SENSORI ON-LINE NELLA SCUOLA DELL INFANZIA E NELLA SCUOLA PRIMARIA

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1 SENSORI ON-LINE NELLA SCUOLA DELL INFANZIA E NELLA SCUOLA PRIMARIA Maria Gabriella Binda (1), Mirella Fanutti (2), Alberto Stefanel (3) (1) Istituto Comprensivo di Tricesimo, Udine (2) Istituto Comprensivo di Pagnacco, Udine Unità di Ricerca in Didattica della Fisica, Università di Udine binda-gabriella@libero.it, mirella.fanutti@inwind.it, stefanel@fisica.uniud.it La necessità di rispondere a un bisogno di affrontare l educazione scientifica dei bambini nella scuola dell Infanzia e nella scuola Primaria con il sostegno di ricercatori universitari, ha spinto le nostre scuole ad aderire ad un progetto di collaborazione Scuola-Università volto a promuovere l innovazione didattica sostenuta dalla formazione degli insegnanti. La sensorialità costituisce una base importante per l educazione scientifica, l utilizzo dei sensori on-line, in quanto estensori dei sensi, rappresenta una sfida per affrontare l educazione scientifica nella scuola di base. Il loro utilizzo diventa uno strumento guida nella costruzione di concetti relativi a fenomeni termici e alle relazioni tra essi. Lo strumento offre nuove opportunità per la costruzione del passaggio dal sapere concreto, alla costruzione di generalizzazioni e formalizzazione, in particolare attraverso la rappresentazione grafica in tempo reale. Si attiva la spontanea capacità dei bambini di utilizzare/leggere i messaggi grafici. 1. Introduzione L insegnamento delle materie scientifiche e in particolare di temi di fisica nella scuola dell infanzia e nella scuola primaria (scuola di base d ora in poi) si limita per lo più ad esplorazioni fenomenologiche occasionali, non sistematiche, di campi di esperienza [1]. Si rinuncia a priori alla costruzione di concetti scientifici, che vengono invece per lo più trasmessi in modo assertivo, anche in quei pochi casi in cui vengono proposti. Si evitano allora tutti quei temi e/o aspetti che vengono considerati troppo astratti, senza tener conto che i bambini, per loro natura, costruiscono, proprio in relazione a tali aspetti implicitamente coinvolti in osservazioni fenomeniche, personali visioni, interpretative e non solo rappresentative, di ciò che osservano. Si contribuisce, in questo modo, a generare quella separazione tra sapere quotidiano e esperienza sensoriale da un lato e sapere scientifico dall altro, che poi è all origine di molte delle difficoltà che gli studenti incontrano nello studio in particolare della fisica ([1], [2]). Alle profonde carenze dei docenti della scuola di base su contenuti e metodi propri delle discipline scientifiche, si affiancano difficoltà da un lato nel riconoscere il ruolo che possono avere le semplici e creative attività di esplorazione fenomenologica, che caratterizzano la pratica nelle scuole e i testi specifici per la scuola di base, dall altro nell integrare l uso delle nuove tecnologie nella didattica ([3], [4]).

2 La sfida, che ci si è posti di affrontare con il progetto collaborativo universitàscuola Formare alle ScoPErTe (Decreto Rettorale n del 18/11/2002) [5], è quella di esplorare nuove strade di formazione insegnanti in cui la ricerca è tema di studio e modalità stessa di formazione ([6], [7]), per la messa a punto e sperimentazione [8] di proposte innovative nella scuola di base nel campo del magnetismo e dello studio dei fenomeni termici. In quest ultimo ambito in particolare ci si è posti l ulteriore obiettivo di studiare come l uso di sensori collegati in linea con il computer favorisse l apprendimento dei bambini. 2. Il progetto e il suo sviluppo Il progetto è stato realizzato dall Uuniversità degli Studi di Udine Unità di Ricerca in Didattica della Fisica e le scuole di base degli Istituti Comprensivi di Pagnacco e Tricesimo. Si è imperniato su una attività di ricerca-azione, con particolare attenzione alla metodologia dei processi di insegnamento e apprendimento; al contributo della ricerca alla formazione degli insegnanti; alla riflessione di ricerca sulla pratica della didattica per la soluzione di problemi pedagogici, psicologici e didattici; alla predisposizione di materiali e metodi innovativi per la didattica. L ambito interessato è stato l elettromagnetismo e stati e processi termici nella scuola di base La formazione in servizio L attività di formazione è stata condotta contemporaneamente all attività di sperimentazione in classe attraverso l analisi, con schede di lavoro, delle proposte didattiche sviluppate dall URDF in precedenti progetti di ricerca sullo studio dei processi termici con l uso dei sensori collegati in linea con il computer ([9], [10], [11], [12], [13], [14]); con la discussione e la messa a punto di proposte di percorso didattico e con la sperimentazione in classe e l esame delle attività svolte, la messa a punto degli strumenti di monitoraggio: ciò ha fatto sì che le attività proposte e realizzate con gli alunni nelle diverse classi, favorisse la focalizzazione delle problematiche inerenti la formazione dei docenti e la pratica didattica, sia a livello di contenuti sia sul piano metodologico, nonché l individuazione dei nodi concettuali da affrontare. In particolare è stato fondamentale, in questa fase, il ruolo svolto dal computer nel laboratorio didattico riguardo l individuazione e il superamento delle specifiche carenze disciplinari e metodologiche evidenziate dai docenti in formazione. 2.3 Le classi coinvolte nei percorsi di Termologia Scuola dell Infanzia di Colloredo di M. Albano (Sezioni A e B), Scuola dell Infanzia di Moruzzo (Sezione medi ) Scuola primaria di Reana del Rojale (Classi 4 A e 4 B) 2.4 Il lavoro svolto Nella scuola dell Infanzia è stato sviluppato un percorso partendo dalla rilevazione delle idee spontanee dei bambini sui fenomeni termici, affrontando l esplorazione della sensazione termica, per giungere all idea di misura di temperatura con l utilizzo di termometri già conosciuti e infine dei sensori. Nella scuola elementare il percorso è continuato fino all individuazione del calore come descrittore del processo di riscaldamento, e alla comprensione dei

3 concetti di calore specifico e conducibilità termica attraverso le fasi di sperimentazione di diverse interazioni termiche. Le attività di sperimentazione hanno visto il coinvolgimento diretto dei bambini nella preparazione dei materiali, nella misurazione della temperatura con i sensori on-line, nella lettura dei grafici, nella loro interpretazione e relativa discussione, nonché nel giungere a codificare la legge fisica sottesa. 3. L utilizzo dei sensori per comprendere i fenomeni termici con i bambini Partendo dall esame, con la discussione di uno scenario di vita quotidiana per distinguere i diversi processi legati a: Essere, Sentire, Diventare e Tenere caldo, sono state raccolte le idee spontanee degli alunni sull argomento. All esplorazione delle proprietà termiche della materia per sensazione termica, a cui i bambini hanno riconosciuto affidabilità e oggettività, si è affiancata, senza soluzione di continuità, quella effettuata con sensori termici. Questi sono stati vissuti dai bambini come naturali estensioni dei sensi, ossia come strumenti che hanno consentito di confermare da un lato e arricchire dall altro le osservazioni sensoriali. In questa fase è stato significativo l utilizzo dei sensori che ha permesso ai bambini di comprendere le analogie di comportamento degli strumenti utilizzati e della nostra sensazione, di capire la differenza tra sensazione e misura di temperatura; di visualizzare il processo di misurazione; di conoscere strumenti di misurazione diversi da quelli di uso comune; di riconoscere differenti stati termici di sistemi uguali avendo come riferimenti la sensazione termica e la temperatura dell ambiente e di sapere che i processi avvengono nel tempo. Lo specifico sistema utilizzato permettendo la contemporanea misura della temperatura di quattro punti con altrettante sonde ha consentito di focalizzare l attenzione dei bambini sulla connessione tra fenomeno e sua rappresentazione (ad esempio come cambia la temperatura di un sensore immerso in acqua a temperatura maggiore di quella ambiente), oppure tra la diversa evoluzione di sistemi interagenti o sottoposti allo stesso processo (ad esempio riscaldamento con la stessa sorgente). Ha consentito quindi di costruire la

4 competenza nel sapere leggere e interpretare grafici, riconoscendo in particolare gli stati e i processi coinvolti, e nel saper desumere da essi informazioni sui parametri che li influenzano, come per esempio il ruolo giocato dalla massa in tutti i processi di interazione termica, inclusi quindi i processi di riscaldamento in cui viene coinvolta una sorgente. Con l uso dei grafici in tempo reale, i bambini hanno saputo guadagnare progressivamente competenza nel riconoscimento dei processi analizzati (es.: interazione termica fra due sistemi), il ruolo del materiale e della massa nell influenzarli, individuato gli aspetti che caratterizzano il misuratore e il misurato, le condizioni di equilibrio termico tra due sistemi e riconosciuto, in questa condizione, la misura di temperatura. 4. Conclusioni 4.1. Nell ambito individuale: La motivazione verso l apprendimento scientifico, condotta con tale metodologia, è aumentata in quanto il curricolo esperienziale dell alunno è risultato elemento fortemente significativo per la riflessione, il confronto e l apprendimento dei concetti. Gli alunni hanno saputo mettersi in gioco, riflettere e sostenere le proprie idee e convinzioni, confrontarle con gli altri per affrontare e gestire la trasformazione del proprio apprendimento. (rafforzamento dell autostima) 4.2.Nell ambito relazionale: La discussione comune ha favorito lo sviluppo di abilità relazionali e comunicative quali il rispetto delle idee dei compagni, la collaborazione, l ascolto, l aiuto reciproco nei momenti di incertezza o di difficoltà Nell ambito cognitivo: Il continuo confronto fra la proprie convinzioni dovute al bagaglio esperienziale con la lettura e l analisi dei dati risultanti dai grafici ha sviluppato fortemente alcune strategie cognitive: la capacità di reperire informazioni e dati, di confrontarli, di riconoscere, di considerare e di analizzare variabili, di scomporre una situazione problematica riconoscendo e affrontando le graduali incognite da risolvere, la capacità di ricorrere a contenuti già appresi, la capacità di sintetizzare Nell ambito metacognitivo: L attenzione e la concentrazione sono migliorate, è incrementata la capacità di costruire schemi propri per una organizzazione personale delle idee, delle conoscenze da sviluppare o comunicare, la capacità di rielaborare Con l utilizzo dei sensori on-line Gli alunni visualizzano immediatamente il processo di misurazione e, attraverso la lettura immediata possono avviare la riflessione e la discussione sul problema. Inoltre, il prodotto, permette un concreto lavoro di osservazione, analisi e rilevazione dei dati: gli alunni hanno potuto effettuare operazioni matematiche, hanno isolato processi e stati, hanno isolato tempi e differenze di temperature attraverso semplici attività di colorazione, operazioni di addizioni, sottrazioni, moltiplicazioni. C è inoltre da aggiungere che il lavoro sui grafici ha incrementato la capcità di eseguire operazioni matematiche anche con grandezze diverse (tempo, gradi, cm )

5 5. Riferimenti bibliografici [1] Michelini M., Stefanel A., Strategie formative per avviare i nuovi docenti della scuola di base all insegnamento della fisica, in Percorsi in Formazione, Forum, Udine 2004, pp [2] Bednar, A.K. Cunningam, D..Duffy, T.M.Perry, J.D., 1991, Theory into practice. How do we link?, in Instructional technology. Past, present and future, J.C. Angelin ed., Englewood, Colorado, Libraries Unlimited. [3] McDermott L. C., Shaffer P. S., Costantiniou C. P., 2000, Preparing teachers to teach physics and physical science by inquiry, Phys. Educ. 35 (6), pp. [4] Michelini M., Sartori C., 1998, Esperienze di laboratorio didattico in una struttura di raccordo scuola-università, Università & Scuola, III, 1/R, pp [5] Il progetto Formare alle ScoPErTe, cofinaziato dall Università di Udine per il periodo , ha visto impegnate l'unità di Ricerca in Didattica della Fisica dell Università di Udine, e le Unità di Ricerca Scolastiche dei due Istituti Comprensivi di Pagnacco e di Tricesimo. [6] Jenkins E. W., 2000, What can physics teachers learn from research in physics education?, Phys. Educ. 35 (4), pp [7] McDermot L. C., Shaffer P. S., 1992, Research as a guide for curriculum development: an example from introductory electricity, part I: Investigation of student understanding, Am. J. Phys., 60, pp [8] Taber K. S., 2000, Should physics teaching be a research-based activity?, Physics Education, 35 (3), pp [9] Mazzega E., Michelini M., 1990, Termografo: un sistema per misure di temperatura on-line nel laboratorio didattico, La Fisica nella Scuola, XXIII, 4, p.38 [10] Meneghin G., Michelini M., 1998, Un ipertesto per studiare e contribuire all'apprendimento dei concetti di termologia a anni, La Fisica nella Scuola XXXI, 1 Sup, p [11] Marucci G, Michelini M. (responsabili scientifici), 2000, Il Progetto Labtec/1: insegnamento scientifico - tecnologico integrato con le nuove tecnologie, Quaderno MPI n. 39. [12] Bosio S., Capocchiani V., Michelini M., Santi L., 1996, Computer on-line to explore thermal properties of matter, in Teaching the Science of Condensed Matter and New Materials, GIREP- ICPE Book, Forum, p.351 [13] Martongelli R., Michelini M., Santi L., Stefanel A., Educational Proposals using New Technologies and Telematic Net for Physics, in Physics Teacher Education Beyond 2000 (Phyteb2000), R.Pinto, S. Surinach Eds., Girep book - Selected contributions of the Phyteb2000 International Conference, Elsevier, 2001, p.615 [14] Michelini M, Stefanel A., 2004, Una collana di esperimenti realizzati con materiale povero e sensori collegtri in linea con il computer per esplorare Stati e processi termici, Università di Udine.