La rete telematica per il personale coinvolgimento e la condivisione di una professionalità docente capace di educare alla scienza

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1 La rete telematica per il personale coinvolgimento e la condivisione di una professionalità docente capace di educare alla scienza Marisa Michelini Unità di Ricerca in Didattica della Fisica dell'università di Udine Introduzione La fisica è oggi una delle discipline meno amate e studiate dai giovani, in forte contrasto con il suo fascino e il suo ruolo in molti contesti sociali e produttivi. Ciò è dovuto soprattutto al modo in cui viene insegnata: modelli astratti e leggi di cui non si dominano significato e ruolo non permettono di capirne le metodologie specifiche ed il processo conoscitivo, che invece rappresentano il vero valore di una cultura di base in fisica. Una riflessione su Natura della conoscenza scientifica e insegnamento della fisica permette di mettere in evidenza la necessità di Personalizzazione e condivisione dei percorsi per l'apprendimento in fisica: il personale coinvolgimento del soggetto con l'oggetto di studio, l'operatività manuale e concettuale nei processi interpretativi, l'analisi condivisa di potenzialità e limiti dell'interpretazione sono la condizione per l'apprendimento. Emerge la necessità di un radicale cambiamento nell'insegnamento della fisica a cui è associata la necessità di una nuova professionalità docente. Alla personalizzazione del percorso formativo richiesta dalla fisica per acquisire competenza a gestirne i processi conoscitivi si aggiunge quella necessaria per il docente alla flessibile realizzazione di ambienti di apprendimento in classe. La Personalizzazione del processo formativo dell'insegnante per costruire la competenza all'innovazione ha quindi una doppia valenza ed un complesso intreccio nela formazione degli insegnanti in fisica. La rete telematica per una comunità di pratiche personalizzate si configura come la nuova opportunità in questo campo, che si articola in una pluralità di modalità. Il nostro lavoro di ricerca ha imperniato un lustro di sperimentazione di ricerca su alcune scelte: Riflettere su materiali per studenti per conoscere l'innovazione proposta, Interattività per riflettere e per comunicare, Comunicazione in web per il coinvolgimento personale e la costruzione condivisa di competenze per la professionalità docente, con particolare attenzione al forum. La progettualità rappresenta il più alto livello del coinvolgimento attivo dell'apprendente: si è puntato pertanto ad Ambienti di risorse per la progettualità, nei quali si sono sperimentati strumenti innovativi in questo campo, come Learning Objects per il coinvolgimento individuale. Alcune Considerazioni conclusive ci permettono di tracciare la strada a nuove potenzialità in questa direzione nel contesto di ricerche su diversi piani, che rappresentano una Bibliografia di riferimento per i nostri studi. 1. Natura della conoscenza scientifica e insegnamento della fisica La fisica è una scienza sperimentale ed il rapporto con i fenomeni rappresenta oggetto e metodologia del processo conoscitivo. Individuare un modo di guardare ai fenomeni, selezionare proprietà e relazionare variabili per saper descrivere la fenomenologia in modo quantitativo è parte del modo in cui la fisica affronta la conoscenza del mondo. Fanno parte della natura propria della disciplina la modalità con cui si costruisce la teoria integrando in processi formali sintesi sempre più ampie di contesti fenomenologici ed il modo in cui si affronta l'interpretazione dei fenomeni, selezionando e curvando la teoria nell'ambito di modelli, che rendono conto di classi fenomenologiche in cui rientra lo specifico contesto in istudio. Questi modi caratteristici di costruire la conoscenza in fisica diventano cultura nella disciplina, quando i singoli ne sono consapevoli e ne sanno far uso nelle situazioni più semplici e comuni; diventano competenza professionale quando i singoli sanno rielaborarli nell'esplorazione di situazioni nuove. L'insegnamento della fisica deve essere condotto con riferimento a queste sue radici epistemiche sia con attività sperimentali sia con attività che permettono di esperire le metodologie di indagine [1-5]. Le difficoltà di apprendimento sono spesso legate al mancato raccordo tra l'esperienza quotidiana e la conoscenza scientifica [6] e all'impostazione dell'insegnamento, strutturata come illustrazione e dimostrazione di validità di modelli interpretativi senza attenzione al processo con cui i singoli costruiscono la conoscenza, ai problemi cognitivi e di apprendimento, al coinvolgimento dei singoli nei processi conoscitivi [7-11]. La ricerca didattica ha messo in evidenza, che per un efficace apprendimento vi è necessità di continuità tra gli schemi concettuali personali e quelli della conoscenza da acquisire. La personalizzazione del processo formativo in questo campo si configura pertanto come una necessità. Inoltre, il contesto, la negoziazione e la condivisione di significati, sviluppano il pensiero argomentativo [12-15] e pertanto alla personalizzazione dei percorsi di apprendimento vanno associati momenti di scambio, discussione e condivisione dei concetti. Studi recenti [16] hanno mostrato come molti dei problemi di apprendimento dei ragazzi sono determinati dall'insegnamento astratto della disciplina, che molti insegnanti si sono costruiti dall'esperienza della loro stessa formazione. Questa impostazione didattica e la scarsa attenzione prestata alla personalizzazione dei percorsi di apprendimento, attribuendo il giusto peso al personale coinvolgimento negli aspetti metodologici, ha portato a compiere clamorosi errori, che gravano sull'immagine della fisica. Essa è vissuta come una disciplina, che parla di cose che non esistono (il punto materiale, il gas perfetto, ), mediante leggi difficili e generali, che non si sa quando usare: il processo di formalizzazione non è infatti quasi mai reso esplicito e patrimonio della personale esperienza, le approssimazioni e le semplificazioni sono dichiarate, ma poco motivate e mai viene

2 data occasione di imparare a costruirle. La bellezza, l'utilità e il vasto impiego della disciplina non emergono nei corsi di fisica. 2. Personalizzazione e condivisione dei percorsi per l'apprendimento in fisica Si devono cambiare le due principali scelte effettuate finora. Si deve iniziare l'educazione scientifica molto presto, insieme alle prime esperienze di osservazione e rappresentazione del mondo circostante, nella scuola materna ed elementare. Si deve insegnare la fisica in modo differenziato a seconda del contesto a cui si propone, superando la pigra autoreferente abitudine di riprodure lo stesso modulo di natura fondante e propedeutica per tutti allo stesso modo. Si deve dare a ciascuno occasione di imparare a riconoscere potenzialità e limiti della descrizione fisica del mondo, confrontandosi con l'esperienza, ragionando sui processi, piuttosto che imparando leggi e modelli di cui non si domina l'impiego. Dobbiamo offrire strumenti e metodi, piuttosto che risposte a domande non poste. L'insegnamento della fisica deve motivare, stimolare interesse e dimostrarsi utile. Al quesito di fattibilità, soprattutto in merito all'insegnamento scientifico precoce, rispondono le ricerche, che hanno evidenziato le grandi abilità di formalizzazione dei bambini [17, 18]. A tutti i livelli l'attività formativa (per studenti ed insegnanti) in campo scientifico deve prevedere momenti di coinvolgimento personale operativo (manuale ed intellettuale); esplorazione di idee e realtà; applicazione di ipotesi; impiego e confronto di interpretazioni; attività individuali e collettive, sia all'interno che all'esterno della classe [19, 20]. Si prefigura la richiesta di nuove modalità formative per studenti ed insegnanti, in cui i saperi disciplinari si propongono come oggetti culturali da utilizzare in maniera creativa, per fronteggiare problemi sempre nuovi [21-26]. Si deve privilegiare quel modo di conoscere che pone e risolve problemi e permette di ripercorrere le modalità dell'indagine, "educando ad imparare". In questa prospettiva la fisica è uno strumento concettuale per comprendere e interpretare l'esperienza. I saperi disciplinari si attivano in modo funzionale ai bisogni e trovano capacità operativa nei diversi contesti. Si mettono in atto strategie per produrre il cambiamento concettuale dal senso comune al sapere scientifico [24,27]. Le nostre ricerche sull'utilizzo di semplici attrezzature a scuola ed in contesto informale confermano che il coinvolgimento personale di chi apprende attiva risorse cognitive e la capacità di riconoscere il piano descrittivo da quello interpretativo [28, 29]. Parallelamente deve crescere la consapevolezza nei singoli, che la conoscenza scientifica si configura come condivisione sostenibile di interpretazioni in progressiva e continua evoluzione, senza separare il prodotto dal processo, con una stretta correlazione tra le molteplici dimensioni del sapere [24, 30]. 2. Personalizzazione del processo formativo dell'insegnante per costruire la competenza all'innovazione L'attuale contesto socio-culturale richiede il cambiamento di molte figure professionali e quella dell'insegnante è tra quelle che esprimono un grande bisogno di innovazione [25, 31, 32, 33]. La professionalità docente richiesta è un complesso di diverse competenze [33, 34] disciplinari, tecniche, pedagogiche, sociali edorganizzative [35, 36], perché l'insegnante possa giocare il ruolo di mediatore culturale, tutor e manager di autonomi percorsi cognitivi. Deve saper creare ambienti di apprendimento articolati in una complessa rete di attività, che sviluppano capacità e favoriscono coerenti percorsi di apprendimento individuali [37]. La formazione di insegnanti di alta professionalità è ormai l'obiettivo più ricorrente nella discussione dell'europa della conoscenza [22,38,39]. Servono quindi proposte di formazione iniziale, in servizio e continua per coniugare bisogni e attese in uno stretto intreccio tra capacità di gestione di contesti di apprendimento e problematiche di didattica generale e disciplinare, con articolate modalità d'interazione tra formatori e formati su attività differenziate: simulazione in laboratorio, pratica assistita, progettazione di strumenti e di interventi didattici, e la discussione e confronto in luoghi di "apprendistato" [13, 40, 41, 42]. Sorgono quindi nuove necessità, strutturali, organizzative e professionali, anche per il mondo dell'università a cui è oggi affidata la formazione degli insegnanti. Nelle nostre ricerche sull'innovazione didattica e sulle esigenze degli insegnanti [21, 43, 44] confermano alcuni problemi già riportati in letteratura [17, 35, 33, 38, 39, 45]. I singoli insegnanti (esperti e novizi) hanno una personale visione della propria attività, che determina stili di lavoro e scelte di contenuto [46]. Essi hanno una tendenza a trasmettere informazioni in modo assertivo e dichiarativo, utilizzando metodi e modelli didattici recepiti nella propria esperienza di studenti. Tendono a semplificare gli approcci utilizzando modelli di trasferimento della conoscenza mutuati dai libri di testo. Hanno l'abitudine a riprodurre pratiche consolidate. L'influenza dello stile di insegnamento tradizionale e del personale stile didattico sulle strategie di ogni proposta didattica è così forte che spesso produce una trasformazione radicale di proposte didattiche innovative [41, 47-52]. Ciò rende ancora più difficile quel processo innovativo, già difficile per la richiesta di quella padronanza, in genere non posseduta dagli insegnanti, nella gestione dei processi di indagine sperimentale, di formulazione di ipotesi, di analisi dei dati a confronto con le ipotesi, nel quadro teorico disponibile, e di conduzione del processo di formalizzazione. Il problema si pone in modo molto diverso per la formazione iniziale e la formazione in servizio, ma gli obiettivi rispetto all'innovazione didattica per l'educazione scientifica sono gli stessi. Lo stesso tipo di competenze progettuali, di gestione degli strumenti metodologici disciplinari, di analisi,

3 discussione ed argomentazione costituiscono anche il terreno su cui radicare la formazione degli insegnanti all'innovazione. Un altro tipo di personalizzazione si pone per la formazione della professionalità docente, che deve essere costruita integrandosi con i modi propri di lavorare dei singoli per creare innovazione solidamente ancorata alle competenze, mediante trasformazione di modi e di stili. Vari studi ci hanno insegnato, che a questo scopo è necessario integrare modelli formativi [6, 10, 29, 53] metaculturali, con modelli esperienziali e situati, in un processo sostenuto dalla ricerca [25] per produrre competenze forti e qualificate. A questo scopo sono state studiate modalità di formazione, che favorissero la personalizzazione dei percorsi formativi, il personale coinvolgimento nella gestione di materiali per la didattica e la discussione, per il confronto e la condivisione delle strategie e degli strumenti didattici, alla luce delle ricerche effettuate sui processi di apprendimento in fisica [28, 44, 54, 55], sul ruolo delle Tecnologie dell'informazione e della Comunicazione (TIC) nel favorirli [21, 43] e sulla formazione degli insegnanti [17, 33, 56, 57, 58], anche con l'ausilio di materiali multimediali [59-63]. 4. La rete telematica per una comunità di pratiche personalizzate Si è effettuato in questo campo una sperimentazione di ricerca mediante una serie di processi formativi, che ogni anno per oltre un lustro ha prodotto l'implementazione di nuovi strumenti e nuove strategie, a seguito dell'analisi effettuata negli anni precedenti. Alcune scelte di fondo caratterizzano le nostre proposte Riflettere su materiali per studenti per conoscere l'innovazione proposta La prima scelta, alla luce di quanto sopra illustrato, è stata quella di offrire all'insegnante situazioni di apprendimento attivo per gli studenti e per loro stessi, basate sull'impiego delle TIC per favorire la familiarizzazione con strategie, metodi e contenuti innovativi mirati al superamento dei nodi concettuali in fisica. In questo contesto i materiali offerti sono molto mirati: riguardano precisi proposte didattiche articolate in modo organico e coerente rispetto alle scelte di impostazione, strategia e metodi, su precisi ristretti argomenti. Si caratterizzano per il coinvolgimento attivo dei discenti, che operano come comunità interagente, che articola il processo formativo in modo flessibile rispetto agli stimoli delle proposte didattiche, intrecciando un fascio di percorsi di apprendimento sugli stessi nodi concettuali. Le schede per studenti sono basate su una strategia Previsione - Esperimento - Confronto (PEC), mirano a rievocare esperienze, a focalizzare analisi e a stimolare ipotesi interpretative da porre al vaglio: si stimola la personale ricostruzione ed interpretazione dell'esperienza, seguendo i processi cognitivi individuali. Gli elementi argomentativi necessari al sostegno di un'ipotesi vengono suggeriti in forma problematica, anche per abituare a considerazioni e conclusioni sostenibili in termini di confronto rigoroso, al di sopra delle percezioni, delle emozioni e delle opinioni. Contestualizzare sul piano professionale il processo di riqualificazione, utilizzando gli stumenti didattici, attiva un'attenzione altrimenti poco disponibile e stimola un'atteggiamento critico, che catalizza la progettualità [17, 52, 63, 64]. Ciascun docente attiva un personale tipo di esame dei materiali e lo confronta implicitamente ed esplicitamente con la propria abitudine nel trattare il tema proposto. L'innovazione proposta in questo modo all'insegnante viene considerata accessibile, perché già elaborata per il livello studente: viene riconosciuta come un sostegno da utilizzare per collaudarne la valenza, non viene mai assunta supinamente e viene esaminata in una prospettiva rielaborativa. Non sempre viene riconosciuta la coerenza e il rigore del percorso, che sottende alle proposte, per la natura di stimolo aperto, che caraterizza lo stile con cui vengono poste le questioni agli studenti. La progettazione di materiali didattici con i requisiti di coerenza posti non è facilmente dominio dell'insegnante e la conseguente completezza nelle proposte didattiche non è spontaneamente riconosciuta nella riflessione dell'insegnante sui materiali [25,64]. Per questa ragione vengono offerti in web, oltre alle schede didattiche per studenti, vari altri materiali di lavoro: commenti critici sulle schede stesse, discussioni sui nodi concettuali di tipo disciplinare e/o cognitivo, dati campione, indicazioni di lavoro per le attività sperimentali e di modellizzazione proposte. Materiali esemplari sono pubblicati in web EspB di Fisiss, Il rimbalzo di una pallina, LabTec all'indirizzo Attività in parte in presenza ed in parte a distanza sono finalizzate alla familiarizzazione con i materiali e alla loro analisi critica Interattività per riflettere e per comunicare La seconda scelta di base è l'interattività, sia per quanto concerne le caratteristiche dei materiali offerti, sia per quanto concerne la comunicazione tra la comunità di insegnanti impegnati nel processo di innovazione. L'interattività nei materiali ha tre principali esemplificazioni, che qualificano le proposte: la misura mediante elaboratore, la modellizzazione oggettuale, la costruzione di mappe. La disponibilità di un sistema software condivisibile per misure di temperatura in 4 punti mediante sensori e la relativa acquisizione e scambio dei dati [60, 61, 65] offre a tutti la possibilità di sperimentare quel lavoro ormai usuale nella ricerca scientifica delle misure automatizzate, imparando a programmare le caratteristiche della misura e ad averla sotto controllo durante l'intero esperimento. Si offre così ad utenti singoli o classi, vicini e lontani la possibilità di effettuare e confrontare esperimenti simili, di gestire in modo attivo l'esplorazione sperimentale, di effettuare misure significative e vivere un'esperienza formativa non solo sul piano esecutivo, ma anche sul piano metodologico. Il sistema consente la rappresentazione grafica in tempo reale dei dati raccolti, realizzando la riduzione immaginativa tra il fenomeno e la

4 sua descrizione fisica formalizzata: una potente valenza che le TIC hanno messo a disposizione del processo di apprendimento, potenziando gli strumenti di formalizzazione ed interpretazione dei grafici [2, 31, 52, 57, 58,65]. Il personale impegno nel programmare ed eseguire la misura, nel valutare i dati e discuterli con i compagni realizza quella personalizzazione del processo formativo che rende personale e condivisa nello stesso tempo la conoscenza acquisita. Un ambiente web interattivo, realizzato mediante un applet java, integra strumenti di scrittura, di disegno e di grafica. Permette di redigere e condividere rapporti qualitativi e previsionali su fenomeni considerati, di registrare la sequenza di operazioni eseguite dall'utente, facilitando lo studio sui processi di apprendimento. Permette in particolare di raccogliere un'immagine, anche fotografica di una situazione, schematizzare su di essa il modello fisico interpretativo e poi isolarlo per analizzarne le caratteristiche. Si può ad esempio schematizzare il diagramma delle forze a corpo libero e ragionare poi separatamente su di esso per determinarne le conseguenze sul moto del sistema e confrontarne gli esiti rispetto al moto osservato. Si possono ad esempio tracciare i raggi utili a prevedere la posizione delle immagini virtuali determinate da un oggetto posto davanti ad un sistema di specchi, sia utilizzando la legge della riflessione, sia utilizzando l'interpretazione dell'immagine virtuale sull'asse dello specchio passante per l'oggetto. Il processo di scematizzazione e scelta di elementi rappresentativi, che è il più importante nell'interpretazione dei fenomeni, viene messo nelle mani dell'utente, che allora si assume la responsabilità di cosa e come interpretare, di usare la teoria in un contesto ad essa coerente. La costruzione di mappe in una lavagna condivisa, che permette di definire e modificare continuamente label e connessioni tra esse, offre l'occasione di sintesi individuale rispetto al quadro conoscitivo proposto e permette di avvalersi delle modalità di sintesi degli altri con lo scambio di idee prodotto dalla discussione sempre attiva e motivata sulla mappa in quando a cura di altri utenti-autori. La discussione sui prodotti personali da parte dei singoli diventa così uno strumento di rielaborazione della conoscenza e di arricchimento della stessa. Ciò evidenzia uno degli aspetti dell'ultima, non certo per importanza, richiesta di interattività da noi posta come requisito di lavoro. La comunicazine con altri utenti e non solo con la macchina è stata assunta come una delle più importanti valenze per la personalizzazione e crescita professionale dell'insegnante mediante condivisione di processi formativi. Essa si traduce nella ricerca di un ambiente interattivo, dotato di strumenti di comunicazione, come il forum, la chat, il weblog, che permetta di condividere elaborati e sia dotato di tools per la progettazione didattica. Abbiamo sperimentato il ruolo e le potenzialità di tali strumenti in un insieme disomogeneo e parziale di ambienti [66-70], ciascuno dotato di solo parte degli strumenti menzionati: questo limite, derivante anche dalla graduale individuazione dei ruoli di ciascuno strumento, ha permesso un'analisi più attenta di potenzialità e limiti di ogni funzione in relazione al relativo impiego Comunicazione in web per il coinvolgimento personale e la costruzione condivisa di competenze per la professionalità docente Alcune delle più importanti funzioni sperimentate nella formazione iniziale ed in servizio degli insegnanti sono state: il forum, la chat, la scrittura collaborativa, la condivisione di bacheche, soprattutto per redigere mappe concettuali. Le più innovative ed efficaci nel processo di coinvolgimento personale ed attivazione di percorsi formativi personalizzati, sia nel caso di insegnanti in prima formazione sia nel caso di insegnanti in servizio, sono state la scrittura collaborativa e la condivisione di bacheche. La prima è stata utilizzata per progettare in forma collaborativa schede didattiche o interi percorsi [68-70]: i testi base, messi in rete da un primo autore incaricato, venivavo modificati dagli altri autori, mostrando gli interventi di revisione. Risultava così interessante ed efficace per tutti gli utenti l'esame (e la discussione) dei tipi di modifica via via effettuati e delle circolarità, che si creavano nelle modifiche. La condivisione di bacheche per redigere schemi di percorso didattico o mappe concettuali è stata particolarmente efficace nel superare un certo isolamento autorerente associato al compito di pubblicare una proposta didattica. La chat è stata soltanto impiegata per superare problemi di timidezza nell'intervento in rete. Il forum è stato lo strumento più utilizzato e che ha messo in evidenza come la discussione condivisa promuova personalizzazione nella formazione della professionalità docente Il forum Il Forum è stato inizialmente dedicato alla discussione dei materiali e delle proposte didattiche offerte per la formazione. In questo contesto è stato organizzato per temi e fasi e quindi attivato in precisi momenti del processo formativo, secondo la programmazione di lavoro. Dopo una fase di autonoma lettura dei materiali, si è previsto un intervallo di tempo per la loro discussione, organizzata su precisi elementi (o anche libera). Sono stati organizzati poi momenti di lavoro con i materiali (in presenza e a distanza) alternati da momenti di discussione in rete, secondo un processo di analisi sempre più generale fino a considerare la proposta di percorso nel suo complesso [25, 45, 66]. La discussione è stata organizzata in tre livelli, attivi a seconda della fase formativa: a) tra ricercatori, redattori dei materiali per scambi di osservazioni sull'attività in corso, attiva fin dalla fase di preparazione dei materiali; b) tra insegnanti in formazione con insegnanti esperti e ricercatori come tutor, attiva dall'inizio alla fine del percorso formativo; c) tra studenti durante la fase "situata" di sperimentazione dei materiali. Il livello a) aveva l'accesso agli altri due e quello b) al livello c). La partecipazione degli insegnanti e la personalizzazione del loro percorso formativo era definita dalla programmazione. Si è potuto tuttavia rilevare un grado grado di attivazione diverso rispetto alle fasi previste. Si è visto che la partecipazione [39,45,63] alla fase di discussione dei materiali è ridotta al minimo degli interventi richiesti nel contratto formativo (in genere uno per sezione esaminata), con limitato coinvolgimento critico sia sui contenuti che sulle modalità didattiche. Principali (70%) sono state le osservazioni sul piano didattico riferite a convinzioni derivanti dalla personale esperienza sul campo e/o espressione di

5 preoccupazioni rispetto alla fattibilità di alcune proposte (da noi già validate in sperimentazioni pilota). Gli insegnanti si sentono forti della loro esperienza e la assumono talvolta come unico referente per programmazione e la valutazione di proposte didattiche. Ciò è abbastanza comprensibile se si pensa che gli insegnanti in servizio non hanno avuto una formazione professionale e non sono abituati a riferirsi alla letteratura di ricerca e di documentazione dell'attività didattica per il loro aggiornamento: lo scambio informale orale delle esperienze ha la prevalenza [25, 29, 66]. Triplicata è la partecipazione in fase di discussione dei progetti redatti dagli insegnanti rielaborando le proposte formative per la sperimentazione in classe. Due elementi attivano il coinvolgimento attivo nella discussione: L'aver effettuato una personale rielaborazione della proposta, che li rende autori e la necessità di individuare un nucleo comune per dar senso al confronto nella sperimentazione. In fase di sperimentazione vi è un ulteriore aumento degli interventi ancorato alle comunicazioni tra i ragazzi delle classi sperimentali, per chiarire, per illustrare il lavoro svolto, per sostenere il lavoro in corso. La rielaborazione personale è la condizione per il coinvolgimento attivo e la padronanza nel merito della discussione, indipendentemente dalla qualità del prodotto di rielaborazione. Riconosciuto importante questo elemento abbiamo sperimentato quattro altri tipi di gestione del forum, sempre puntando alla condivisione di percorsi formativi personalizzati, con ruolo attivo dell'insegnante in formazione sul piano della rielaborazione e della progettualità. Essi sono così individuabili: 1) Rielaborazione di concetti; 2) analisi di esperimenti; 3) discussione di aspetti epistemici analizzati in presenza; 4) progettazione di percorsi a partire da proposte alternative documentate. La rielaborazione di concetti è stata sperimentata nell'ambito del corso di Didattica della Fisica del Corso di Laurea in Scienze della Formazione Primaria per un biennio [67,68,71,72]: ogni studente veniva richiesto di redigere due schede utili all'insegnante ( scheda del Sapere dell'insegnante e scheda del Fare con i Bambini) per preparare gli interventi in classe, avvalendosi dei contenuti delle lezioni, arricchite da personali approfondimenti con i materiali messi a disposizione in rete [60]. L'ambiente web di interazione ( era quello predisposto per le interazioni in rete dal corso di Didattica Generale [68]. I temi erano sorteggiati e 2-3 studenti avevano lo stesso tema. Abbiamo trovato che l'alto impegno e l'attiva partecipazione erano sempre a titolo individuale, con scarso esame dei lavori altrui, sia prima sia dopo la pubblicazione in rete del proprio elaborato. Gli stessi studenti hanno mostrato un alto numero di letture dei contributi di discussione dei seguenti aspetti epistemici analizzati in presenza, continuando però ad assumerli come riferimenti esterni (eventualmente da copiare o da superare) rispetto al proprio intervento sullo stesso argomento: a) rapporto teoria esperimento in fisica ed implicazioni didattiche, b) ruolo della matematica nella conoscenza fisica e raccordi didattici, c) processo di formalizzazione in fisica e proposte didattiche, d) specificità del modello fisico e suoi rapporti con la teoria, modi di costruirlo nella didattica. Se si considera che questi studenti del primo biennio universitario sono di solito caratterizzati da massimo di reciproca interazione e collaborazione, il risultato è un indicatore importante circa le modalità di gestione di compiti a distanza: la condivisione dei prodotti deve essere tra le consegne. Insegnanti esperti rispetto ad un'analoga proposta di discussione di aspetti epistemici delle discipline, inserita in una formazione sull'orientamento [73-75], hanno mostrato una vivacità inaspettata: si sono attivati con interventi diversi insegnanti che avevano sempre svolto il ruolo di osservatori silenti in altre attività in rete. Ancora una volta il coinvolgimento si attiva sull'esperienza e la competenza, per dare un ruolo alla personale professionalità in una comunità di pari. I forum basati sull'analisi di esperimenti confermano con la loro vivacità (5-6 interventi per ogni soggetto coinvolto) questa conclusione sulla necessità di una personale esperienza per l'attivazione di interventi qualificati nelle discussioni in rete. Va sottolineato a tal proposito, che questo tipo di attivazione partecipativa non è associata ad un bisogno narrativo: il contenuto degli interventi infatti è, per oltre il 50% dei casi, di analisi di nodi disciplinari: scoperti o riscoperti al momento di fare un'analisi interpretativa dell'esperimento [66, 70]. La progettazione di percorsi a partire da proposte alternative documentate non appare essere particolarmente efficace nel contesto dei forum [45, 63, 64], mentre risulta essere particolarmente produttiva con uno strumento di elaborazione condivisa come lo "scricoll" per la scrittura collaborativa [68, 70]. 4.4 Ambienti di risorse per la progettualità La dimensione progettuale è il più alto livello di coinvolgimento, ampiamente riconosciuto essere perno insostituibile per la formazione di una professionalità docente in grado di evolvere con le esigenze di una scuola che cambia [22, 41-42, 48-52, 56-58]. Su questo tipo di personalizzazione si è puntato negli ultimi anni per la formazione della professionalità docente sia nelle attività in presenza sia nelle attività a distanza. Tre sono le modalità sperimentate per l'attività progettuale: 1) libera, a partire da alcuni principali ambienti di risorse, 2) secondo una griglia generale e dei requisiti metodologici, a partire da materiali specifici (esperimenti, moduli di attività, ), 3) in un ambiente predisposto con specifiche voci di un protocollo di cui era offerta una esemplificazione. Nonostante la ricchezza dei materiali resi disponibili (analisi critiche di nodi concettuali, schede per esperimenti, indicazioni per la costruzione di semplici attrezzature sperimentali, materiali didattici multimediali, mappe concettuali, percorsi didattici, documentazione di attività svolte in classe, strumenti di valutazione) nella progettazione libera [60-62], scarso e di scarso valore è stata la progettazione: i percorsi didattici progettati erano per lo più sequenze di segmenti non sempre tra loro coerenti, con salti logici, piuttosto disomogenei nelle scelte metodologiche e parzialmente definiti sul piano operativo. L'autonoma gestione di materiale offerto in rete si configura più come dispersione di risorse, che come strumento di formazione. La formazione va

6 organizzata nei processi che le sono caratteristici, senza che diventi rigida ed estranea al processo personale di riqualificazione e senza limitare l'apporto di competenze, che la professionalità degli insegnanti coinvolti può offrire. Alla luce di tale esperienza è stata condotta secondo una precisa griglia e secondo criteri definiti la progettazione in rete del progetto LabTec, uno dei quattro progetti pilota nazionali del Progetto SeT [39,64]. I progetti redatti in questo caso non sono stati molto migliori sul piano della coerenza e della organicità, ma sono stati il risultato di un confronto più qualificato, intenso e mirato, che ha prodotto significativa crescita professionale nei partecipanti. A seguito di sperimentazioni di ricerca nella messa a punto di materiali per la formazione degli insegnanti all'impiego delle TIC per il superamento dei nodi concettuali in fisica [76-80] è stata messa a punto una griglia di redazione per le proposte didattiche in web [81], che è risultata efficace riferimento per la progettazione di percorsi didattici nell'ambito della formazione iniziale di insegnanti secondari [82]. È stato pertanto costruito un ambiente interattivo, che propone la progettazione nell'ambito di tale griglia [83]: il lavoro è ancora in attuazione, ma si può già evidenziare la qualità delle progettazioni proposte, rispetto al passato, la personalizzazione delle stesse e la ricchezza delle discussioni di merito. 4.5 Learning Objects per il coinvolgimento individuale Le scelte dei materiali da offrire sul web esaminate finora si concretano in tre tipologie caratteristiche. Materiali multimediali, che costituiscano ambienti di risorse, capaci di una formazione metaculturale. Proposte di attività, per lo più basate su esplorazioni sperimentali con attezzature facilmente autocostruibili utilizzando materiali di uso comune ed economici [60,80,81]. Materiali didattici per studenti per una formazione di tipo esperienziale. Tutti questi materiali sono risultati validi strumenti in attività formative di tipo blended. In tutte le esperienze svolte tuttavia gli esiti formativi hanno mostrato una percentuale non trascurabile (25%) di situazioni in cui i nodi di apprendimento derivanti dall'impiego congiunto di modelli interpretativi della fisica con modelli parziali e locali di senso comune. Strategie, metodologie e percorsi didattici innovativi diventano patrimonio dell'insegnante, che, dopo una fase di familiarizzazione, le propone nella propria attività scolastica, ma ogni rielaborazione personale non è avulsa da questo problema. Il perdurare di schemi interpretativi di senso comune sembra attivarsi ogni volta che la richiesta è di elaborazione di materiali per i bambini: la traduzione in chiave didattica dei concetti fisici ha come pregiudiziale l'inserimento di schemi di senso comune. La semplificazione non riesce a mantenere il piano interpretativo della fisica. Si riscontrano incongruenze di fondo tra assunti e attività con i bambini: alla prova di discussioni disciplinari, gli insegnanti che più ritornano su schemi di senso comune risultano padroni della corretta interpretazione fisica, quando richiesti di illustrarla tra pari. Come è noto [1, 84, 85] l'apprendimento è un processo basato sulla creazione di raccordi (immaginativi, concettuali, semantici), che si producono sul piano individuale nel processo di attribuzione di significati. Il raccordo tra il fenomeno, la sua descrizione e la sua interpretazione fisica va costruito negli adulti, come nei ragazzi rendendoli partecipi del processo di formalizzazione. Le ricerche didattiche ci hanno insegnanto [2, 21, 43-45, 52] l'importanza a questo scopo della riduzione immaginativa prodotta dall'osservazione contemporanea di un fenomeno e della rappresentazione grafica di grandezze significative nel descriverlo, misurate in tempo reale da sensori collegati all'elaboratore [86]. Parimenti è stato evidenziato il ruolo della modellizzazione e del raccordo tra i dati ottenuti dall'esperimento e quelli ottenuti dal modello per costruire consapevolezza delle metodologie proprie di interpretazione fisica [87,88]. Aver vissuto esperienze di apprendimento basate su tali processi è irrinunciabile, ma non basta: la possibilità di riflettere sull'esperienza, rivivendola è determinante. Ciò è reso possibile da laboratori virtuali interattivi in web, con opportuni Learning Objects (LO). Le caratteristiche comuni dei LO predisposti sono le seguenti: 1) Presenza contemporanea dell'immagine della situazione (foto o filmato), dei grafici raccolti in presenza in quella situazione, di domande mirate ad analizzare i grafici relativi all'evoluzione temporale di grandezze significative durante l'evolversi del processo in istudio. 2) Aricolarsi del lavoro secondo la strategia Rievocazione - Correlazione - Interpretazione, articolata nelle seguenti fasi: A) osservazione del processo mediante il filmato o una sequenza di foto dello stesso; B) Rappresentazione di elementi fisici (sistema di riferimento, traiettoria) su una foto della situazione; C) Lettura dei grafici delle grandezze misurate in relazione all'evolversi del processo e riconoscimento di fasi caratteristiche del processo; D) Elaborazione dei dati per ottenere grafici secondari (ad esempio delle derivate prime e seconde nel tempo della grandezza misurata oppure del suo integrale); E) Correlazioni tra i grafici e riconoscimento di proprietà del processo; F) Ricerca delle condizioni che rendono possibile il processo (Interpretazione) e raccordo con la teoria. 3) Domande stimolo per produrre la personale ricostruzione del processo e la sua analisi, per correlare fenomeni e grafici, grafici e relazioni tra grandezze, proprietà descrittive e interpretazione. 4) Dare ruolo ad un'analisi fenomenologica, esaminando per fasi l'evolversi nel tempo delle grandezze misurate. 5) Limitare i fenomeni esaminati in ciascun LO a 2-3 processi che affrontano un singolo nodo concettuale. I LO creati e sperimentati nell'ultimo anno sono di due tipi: a) esplorazione di una fenomenologia associata ad uno specifico nodo concettuale, secondo le caratteristiche sopra descritte, b) analisi di un processo di taratura in cui si approfondiscono gradualmente fenomeni che lo influenzano e si sperimenta il graduale raffinamento dell'interpretazione. I materiali sono disponibili nell'ambiente Ne illustriamo qui brevemente soltanto tre, per rendere l'idea di come sono organizzati.

7 LOT1 - Progettare un esperimento: Misura di forza. La figura 1 illustra la situazione. Nelle quattro fasi di lavoro si ripercorre l'analisi ed elaborazione dei dati per riconoscere: la correlazione lineare che si riscontra tra allungamento della molla e forza da essa esercitata, il ruolo giocato dal supporto con gancio dei pesi, quello giocato dalla precompressione della molla, la legge di Hooke. Si delinea in questo modo il processo con cui la fisica rappresenta i dati per ricavarne informazioni, ne da una descrizione formalizzata e, con approssimazioni successive, arriva ad una loro interpretazione con sempre maggiore dettaglio. LOM1 - Il moto di una macchinina sul piano orizzontale. Lo studio con un sensore tipo sonar-ranger del moto di una macchinina lanciata su un piano orizzontale, che arriva a fermarsi in tempo breve, viene proposta come unità autonoma. L'attività proposta é suddivisa nella presentazione della situazione e in quattro fasi imperniate sul riconoscimento dei primi passi con cui si costruisce un modello fisico: Fase 1. lettura del grafico e sua correlazione con il fenomeno; Fase 2. riconoscimento della correlazione tra pendenza della curva che descrive la posizione nel tempo p=p(t) e velocità; Fase 3 riconoscimento della correlazione tra pendenza del grafico della velocità v=v(t) e accelerazione; fase 4 riconoscimento dell'accelerazione come variazione seconda della posizione e quindi legata alla concavità della curva p=p(t). A partire dal riconoscimento del ruolo giocato dal sistema di riferimento nella descrizione formalizzata della traiettoria e delle grandezze cinematiche del moto, si passa a una lettura puntuale del grafico della legge oraria per riconoscere attraverso la correlazione con il fenomeno osservato gli istanti critici del moto che delimitano le diverse fasi in cui esso si realizza. In particolare ci si incentra sui nodi del riconoscimento della distinzione tra traiettoria e legge oraria, sulla costruzione del significato della rappresentazione formalizzata. L'analisi dei grafici p=p(t) e v=v(t) (fig. 2) per fasi, puntualizza il significato dei grafici delle

8 grandezze derivate e sottolinea la correlazione fra le grandezze. Si riconosce la velocità della macchinina in termini di pendenza del grafico della curva p=p(t). In modo analogo si analizzano i grafici della velocità e dell'accelerazione nel tempo. Si associano quindi le fasi del moto alle azioni: della forza impulsiva che agisce nella spinta iniziale e quella della forza costante d'attrito che agisce nella seconda fase in cui la velocità decresce linearmente nel tempo. LOT1 - Misura di temperatura con sensori. L'approccio da noi seguito nella trattazione dei fenomeni termici [43,45,57,61,65] mira a costruire i concetti termodinamici a partire dall'analisi dei processi, utilizzando sensori on-line con l'elaboratore per la raccolta dei dati in attività esplorative. In particolare i concetti di equilibrio termico, temperatura e il principio zero della termodinamica vengono costruiti a partire dal riconoscimento che la misura di temperatura richiede un processo di interazione termica tra termometro e sistema misurato. Si analizzano due semplici esperimenti: il primo consiste nel prendere e tenere in mano per un certo tempo uno di 4 sensori appoggiati sul tavolo e poi, di nuovo, abbandonarlo sul tavolo. Il secondo esperimento, che si incentra sul riconoscimento del principio zero della termodinamica (parte B- la misura della temperatura della mano), consiste nel ripetere l'esperienza con due sensori per ciascuno in intervalli diversi. Parte A-la misura della temperatura. Si struttura nelle seguenti fasi. Fasi 1-2. Con l'obiettivo da far riconoscere l'importanza nella costruzione del sapere scientifico del saper distinguere tra piano descrittivo e piano interpretativo del fenomeno e di sviluppare capacità di argomentazione scientifica rigorosa, si propone la previsione della evoluzione temporale della temperatura, la descrizione, spiegazione del gafico ottenuto sperimentalemente e il confronto di esso con il grafico previsto. Fase 3-4. Attraverso la lettura puntuale del grafico e l'associazione tra fenomeno e grafico che rappresenta l'evoluzione temporale della grandezza che lo descrive si fa riconoscere che il sensore realizza un transitorio termico tra due sistemi isotermi con cui esso interagisce: il bancoambiente, nelle parti iniziale e finale; la mano nella parte centrale. L'analisi dell'esperimento viene proposta suddividendo il grafico in intervalli (fig. 5) e facendo riconoscere in quali si hanno stati di equilibrio e in quali si hanno transitori termici, distinguere tra le temperature dell'ambiente, del termometro e della mano.

9 Fase 5. L'analisi effettuata nelle fasi precedenti porta alla conclusione dell'attività con il riconoscimento della temperatura come grandezza di stato, la cui misura consiste in un processo di interazione e che essa si realizza soltanto in condizioni di equilibrio. Parte B- la misura della temperatura della mano. Prevede tre fasi. Fase 1-2 Dalla lettura dei grafici che rappresentano l'evoluzione della temperatura dei due sensori che in tempi diversi vengono presi e tenuti in mano (fig.6), si riconoscono le diverse fasi in cui si può suddividere l'evoluzione temporale della temperatura di ciascuno di essi. Ancora una volta gioca un ruolo importante il riconoscere e distinguere stati di equilibrio e transitori termici, l'associare il grafico al processo che esso descrive. Fase 3. Si creano in questo modo le premesse per riconoscere il principio zero della termodinamica come generalizzazione del fatto che i sensori indicano la stessa temperatura quando si portano all'equilibrio termico con uno stesso sistema isotermo. 5. Considerazioni conclusive La cultura scientifica è oggi modesta e si deve operare per crescere il peso della cultura scientifica a tutti i livelli per tutti i cittadini. Si deve superare la visione della fisica astratta e funzionale alla formazione tecnica e insegnarla meglio, puntando all'apprendimento dei suoi processi conoscitivi e metodologie, con un personale coinvolgimento dei soggetti nel processo formativo. La formazione di insegnanti di qualità è la sfida di tutti i Paesi europei, consapevoli che le risorse umane sono il perno per lo sviluppo futuro e che l'evoluzione della nostra società richiede un nuovo tipo di insegnanti e un nuovo modo di fare scuola. La formazione degli insegnanti al processo attivo nella didattica scientifica richiede la formazione di una professionalità docente, che sa gestire in modo flessibilile, attivo e dinamico strumenti e metodi innovativi, trasformandoli secondo le necessità della classe, superando il limite di una interpretazione spontanea e radicata di senso comune ai fenomeni. La personalizzazione del processo formativo dell'insegnante di fisica è un requisito, che la ricerca didattica evidenzia in molti modi per la realizzazione del cambiamento concettuale dalle idee spontanee e locali alla visione interpretativa generale scientifica. La condivisione di processi conoscitivi dà diretta esperienza del significati del conoscere in campo scientifico e arricchisce la professionalità docente in termini progettuali. Attività blended nella formazione degli insegnanti rendono possibile la personalizzazione e la condivisione dei processi formativi dell'insegnante, formandolo all'innovazione. La realizzazione di una comunità di pratiche personalizzate è stata la scelta di fondo in sperimentazioni di ricerca per la formazione iniziale e continua degli insegnanti, realizzate negli ultimi dieci anni con le seguenti scelte operative: a) riflettere su materiali per studenti per conoscere un'innovazione proposta, b) disporre di materiali interattivi e multimediali per rendere possibile processi personali di studio, c) comunicare per l'analisi condivisa e lo scambio dei progressi nel processo formativo, d) potenziare la progettualità con ambienti di risorse, e) realizzare Learning Objects (LO), che realizzino i raccordi necessari all'apprendimento scientifico e alla padronanza della gestione del processo conoscitivo in tale campo, integrando spezzoni di esperienze (filmati di fenomeni e misure correlate) efficaci al superamento di nodi concettuali e rendendoli disponibili per rievocare e rielaborare i concetti. Inoltre, l'integrazione di modelli metaculturali, esperienziali e situati rende possibile quel processo formativo che si sviluppa attraverso la riflessione e la ricerca nella pratica della didattica. La ricerca in questo campo è ancora in corso, ma i risultati ottenuti finora ci indicano che l'analisi di materiali pe la didattica e LO come quelli qui descritti non solo sono praticabili ed efficaci, ma producono competenze come quelle auspicate nell'insegnante di fisica capace di farla riconoscere ed utilizzare in vari contesti offrendo ai giovane non una collezione di leggi e informazini, ma una cultura scientifica.

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