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Analisi qualitativa degli apprendimenti:
test, strumenti e metodi.
Predisposizione di tutorial e strumenti di
monitoraggio degli apprendimenti.
Marisa Michelini, Alberto Stefanel
[email protected], [email protected]
Research Unit in Physic Education
University of Udine
Department of Mathematics, Computer Science, Physics
Inapertura lavoro di Watts: problem solving
Lavoro di Michelini su PPS
Mlanoney
 come si costruisce il test a partire da obiettivi
Esempi:
No PCK
Analisi test su energia nostre studentesse (vedere: articolo su questionario o
Marisa Leto).
Uno dei grafici della variazione in/out dei SSISsini di nalisi dati in/out.
Bene analisi di ottica
31 marzo 2016
M.Michelini - A. Stefanel (URDF) Valutazione Qualitativa
2
RUOLI DEL PROBLEM SOLVING (PS)

PS COME FORMA DI APPRENDIMENTO ATTIVO:
LO STUDENTE DEVE ASSUMERSI ALCUNE RESPONSABILITÀ PER LA SOLUZIONE DEL PROBLEMA

PS COME OCCASIONE DI APPRENDIMENTO DI TECNICHE
RICHIAMABILI, TRASFERIBILI, CONDIVISIBILI
discutere, ascoltare, usare il cervello, mettere in discussione,
cooperare, provare, valutare idee proprie e altrui, ...

PS COME SEDE DI APPRENDIMENTI MULTIVALENTI
UTILIZZABILI PER PROBLEMI DIVERSI:
GLI APPRENDIMENTI DI UN PROBLEMA SI USANO PER UN ALTRO UTILIZZABILI IN CONTESTI
DIVERSI: A SCUOLA, A CASA, NELLA VITA
AIUTA A SUPERARE LE DIFFICOLTÀ DI APPRENDIMENTO DERIVANTI DALLA
CONTESTUALIZZAZIONE DELLE CONOSCENZE
N Beswick, Re-thinking Active Learning 8-16, London, Falmer Press, 1987
K Dobson, Teaching for active learning: coordinated science teachers' guide, London, Collins Educational, 1987
J Baldwin, H Williams, Active Learning: a trainer's guide, Oxford, Basil Blackwell, 1988
D Bentley, D M Watts, Learning and teaching in school science: practical alternatives, Milton Keynes, Open University press, 1989
 PS COME SCOPERTA DI REGOLE DA APPLICARE A UNA NUOVA SITUAZIONE
R M Gagne, The conditions of learning, London, Holt-Saunders, 1970

PS PER APPRENDERE IL LAVORO EURISTICO DELLA SCOPERTA
MEDIANTE L'OPERATIVITÀ E PROCESSI DI GENERALIZZAZIONE
J Bruner, The process of education, New York, Vintage 1961
PROBLEMA
quando si ha un traguardo che non può essere raggiunto in modo diretto (H Kahney, Problem solving: a
cognitive approach, Milton Keynes, Open University Press, 1986)
PROBLEMA = OBIETTIVO + OSTACOLO
( K F Jackson, The art of solving problems: Bulmershe-Comino Problem Solving Project, Reaing, Bulmershe College, 1983)
4 tipi di problema
(Conferenza della Scienza e della Tecnologia nella scuola)
1. di natura tecnologica
2. con impostazione scientifica
3. con role-play e simulazioni (*)
4. con la matematica e il suo linguaggio
Classificazione dei problemi
(P Munson, Some thoughts on problem solving, in "Problem Solving: ideas and approaches from the secondary science curriculum review, J
Heaney & D M Watts eds., Harlow, Longman, 1988)

aperti / chiusi
==
formali / informali ===
dedicati al curriculm
CA.TEGORIE RISPETTO ALLA SOLUZIONE
D Bentley, D M Watts, Learning and teaching in school science: practical alternatives, Milton Keynes, Open University press, 1989

Problemi definiti (given problems)
al solutore vengono forniti sia l'obiettivo sia la strategia per raggiungerlo

Problemi a obiettivo (goal problems)

al solutore viene fornito solo 1'obiettivo

Problemi propri (Own prolems)
il solutore decide sia l'obiettivo che le strategie per raggiungerlo
NB: nei problemi a obiettivo 
gli studenti devono scegliere la miglior strategia tra molte possibilità per
raggiungere I'obiettivo
individuano STRATEGIE GENERALI che sono una combinazione tra

processo di progetto

metodo scientifico
LIVELLI DEI PROBLEMI
1. II solutore conosce già la soluzione
2. II solutore conosce le regole per ottenere la soluzione
3. II solutore impara la soluzione durante il lavoro
4. II solutore deve fare scelte e valutazioni sulle operazioni per
ottenere una soluzione
5. il solutore deve riformulare il problema e/o adottare metodi di
soluzione insoliti
6. il solutore deve rendersi conto del problema (esistenza)
problemi non definiti per dare I'occasione di
 prendere decisioni
 sperimentare il ruolo di
•
un metodo di analisi
•
una procedura di soluzione del problema
 per imparare a scomporre in parti
 per costruire un modello
 per introdurre criteri adatti a valutare potenzialità e limiti dei modelli
PPS (MM ?)
31 marzo 2016
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Maloney D.P. (2011) An Overview of Physics Education Research on Problem Solvingedited by
Charles R. Henderson and Kathleen A. Harper
http://www.compadre.org/per/per_reviews/volume2.cfm
Difficoltà definire cosa è un problema
…se c’è un gap tra dove sei e dove vuoi essere e non sai come trovare un modo per superare il
gap, allora tu hai un problema
In Maloney Da J. R. Hayes, The Complete Problem Solver (Franklin Institute Press, Philadelphia,
PA, 1981)
…difficoltà a classificare i problemi
problemi sistematici:
suscettibili di soluzione mediante
l'applicazione iterativa di procedure
(euristiche) note
Problemi di intuizione
Sudoku
Ordina dal più grande al piccolo
Serve una intuizione durante il processo
di analisi del problema per risolverlo
Y. Chu and J. N. MacGregor, “Human Performance on Insight
Problem Solving: A Review,” J. Prob. Solv. 3, 119-150 (2011).
31 marzo 2016
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A. H. Johnstone, “Introduction” in Creative Problem Solving in Chemistry, C. Wood and
R. Sleet, eds. (The Royal Society of Chemistry, London, England, 1993).
«problemi
accademici»
«problemi della
vita reale»
31 marzo 2016
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Jonassen (D. H. Jonassen, “Toward a Design Theory of Problem
Solving,” Ed. Tech. Res. Devel. 48 (4), 63-85 (2000). )
(1) logic problems
(2) Algorithms
(3) story problems, e.g., the typical end-of-chapter word problems
found in science, technology, engineering and mathematics
(STEM) textbooks
Ricerca su internet con google;
(4) rule-using problems
inserirsi in un nuovo lavoro
(5) decision making problems (which usually require that problem
solvers select maximal solutions from a set of alternative
solutions based on a number of selection criteria)
(6) Troubleshooting
(7) diagnosis-solution problems
Maintaining automobiles, aircraft, or any
complex system requires troubleshooting
(diagnosis).
(8) strategic performance
(9) policy analysis
(10) design
(11) dilemmas (problems which involve social and/or ethical
conflicts).
31 marzo 2016
M.Michelini - A. Stefanel (URDF) Valutazione Qualitativa
Insieme di valori
inseriti in un contesto
descritti con una breve
storia.
Richiedono di:
Individuare i valori
chiave nel breve
scenario, selezionare
l'appropriato
algoritmo, applicare
l'algoritmo per
generare una risposta
quantitativa,
eventualmente
controllare la risposta
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(D. H. Jonassen, “Toward a Design Theory of Problem Solving,” Ed. Tech. Res. Devel. 48
(4), 63-85 (2000).
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Da aggiungere (AS)
Esempi esercizi/problemi di Maloney
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Come valutare l’apprendimento degli
studenti?
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L. McDermott (2010) Physics education research: The key to student learning and
teacher preparation, Udine 2010. see also L Mc Dermott (2001) AJP.
PERG della WU:
Focus della ricerca: Sull’apprendimento dello studente e non sull’insegnamento del
docente.
Prospettiva: La ricerca in physics education è una scienza
Metodologia:
• Condurre indagini sistematiche
• Applicare I resultati (es. Sviluppare strategie didattiche)
• Valutare l’efficacia (es. Pre/post-test)
• Documentre metodi e resulti in modo che possano essere replicati (se ripeti ottieni
risultati in accord con quelli ottenuti da WU)
• Riportare resulti a conf. meeting e articoli
Procedure e metodlogie sono quelle caratteristiche della ricerca empirica applicate.
From L. McDermott (2010) Physics education research: The key to student learning and
teacher preparation, Udine 2010. see also L Mc Dermott (2001) AJP.
Indagine sistematica dell’apprendimento degli student
(all’inizio, durante, al termine dell’insegnamento)
• Interviste dimostrative individuali
– for provare l’apprendimento degli student a fondo
• Domande scritte (pretest/posttest)
– Per individuare specifiche difficoltà prevalenti
– Per valutare l’efficacia dell’insegnamento
• Studi descrittivi durante l’insegnamento
– Per fornire indicazioni che guidino lo sviluppo del curricolo (uso
tutorial)
From L. McDermott (2010) Physics education research: The key to student learning and
teacher preparation, Udine 2010. see also L Mc Dermott (2001) AJP.
Application of research
to development of curriculum
Curriculum
Development
Research
Instruction
at UW
McDermott 2010
Instruction
at pilot sites
18 marzo 2016
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M.Michelini - A. Stefanel (URDF) Valutazione Qualitativa
Nella prospettiva del McDermott PERG WU
Porre specifiche domande nel pre-post test per
individuare quale tipo di effetto misurabile è
prodotto dall’insegnamento.
Alcuni esempi
31 marzo 2016
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V1 = V2 = V3 = V4 = V5
1
2
3
4
Cubi di uguale volume e masse
crescenti
5
M 1 < M2 < M3 < M 4 < M5
Come si disporranno quando
verranno gettati in acqua?
From Loverude, Heron, Kautz, AJP 2010
2
5
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M.Michelini - A. Stefanel (URDF) Valutazione Qualitativa
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31 marzo 2016
M.Michelini - A. Stefanel (URDF) Valutazione Qualitativa
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From Loverude, Heron, Kautz, AJP 2010
Risposte al quesito precedente, sottendono l’idea che: la spinta dipenda dalla
profondità? La spinta dipenda dalla massa dell’oggetto?
Tre cubetti di uguale volume sono sospesi a tre cordicelle. I
blocchetti A e B hanno la stessa massa e il blocchetto C ha
un massa minore. Ogni blocchetto è immerso in una
vaschetta alla profondità indicata in figura.
Q1. Ordinare le spinte idrostatiche agenti su ciascun
blocchetto dalla maggiore alla minore. Se le forze
idrostatiche sono uguali indicarlo esplicitamente. Spiegare
Q2. Ordinare la tensione in ogni cordicella dalla più grande
alla più piccola. Spiegare.
Domanda aperta a risposta chiusa/aperta
Q1’: Confrontare le spinte idrostatiche agenti su A e su B
Q1’’: Confrontare le spinte idrostatiche agenti su A e su C
Q1’’’: confrontare le spinte idrostatiche agenti su B e su C
Spiegare
22
Risposte al quesito precedente, sottendono l’idea che: la spinta dipenda dalla
profondità? La spinta dipenda dalla massa dell’oggetto?
Tre cubetti di uguale volume sono sospesi a tre cordicelle. I
blocchetti A e B hanno la stessa massa e il blocchetto C ha
un massa minore. Ogni blocchetto è immerso in una
vaschetta alla profondità indicata in figura.
Q1. Ordinare le spinte idrostatiche FA, FB, FC agenti su
ciascun blocchetto dalla maggiore alla minore. Se le forze
idrostatiche sono uguali indicarlo esplicitamente. Spiegare
Q2. Ordinare la tensione in ogni cordicella (TA, TB, TC)
dalla più grande alla più piccola. Spiegare.
R1. Forza idrostatica:
A) FA>FB>FC
B) FA=FB>FC
C) FC>FA=FB
D) FA=FC>FB
E) FB>FA=FC
F) FA=FB=FC
Risposte a
scelta
multipla con
spiegazione
R2. Tensione della cordicella:
A) TC>TB>TA
B) TC>TA=TB
C) TA=TB>TC
D) TA=TC>TB
E) TB>TA=TC
23
F) TA=TB=TC
Risposte al quesito precedente, sottendono l’idea che: la spinta dipenda dalla
profondità? La spinta dipenda dalla massa dell’oggetto?
Tre cubetti di uguale volume sono sospesi a tre cordicelle. I
blocchetti A e B hanno la stessa massa e il blocchetto C ha
un massa minore. Ogni blocchetto è immerso in una
vaschetta alla profondità indicata in figura.
Q1.1 Confronta le spinte idrostatiche su A e su B. Spiegare.
FA>FB
FA=FB
FA<FB
Q1.2. Confronta le spinte idrostatiche su A e su C. Spiegare.
FA>FC
FA=FC
FA<FC
Q1.3. Confronta le spinte idrostatiche su B e C. Spiegare.
FB>FC
FB=FC
FB<FC
Q2.1 Confronta le tensioni delle cordicelle che sorreggono A e B (spiega):
TA>TB
TA=FB
TA<TB
Q2.2 Confronta le tensioni delle cordicelle che sorreggono A e C (spiega):
TA>TC
TA=TC
TA<TC
Q2.3 Confronta le tensioni delle cordicelle che sorreggono B e C (spiega):
TB>TC
TB=TC
TB<TC
Risposte a
scelta
multipla con
spiegazione
24
In acqua
From Loverude, Heron, Kautz, AJP 2010
In liquido diverso dall’acqua
I tre cubetti sono posti in un contenitore con un liquido diverso. Si osserva che il
cubetto A galleggia di meno di quanto accadeva in acqua (fig. piccola) I cubetti B e C
sono ancora attaccati alle cordicelle. Per ogni cubetto, stabilire se la spinta idrostatica
nel nuovo liquido è maggiore/minore/uguale della spinta idrostatica che agisce su
ciascun cubetto quando era immerso in acqua.
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M.Michelini - A. Stefanel (URDF) Valutazione Qualitativa
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M.Michelini - A. Stefanel (URDF) Valutazione Qualitativa
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M.Michelini - A. Stefanel (URDF) Valutazione Qualitativa
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M.Michelini - A. Stefanel (URDF) Valutazione Qualitativa
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Da Besson 2001
31 marzo 2016
M.Michelini - A. Stefanel (URDF) Valutazione Qualitativa
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From Loverude, Heron, Kautz, AJP 2010
Principio di Pascal (C)
4%
BT (N1 = 46)
AGNV (N2 =158)
n
32
84
%
70
53
TOT (204)
116
57
21%
NA 21%
Risposte C : Principali ragionamenti basati su:
- Legge di Stevino (P=gh)
- Pointi ad uguale livellouguale pressione
Risposte B) – Principali ragionamenti basati
su:
- Livello del liquid “sopra la testa ” (“…il
punto K ha sopra una massa d’acqua
maggiore che J)
- In K, agisce anche Po
- P=F/S, SJ>Sk  PJ>Pk
Risposte A ). Principali ragionamenti basati
su:
Fluido in movimento rispetto a fluido a riposo
(cosa succede se aprissi il lato
10/07/2015
Micheli-Stefanel, Physics for AgrBio
sinistro….PJ>PK)
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La forza idrostatica
vuoto
Alla pompa a
vuoto
La lampadina e il
blocchetto di metallo
sono in equilibrio (in air)
31 marzo 2016
Che cosa accade quando l’aria viene
aspirata dalla campana di vetro?
M.Michelini - A. Stefanel (URDF) Valutazione Qualitativa
32
La forza idrostatica
vuoto
Lampadina e blocchetto
in equilibrio in aria
vuoto
To the vacuum
pomp
B) La balancia ruota
verso il blocchetto?
vuoto
To the vacuum
pomp
31 marzo 2016
A) Rimangono in
equilibrio
M.Michelini - A. Stefanel (URDF) Valutazione Qualitativa
C) La bilancia ruota
verso la lampadina?
To the vacuum
pomp
33
Da FCI, Hesteness, Halloun 1992
•
Un ragazzo corre a velocità costante. Lascia cadere una palla
quando si trova nel punto A.
Quale delle seguenti traiettorie descrive quella della palla rispetto
ad un osservatore fermo?
C
31 marzo 2016
A
E
D
M.Michelini - A. Stefanel (URDF) Valutazione Qualitativa
B
34
Un bombardiere vola a 700-800 km/h.
Sgancia le bombe.
Quale foto riproduce correttamente come cadono le bombe? (Quale è
la foto vera?
z
x
y
?????????
31 marzo 2016
M.Michelini - A. Stefanel (URDF) Valutazione Qualitativa
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SI!
a)
b)
No!
le bombe non possono
avere velocità
superiore a quella
dell’aereo
c)
No!
L’attrito frena
pochissimo le bombe
31 marzo 2016
d)
No!
Le bombe non sono
ferme rispetto all’aria
M.Michelini - A. Stefanel (URDF) Valutazione Qualitativa
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Immagine reperibile all’indirizzo:
31 marzo 2016
http://it.wikipedia.org/wiki/Immagine:Boeing_B-52_dropping_bombs.jpg
M.Michelini - A. Stefanel (URDF) Valutazione Qualitativa
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Valutare l’apprendimento nella prospettiva del gruppo di Di Sessa (A Di Sessa
(2004) Attributing knowledge to students, Varenna Summer School 2004, M.
Vicentini, E. Redish, Spinger)
Problema: Come determinare e attribuire una conoscenza agli studenti?
Elementi che caratterizzano il concetto di forza
Aspetti legati al riconoscimento della presenza
di una forza.
Aspetti di stima di ordine di grandezza
Aspetti Ontologici. Natura della forza
Aspetti legati alla composizione delle forze
(natura vettoriale della forza –
sommavettoriale)
Aspetti causali : F=ma
31 marzo 2016
M.Michelini - A. Stefanel (URDF) Valutazione Qualitativa
Valutare l’apprendimento nella prospettiva del gruppo di Di Sessa (A Di Sessa
(2004) Attributing knowledge to students, Varenna Summer School 2004, M.
Vicentini, E. Redish, Spinger)
Problema: Come determinare e attribuire una conoscenza agli studenti?
Elementi che caratterizzano il concetto di forza
Agisce una
forza sul sasso?
Aspetti legati al riconoscimento della presenza
di una forza.
Aspetti di stima di ordine di grandezza
1/3 degli studenti: sì nel primo caso
no nel secondo
Nel primo caso la forza è più intensa
Agisce una
forza sulla
pallina?
31 marzo 2016
M.Michelini - A. Stefanel (URDF) Valutazione Qualitativa
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Valutare l’apprendimento nella prospettiva del gruppo di Di Sessa (A Di Sessa
(2004) Attributing knowledge to students, Varenna Summer School 2004, M.
Vicentini, E. Redish, Spinger)
Problema: Come determinare e attribuire una conoscenza agli studenti?
Elementi che caratterizzano il concetto di forza
Aspetti Ontologici. Natura della forza
(forza come proprietà di un corpo vs
«There is a force in the struck bell»
 Nostra prospettiva: forza come descrittore di una interazione
Il percussore colpisce la campana.
Indica le forze che agiscono
Con quali sistemi interagisce la campana?
Illustra le forze agenti sulla campana.
M.Michelini - A. Stefanel (URDF) 31 marzo 2016
Disegna
la F che la campana esercita Valutazione
sul percussore
Qualitativae la F’ che il
percussore esercita sulla campana.
A) É il magnete ad attrarre la moneta?
B) È la moneta ad attrarre il magnete
C) Si attirano entrambi?
?
Elab da Galili 1995.
Un magnete interagisce con una moneta.
Disegna tutte le forze esercitate su tutte le componenti del sistema
Valutare l’apprendimento nella prospettiva del gruppo di Di Sessa (A Di Sessa
(2004) Attributing knowledge to students, Varenna Summer School 2004, M.
Vicentini, E. Redish, Spinger)
Problema: Come determinare e attribuire una conoscenza agli studenti?
Elementi che caratterizzano il concetto di forza
Aspetti legati alla composizione delle forze
(natura vettoriale della forza –
sommavettoriale)
Nella nostra prospettiva:
Cosa accade al blocco quando:
- Una persona spinge un blocco con una forza
- Se due persone spingono lo stesso blocco in verso
opposto con la stessa forza
- Se due persone spingono lo stesso blocco in verso
opposto con forze diverse
- Se due persone spingono lo stesso blocco in direzioni
ortogonali con la stessa forza
- Se due persone spingono lo stesso blocco in direzioni
M.Michelini - A. Stefanel (URDF) ortogonali
con la stessa forza
31 marzo 2016
Valutazione Qualitativa
Versione Di Sessa
Valutare l’apprendimento nella prospettiva del gruppo di Di Sessa (A Di Sessa
(2004) Attributing knowledge to students, Varenna Summer School 2004, M.
Vicentini, E. Redish, Spinger)
Problema: Come determinare e attribuire una conoscenza agli studenti?
Elementi che caratterizzano il concetto di forza
Aspetti causali : F=ma
Forza accelerazione (studenti: velocità)
31 marzo 2016
M.Michelini - A. Stefanel (URDF) Valutazione Qualitativa
Nei due casi,
che effetto
produce la forza?
Q3. Quando una goccia di pioggia cade su un insetto come un moscerino, essa rimbalza elasticamente
sulla superficie idrorepellente che ricopre il moscerino. Il rapporto tra le masse del moscerino e
della goccia di pioggia è pari a 1/50. Quale valore avrà il rappporto tra la forza F
che il moscerino esercita sulla goccia e la forza F' che la goccia esercita sul moscerino?
A) F/F' = 1/50
B)
F/F'=1
C)
F/F' = 50
Q8. Una cassa di massa M=30 kg, viene lanciata su un pavimento orizzontale e scabro
con velocità
v = 1,00m/s.
1,20m.
Essa si ferma dopo
Determinare il coefficiente d'attrito m tra cassa e pavimento (g=9,81 m s-2)
A) m
31 marzo 2016
0,83
B) m
1,20
C) m
M.Michelini - A. Stefanel (URDF) Valutazione Qualitativa
0,04
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Questionario sull’energia
Q1. Che cosa sai sull’energia?
Q2. Ci sono cose che FANNO energia?
Q3. Ci sono cose che HANNO energia?
Q4. L’energia si conserva? Spiega la risposta, precisando
cosa vuol dire CONSERVARSI o NON CONSERVARSI
Q5. L’energia si trasforma? Spiega la risposta e fai 2 esempi
Q6. L’energia si perde? Spiega la risposta e fai due esempi
Q7. Quali tipi di energia conosci?
Q8. L’energia si trasferisce? Spiega la risposta e fai 2 esempi
Q9. Illustra tre esempi di trasformazioni di energia
Contesto: corso di Didattica della fisica. N=103 studenti
Research Unit in Physics Education, University of Udine - www.fisica.uniud.it/URDF/
(N=103)
Nella messa a punto del MIF: prima della formazione.
Q1. Che cosa sai sull’energia?
Identificazione del concetto di energia
Research Unit in Physics Education, University of Udine - www.fisica.uniud.it/URDF/
(N=103)
Nella messa a punto del MIF: prima della formazione.
Q1. Che cosa sai sull’energia?
Identificazione del concetto di energia
Research Unit in Physics Education, University of Udine - www.fisica.uniud.it/URDF/
(N=103)
Nella messa a punto del MIF: prima della formazione.
Q1 Che cosa sai sul concetto di energia
Somministrazione prima del laboratorio
Heron, Michelini, Stefanel (2012)
 In questo studio
Risposte al questionario al termine della I parte della formazione
Risposte: Criteri per identificare il
concetto di energia:
 60% - 3 criteri
 30% - 2 criteri
 10% - 1 criteri
Risposte al questionario al termine della I parte del MIF
Q1 Che cosa sai sull’energia
Risposte:
Criteri di identificazione:
 60% - 3 criteri
 30% - 2 criteri
 10% - 1 criteriio
Cambiamenti nelle risposte dopo la
discussione del percrorso di
riferimento:
Nuovi aspetti emersi
60% : no sorgenti --> siti trasformazione
32%:: energia come proprietà di stato di tutti i
sistemi
25%: anche corpi fermi possiedono energia
(pot. o int.)
17%: corpi in movimento energia cinetica
Risposte nell’esame finale
Q1 Ci sono cose che fanno
Risposte al termine prima fase
Criteri per identificare l’energia:
60% - 3 crit.; 30% - 2 crit.; 10% - 1 crit.
Risposte esame finale
Criteri per identificare l’energia:
 80% - 3-4 criteri
 20% - 2 criteri
Risposte al termine della prima pate del MIF
Q2. Ci sono cose che fanno energia?
NO
fenomeni
sistemi
YES
Grandezze
fisiche
Risposte nell’esame finale
Q2. Ci sono cose che fanno energia?
Nell’esame
finale, al
termine del
MIF
Al termine della
prima fase
Q4. L’energia si conserva? Spiega la risposta, precisando cosa
vuol dire CONSERVARSI o NON CONSERVARSI
Si: 74
No: 24
Parzialmente: 3
Research Unit in Physics Education, University of Udine - www.fisica.uniud.it/URDF/
Q4. L’energia si conserva? Spiega la risposta, precisando cosa
vuol dire CONSERVARSI o NON CONSERVARSI
Si: 74
Senza spiegazione (11)
Principio conservazione – niente si crea e niente si
distrugge (13)
..perché si trasforma (22)
“è immagazzinata nelle batterie…”, “nelle centrali
elettriche… (33)
No: 24
Parzialmente: 3
Research Unit in Physics Education, University of Udine - www.fisica.uniud.it/URDF/
Q4. L’energia si conserva? Spiega la risposta, precisando cosa
vuol dire CONSERVARSI o NON CONSERVARSI
Si: 74
Senza spiegazione (11)
Principio conservazione – niente si crea e niente si
distrugge (13)
..perché si trasforma (22)
“è immagazzinata nelle batterie…”, “nelle centrali
elettriche… (33)
No: 24
“si disperde....” (15)
“perché si trasforma” (7)
Parzialmente: 3
Research Unit in Physics Education, University of Udine - www.fisica.uniud.it/URDF/
Q4. L’energia si conserva? Spiega la risposta, precisando cosa
vuol dire CONSERVARSI o NON CONSERVARSI
Si: 74
Senza spiegazione (11)
Principio conservazione – niente si crea e niente si
distrugge (13)
..perché si trasforma (22)
“è immagazzinata nelle batterie…”, “nelle centrali
elettriche… (33)
No: 24
“si disperde....” (15)
“perché si trasforma” (7)
Parzialmente: 3
“si distrugge parzialmente nelle trasformazioni, ma
una parte rimane”
Research Unit in Physics Education, University of Udine - www.fisica.uniud.it/URDF/
Q5. L’energia si trasforma? Spiega la risposta e fai 2 esempi
•Da una forma all’altra (47)
Sì (95):
(148
motivationi •Si trasforma in movimento o è prodotta dal movimento (“l’energia
musculare si trasforma in movemento”) (20)
in totale)
•Si trasforma in calore (“l’energia solare si transforma in calore”, “il cibo
mangiato si trasforma in energia e produce calore” (19)
•Si trasforma in un Sistema (“L’energia solare si transform in qualcosa
essenziale per la vita”) (17)
•Produce trasformazioni nei sistemi (“L’energia solare si transforma
attraverso la fusion degli atomi”, “Il cibo viene trasformato nel corpo”, “Il
movimento del vento si trasforma in elettricità/corrente”) (11)
•Prodotta nei processi (“l’acqua produce energia” -10)
•Si transforma in una forza (la forza del vento si transforma in energia”) (4)
•Si trasforma in luce(4)
Research
Unit 3
in–Physics
Education,
of Udine d’altro”;
- www.fisica.uniud.it/URDF/
No
“L’energia
è usataUniversity
per fare qualcosa
NA (5)
Esempio 1:
Valutazione dell’apprendimento con pre/post test
Domande  aspetti su cui si sono avute me maggiori modifiche
Distribuzione iniziale e
distribuzione finale delle valutazioni
per l’intera classe
(efficacia globale dell’intervento)
Figura 2. Distribuzione dei punteggi per il test d’ingresso e per quello di uscita.
Punteggi dei singoli studenti:
efficacia dell’intervento sui diversi
soggetti
stud 1
2
3 4
5 6
7 8
9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20
Figura 3. Punteggi ottenuti da ciascuno studente nel test di ingresso e in
quello di uscita
Dalle nostre ricerche (Michelini 2012) emerge la seguente
struttura per lo sviluppo professionale (PD):
- Integrazione dei tre modelli per la formazione insegnanti:
 Multiprospettiva Metaculturale (costruzione culturale, visione
organica sui piani disciplinare e didattico sui contenuti principali)
 Experienziale (coinvolgimento
nell’esplorazione di percorsi
didattici basati sulla ricerca sviluppati attraverso esperimenti, giochi ed
utilizzando tutorial validati da ricerche empiricheric azione)
 Situata (PCK in action)
- Personale coinvolgimento sui nodi concettuali  PCK test
- Reflessione su differenti prospettive (personale, in gruppo)
- Progettazione percorsi didattici e sperimentazione
- Documentazione e discussione/analisi apprendimenti
61
In questa prospettiva, nel contesto del progetto
«Adotta scienza e arte nella primaria»
(http://www.esplica.it/adotta/adotta-scuola-primaria):
 Ricerca basata su Modulo di Intervento Formativo (FIM)
sull’ottica per lo sviluppo professionale degli insegannti in
servizio
 Proposta a 5 gruppi di insegnanti (79):
•
•
•
•
•
18 in Aquileia (UD)
20 in Codroipo (UD)
7 in Faedis (UD)
12 in Crema (CR)
22 in Trescore Cremasco (CR)
Ciascun gruppoinclude
insegnanti di: scuola infanzia
(K); primaria (P); secondaria di
primo grado (M)
62
Il Modulo di Intervento Formativo (FIM)
I. Seminario con multiprospettiva metaculturale (3 h)
II. Fase sperimentale: gli insegnanti esplorano i
fenomeni attraverso simplici esperimenti (3+2 h)
III. PCK test centrato sui nodi concettuali (1 h)
IV. Fase di Riflessione (individuale e collettiva) (3 h)
V. Griglia di indicazioni per il progetto didattico
VI. Discussione
per/sulla
progettazione
(ricercatori/insegnanti
discutonoipercorsi
didattici
progettati
autonomamente dagli insegannti) (3
h)
VII.Implementazione in classe  interazione con
ricercatori
VIII. Documentazione
63
IV fase di RIFLESSIONE
 «Che cosa ho imparato»:
 Prospettiva storica
 Prospettiva dei Contenuti
 Prospettiva Didattica
 Nodi del test PCK:
 Analisi dei contenuti
 Insegnabilità di quesiti/situazioni
 Attività di Microteaching inframezzate con
incontri formativi di discussione degli esiti
64
Linee guida per la progettazione
delle attività didattiche con i ragazzi:
A) Studenti: A1) Ricerca libera di rappresentazioni (foto, immagini…) in
cui compaiono phenomeni della luce; A2) scrivere 3 frasi sulla luce
B) Studenti: raggruppamento spontaneo delle rappresentazioni raccolte
C) Nuova classificazione (secondo criteri basati sui fenomeni fisici e discussione
sul confronto dei criteri adottati)
D) Experimenti (sui fenomeni effettuati in classe con simplici apparati)
E) I ragazzi spiegano le rappresentazioni raccolte in A) (secondo i criteri
della fisica)
F) Visista Virtuale di una galleria on-line riconoscendo I fenomeni
luminosi in dipinti selezionati
G) Ogni ragazzo produce un disegno di un fenomeno con una frase che
sintetizza il fenomeni rappresentato
65
Metodi di Ricerca
Dati del processo formativo attivato nel FIM raccolti con:
A) note scritte da ciascun insegnante sulla percezione
personale di che cosa ho imparato durante il FIM e quali
problemi sono rimasti aperti;
B) PCK-test, compilato dagli insegnanti sia durante il FIM sia
come lavoro a casa
C) Analisi critica del test (lavoro a casa)
D) Percorsi di microteaching progettati e implementati dagli
insegnanti coi propri studenti.
Differenti dimensioni dell’analisi
- Contenti secondo una specifica rubrica
- Esperimenti effettuati durante la fase sperimentale
- Prospettive (risonanti con quelle proposte nel FIM)
incluse negli artefatti didattici (portfolio dell’insegnante)
66
Analisi dei progetti didattici: Rubrica dei Concetti
A. Propagazione Rettilinea e
conseguenze
A1 – Propagazione Rettilinea
A2 – Formazione delle ombre
C. Fenomeni/processi interazione
Luce-materia
C1 – Fenomeni di Interazione Lucemateria
C2 - Assorbimento
B. fenomeni/processi di propagazione C3 – Dispersione
B1 - Riflessione
C4 - Colori (formazione dei colori)
B2 - Diffusione
B3 - Rifrazione
D. Oggetti/apparati ottici
B4 - Intersezione/sovrapposizione di D1 – Sorgenti di Luce
raggi senza interazione
D2 – Corpi trasparenti, opachi,
B5 – Trasmissione
traslucidi
B6 – Diffrazione
D3 - lenti, specchi
67
Analisi dei progetti didattici: Rubrica dei Concetti
E. Formazione Immagini
E1 – Meccanismo Visione
E2 - Formazione e simmetria delle
immagini riflesse da uno
specchio piano
E3 – Formazione immagine da lente
G. Natura della luce
G1 – Modelli sulla luce
G2 - Onde
G3 - Raggi
H. Costrutti Formali, leggi, principi
H1 –Cammino Ottico
F. Proprietà della luce
H2- Principio di Fermat
F1 – Luce come entità separata dalla H3 – Legge della Riflessione (angolo inc.
sorgente/concetto di luce
=angolo rifl)
F2 - Intensità (riduzione quando
H4 – Legge Rifrazione (Cartesio-Snell)
viene trasmessa attraverso un H5 – Legge delle lenti sottili (punti
mezzo)
coniugati)
68
Domande di Ricerca specifiche
RQ1a: Delle multiprospettive dalla formazione, quali
prospettive e aspetti sono risonanti nei progetti degli
insegnanti?
RQ1b: Quali aspetti vengono «arruolati» nella pratica?
Come?
RQ2a: Quale ruolo formativo hanno i nodi concettuali?
RQ2b: Quale ricaduta ha un PCK questionario?
RQ3: Negli interventi in classe basati sulla stessa
formazione e sulle stesse linee guida strategiche: Quale è
lo spettro delle caratteristiche ?
69
FIM – Fase Metaculturale
- Problematizzazione (Stimoli Problematici) focalizzata
sulla fenomenologia inquadrata in un percorso storico:
- Integrazione di diverse prospettive:
 Aspetti didattici, principlmente riguardanti i
fenomeni di propagazione della luce discusse in
termini di attività per i bambini
 Aspetti Culturali
 Teorie, modelli, spiegazioni e interpretazioni
 Aspetti quotidiani, artistici e sperimentali
70
Prospettive offerte nel seminario metaculturale
1. Natura della luce: rappresentazione artistica, atomisti (eidola),
raggi visivi, aristotelica di fluido, geometrica e modello di raggio,
cartesiana e dei vortici, particellare
2. Tipologia di fenomeni nell’esperienza comune e nell’arte
3. Un carattere (propagazione rettilinea) come modello per
le spiegazioni di più fenomeni (ente indefinito con propagazione
rettilinea e ombre, riflessione, rifrazione)
4. La visione e i relativi meccanismi, le immagini formate nei
diversi fenomeni, il ruolo del tipo di radiazione nella
visione e le conseguenze cromatiche con esempi nell’arte
71
Prospettive offerte nel seminario metaculturale
5. Fenomeni di Propagazione nell’interazione lucemateria
6. Processi energetici dell’interazione luce-materia ed
i vari tipi di assorbimento (elettronico, strutturale e nanostrutturale)
7. Spiegazioni geometriche di alcuni fenomeni di
propagazione (il minimo percorso di Erone per la riflessione, la
camera oscura ed Alhazen, la rifrazione di Cartesio e Fermat)
8. Applicazioni ottiche: specchi, lenti, fibre ottiche
9. Sorgenti di luce (incandescenti, a scarica di gas, chemio
e bioluminescenti, fluorescenti, fosforescenti, diodi, laser)
e caratteristiche della luce prodotta, raccordo con
la dispersione
10.Esperimenti, curiosità e giochi
72
Aspetti Geometrici e formali
Natura della luce
Fenomeni
Applicationi
1. Separation light-darkness (Sistine Chapel)
3. The vision as tactile sensation
12
Euclid and the geometry of
the vision
11
Hero and reflection law
(minimum)
Esperimenti Didattici
2. Phenomena known by the Greeks
5 and 22: Images reflected in the lake
(Narcissus myth)
4. Reflection
6. Pythagoreans and
perspective
7. Rectilinear propagation of light beam
Different imagess
8.Features of bodies in interaction with light
(opaque, transparent, reflective, translucent ....)
9. Educational explorations
with candle and sheets
+ smokebox
10. Reconstruction optical paths in the smoke box
13. Refraction
14. Fermat, Descartes and the laws of refraction
15. The light-matter interaction phenomena: reflection,
refraction, diffusion, absorption
16. Refracted images
17. Optical paths
18. Didactic
experiments
19. Nature of radiation
20. The mechanism of vision
21. The different types of absorption
(electronic, structural, nanostructural)
23. Analysis of the physical
characteristics of the reflection
24. Symmetries in reflection
25. Applet image reconstruction reflected
29. Light sources
22. Reflections and refractions
in nature and in experiments
26. Applications of reflection
28. Refraction and lenses
27. Experiments and analysis
73 of
the characteristics of refraction
Analisi dei progetti didattici messi a punto dagli insegnanti
25 insegnanti in servizio:
 4 insegnanti dis scuola infanzia
 18 insegnanti scuola primaria (1 con laurea in
Scienze Formazione Primaria)
 3 insegnanti scuola media (laurea in Sci Naturali)
74
5/14 – Farsi dei bambini sulla luce
(documentando le frasi in 2 casi)
Attività introduttiva non la base per
le attività successive
14/14 – Raccolta immagini
14/14 – Classificazione Spontanea immagini
12/14 – Gli studenti esplicitano i criteri usati
6/14 – Individuazione di criteri condivisi
9/14 – Formulazione di criteri scientifici
Attività preliminari senza
connessione la parte
sperimentale
Classificazione in base a criteri scientifici:
5/14 da parte dei bambini
4/14 da parte dell’insegnante
14/14 – Esplorazione degli esperimenti
75
Contenuti inclusi nei progetti degli insegnanti (N=25)
76
Aspetti inclusi piùdi frequente nei progetti
A1. Propagazione rettiline
B1. fenomeno della riflessione
Contenuti inclusi nei progetti degli insegnanti (N=25)
B3. fenomeno della rifrazione
E1. Meccanismo della visione
D2. Oggetti trasparenti, opachi, traslucidi
C1: Fenomeni di interazione luce.materia
77
Tipici punti di partenza
Contenuti inclusi nei progetti degli insegnanti (N=25)E1. Meccanismo della
visione
D1.lSorgenti di luce
A1. Propagazione rettilinea
A2 Formazione ombre
78
Contenuti fisici
Esperimenti
didattici proposti
79
Contenuti fisici
Esperimenti
didattici proposti
La camera a fumo
Il fascio di luce passa attarverso
cartoncini con fori allineati
Fascio di luce riflesso da uno specchio
La moneta sul fondo di
una tazza piena d’acqua
80
Contenuti fisici
Esperimenti
didattici proposti
Ridondanza di esperimenti
Proposti sullo stesso tema
81
Principali prospettive della parte Metaculturale del FIM
Frequenza nei
progetti insegnanti
N=25
1. Natura della luce: rappresentazione artistica, atomisti (eidola), raggi visivi, fluido
aristotelico, modello geometrico e a raggio, vortici cartesiani, particellare
0o1
2.
Tipologia di fenomeni nell’esperienza comune e nell’arte
20 and 7
3. Un carattere (propagazione rettilinea) come modello per le spiegazioni di più
fenomeni (ente indefinito con propagazione rettilinea e le ombre, la riflessione e la
rifrazione)
25 (2)
4. Visione e relativi meccanismi, le immagini formate nei diversi fenomeni, il ruolo
del tipo di raiazione nella visione e conseguenze cromatiche (esempi nell’arte)
17
5. Fenomeni di propagazione nell’interazione luce materia
23
6. Processi energetici dell’interazione luce-materia ed i vari tipi di assorbimento
(elettronico, strutturale e nanostrutturale)
1 (0)
7. Spiegazioni geometriche di alcuni fenomeni di propagazione: il minimo percorso
di Erone per la riflessione, la camera oscura ed Alhazen, la rifrazione di Cartesio e
Fermat
0-6-1
8. Applicazioni ottiche: specchi, lenti, fibre ottiche
2-6-1
9. Sorgenti di luce (incandescenti, a scarica di gas, chemio e bioluminescenti,
fluorescenti, fosforescenti, diodi, laser) e caratteristiche della luce prodotta,
raccordo con la dispersione
12 (0)
10. Esperimenti, curiosità e giochi
25-20
82