Il contributo della ricerca in Didattica all’insegnamento

della fisica: criteri per la progettazione di

nuovi materialiCandidato: Marchi Francesco

Relatore: Dott.ssa Olivia Levrini

Co-Relatore: Prof.ssa Barbara Pecori

Laurea Specialistica in Fisica 18 Luglio 2008

Obiettivo e fasi del lavoro

Obiettivo: Progettare nuovi materiali destinati all’insegnamento

della fisica in grado di colmare il gap fra i risultati di ricerca in didattica e i manuali tradizionali

Fasi del lavoro: Rassegna critica dei materiali esistenti Scelta dei criteri di progettazione di nuovi materiali

sulla base dei risultati della ricerca in didattica Individuazione di un formato: antologia online Studio di fattibilità: il pendolo

Dalla ricerca in didattica: comprensione e complessità

Semplificare e appiattire i contenuti non favorisce una comprensione profonda (Guidoni, 2001, Capire si può):

“Quando io guardo una cosa, quello che vedo mi va su dentro per gli occhi, mi arriva alla testa e poi le cose che mi arrivano dentro si mettono a correre per tutti quei corridoi che ci sono, si fermano un momento in tutte le stanze e quando trovano una stanza con dentro qualcosa che gli assomiglia, si fermano, si mescolano con quello che c’è che gli assomiglia e gira, gira, dopo mi viene l’idea e allora scende nella bocca e allora uno la dice.” (Beatrice, II media)

“Nella mente non ci sono strade tutte dritte, ci sono tanti incroci e tu puoi passare tante volte dallo stesso incrocio, però ci passi anche in un modo diverso.” (Paolo, II media)

Innovare in didattica della fisica: insegnamenti dal passato

Queste riflessioni non sono state tenute in considerazione nelle proposte fatte in passato, che sono risultate scarsamente adattabili rispetto:

Alle diverse tipologie di studenti Ai diversi stili degli insegnanti Alle diverse caratteristiche delle scuole

Da evitare: “Monotematicità” e scarsa modularità Univocità/linearità in quanto ostacoli alla comprensione …

Gestire la complessità della fisica

“Everything should be made as simple as possible but not

simpler”

A. Einstein

Articolazione della complessità e criteri di progettazione

Ricchezza delle connessioni interne alla fisica (dimensione disciplinare)

Molteplicità delle connessioni della fisica con le altre discipline (dimensione culturale)

Pluralità di stili di apprendimento (dimensione cognitiva)

Un formato “adattabile”

Il formato antologia: Eterogeneità dei materiali (memorie originali, saggi

critici, guide al laboratorio …) Nessuna pretesa di esaustività rispetto ai curricoli Molteplicità di accessi

L’antologia di fisica online: Struttura ipertestuale gestibile a diversi livelli Interattività e feedback

Studio di fattibilità

Il pendolo

Il pendolo nei libri di testo ...

...e nella ricerca in didattica

International Pendulum Project: http://www.arts.unsw.edu.au/pendulum/index.html

La scelta del pendolo

Il pendolo come contesto:

Emblematico del gap fra spazio riservato nei testi tradizionali e materiali disponibili in ricerca

Ricco rispetto a ciascuna delle tre dimensioni Esemplare rispetto all’intreccio delle tre

dimensioni

DIMENSIONE DISCIPLINARE

DIMENSIONE CULTURALE

DIMENSIONE COGNITIVA

Esplorare le dimensioni dell’apprendimento

conclusioni

La dimensione disciplinare

L’importanza della consapevolezza della struttura della disciplina rispetto a (Eylon et al., 1997, From problem solving to a knowledge structure): Comprensione delle idee centrali Capacità di richiamare conoscenze Abilità di problem solving

Individuazione di “temi strutturanti” relativi al pendolo, caratterizzati da: Trasversalità rispetto ai domini della fisica Significatività nell’evoluzione storica Contrapposizione fra modelli

Temi strutturanti e materiali per l’antologia

La dicotomia lineare-nonlineare Fenomenologia dei sistemi nonlineari Esplorare i limiti di un modello per capirne la portata

La dialettica realtà-modellizzazione Grandi oscillazioni e l’approssimazione in fisica

Pluralità di descrizioni di un sistema fisico: Descrizioni spazio-temporale vs energetica L’evoluzione del paradigma fra MC e MQ

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Linearità e nonlinearità in fisica: oscillazioni forzate

Bistabilità Jump effect

Non univocità nella relazione tra grandezze:ampiezza di oscillazione vs pulsazione

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Approssimazioni in fisica: piccole o grandi oscillazioni?

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Descrizione energetica vs spaziotemporale

La conversione di energia fra forme diverse Il tempo come indicatore di irreversibilità

Energia potenziale, cinetica, totale

Energia cinetica vs potenziale

homesucc.

La dimensione culturale

Il pendolo nell’opera di Galileo

L’orologio a pendolo e la misura del tempo

Il pendolo e il problema della longitudine

...

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Il pendolo e l’opera di Galileo

Lettura di passi di Galileo sul pendolo

La disputa con la scuola aristotelica e la nascita della scienza moderna

Ricostruzione di esperimenti storici

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La dimensione cognitiva

La gestione di più variabili e la costruzione dei concetti scientifici Le animazioni Java come strumento per l’esplorazione di un territorio complesso

Jean Piaget

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La separazione delle variabili e la costruzione dei concetti scientifici

Il pendolo come contesto per: La “gestione controllata” di una pluralità di variabili

(Piaget, 1955, De la logique de l’enfant à la logique de l’adolescent): Lunghezza del filo Forza impressa …

L’esplicitazione della varietà delle concezioni degli studenti relative al termine “fast” (Parnafes, 2008, The essential nature of complexity in learning): Velocità istantanea Frequenza …

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Le applet java

Possibilità di variare i parametri del sistema

Mettere a confronto ed integrare fra loro rappresentazioni diverse

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Conclusioni e problemi aperti

Abbiamo individuato: Tre dimensioni sulle quali articolare la complessità

relativa all’apprendimento della fisica L’antologia online come formato per la gestione

innovativa di materiali eterogenei: Proposte guidate di percorsi attraverso i materiali Possibilità di progettare percorsi individualizzati Possibilità per gli studenti di esplorare autonomamente i

materiali proposti

Cosa resta da fare (!): Individuare altri temi esplorabili su più dimensioni Progettare il sito (interfaccia, webdesign...) …