Verso una didattica costruttivista dell'astrofisica: nuovi approcci e percorsi

Guglielmino, Michela (2010) Verso una didattica costruttivista dell'astrofisica: nuovi approcci e percorsi. PhD thesis, University of Trento.

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Abstract

Il mio essere un’insegnante di matematica e fisica delle scuole superiori (il mio primo anno scolastico come insegnante è stato il 1989/90) mi ha portata a questo dottorato e mi ha guidata nella mia ricerca: il bisogno di un rinnovamento, di una modifica delle strategie didattiche e dei contenuti è per me un’emergenza della scuola. Stiamo perdendo i nostri alunni alla scienza, quando loro stessi avrebbero la massima necessità del pensare scientifico nella società contemporanea, per essere cittadini a pieno titolo; per la mia generazione era sufficiente che solo una piccola frazione degli studenti si interessasse ed appassionasse alla conoscenza scientifica, ed i metodi didattici rispecchiavano questo approccio. Non possiamo più permettercelo. Mi sono quindi orientata alla creazione di strumenti innovativi che potessero essere effettivamente utilizzati dai miei colleghi, ma che potessero avere spazio anche fuori da contesti formali come la classe. Lo sviluppo della mia tesi rispecchia il percorso che ho seguito nei tre anni di dottorato, dalla comunicazione della scienza in generale agli strumenti da me progettati. Nel primo capitolo definisco sinteticamente l’evoluzione del concetto e significato di science communication, dal modello di deficit alla partecipazione informata del pubblico alle scelte di politica della scienza. La situazione attuale evidenzia molte ambivalenze: il pubblico valuta gli scienziati, non legati al mondo degli affari, come tra le persone di cui maggiormente ci si può fidare, per poi, invece, ritirare la fiducia in certi ambiti, quali la discussione sugli OGM. Per quanto la scienza sia reputata importante per la qualità della vita, le energie dedicate ad informarsi sono poche e le conoscenze risalgono spesso agli studi scolastici. Fanno eccezione i gruppi di interesse, che, motivati da una condizione particolare (la malattia propria o di un familiare, la preoccupazione per un impianto industriale, la vicinanza ad un possibile sito di discarica), acquisiscono per vie informali approfondite conoscenze in ambiti ristretti e si pongono come interlocutori degli scienziati. Per questo aspetto, l’avvento del web e la possibilità di avere informazioni gratuite praticamente su qualsiasi tema hanno modificato l’approccio alla scienza da parte di chi ne sia interessato. Anche le scelte politiche in merito alla comunicazione della scienza e le posizioni degli scienziati sono schizofreniche: per quanto venga politicamente riconosciuto che la comunicazione con il pubblico faccia parte dei doveri di uno scienziato, questa attività non viene incentivata dal punto di vista economico e non influisce nella progressione di carriera. Gli scienziati, poi, sono in netta maggioranza convinti dell’importanza del loro public engagement, ma lo sentono spesso come un furto di tempo ed energie al loro vero lavoro, la ricerca. Nel secondo capitolo presento una teoria dell’apprendimento, il costruttivismo, che è al momento quella che viene maggiormente applicata, con forti segnali di efficacia, nel superare le difficoltà ed i problemi posti dalla didattica tradizionale, quella delle lezioni frontali per capirci. Secondo il costruttivismo, il discente non è un recipiente vuoto che possiamo riempire con la conoscenza che proponiamo, ma possiede già una serie di rappresentazioni della realtà che ha maturato nel corso della vita ed in funzione delle sue esperienze. Possiamo quindi sperare di “insegnare” qualcosa solo se possiamo dimostrare che la nuova conoscenza che proponiamo è un modello della realtà più efficace in termini di rappresentazione e previsione di quella già formata. Inoltre, un vero cambiamento concettuale è possibile solo attraverso il diretto coinvolgimento del discente nella costruzione delle propria conoscenza, nel guidare il proprio apprendimento. La conoscenza viene quindi costruita personalmente dallo studente, se questo è convinto della significatività del nuovo apprendimento e se l’insegnante riesce a creare il giusto ambiente, dove il discente potrà costruire il proprio percorso cognitivo: il ruolo del docente cambia, si sposta dietro le quinte e, invece di fornire risposte, pone domande, le domande adatte a stimolare la curiosità ed a indicare la direzione lungo la quale proseguire la ricerca. Il terzo capitolo presenta una serie di esempi di didattica costruttivista delle scienze: dalla biologia, con l’impronta genetica, alle scienze della Terra con i terremoti, all’astrofisica con il Sistema Solare. Tutte le attività sono contraddistinte dal fatto di rendere lo studente regista del proprio apprendimento: i percorsi forniscono suggerimenti, pongono domande, ed è compito degli studenti, che lavorano in piccoli gruppi, trovare risposte che possano essere inquadrate in una cornice unitaria del fenomeno. Alcune proposte tengono conto dei vincoli che regolano l’andamento di una scuola reale: lezioni scandite ad orari fissi, risorse limitate, aule che non permettono l’interazione tra studenti e tra questi e il docente. Avvicinandomi alla scelta degli strumenti su cui avrei lavorato, ho deciso di sfruttare il fascino che l’astrofisica ha sul pubblico non esperto (ma anche esperto!): galassie, supernovae, universo, ammassi stellari, satelliti sono cool, soprattutto se supportati da una serie di bellissime immagini. Sotto questo aspetto l’astronomia è imbattibile. Una cernita dei materiali già disponibili mi ha portato a scegliere come tema per un primo strumento l’evoluzione stellare: infatti il Sistema Solare è per ora l’indiscusso protagonista del materiale didattico astronomico già disponibile ed ho ritenuto che spostare l’interesse verso le stelle ed il loro ciclo vitale potesse offrire nuovi spunti. Proporre una serie di lezioni, però, non avrebbe fatto altro che ripetere gli errori che stiamo commettendo in classe: abbiamo bisogno di rendere i nostri alunni protagonisti della costruzione della loro stessa conoscenza, coinvolgendoli il più attivamente possibile nel processo. Ed abbiamo bisogno di superare quella prima resistenza che quasi tutti, arrivati alle superiori, hanno ormai sviluppato verso le materie scientifiche. Nel quarto capitolo descrivo il primo strumento che ho progettato e che si trova, in forma stampata nella appendice n.1. Mi serviva un aggancio con la realtà quotidiana degli studenti, un qualcosa che fosse per loro familiare, ma che potesse diventare anche uno strumento per “fare scienza”, ed ho scelto la macchina fotografica digitale. Ho quindi costruito un percorso didattico, sotto forma di manuale di fotografia astronomica for dummies, che unisce attività pratiche, analisi di dati con software disponibile liberamente in rete e modelli fisici. Il punto di arrivo è la costruzione di un diagramma HR con dati raccolti dall’utente stesso, ma non è questo il tratto importante del manuale: conta soprattutto il percorso per arrivarci. Partendo dai fondamenti della fotografia, dei CCD che popolano le digitali, il manuale offre spunti su contenuti della fisica molto vari: dalle basi dell’ottica ai telescopi dell’ultima generazione dell’ESO ed ai satelliti per rilevare i fotoni altamente energetici, dal colore delle stelle alla spettroscopia delle regioni HII, passando per le stelle supermassicce e l’evoluzione stellare, chiamando in gioco sia temi che fanno parte del curricolo scolastico, che risultati delle ultime ricerche pubblicate. Il manuale, comunque, non va letto, ma piuttosto fatto: determinante è la scelta di partire dalle osservazioni e dalle foto fatte dall’utente per “scoprire” un fenomeno e solo dopo cercarne il modello che lo spiega. Un esempio: ad occhio nudo le stelle hanno colori diversi: perché? E come quantificare questa diversità? Una serie di foto di due stelle come Arcturus e Spica con la digitale attraverso tre filtri RGB (di plastica trasparente colorata) sono analizzate con un software per valutarne la luminosità nelle tre bande: perché Spica è più luminosa nel blu e meno nel rosso di Arcturus? Si tratta di un modo alternativo per presentare la radiazione di corpo nero. Questa strategia, che vede lo studente protagonista del proprio processo di apprendimento, attivamente coinvolto nelle attività, cognitivamente sfidato a trovare un modello esplicativo per un fenomeno da lui stesso osservato e che non trova soluzione nelle conoscenze già possedute, segue i dettami della didattica costruttivista. Ho formulato due proposte di percorsi didattici a partire dal temi affrontati nel manuale. Il manuale può essere utilizzato sia in un contesto formale, dove l’insegnante guida gli studenti attraverso i molteplici contenuti e li esorta ad approfondire alcuni temi, oppure dal singolo utente, motivato dalla curiosità e dalla voglia di capire. I materiali richiesti sono per scelta poco costosi ed i software suggeriti gratuiti in rete; la scrittura è volutamente informale e cerca di alleggerire contenuti a volte corposi senza perdere la correttezza scientifica. Mentre sviluppavo il manuale, ho lavorato alla creazione di un altro strumento, un gioco da tavolo, cui è dedicato il quinto capitolo. Una breve carrellata delle possibili definizioni di gioco precede un esame dello stato dell’arte dell’utilizzo dei giochi nella didattica della scienza. Sempre nell’ottica costruttivista, ho predisposto un gioco che stimolasse la curiosità ed il desiderio di “saperne di più” nel giocatore, che può essere chiunque dai dieci/dodici anni in poi. Considerazioni di carattere economico mi hanno fatto escludere un gioco a computer; la grafica ha infatti dei costi improponibili all’interno di una ricerca di dottorato. In ogni caso, sia sotto forma di videogiochi che simulazioni che giochi da tavolo, sono stati ancora realizzati ben pochi giochi per la didattica della fisica Con la collaborazione di uno studente al corso di laurea triennale di fisica presso la facoltà di Scienze di Trento, Matteo Conci, ho quindi progettato e realizzato un gioco da tavolo che simula la progettazione e realizzazione di una missione con equipaggio su Marte. Il tabellone di gioco è composto di due parti: una prima orbita interna di caselle che offrono varie opzioni per la composizione della missione, come lo scudo di protezione per le tempeste solari, il modulo in rotazione per simulare la gravità, diverse tipologie di motore e molto altro. La scelta è vincolata dai costi e dalla massa, come anche dagli imprevisti che possono accadere nel corso dell’orbita esterna, che rappresenta il viaggio vero e proprio: una micro meteorite, un incidente ad un membro dell’equipaggio, un guasto dell’impianto di riciclo possono essere superati solo se nella preparazione della missione si sono acquistate le opzioni necessarie. Una partita dura circa un’ora e per vincere è necessario realizzare per primi due esperimenti tra quelli che si hanno disponibili; il lancio dei dadi decide quali caselle vengono raggiunte. Manuale, regolamento e tabellone del gioco sono raccolti nella seconda appendice. Oltre al puro divertimento, il gioco, all’interno di una classe, stimola il desiderio di approfondire le questioni poste: che cos’è una tempesta solare e perché serve uno scudo? Perché le condizioni di microgravità protratte sono dannose alla salute? Come funziona un motore solare-elettrico? Le domande che possono nascere sono tantissime e dettate dall’interesse del giocatore, quindi significative per lui stesso; l’insegnante può allora sfruttare questa situazione e guidare gli studenti nella ricerca delle risposte alle domande che loro stessi si pongono, secondo una didattica costruttivista. Gli studi di NASA ed ESA per una missione su Marte hanno fornito la struttura della missione e i dati utilizzati. Il gioco è stato presentato all’European Science Open Forum (ESOF2010) che si è tenuto a Torino dal 2 al 7 luglio 2010; in questo contesto è stato possibile testarlo con varie tipologie di giocatori ed raccogliere informazioni per migliorarne la fruibilità. Nel sesto capitolo raccolgo le mie conclusioni, frutto anche del mio rientro in servizio come docente di scuola secondaria superiore; sono conclusioni in parte amare, che analizzano gli ostacoli che si trovano sul percorso di un rinnovamento della scuola italiana.

Item Type:Doctoral Thesis (PhD)
Doctoral School:Physics
PhD Cycle:XXIII
Subjects:Area 02 - Scienze fisiche > FIS/08 DIDATTICA E STORIA DELLA FISICA
Repository Staff approval on:30 Dec 2010 11:48

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