linee) ed enti matematici
(vettori)
60%
40%
campione
100%
10%
80%
0%
distingue
70%
non distingue
60%
0%
50%
Riconoscimento della
40%costanza del
30%
flusso
90%
20%
80%
10%
70%
0%
60%
70%
c'è correlazione
controllo
campione
quantitativa
non c'è correlazione
Principio
di sovrapposizione
quantitativa
60%
50%
controllo
50%
campione
riconosce
40%
non riconosce
30%
tutto lo spazio
30%
20%
90%
20%
zona limitata intorno al
magnete
40%
applica
30%
non applica
20%
20%
10%
10%
0%
0%
controllo
campione
controllo
campione
• Quali strumenti concettuali vengono messi in
campo per interpretare l’induzione?
60%
50%
40%
30%
controllo
campione
20%
10%
0%
poli
linee tagliate
flusso
moto relativo
tra sorgenti
La ricerca in didattica dell’elettromagnetismo ha
evidenziato importanti nodi concettuali sia in
casi statici:
– Il concetto di campo come sovrapposizione (Rainson&
Viennot, 1992),
– La rappresentazione del campo (Guisasola et all, 1999)
– La relazione tra linee di campo e traiettorie seguite dagli
oggetti posti all’interno del campo magnetico (Tornkwist et
all, 1993).
La ricerca in didattica dell’elettromagnetismo ha
evidenziato importanti nodi concettuali sia in
casi dinamici:
– La relazione tra campo magnetico e correnti elettriche, la
natura del campo stesso (Thong & Gunstone, 2008)
– le sorgenti del campo ed il ruolo del moto relativo (Maloney
et all, 2001)
– La natura della forza di Lorenz e l’identificazione di effetti
magnetici ed elettrici legati al movimento di cariche (Maloney
et all, 2001)
– La legge di Lentz ed il verso del campo indotto (Bagno Eylon,
1997)
• I dati raccolti dutrante quest sperimentazione
mostrano come, proponendo agli studenti
questo percorso didattico,
– la percentuale di studenti che che usano (in
modo corretto) come ente concettuale di
riferimento la rappresentazione basata sulle
“linee di campo” aumenti significativamente e
permetta loro di superare importanti nodi
concettuali
• Sviluppi futuri
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Bagno, E. and Eylon, B. S., Am. J. Phys. 65 (8) 726-736 (1997).
Carey, S. (1985). Conceptual change in childhood. Cambridge, MA:MIT Press.
Duit, R., Gropengießer, H., & Kattmann, U. (2005). Towards science education research that is
relevant for improving practice: The model of educational reconstruction. In H.E. Fischer, Ed.,
Developing standards in research on science education (pp. 1-9). London: Taylor & Francis.
Guisasola, J., Almudi, J. M. and Ceberio, M., Students ideas about source of magnetic field, II
int. Esera Conf., pp. 89-91(1999).
Ioannides, C., & Vosniadou, S. (2001). The changing meanings of force, Cognitive Science
Quarterly, 2, 5-62.
Jonassen, David H. (1991). Evaluating constructivistic learning. Educational Technology, 31,
28-33.
Maloney, D. P., O’Kuma, T. L., Hieggelke, C.J. and Van Heuvelen, A., Phys. Educ. Res., Am. J.
Phys. Suppl. 69 (7), pp S12-S23(2001).
McDermott, L. and Redish, E.F. (1999) Resource Letter, ‘PER-1: Physics Education Research’,
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Pfundt D, Duit R, Students' Alternative Frameworks and Science Education, IPN Kiel, Germany
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Thong, W. M. and Gunstone, R., Res. Sci. Educ. 38, 31-44 (2008).
Tornkwist, S., Pettersson, K. A. and Transtromer, G., Am. J. Phys. 61(4) 335-338(1993).
Stefano Vercellati
Unità di Ricerca in Didattica della Fisica
Università degli Studi di Udine
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