PARTE A: APPROFONDIMENTO INNOVATIVO DEL PROCEDIMENTO PEDAGOGICO DELL INSEGNAMENTO DELLE SCIENZE

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1 PROGETTO POLO DI MILANO PER UNA NUOVA DIDATTICA DATTICA NELLA SCUOLA PROGRAMMA DI SCIENZE PER L ANNO SCOLASTICO O PARTE A: APPROFONDIMENTO INNOVATIVO DEL PROCEDIMENTO PEDAGOGICO DELL INSEGNAMENTO DELLE SCIENZE Responsabili: Prof.sse Franca Pagani e Rosanna La Torraca Premessa Dopo una completa valutazione dell attività del 2013/2014 effettuata il 28 e 29 maggio 2014 con la dott.ssa Anne Goube, (Académie des sciences, ENS-INRP, Institut Universitaire de Formation Joseph Fourier), e con sperimentatrici e trainers, sono stati individuati i punti di forza (il corso di formazione,i seminari con la dott.ssa Anne Goube e la sperimentazione in classe dei moduli ) e i punti di debolezza del programma ( valutazione dello studente e gestione del lavoro di gruppo ), per cui per il 2014/2015 saranno riprese alcune fasi del progetto che hanno funzionato ma saranno effettuate aree di miglioramento. Il progetto ha per obiettivo la diffusione del metodo IBSE (Inquiry Base Science Education) ed è rivolto a docenti e studenti delle scuole elementari e secondarie di primo e secondo grado. Risulta quindi strategico sollecitare la discussione ed il confronto tra insegnanti su esperienze e metodi sperimentali ed attivare iniziative finalizzate all acquisizione professionale e all applicazione di questo strumento di lavoro indispensabile, fornendo loro supporti anche metodologici condivisi a livello internazionale, adattabili ed adattati a contesti diversificati. Sollecitazioni simili sono fornite anche dalle Nuove Indicazioni per il curricolo della scuola dell infanzia e del primo cicloe secondo ciclo di istruzione, recentemente emesse dal MIUR, che evidenziano l esigenza di ripensare l esperienza del fare scuola e sono permolti aspetti perfettamente in linea anche con lo sviluppo delle competenze funzionali richieste di OCSE PISA. Queste istituzioni, in base alle verifiche a livello nazionale delle competenze acquisite dagli alunni nella scuola, richiedono che l insegnamento /apprendimento delle scienze sia una interazione diretta degli alunni con gli oggetti e le idee coinvolti nell osservazione e nello studio ovviamente seguiti ed indirizzati dal docente. Il lavoro, quindi, deve dare ampio spazio alla discussione e al confronto. Gli studenti devono poter acquisire linguaggi e strumenti appropriati e devono saper descrivere, argomentare, rendere operanti conoscenze e competenze. Risulta evidente come queste istanze siano presupposto e asse su cui si dipana lo sviluppo e l applicazione dell approccio basato sull IBSE che trova nel Progetto La main à la pâte la sua espressione più organizzata e consolidata a livello internazionale. Programma per il 2014/2015 Il programma parte da quello sviluppato l anno scorso e prevede alcuni punti innovativi importanti (b, c) : a) Formazione in presenza con esperti per i nuovi sperimentatori centrato soprattutto sugli aspetti metodologi dell IBSE, con incontri di approfondimento disciplinari. (30 ore)

2 b) Formazione per gli sperimentatori di secondo livello e terzo livello sulla tipologia delle prove da somministrare agli alunni per verificare le competenze IBSE e sulla gestione dei gruppi come è emerso nelle giornate conclusive di valutazione del progetto. (10 ore) c) Formazione indirizzata ai soli trainers e futuri trainers per la definizione dei loro interventi nelle classi degli sperimentatori, sull uso degli strumenti di valutazione e per report/riflessioni sulle attività. (25 ore) d) Formazione dei soli trainers presso poli italiani e centri esteri per il confronto delle diverse realtà e modalità di applicazione dell IBSE. e) Tutoraggio e coordinamento on line f) Sperimentazione nelle classi da parte di docenti di moduli, kit e strumenti di valutazione ed autovalutazione (20 ore) g) Ospitalitàdi docenti formatori italiani e stranieri per il confronto delle diverse realtà e modalità di applicazione dell IBSE h) Partecipazione a network internazionali per la formazione, diffusione e la valutazione. i) Predisposizione di nuovi moduli ad opera dei trainers e dei coordinatori per aumentare la gamma di attività per le classi. In conseguenza di ciò allestimento di nuovo materiale da fornire agli sperimentatori.(30 ore) In questo contesto la formazione assume grande importanza perché è propedeutica e strettamente correlata alla sperimentazione in classe. L obiettivo principale di questo momento iniziale,oltre a quello di far conoscere un nuovo approccio all insegnamento scientifico, è quello di far sì che i docenti coinvolti si impadroniscano gradualmente di una nuova impostazione metodologica,finalizzata a favorire negli alunni la costruzione del sapere e a far superare la visione spesso dogmatica e trasmissiva delle conoscenze scientifiche. Tale azione formativa avvicinerà i docenti all impostazione metodologica e fortemente operativa del programma SID, all interno del quale creare un contesto di confronto nel quale sostenere la riflessione critica e la diffusione di buone pratiche. La formazione comunque continuerà attraverso: a) contatti con i formatori e con gli altri poli già attivi da più anni. b) scambio di materiale e informazione tramite mail o tramite un forum con i responsabili didattici. Tempi : formazione degli sperimentatori :ottobre dicembre sperimentazione: febbraio, marzo, aprile valutazione : maggio- settembre. Partecipanti Lo scorso anno hanno partecipato attivamente al Progetto scuole di Milano e della provincia. Per il prossimo anno è previsto un aumento della partecipazione delle scuole della città di Milano e della città di Pavia e sono già stati presi accordi preliminari con le scuole. PARTE B, APPROFONDIMENTI TEMATICI SULLE FRONTIERE DELLA SCIENZA

3 Responsabili: Prof. Paolo Plevani e Francesco Clementi 1) CORSO DI AGGIORNAMENTO SULLE BIOTECNOLOGIE Premessa: Il prossimo anno scolastico le classi quinte delle scuole secondarie di secondo grado devono affrontare i nuovi programmi della riforma. Secondo le indicazioni nazionali, gli obiettivi specifici di apprendimento nei licei scientifici comprendono la biochimica e biomateriali, la struttura e funzione di molecole di interesse biologico ponendo l accento sui processi biologici/biochimici nelle situazione della realtà odierna e in relazione a temi di attualità, in particolare quelli legati all ingegneria genetica e alle sue applicazioni. Alcune delle competenze che gli studenti devono acquisire al termine della scuola secondaria e che sono propedeutiche al proseguimento degli studi universitari sono: essere consapevoli delle ragioni che hanno prodotto lo sviluppo scientifico e tecnologico nel tempo, in relazione ai bisogni e alle domande di conoscenza dei diversi contesti, con attenzione critica alle dimensioni tecnico-applicative ed etiche delle conquiste scientifiche, in particolare quelle più recenti; saper cogliere la potenzialità delle applicazioni dei risultati scientifici nella vita quotidiana; comprendere il ruolo della tecnologia come mediazione fra scienza e vita quotidiana; saper utilizzare gli strumenti informatici in relazione all analisi dei dati e alla modellizzazione di specifici problemi scientifici e individuare la funzione dell informatica nello sviluppo scientifico. Proponiamo ai docenti interessati una serie di lezioni e seminari di approfondimento sui ritrovati delle scienze biomolecolari e le tecniche più innovative delle biotecnologie e della manipolazione genetica in campi diversi: alimentare, ambientale, energetico, umano. Proponiamo attività di laboratorio affinchè la dimensione sperimentale possa essere ulteriormente approfondita con attività da svolgersi nei laboratori didattici della scuola o dell università ed enti di ricerca, permettendo anche sviluppi e interazioni con i progetti di orientamento e formazione scuola-lavoro Obiettivi: Obiettivo principale è fare scienza attraverso l organizzazione e l esecuzione di attività sperimentali che sono un aspetto irrinunciabile della formazione scientifica e vanno pertanto promosse. Tali attività educano lo studente a porre domande, a raccogliere dati e a interpretarli, acquisendo man mano gli atteggiamenti tipici di una vera indagine scientifica. Gli approfondimenti previsti anche a livello teorico offriranno spunti per affrontare temi con implicazioni etiche, sociali, ambientali; inoltre, attraverso l uso della bioinformatica si promuoverà l uso delle tecnologie anche nell insegnamento quotidiano. Target: insegnanti delle scuole superiori di secondo grado Sede: Presso il CusMiBio dell Università degli Studi di Milano, Via Celoria 20. Periodo e Durata Il corso si svolge in 4 giornate: dal 23 al 26 settembre 2014 Schema del programma del corso:

4 Primo giorno: - mattino (attività di laboratorio): preparazione di terreni di coltura e piastre per la crescita di batteri, trasformazione batterica e selezione di batteri trasformati mediante terreni selettivi - Regolazione dell espressione genica dal DNA alle proteine (knock-out e knock-in di geni, silenziamento di geni: mirna e RNA interference) (PLEVANI o VIALE) - Epigenetica: codice degli istoni e modificazioni della cromatina e interazione DNA ambiente (BATTAGLIOLI) Secondo giorno: - mattino (attività di laboratorio): barcode con estrazione di DNA da tessuti vegetali, PCR di un gene specie-specifico del cloroplasto, verifica amplificazione con elettroforesi, analisi della sequenza del gene mediante banche dati del DNA e riconoscimento della specie. Inoculo dei batteri trasformati. dal progetto genoma umano ad oggi: evoluzione delle tecniche di sequenziamento, analisi genomica e proteomica e prospettive future (HORNER-PAVESI) Terzo giorno: - mattino (attività di laboratorio): estrazione di plasmidi da batteri trasformati, taglio con enzimi di restrizioni opportuni e verifica della trasformazione mediante elettroforesi su gel di agarosio. - Proteine in 3D. Nuovi Farmaci e nuovi Vaccini (NARDINI) -Biotecnologie mediche: terapia genica e cellule staminali (SICCARDI;ZUCCATO) Quarto giorno: - mattino (attività di laboratorio): test ELISA -Biotecnologie agrarie e ambientali: OGM e biorisanamento (MORANDINI-SACCHI) - Implicazioni bioetiche delle Biotecnologie (TREZZI) N.B. le lezioni teoriche saranno svolte al pomeriggio in modo da consentire ad un numero elevato di docenti di seguire le conferenze mentre la parte pratica verrà svolta al mattino solo per un gruppo ristretto di insegnanti (max 25) interessati al trasferimento della parte sperimentale nei propri laboratori. Attori: docenti UNIMI e docenti di scuola superiore staccati presso il CusMiBio Durata: 12 ore lezioni teoriche + 12 ore lezioni pratiche Risultati attesi: i docenti potranno aggiornare le proprie conoscenze teoriche e pratiche in ambiti di stretta attualità quali le biotecnologie. Le tematiche affrontate coinvolgono più aspetti della scienza che vanno dalla chimica organica, alla biologia molecolar,e alla matematica e bioinformatica e possono toccare temi etici su cui gli insegnanti potranno costruire degli approfondimenti che coinvolgano altre discipline come storia e filosofia. La parte laboratoriale acquisita potrà essere utile per svolgere piccoli esperimenti nei laboratori didattici della scuola o presso l Università e altri enti di ricerca. Alla fine del corso si potranno costituire dei gruppi di studio, con docenti particolarmente interessati alle tematiche affrontate, il cui scopo sarà quello di costruire delle unità didattiche utilizzabili nel quinto anno dei licei. Le linee guida per i programmi di scienze da affrontare nelle classi quinte indicano una serie di discipline diverse (chimica organica, biochimica, biomateriali,

5 ingegneria genetica, ecologia, risorse energetiche e fonti rinnovabili, tettonica a placche, complessi fenomeni metereologici), non sempre facilmente collegabili tra loro. I gruppi di studio avranno il non facile compito di trovare delle tematiche adeguate, capaci di collegare tra loro le varie discipline indicate dalle linee guida (o almeno alcune di esse) e capaci altresì di sollecitare l interesse degli studenti. L interdisciplinarietà è sicuramente un valore aggiunto in quanto solo attraverso una conoscenza olistica si arriva ad acquisire una conoscenza approfondita delle varie tematiche affrontate. 2) CORSO DI AGGIORNAMENTO SULLA MICROSCOPIA PREMESSA GENERALE: Le iscrizioni al corso di microscopia e al corso di bioinformatica e multimedialità dell anno scolastico sono state numerose, molte di più di quelle che abbiamo potuto accogliere. E quindi anche svolgendo tre edizioni del corso di microscopia e una di Bioinformatica e Multimedialità non abbiamo esaurito le richieste. Si propone per il prossimo anno scolastico lo svolgimento degli stessi corsi. Premessa: Il microscopio ottico è probabilmente lo strumento più frequentemente disponibile nei laboratori delle scuole superiori, talvolta anche nelle scuole secondarie di primo grado, ma spesso è sottoutilizzato o utilizzato non correttamente. Uno dei modi per coinvolgere e incuriosire alla scienza gli studenti è proprio l uso del microscopio che consente di scoprire mondi affascinanti che il nostro occhio non è in grado di percepire. Obiettivo e Target Offrire una formazione aggiornata a docenti delle scuole secondarie di primo e secondo grado sulla microscopia, in particolare quella ottica; fornire informazioni sull uso corretto dello strumento e la sua manutenzione, sulla preparazione e osservazione di preparati freschi di tessuti animali e vegetali. In questo modo si promuove l uso della microscopia nelle scuole tramite consigli pratici e semplici e attraverso la costruzione di facili schede didattiche, preparate insieme ai docenti del corso. Il microscopio potrebbe diventare un valido strumento per catturare l attenzione degli studenti, coinvolgerli e appassionarli alle discipline scientifiche. Sede: Presso il CusMiBio e il CIMA, Università degli Studi di Milano, Via Celoria 20. Periodo e Durata Due corsi, uno all inizio dell anno, uno verso maggio-giugno, per i docenti di scienze delle scuole secondarie di primo e secondo grado. Il corso si svolge in 3 giornate Schema del programma del corso: Primo giorno: - mattino Lezioni teoriche sulla Microscopia di base: cenni storici sulla microscopia, principi di ottica, tecniche di contrasto in microscopia (campo oscuro, contrasto di fase, contrasto interferenziale). - pomeriggio: Esercitazioni pratiche sull uso del microscopio ottico e dello stereomicroscopio: come usare al meglio il microscopio e lo stereomicroscopio; cosa osservare con l uno e con l altro; come allestire ed eventualmente colorare dei preparati di molecole inorganiche, organiche e di microrganismi. Secondo giorno: - mattino Lezioni teoriche sulla microscopia a fluorescenza, confocale ed elettronica - pomeriggio Esercitazioni pratiche con il microscopio ottico con preparati freschi di cellule e tessuti vegetali. Terzo giorno: - mattino: Lezioni pratiche sull uso del microscopio a. fluorescenza, confocale ed elettronico

6 - pomeriggio: osservazioni al microscopio ottico e con lo stereomicroscopio di microrganismi acquatici vegetali e animali. Esercitazione pratiche multimediali alla scoperta di siti internet sulla microscopia virtuale. Attori: docenti UNIMI e docenti di scuola superiore staccati presso il CUSMIBIO Durata: 18 ore Risultati attesi Il corso di aggiornamento sulla microscopia intende evidenziare il ruolo di primo piano dell osservazione nel percorso di apprendimento degli studenti in modo da suggerire agli insegnati la presentazione delle scienze naturali passando attraverso il corretto cammino osservazioneconcetto; per varie ragioni, infatti, gli insegnanti tendono a fornire concetti, nozioni, principi e poi proporre, quando è possibile, le osservazioni e la scoperta della conoscenza attraverso domande e risposte tratte da attività sperimentali. Gli insegnanti riceveranno un certificato che attesterà la competenza acquisita per la realizzazione e gestione di attività sperimentali di microscopia, anche per classi diverse dalla propria. Si prevede che la formazione coinvolga insegnanti, per ogni edizione del corso (il corso si può replicare). 3) CORSO DI AGGIORNAMENTO SULLA MULTIMEDIALITA E BIONFORMATICA Premessa La bioinformatica unisce la biologia molecolare e l informatica e occupa un ruolo importante nell ambito scientifico perché permette l analisi e la comparazione dei dati biologici molecolari con conseguenze importanti per la comprensione dell evoluzione, la medicina e la farmacologia. Obiettivo e Target Promuovere negli insegnanti delle scuole secondarie di secondo grado un modo innovativo di far didattica usando strumenti e tecniche multimediali per la trattazione dei dati biologici. Con questo approccio e sfruttando la bionformatica (ad es. consultando numerose banche dati ipertestuali ed interattive disponibili in rete) è possibile raccogliere una grande quantità di informazioni su ogni argomento di ricerca. L interattività di queste banche dati può diventare un elemento fondamentale per un insegnamento più stimolante e quindi un apprendimento più efficace. Luogo, periodo e durata: presso il CuMiBio, nell anno scolastico 2014/15, in 3 pomeriggi dalle alle Schema del programma del corso: Primo giorno: navigheremo tra siti interattivi che spiegano cosa sono i cromosomi, come si classificano e come si realizza il cariotipo. Impareremo ad analizzare il cariotipo per predire malattie cromosomiche. Scopriremo come vengono eseguiti i test diagnostici. Secondo giorno: impareremo a esplorare il genoma umano utilizzando le informazioni contenute in alcune delle banche dati biomediche disponibili on line. Scopriremo le corrispondenze esistenti fra i cromosomi umani e quelli di altri organismi e impareremo a trovare un gene all interno del genoma e a scoprirne la struttura e la funzione. Terzo giorno: Impareremo a utilizzare gli strumenti bioinformatici per lo studio dell evoluzione molecolare e della filogenesi. Utilizzeremo un software, scaricabile da internet, per studiare la struttura tridimensionale delle proteine. Attori: docenti distaccati presso il CusMiBio e docenti dell Università degli Studi di Milano Risultati attesi: Realizzazione di un percorso di bionformatica costruito dagli insegnanti stessi che partecipano al corso. Trasferire la conoscenza informatica acquisita in lavori di classe con gli studenti. Gli

7 insegnanti riceveranno un certificato che attesterà la competenza acquisita per la realizzazione e gestione di laboratori di bioinformatica, anche per classi diverse dalla propria. Si prevede che la formazione coinvolga 20 insegnanti, per ogni edizione del corso. 4) CONFERENZE SULLE NUOVE FRONTIERE DELLA BIOLOGIA Obiettivo Promuovere un aggiornamento continuo sui temi più attuali delle bioscienze attraverso una serie di seminari e convegni tenuti da docenti universitari attivi negli ambiti più attuali della ricerca. Argomenti: MICROBIOMA, BIOLOGIA SINTETICA, NEURODIDATTICA, LUCE Target: insegnanti delle scuole secondarie di primo e secondo grado. Luogo: Università degli Studi di Milano Periodo: aprile-maggio 2015 Programma: conferenze Il microbioma umano: identificare e caratterizzare i microrganismi che coabitano con l uomo è il primo passo per capire il loro rapporto con lo stato di salute e di malattia. L alimentazione è capace di modulare la composizione del microbiota intestinale e la ricerca sta valutando come la dieta interagendo con il microbiota possa influenzare la salute dell uomo. La Biologia sintetica, area di ricerca che combina la biologia, la chimica e l ingegneria con l obiettivo di sintetizzare funzioni biologiche originali o opportunamente modificate. Le nuove prospettive aperte dalla biologia sintetica e il loro impatto sulla salute dell uomo: riprogettazione e produzione di sistemi biologici già presenti in natura (molecole, tessuti, organi), progettazione e fabbricazione di componenti e sistemi biologici non ancora esistenti in natura (vaccini, farmaci) La Neurodidattica. I risultati emergenti dalle neuroscienze cognitive di grande interesse per la didattica. La neurodidattica è una nuova disciplina all interfaccia tra la psicologia (che studia i processi mentali che stanno alla base dei comportamenti), la didattica, nelle sue diverse componenti, e quel settore delle neuroscienze che si occupa di studiare le funzioni del cervello che apprende. La Conferenza si propone come momento di approfondimento culturale tra neuroscienziati e Iinsegnanti. La Luce. La luce sarà esaminata nelle sue valenze scientifiche e tecnologiche, ma sarà anche analizzato il suo ruolo nell arte, nel sostenere la vita e come fonte di energia. Attori: docenti dell Università degli Studi di Milano, del politecnico di Milano e di altre istituzioni di ricerca nazionali esperti nei settori. Risultati attesi: introdurre gli insegnanti, soprattutto delle scuole secondarie di secondo grado, in problematiche avanzate e di grande impatto anche sul pubblico laico in modo che essi siano informati correttamente e possano divenire dei punti di riferimento qualificati per approfondimenti e discussioni con gli studenti e promuovere la loro cittadinanza consapevole. Saranno anche forniti strumenti concreti per permettere agli insegnanti di trasferire più agevolmente le conoscenze acquisite in classe agli studenti. Risultati attesi: Si prevede la partecipazione di almeno 100 docenti delle scuole secondarie di secondo grado per ogni evento.