lunedì 15 agosto 2016

Un approccio allo studio dei modelli scientifici

Nella mia tesina per l'abilitazione tra i vari aspetti affrontati ho dato particolare rilievo alle modalità con cui si possono studiare in classe i modelli scientifici. La tesina era centrata sulle scienze della Terra; in questa disciplina i modelli scientifici sono ampiamente utilizzati anche nella attività di ricerca dato che i fenomeni geologici non possono essere riprodotti in un laboratorio senza fare ricorso a un modello. Inoltre l'assunto secondo cui il presente è la chiave per comprendere il passato implica una conoscenza basata sulla analogia (e quindi sulla modellizzazione) del passato attraverso il presente. Per tutte queste ragioni l'uso dei modelli si presta ad una efficace trasposizione didattica dei fenomeni geologici.
Secondo Duncan Sibley (1) i modelli utilizzati nelle scienze della Terra sono essenzialmente delle analogie. Per comprendere queste ultime la mente deve attivare cinque processi cognitivi descritti nel dettaglio da Gentner e Colhoun (2). Riporto questi cinque processi nella tabella seguente:


Il lavoro di elaborazione che eseguono gli alunni dopo aver studiato un modello in laboratorio allora, è efficace se ripercorre questi cinque processi cognitivi, preferibilmente attraverso una riflessione metacognitiva.
Nella tesina proponevo di utilizzare, a questo scopo, uno strumento euristico proposto da Gowin, il diagramma a V. Avevo scelto il diagramma a V perchè è uno strumento che consente di stabilire una correlazione tra gli aspetti teorici e procedurali di una esperienza di laboratorio, nel caso del modello quindi si poteva stabilire una correlazione tra la realtà (o meglio la rappresentazione esperta condivisa dalla comunità scientifica) e il modello sperimentale utilizzato in laboratorio. Proponevo quindi di riportare i primi quattro processi cognitivi di Gentner e Colhoun nel versante teorico della V di Gowin e gli aspetti concreti del modello visto in laboratorio nel versante operativo.
L'adattamento che ne è risultato è riportato nello schema seguente:



Gli esempi che avevo riportato nella tesina erano presi dal sito Earthlearningideas.org che elenca innumerevoli esperienze e modelli per le scienze della Terra, in particolare avevo preso come esempio l'esperienza "Shaken but not stirred" per la quale vi riporto il link al file pdf in inglese:  http://www.earthlearningidea.com/PDF/112_Shaken_not_stirred.pdf.
Per questa esperienza il diagramma a V risultante era il seguente:



Negli anni seguenti ho provato ad utilizzare questo approccio in classe, in particolare ho avuto l'opportunità di utilizzarlo in classi prime. Gli alunni di 14-15 anni però hanno mostrato difficoltà ad utilizzare il diagramma di Gowin, sia per la difficltà di compilare un grafico di quella forma che per l'astrattezza dei descrittori delle varie sezioni. Allora ho ripiegato su una tradizionale relazione di laboratorio strutturata in modo da evidenziare comunque i processi cognitivi formalizzati da Gentner e Colhoun.
La relazione quindi era organizzata in modo da richiedere una risposta alle seguenti domande:


Anche con questo schema alcuni allievi mostravano delle difficoltà pertanto ho fatto ricorso ad una applicazione online per fornire supporto e feedback alla classe durante la stesura della relazione. Si tratta di kaizena, un sito che si integra con il LMS Google apps for education e permette di fornire dei feedback agli alunni riducendo nel contempo il carico di lavoro del docente. In particolare kaizena consente di condividere una prima bozza del lavoro svolto tra il docente e il singolo allievo o anche tra il docente e l'intera classe. Il docente può quindi fornire delle indicazioni sul lavoro svolto sia sotto forma di feddback scritti che come registrazione audio. E' possibile anche costruire librerie di feedback precompilati per poterli riutilizzare con studenti diversi. Nel corso dell'ultimo anno scolastico con il supporto di Kaizena ho ottenuto ottimi risultati in una classe prima di Liceo delle Scienze Applicate, risultati misurati con il supporto di una rubrica valutativa.
Riporto di seguito una schermata di kaizena che si riferisce alla relazione della esperienza "Cycling water and heat in the lab" (earthlearningideas.org).



(1) Sibley, D. F. (2009) A cognitive framework for reasoning with scientific models:  Journal of Geoscience Education. v. 57, n. 4, p. 255-263.
(2) Gentner, D., & Colhoun, J. (2010) Analogical processes in human thinking and learning. In B. Glatzeder, V. Goel, & A. von Müller (Vol. Eds.), On Thinking: Vol. 2. Towards a Theory of Thinking, pp 35-48. Springer-Verlag.

domenica 14 agosto 2016

Un percorso PBL sugli shopper di plastica degradabili

Recentemente in un corso di aggiornamento ho avuto l'opportunità di approfondire alcuni aspetti pratici del Project Based Learning. Lo schema del metodo presentato in questo corso si adatta perfettamente ad un percorso didattico che ho realizzato nell'a.s. 2007/2008 presso l'Istituto Tecnico Commerciale Leon Battista Alberti di San Donà di Piave. Proverò allora a descrivere alcune caratteristiche del PBL prendendo come esempio questo percorso didattico. A quell'epoca erano ancora presenti le sperimentazioni abolite dalla riforma Gelmini e la classe in cui insegnavo era appunto una di queste sperimentazioni, caratterizzata dall'insegnamento integrato delle scienze, per cui lo stesso docente insegnava contemporaneamente scienze naturali, chimica e fisica. Nella classe in cui insegnavo, una classe prima, avevo a disposizione quattro ore settimanali e il programma prevedeva contenuti di fisica, scienze della Terra e ecologia suddivisi per moduli che occupavano tutto il monte ore settimanale. La significativa disponibilità di risorse, sia in termini di ore settimanali che in termini di laboratori di scienze e di informatica mi ha permesso di sperimentare un percorso basato sulla indagine a partire da una idea degli studenti stessi.


A quell'epoca nei supermercati Coop venivano utilizzati dei sacchetti di plastica che dopo trentasei mesi si degradavano, polverizzandosi in particelle finissime. Durante il modulo di ecologia ho avuto occasione di parlare di questi shopper e di far vedere agli alunni un sacchetto in fase avanzata di degradazione, da qui gli alunni stessi hanno proposto di fare una attività di ricerca per studiare il processo di degradazione degli shopper. Ha preso avvio, allora un percorso di indagine a gruppi in cui ogni gruppo studiava un possibile fattore che poteva influire sui tempi di degradazione dei sacchetti. Considerato che i tempi di degradazione normali arrivavano ai 36 mesi non c'era realmente la possibilità di misurare i tempi effettivi di degradazione dato che tutto doveva concludersi entro l'anno scolastico ma la parte più interessante, come appunto è nei percorsi di PBL, non stava nel risultato ma nel percorso seguito. Con il supporto del docente la classe si è impegnata nella messa a punto di test sperimentali per studiare l'influenza di diversi fattori sui tempi di degradazione dei sacchetti. L'attività quindi era centrata sugli aspetti procedurali della scienza, in particolare sull'experimental design, si trattava di identificare variabile dipendente, variabile indipendente e di definire tutte le variabili controllate dell'esperimento. Come compito significativo veniva chiesto ai gruppi di collaborare tra loro nella realizzazione di un wiki online in cui relazionare sull'esperimento svolto. Il wiki è ancora oggi online alla pagina https://stival-edu.wikispaces.com/1.+Introduzione


Vediamo allora quali sono gli aspetti significativi di questo percorso.
1. Una domanda significativa che attivi l'interesse degli alunni.
In questo caso la domanda di partenza è stata posta dagli alunni stessi durante la lezione per cui si può dire la la strada di questo percorso è stata subito in discesa, con un forte coinvolgimento e una forte motivazione da parte di tutta la classe.

2. Il progetto è collegato col mondo reale.
All'epoca c'era una vivace discussione sui danni provocati dai sacchetti di plastica che ha portato, negli anni successivi, a vietarne l'uso.

3. Gli studenti progettano il processo che porta alla risposta relativa alla domanda iniziale.
In questo caso la progettazione delle prove sperimentali era il fulcro stesso del progetto dato che l'obiettivo era sviluppare competenze relative agli spetti procedurali della scienza.

4. Nel progetto vengono sviluppate competenze chiave di cittadinanza.
Le competenze chiave che sono state attivate nel percorso riguardavano le competenze collaborative, dato che gli alunni lavoravano per gruppi e le competenze digitali, dato che dovevano realizzare un wiki da pubblicare online. All'epoca la mia carriera di insegnante era ancora agli inizi e devo dire che lavorare sulle competenze collaborative è stato l'aspetto più critico; se c'è una competenza che il docente deve possedere per poter lavorare con metodi alternativi all'istruzione diretta è sicuramente la capacità di gestire la classe.

5. Viene realizzato un prodotto finale.
In questo caso il prodotto non erano i risultati della sperimentazione, che non era possibile ottenere entro la fine dell'anno scolastico ma il wiki di classe, realizzato in orario scolastico nell'aula di informatica e integrato dal lavoro svolto a casa dagli studenti su base volontaria.


Come ho già accennato il punto più critico di tutto il percorso è stata la gestione della classe durante le attività di gruppo e la risoluzione dei conflitti o delle incomprensioni che nascevano all'interno dei singoli gruppi. Una ulteriore difficoltà per gli studenti ha riguardato le competenze digitali, si trattava infatti di alunni di quattordici anni e, sebbene il programma per la realizzazione del wiki fosse estremamente semplice, all'inizio del lavoro non tutti erano in grado di utilizzarlo. In questo caso però è stata sufficiente la collaborazione tra pari per far sviluppare a tutti le competenze necessarie alla realizzazione del sito.
Rileggendo gli aspetti didattici del percorso a qualche anno di distanza devo dire che quello che ho più trascurato è stata la valutazione. All'epoca ho valutato il lavoro svolto con criteri abbastanza arbitrari e poco definiti, oggi utilizzerei l'approccio trifocale di Calvani partendo da due distinte rubriche valutative, una per il lavoro sperimentale e la attività di experimental design e una per la realizzazione del wiki, inoltre integrerei la valutazione del docente con una autovalutazione in chiave metacognitiva, attraverso un diario degli apprendimenti e con una valutazione tra pari, sia sulla procedura sperimentale messa a punto in laboratorio che sulle pagine realizzate nel wiki.