Standard per la Formazione degli Insegnanti di Scienze: l Investigazione

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1 Standard per la Formazione degli Insegnanti di Scienze: l Investigazione ( dall NSTA, National Science Teacher Association, ) traduzione Alfredo Tifi Il programma è finalizzato a preparare i candidati per coinvolgere regolarmente ed efficacemente gli allievi nell'indagine scientifica e per facilitare la loro comprensione del ruolo dell indagine nello sviluppo delle conoscenze scientifiche. Con Inquiry si intende: Interrogarsi e formulare problemi risolvibili. Riflettere sui dati e costruire conoscenza dai dati. Collaborare e scambiare informazioni durante la ricerca delle soluzioni. Sviluppare concetti e relazioni dall esperienza empirica. 3.1 Esempi di indicatori Livello Preservizio Livello di Avviamento Livello Professionale A. Pianifica e attua attività basate sui dati che richiedano agli studenti di riflettere su ciò che hanno trovato, fare inferenze, collegare nuove idee alla conoscenza preesistente. B. Pianifica e attua percorsi investigativi con diversa strutturazione, includendo fasi induttive (esplorazioni), studi di correlazioni e studi sperimentali. C. Fa uso di domande per incoraggiare indagini e ricerca di prove per le risposte divergenti degli studenti, incoraggiando le domande degli studenti e rispondendo con altre domande quando occorre. D. Incoraggia interazioni produttive tra pari e pianifica sia attività individuali, sia attività di gruppo per facilitare il processo di indagine. A. Richiede regolarmente agli studenti di collezionare ati, riflettere sui dati, riportare i risultati del loro lavoro e identificare nuovi problemi da investigare. B. Coinvolge studenti in diverse investigazioni, analisi dei processi investigativi e discussioni dei criteri per analizzare i risultati. C. Fa regolare uso di domande stimolo e divergenti per definire problemi e favorire la riflessione; conduce gli studenti a sviluppare domande appropriate ai fini di investigare un dato tema. D. Fornisce sistematicamente opportunità, agli studenti, per coinvolgersi in ricerche con i compagni utilizzando una varietà di forme. A. Coinvolge in modo consistente gli studenti in discussioni critiche sui risultati delle loro indagini, sulle implicazioni delle loro conclusioni e su nuovi possibili problemi. B. Integra sistematicamente diverse forme di investigazione nel lavoro in classe e mette in relazione il lavoro degli studenti alle ricerche tradizionali che sono tipiche delle varie scienze. C. Facilita abilmente la discussione in classe ponendo domande, analizzando criticamente le idee, conducendo gli studenti verso una più profonda comprensione del processo stesso di indagine. Usa le domande sia per definire i problemi sia per suggerire soluzioni potenziali. D. Contempera abilmente opportunità di indagini scientifiche e riflessioni critiche sul ruolo dell individuo inquirente in un contesto collettivo. 3.2 Fondamento e Discussione Comprendere il processo di inquiry, come esso si verifica in classe, è un compito complesso. Tale processo non può essere ridotto a un insieme di passi secondo il cosiddetto metodo scientifico così come gli scacchi non possono essere a un insieme algoritmico di mosse e poche regole. I processi specifici dell investigazione (come le mosse di scacchi) devono essere insegnate e apprese, ma la ragione per coinvolgere gli studenti nell inquiry vanno oltre lo sviluppo di abilità isolate, tendendo invece a inculcare un approccio o un atteggiamento generale verso il mondo. John Dewey (1958) descrisse l inquiry come una relazione dialettica tra l inquisitore e l oggetto dell indagine.

2 Evelyn Keller (1985) ha descritto questa relazione come obiettività dinamica. La ricerca sulla didattica dell inquiry riflette la natura dinamica e a molte facce di questo costrutto. L inquiry comporta lo sviluppo e l uso di abilità di pensiero elevate, indirizzate a problemi aperti. Resnic (1987) tali abilità di pensiero ordine elevato come non algoritmiche e complesse. Il percorso verso una soluzione non è discernibile da un solo punto di vantaggio. Sono possibili soluzioni multiple e il ricercatore deve usare criteri multipli, talvolta in conflitto tra loro, per valutare le sue opzioni. L indagine è caratterizzata da un grado di incertezza sui risultati. L indagine termina con un elaborazione e un giudizio che dipende dal precedente processo di ragionamento. Tradizionalmente il pensiero critico è stato incluso nell applicazione dei vari processi della scienza. Schwab (1962), per esempio, riteneva che i laboratori didattici dovessero offrire l opportunità per investigazioni scientifiche in miniatura. A questo fine egli propose la presentazione di tre livelli allo scopo di orientare allo sviluppo dell inquiry. Al primo livello gli insegnanti presentano problemi non discussi nel testo, con la descrizione di diversi modi per approcciare la soluzione. Al secondo livello gli insegnanti pongono i problemi senza alcun suggerimento metodologico. Al terzo livello gli insegnanti presentano fenomeni progettati per stimolare l individuazione di problemi. Ciascun livello richiede un uso delle abilità di processo più estensivo del precedente. Anche Trowbridge e Bybee (1990) hanno discusso tre livelli di inquiry, iniziando dall aapprendimento per scoperta, in cui l insegnante predispone il problema e i processi, ma affida agli studenti il compito di trovare i diversi risultati alternativi. Il successivo livello di complessità è l investigazione guidata, in cui l insegnante pone il problema, ma gli studenti determinano sia il processo che la soluzione. Al terzo e più impegnativo livello, l investigazione aperta, l insegnante fornisce semplicemente un contesto del problema da risolvere, che gli studenti identificano e risolvono. Le domande che incentivano l investigazione e conducono alla iscussione concettuale sono importanti per il successo dell insegnamento apprendimento della capacità di inquiry (Dantonio, 1987). Poiché lo scopo dell inquiry è di condurre gli studenti a costruire la propria conoscenza, la formulazione di domande è un importante abilità.rowe (1973) esaminò il comportamento verbale degli insegnanti mentre questi coinvolgevano gli studenti in attività che enfatizzavano i processi scientifici. Il suo lavoro dimostrò che livelli elevati di conferma, durante il lavoro in classe, erano controproducenti in quanto con essi si conduceva gli studenti a rispondere alle domande allo scopo di ricevere riconoscimenti dall insegnante, piuttosto che per portare avanti l investigazione in classe. Ella introdusse il tempo d attesa come fattore capace di influenzare significativamente la lunghezza, il livello e la frequenza delle risposte degli studenti, applicato sia agli insegnanti che agli studenti. Tobin (1987) esaminò il lavoro sul tempo di attesa in un periodo ventennale, trovando simili risultati. Negli anni 80 il focus della ricerca si spostò sulle idee intuitive dei bambini nella scienza (Driver, Guesne, & Tiberghien, 1985; Osborn & Freyberg, 1985). L importanza dello stato cognitivo precedente del discente, incluse le sue preconfezioni sul mondo naturale, condussero a una riconsiderazione del contesto e degli scopi dell inquiry (Roth, Anderson, & Smith, 1987). Molti seguaci abbandonarono la visione che i processi di inquiry e le abilità di problem solving potessero essere apprese al di fuori del contesto di uno specifico problema concettuale (Millar & Driver, 1987). Questa linea di ricerca condusse allo sviluppo di forme di inquiry mediato, in cui il ruolo dell insegnante è quello di estrarre le conoscenze esistenti dello studente, introdurre le nuove idee nel contesto di attività che impegnassero parimenti le mani e la mente (hands-on/minds-on) e modificare le idee dei discenti in direzione dei concetti scientifici accreditati (Driver, Asoko, Mortimer, & Leach, 1995; Roth, Anderson & Smith, 1987).

3 Più recentemente, è stata rivalutata la dimensione discorsiva e relazionale dell inquiry (Tobin, et al., 1997; Klassen, et al., 1996), in quanto complementare alle dimensioni del pensiero critico e delle abilità individuali nel dare forma ai processi della scienza. Lo studio delle interazioni in piccoli gruppi hanno rivelato la portata dell espressione verbale e dell interazione sociale nel promuovere l impegno dello studente. Gli insegnanti utilizzano l interazione in piccoli gruppi per stimolare la discussione, incrementare il coinvolgimento nell uso dei materiali, distribuire le responsabilità per le funzioni delle attività, e distribuire le conoscenze esperte della classe. Questa organizzazione è abbastanza comune nelle attività di laboratorio di scienze. La comprensione degli studenti migliora quando ai piccoli gruppi sono assegnati ruoli e consegne scritte per revisionare, ripetere, discutere i risultati. (Cohen, 1994). Questi effetti probabilmente deriveranno dall incremento di impegno e dal maggior tasso di discussione tra tutti gli studenti, risultante dai ruoli assegnati ad alcuni studenti particolari. Comunque, l insegnante che fornisce un eccesso di strutturazione per un compito che è all origine mal progettato, potrà mancare l obiettivo dell inquiry. Cohen (1994) asserì l esistenza di un dilemma sottile ma importante per l insegnante, avente implicazioni nella didattica scientifica in piccoli gruppi: se l insegnante non fa nulla per specificare il compito, gli studenti rischiano di limitarsi alle caratteristiche concrete o banali del problema, senza esplorare quelle più astratte e, presumibilmente, più significative. Se l insegnante assegna troppi ruoli e compiti specifici, questi potrebbero distruggere opportunità per far sì che gli studenti possano esprimere nuove idee o intraprendere nuovi approcci. È importante notare che la didattica basata sull inquiry può avere due significati pratici. La didattica orientata all inquiry può comportare che si insegni la natura del processo dell indagine scientifica, in quanto risultato educativo. In alternativa, essa può anche comportare che gli studenti apprendano concetti scientifici utilizzando i processi dell indagine scientifica. Questo significherebbe raggiungere un fine. Ci si può aspettare che gli insegnanti siano molto più propensi a usare metodi didattici quando insegnano l inquiry in quanto tale, tramite l introduzione di termini chiave e fornendo una guida pratica. L applicazione dell inquiry come metodo di insegnamento sarà più facilmente indiretta, effetto del maggior numero di domande aperte e di stimoli alle discussioni tra studenti (Brophy & Good, 1986). 3.3 Raccomandazioni dell Associazione Nazionale degli Insegnanti di Scienze Alla radice dell inquiry c è l abilità di porre domande e di identificare problemi risolvibili. I programmi di educazione scientifica a livello di college e di scuola superiore si sono focalizzati tradizionalmente sull acquisizione di contenuti piuttosto che sullo sviluppo di abilità nell individuazione di domande e di problem-solving. I laureandi incontrano spesso le maggiori difficoltà nell identificazione di un problema di ricerca per le loro tesi e dissertazioni. Gli studenti di scienze dovrebbero essere impegnati nell inquiry fin dall inizio del curriculum di scienze e dovrebbero continuare attraverso tutto il percorso di formazione. Confortati da un così elevato livello di competenze nell inquiry, gli studenti che si preparano a divenire insegnanti di scienze o specialisti, potrebbero affrontare solo il compito di apprendere come adattare l inquiry ai bambini. Le capacità di ascolto e del porre domande, efficaci durante l insegnamento, non sono così facilmente padroneggiate dalla maggior parte dei docenti. L ascolto e la problematizzazione efficaci sono abilità importanti per il successo dell insegnamento in generale e non possono essere esclusivamente riservati alla didattica delle scienze. Infatti, per quanto riguarda l inquiry, un nucleo di preparazione all ascolto e alla capacità di interrogazione potrebbe essere il più efficace ed

4 efficiente approccio allo sviluppo di queste abilità. Comunque si dovrà sviluppare specificamente l abilità di individuare domande che sia consistente con i processi e le convenzioni della scienza. Vista l importanza della capacità di individuare domande nell inquiry, a partire dalle prime esperienze sul campo fino all esperienza professionale di insegnamento, occorrerà sempre essere sensibili a questo aspetto primario dell insegnamento. Gli insegnanti e i tirocinanti dovrebbero sempre analizzare il proprio insegnamento per determinare i loro punti di forza e di debolezza in questa competenza. L insegnamento tra pari può essere utile solo in misura limitata, poiché gli adulti svolgono con difficoltà il ruolo effettivo di studenti. I tirocinanti dovrebbero avere quante più possibili esperienze di lavoro con i bambini. Oltre alla risposta degli osservatori, è altamente raccomandata l auto-analisi attraverso audo e video registrazioni, che includono l analisi del modo di fare domande. L inquiry richiede abilità nell analisi dei dati e la valutazione dei risultati, per raggiungere conclusioni ragionevoli e valide. Come discusso in uno studio precedente, agli studenti si dovrebbero regolarmente fornire opportunità valide di analizzare dati nella loro preparazione sui contenuti. Essi dovrebbero acquisire un livello ragionevole di competenza nel collezionare e analizzare i dati in vari formati (in forma aperta e chiusa) e dovrebbero essere in grado di usare criteri scientifici per distinguere tra conclusioni valide e non valide. Gli insegnanti efficaci possono adattare le attività di insegnamento per creare opportunità di investigazione partendo da raccolte di esperienze che non sono pensate per questo scopo. Considerata l importanza della natura sociale collaborativa dell inquiry, agli allievi del programma preparatorio per formare insegnanti di scienze si dovrebbero fornire opportunità per lavorare in gruppo e in autonomia. Le strategie del lavoro di gruppo, compresi i criteri per regolare il lavoro nei team di progetto, dovrebbero essere una componente della didattica sia dei corsi di scienze e di educazione. Per l accesso all insegnamento gli studenti dovrebbero attestare la capacità di organizzazione e lavoro con gruppi di investigazione. Ai futuri insegnanti dovrebbero essere garantite ampie esperienze sul campo. I programmi dovrebbero richiedere di poter dimostrare la capacità dei candidati di valutare obbiettivamente le possibilità dei discenti e di impiegare strategie dell apprendimento per scoperta, di investigazione guidata e di investigazione aperta, a seconda della loro esperienza e del contesto della classe. I migliori programmi per la formazione degli insegnanti dimostrano forte interazione tra scienza e pedagogia. I corsi sui contenuti includono opportunità per l inquiry e regolarmente richiedono il pensiero critico e l individuazione di problematiche di ricerca di livello appropriato. L analisi dei dati è richiesta regolarmente come parte del processo di apprendimento delle scienze, piuttosto che come supporto all apprendimento di contenuti o in attività di laboratorio occasionali. I corsi di educazione scientifica e l esperienza con i bambini dimostrano che i candidati vanno oltre l apprendimento meccanicistico dei processi della scienza, per conseguire uno sviluppo olistico di attitudini e una disposizione verso l inquiry.

5 3.4 Riferimenti Brophy, J. & Good, T. L. (1986). Teacher behavior and student achievement. (pp ). In M. C. Wittrock, (Ed.) Handbook of research on teaching, 3rd edition. New York: Macmillan Publishing Company. Cohen, E. G. (1994). Restructuring the classroom: Conditions for productive small groups. Review of Educational Research, 64(l), Dantonio, M. (1987). Develop concepts, question by question. The Science Teacher, 54(4), Dewey, John (1958). Experience and nature, 2nd edition. New York: Dover. Driver, R., Asoko, H., Leach, J. Mortimer, E. & Scott, P. (1994). Constructing scientific knowledge in the classroom. Educational Researcher, 23, (7), Driver, R., Guesne, E. & Tiberghien, A. (Eds.). (1985). Children's ideas in science. Milton Keyne, England: Open University Press. 208 pages. Keller, E. F. (1985). Reflections on Gender and Science. New Haven: Yale University Press. Klaassen,, C. W. J. M., and Lijnse, P. L. (1996). Interpreting students'and teachers'discourse in science classes: An underestimated problem? Journal of Research in Science Teaching, 33, 2, pp Millar, R. & Driver, R. (1987). Beyond processes. Studies in Science Education, 14(9) Osborne, R. & Freyberg, P. (1985). Learning in science: The implications of children's science. Portsmouth, NH: Heinemann. Resnick, L. B. (1987). Education and Learning to Think. Washington, D. C.: National Academy Press. Rowe, M. B. (1973). Teaching science as continuous Inquiry. New York: McGraw-Hill. Roth,, K. J., Anderson, C. W. & Smith, E. L. (1987). Curriculum materials, teacher talk and student learning: Case studies in fifth grade science teaching. Journal of Curriculum Studies, 19, (6), Schwab, J. J. (1962). The teaching of science as enquiry. In J. J. Schwab & P. F. Brandwein, The teaching of science, Cambridge, MA: Harvard University Press. Tobin, K. (1987). The role of wait time in higher cognitive level learning. Review of Educational Research. 57(1), Tobin, K., McRobbie, C. and Anderson, D. (1997) Dialectical constraints to the discursive practices of a high school physics community. Journal of Research in Science Teaching, 34, 5, pp Trowbridge, L. W. & Bybee, R. W. (1990). Becoming a secondary school science teacher (5 th edition). Columbus OH: Merrill Publishing Company.