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DAL SAPERE AL SENSO DEL SAPERE
La sfida delle competenze
Inquiry Based Science Education:
sviluppare competenze attraverso un apprendimento
basato sull’indagine
MARIA ANGELA FONTECHIARI
Scuola Internazionale di Dottorato – Università di Camerino
Parma, 10 settembre 2012
AGENDA
 Definire l’IBSE in termini generali e operativi
 Individuare il valore aggiunto dell’IBSE
 Sperimentare l’inquiry
 Definire le process skills promosse dall’IBSE
 Analizzare attività inquiry in relazione
all’obiettivo dello sviluppo di process skills
 Trasformare attività “tradizionali” in attività
inquiry finalizzate a promuovere inquiry skills
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IL SIGNIFICATO DI INQUIRY
1^ parte
Inquiry Based Science Education (IBSE)
Educazione Scientifica Basata sull’Indagine
INQUIRY
indagine – ricerca – investigazione
svolgere attività indirizzate alla scoperta di qualcosa
procedere in modo scientifico: seguire un percorso fatto di passaggi concatenati e
non stabiliti in modo arbitrario
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IBSE E INDICAZIONI EUROPEE
1^ parte
“I miglioramenti nell’educazione scientifica vanno realizzati attraverso
una pedagogia rinnovata: l’introduzione nelle scuole dell’approccio
basato sull’indagine (IBSE), azioni per la formazione degli insegnanti
in tal senso [...] dovrebbero essere attivamente promosse e
sostenute” (Rocard, 2007)
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IBSE E PROGETTI EUROPEI
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1^ parte
CARATTERISTICHE GENERALI
Costruttivista
Induttivo
Orientato al
processo
Centrato sullo
studente
Laboratoriale
Attivo
Cooperativo
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1^ parte
Insegnante
facilitatore
CARATTERISTICHE GENERALI
Costruttivista
Induttivo
Orientato al
processo
Centrato sullo
studente
Laboratoriale
Attivo
Cooperativo
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1^ parte
Insegnante
facilitatore
ELEMENTI INNOVATIVI
1^ parte
• Focus dell’attività didattica: prodotti e processi della scienza
• Simulare in classe il processo di indagine scientifica
(inquiry) coerente alla visione della scienza contemporanea
• Sviluppare idee e concetti a partire dalle evidenze
sperimentali
• Attività laboratoriale: alternanza tra fare e riflettere
• Proporre esperienze di ricerca autentica
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DEFINIZIONE OPERATIVA
1^ parte
“Nell’ambito di ogni disciplina scientifica, gli studenti di tutti i gradi di scuola dovrebbero avere l’opportunità
di sperimentare il processo di ricerca scientifica e sviluppare l’abilità di pensare e agire secondo le modalità
previste da tale processo […]” (NRC,2000)
“L’inquiry è un’attività multiforme che comporta fare osservazioni; porre domande; esaminare manuali e altre
fonti di informazione per acquisire quello che è già noto; pianificare investigazioni; rivedere quello che già si
conosce alla luce di evidenze sperimentali; usare strumenti per raccogliere, analizzare e interpretare dati;
proporre risposte, spiegazioni e previsioni e comunicare risultati. L’inquiry richiede l’individuazione di ipotesi,
l’uso del pensiero logico e critico e di considerare spiegazioni alternative” (NRC, 1996)
L’inquiry si caratterizza principalmente come processo in cui si sviluppano idee dalle evidenze sperimentali.
(Harlen & Allende, 2008).
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ELEMENTI CHIAVE
1^ parte
 Gli studenti sono coinvolti con una domanda
investigabile (engage)
spiegazione
 Gli studenti raccolgono evidenze sperimentali
per rispondere alla domanda (evidence)
 Gli studenti formulano spiegazioni basate
su evidenze sperimentali (explanation)
 Gli studenti valutano le spiegazioni proposte
confrontandole con le conoscenze
scientifiche e considerando spiegazioni
alternative (evaluation)
 Gli studenti comunicano e argomentano
le spiegazioni (communication)
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evidenze
coinvolgimento
comunicazione
valutazione
DOMANDE INVESTIGABILI
1^ parte
Sono domande a cui si può rispondere attraverso l’analisi di
evidenze sperimentali, osservazioni e dati - non importa se
diretti o indiretti - derivati da investigazioni scientifiche.
Sono domande che generalmente non prevedono una
risposta univoca e a cui non si risponde con un ‘si’ o con un
‘no’.
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CRITERI
per selezionare domande investigabili
 Disponibilità di materiali
 Disponibilità di tempo
 Riferimento a contesti significativi e reali
 Età degli studenti
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1^ parte
DOMANDE INVESTIGABILI
“Cosa succede se non
innaffio le piante?”
“Cosa succede se
metto le piante al
buio?”
“Perchè le piante
crescono?”
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1^ parte
“La membrana
cellulare è
semipermeabile?”
“Come faccio a sapere se la
membrana è semipermeabile?”
“Quali sono i principali
tipi di rocce?”
DOMANDE INVESTIGABILI
“Cosa succede se non
innaffio le piante?”
“Cosa succede se
metto le piante al
buio?”
“Perchè le piante
crescono?”
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1^ parte
“La membrana
cellulare è
semipermeabile?”
“Come faccio a sapere se la
membrana è semipermeabile?”
“Quali sono i principali
tipi di rocce?”
INDICAZIONI PER LA SPERIMENTAZIONE
•
•
•
•
•
1^ parte
L’IBSE non è una metodologia ma un approccio didattico che può essere
implementato in diversi modi: non esiste una rigida sequenza lineare di cose
da fare, la definizione operativa fornisce delle indicazioni criteriali
Non tutti gli obiettivi di apprendimento possono essere perseguiti con
l’approccio inquiry
L’approccio inquiry può essere utilizzato efficacemente in combinazione con
altre metodologie, anche quelle tradizionali
La sperimentazione dell’IBSE richiede un necessario adattamento al
contesto e ai bisogni degli studenti
Il piano ideale per l’implementazione dell’IBSE è un’introduzione graduale
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LIVELLI DI INQUIRY
come può variare un’attività inquiry
strutturato
confermativo
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DIREZIONE INSEGNANTE
guidato
AUTONOMIA STUDENTI
aperto
1^ parte
IL GRADO DI INFORMAZIONI FORNITE AGLI STUDENTI
LIVELLI DI INQUIRY
domanda di ricerca
procedimento
risposta/soluzioni
inquiry confermativo
gli studenti svolgono indagini su fatti e fenomeni noti,
di cui sanno prevedere i risultati, rispondendo ad una
domanda proposta dall'insegnante, corredata dal
procedimento da seguire.
x
x
x
x
x
inquiry strutturato
gli studenti svolgono indagini per rispondere ad una
domanda proposta dall'insegnante, corredata dal
procedimento da seguire.
inquiry guidato
gli studenti svolgono indagini per rispondere ad una
domanda proposta dall'insegnante, individuando il
procedimento da seguire.
x
inquiry aperto
gli studenti svolgono indagini scegliendo la domanda
di ricerca e il procedimento da seguire.
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1^ parte
TAKE-HOME MESSAGES
1^ parte
• L’approccio basato sull’inquiry presenta 5 elementi chiave
• L’inquiry è un mezzo per apprendere in modo efficace i contenuti e i
processi della scienza
• L’apprendimento basato sull’inquiry promuove esperienze di ricerca
autentiche
• L’apprendimento basato sull’inquiry promuove l’alternanza tra fare e
riflettere
• Esistono diversi ‘livelli di inquiry’
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SPERIMENTARE L’INQUIRY
esplorare materiali
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2^ parte
SPERIMENTARE L’INQUIRY
esplorare materiali
scheletro A
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2^ parte
scheletro B
SPERIMENTARE L’INQUIRY
INDIVIDUALMENTE (5’):
• osservare attentamente i due scheletri
• annotare tutte le domande suggerite dall’osservazione
IN GRUPPO (5’):
• condividere e confrontare le domande formulate individualmente
• selezionare un elenco di domande condivise da scrivere sulle strisce di carta
DISCUSSIONE COLLETTIVA: analisi delle domande proposte dai gruppi e
selezione di una domanda investigabile
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2^ parte
SPERIMENTARE L’INQUIRY
individuare la domanda di ricerca
scheletro A
scheletro B
“Cosa mangiano questi due animali?”
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2^ parte
SPERIMENTARE L’INQUIRY
investigazione e condivisione
2^ parte
IN GRUPPO (15’):
• formulare una possibile risposta alla domanda selezionata (ipotesi e previsione)
• progettare e svolgere un’investigazione (raccogliere evidenze sperimentali) per verificare la
spiegazione proposta, utilizzando i materiali a disposizione
• preparare un report di gruppo
DISCUSSIONE COLLETTIVA:
• presentazione dei contributi di ciascun gruppo (2’ per gruppo)
• confronto e valutazione dei risultati presentati dai gruppi
• sintesi finale
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SPERIMENTARE L’INQUIRY
2^ parte
ipotesi e previsione
SE …
scheletro A
mangia vegetali perchè:
• ha gli incisivi molto sviluppati, adatti a
tagliare;
• ha i denti posteriori piatti con lamine
adatte a macinare
ALLORA …
• quando si mangia cibo vegetale si usano gli incisivi per tagliare
• il cibo vegetale viene macinato sfregandolo tra due superfici.
piatte con lamine che le rendono ruvide
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SPERIMENTARE L’INQUIRY
2^ parte
scheletro A
NUTRIA
formula dentaria
1.0.1.3 / 1.0.1.3
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SPERIMENTARE L’INQUIRY
ipotesi e previsione
SE …
2^ parte
scheletro B
mangia carne perchè:
• ha i canini sporgenti, adatti a strappare
la carne;
• ha i denti posteriori con sporgenze
acuminate, adatte a masticare la carne.
ALLORA …
• Quando si mangia la carne si usano i canini per addentare e strappare
• La carne viene dilaniata tra superfici acuminate che si sfregano come
lamine di una forbice
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SPERIMENTARE L’INQUIRY
VOLPE
formula dentaria
3.1.4.2 / 3.1.4.3
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2^ parte
scheletro B
molari carnassiali
SPERIMENTARE L’INQUIRY
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2^ parte
SPERIMENTARE L’INQUIRY
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2^ parte
SPERIMENTARE L’INQUIRY
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2^ parte
SPERIMENTARE L’INQUIRY
2^ parte
sintesi finale
ERBIVORI
CARNIVORI
gli incisivi sono molto sviluppati?
SI*
NO
i canini sono sviluppati ?
NO*
SI
SI
NO
NO
SI
NO
SI
CARATTERISTICHE OSSERVATE
i denti posteriori sono piatti?
la mandibola si sposta solo in senso verticale?
gli occhi sono frontali?
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SPERIMENTARE L’INQUIRY
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2^ parte
SPERIMENTARE L’INQUIRY
INNESCO
Si esplorano materiali, si
fanno osservazioni e si
formulano domande
coinvolgimento
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INVESTIGAZIONE
Si progettano e si svolgono
investigazioni connesse alla
domanda di ricerca
2^ parte
CONDIVISIONE
Si condividono i risultati
delle investigazioni per
individuare e consolidare i
concetti chiave
Analisi della struttura dell’attività inquiry
INNESCO
Gli studenti esplorano materiali
e/o fatti e fenomeni, fanno
osservazioni e formulano
domande relative agli obiettivi
specifici di apprendimento
Innesco
L’innesco dell’inquiry è rappresentato
da attività progettate allo scopo di:
 sollecitare la curiosità degli studenti
su un fatto o un fenomeno connesso agli
obiettivi specifici apprendimento;
 stimolare una serie di domande a cui
gli studenti possono rispondere nelle
loro investigazioni.
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INVESTIGAZIONE
Gli studenti (progettano e)
svolgono investigazioni
basate sulle (loro) domande
di ricerca
Investigazione
Piccoli gruppi (progettano e) svolgono
investigazioni basate sulle domande
formulate nella fase di innesco.
Le investigazioni prevedono di:
 interagire con materiali e risorse;
 fare osservazioni;
 proporre spiegazioni provvisorie;
 fare previsioni e testarle;
 rivedere le domande e le spiegazioni
alla luce delle nuove osservazioni;
 registrare e rappresentare
graficamente e/o in forma scritta le
idee sviluppate durante l’investigazione
2^ parte
CONDIVISIONE
Gli studenti condividono i
risultati delle loro
investigazioni per
consolidare la
comprensione dei concetti
scientifici
Condivisione
Gli studenti hanno l’opportunità di
analizzare le loro idee e condividere
le loro esperienze. Questa fase
prevede:
 di dare agli studenti il tempo di
consolidare le idee, per capire come
comunicare agli altri quello che
hanno imparato;
 di incoraggiare i gruppi
a“costruire” il proprio
apprendimento sulle idee degli altri,
in modo da raggiungere la
comprensione profonda dei concetti
chiave;
 l’intervento di facilitatori che
sintetizzano i concetti chiave a
partire dalle idee presentate dai
gruppi.
SPERIMENTARE L’INQUIRY
DENTI
SALIVA
APERTURA della BOCCA
2^ parte
ERBIVORI
CARNIVORI
Incisivi: generalmente sviluppati, ampi e piatti o a forma conica e
ricurvi;
Canini: assenti o non sviluppati (corti e non affilati o lunghi con
funzione di difesa);
Molari e Premolari: generalmente piatti con superfici complesse o
tubercolati, ma con tubercoli bassi e arrotondati.
Incisivi: tendenzialmente corti e non sviluppati;
Canini: lunghi ed affilati e curvi;
Molari e Premolari: dotati di tubercoli tendenzialmente acuminati
come coltelli.
Nella saliva sono presenti enzimi per la digestione di carboidrati. La Nella saliva non sono presenti enzimi digestivi.
secrezione salivare è quasi neutra
L’apertura boccale è piccola.
L’apertura della bocca è ampia.
MOVIMENTI
MANDIBOLARI
La mandibola presenta movimenti laterali, in senso antero- La mandibola presenta solo movimenti sul piano verticale
posteriore e sul piano verticale.
MUSCOLI della
MASTICAZIONE
Masseteri sviluppati e temporali ridotti.
Temporali sviluppati e masseteri ridotti.
Laterale
Frontale
POSIZIONE degli OCCHI
INTESTINO
STOMACO
ACIDITA’ STOMACO
UNGHIE
L’intestino tenue può essere lungo fino a più di 12 volte la L’intestino tenue può essere lungo da 3 a 6 volte la lunghezza del
lunghezza del corpo.
corpo.
Il colon è lungo e complesso e può presentare anse.
Il colon è semplice, corto e liscio.
Lo stomaco è semplice o a camere multiple. La sua capacità è Lo stomaco è semplice; la sua capacità è circa il 70% del volume
inferiore al 30% del volume totale del tratto digestivo.
totale del tratto digestivo.
Lo stomaco secerne una quantità minima di acido cloridrico.
In presenza di cibo il pH ≈ 4-5
L’acidità dello stomaco è molto elevata:
in presenza di cibo il pH ≤ 1.
Le unghie sono tendenzialmente piatte; negli ungulati sono presenti
gli zoccoli.
Presentano artigli affilati.
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SPERIMENTARE L’INQUIRY
DENTI
SALIVA
2^ parte
ERBIVORI
CARNIVORI
Incisivi: generalmente sviluppati, ampi e piatti o a forma conica e
ricurvi;
Canini: assenti o non sviluppati (corti e non affilati o lunghi con
funzione di difesa);
Molari e Premolari: generalmente piatti con superfici complesse o
tubercolati, ma con tubercoli bassi e arrotondati.
Incisivi: tendenzialmente corti e non sviluppati;
Canini: lunghi ed affilati e curvi;
Molari e Premolari: dotati di tubercoli tendenzialmente acuminati
come coltelli.
Nella saliva sono presenti enzimi per la digestione di carboidrati. La Nella saliva non sono presenti enzimi digestivi.
secrezione salivare è quasi neutra
APERTURA DELLA BOCCA L’apertura boccale è piccola.
L’apertura della bocca è ampia.
MOVIMENTI
MANDIBOLARI
La mandibola presenta movimenti laterali, in senso antero- La mandibola presenta solo movimenti sul piano verticale.
posteriore e sul piano verticale.
MUSCOLI della
MASTICAZIONE
Masseteri sviluppati e temporali ridotti.
Temporali sviluppati e masseteri ridotti.
Laterale
Frontale
POSIZIONE degli OCCHI
INTESTINO
STOMACO
ACIDITA’ STOMACO
UNGHIE
L’intestino tenue può essere lungo fino a più di 12 volte la L’intestino tenue può essere lungo da 3 a 6 volte la lunghezza del
lunghezza del corpo.
corpo.
Il colon è lungo e complesso e può presentare anse.
Il colon è semplice, corto e liscio.
Lo stomaco è semplice o a camere multiple. La sua capacità è Lo stomaco è semplice; la sua capacità è circa il 70% del volume
inferiore al 30% del volume totale del tratto digestivo.
totale del tratto digestivo.
Lo stomaco secerne una quantità minima di acido cloridrico.
In presenza di cibo il pH ≈ 4-5
L’acidità dello stomaco è molto elevata:
in presenza di cibo il pH ≤ 1.
Le unghie sono tendenzialmente piatte; negli ungulati sono presenti
gli zoccoli.
Presentano artigli affilati.
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SPERIMENTARE L’INQUIRY
2^ parte
“A cosa serve l’elevata acidità dello stomaco dei carnivori?”
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TAKE-HOME MESSAGES
• L’apprendimento basato sull’inquiry promuove lo
sviluppo di competenze/abilità specifiche (inquiry
skills)
• E’ possibile modificare le attività “tradizionali” per
aiutare gli studenti ad acquisire e consolidare le
inquiry skills
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3^ parte
IBSE E ABILITA’/COMPETENZE
IBSE
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COMPETENZE
3^ parte
IBSE e PROCESS SKILLS
OSSERVARE
FORMULARE DOMANDE
FARE IPOTESI
FORMULARE PREVISIONI
PROGETTARE E SVOLGERE INVESTIGAZIONI
INTERPRETARE
COMUNICARE
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3^ parte
DEFINIRE LE PROCESS SKILLS
3^ parte
Si possono formulare diversi elenchi di process skills più o meno lunghi e analitici.
Elenchi relativamente ridotti sono più facili e ‘pratici’ da utilizzare, soprattutto in
relazione alla valutazione.
Per lavorare efficacemente con gli studenti, è utile avere definizioni distinte di ciascuna
process skill.
Nelle situazioni reali le process skills sono generalmente applicate simultaneamente.
Si possono definire le process skills in termini teorici.
Definizioni operative delle process skills sono più efficaci da utilizzare nella
valutazione e nella progettazione di attività didattiche.
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IBSE E PROCESS SKILLS
3^ parte
UN CASO DI APPRENDIMENTO BASATO SULL’INVESTIGAZIONE
IMPARARE COS’E’ LA CONDENSAZIONE*
___________________________________________________________________________
In una classe della scuola primaria, l’insegnante utilizza l’approccio dell’IBSE per trattare l’argomento
della condensazione. Consegna quindi ai bambini dei bicchieri di acqua fredda con all’interno dei
cubetti di ghiaccio. Dopo aver suddiviso la classe in gruppi, assegna il compito di esplorare il materiale
consegnato.
Un gruppo di bambini nota che i bicchieri hanno la superficie esterna umida, apparentemente coperta di
acqua, e, subito, si chiede da dove possa venire. Nel cercare una soluzione, i bambini fanno riferimento
ad alcune esperienze, in cui hanno osservato la fuoriuscita di acqua da alcuni recipienti, come ad
esempio certi tipi di bicchieri di carta. Basandosi su queste osservazioni precedenti, il gruppo ritiene che
l’acqua sia in qualche modo fuoriuscita dai bicchieri. I bambini riferiscono quindi la loro idea alla
maestra, la quale li invita a pensare in che modo potrebbero verificarla. Dopo essersi confrontati,
rispondono che se l’acqua fuoriesce dalle pareti del bicchiere, allora il liquido all’interno dovrebbe
lentamente diminuire. Un bambino propone allora di indicare con un pennarello il livello iniziale
dell’acqua per vedere se, dopo un po’ di tempo, si abbassa. La maestra suggerisce di coprire il bicchiere
per evitare di perdere acqua per evaporazione.
Il gruppo quindi si attiva per verificare l’idea formulata: i bambini coprono il bicchiere di acqua con
della pellicola per alimenti, con un pennarello segnano il livello, poi restano in attesa per circa 30
minuti, infine osservano se il livello dell’acqua è diminuito. Al termine della loro investigazione, essi
non rilevano alcun cambiamento.
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IBSE E PROCESS SKILLS
3^ parte
I l gruppo comprende che la prova effettuata smentisce la propria spiegazione, così i bambini si rimettono al
lavoro. Si concentrano allora su un’altra idea, sempre suggerita da precedenti esperienze. Si ricordano che
nelle giornate fredde, qualche volta hanno osservato sui vetri dell’auto dei loro genitori un sottile strato di
goccioline. Si domandano se può essere il freddo la causa di questo fenomeno e considerano questa idea come
una possibile spiegazione. Decidono quindi di verificarlo mettendo dei cubetti di ghiaccio in un bicchiere e
dell’acqua calda in un altro, per vedere se ci sono delle differenze tra i due. Essi ritengono che se all’esterno
della superficie del bicchiere con il ghiaccio si forma un velo di acqua, mentre sulle pareti di quello con
l’acqua calda non si osserva nulla di simile, allora potrebbe essere effettivamente il freddo una spiegazione
plausibile.
I bambini verificano la loro nuova idea mettendo del ghiaccio nel primo bicchiere e dell’acqua calda nel
secondo, quindi osservano l’eventuale presenza di acqua sulla superficie esterna dei due bicchieri.
Rilevano che c’è un velo di acqua all’esterno di quello con all’interno i cubetti di ghiaccio, mentre non
rilevano cambiamenti nel bicchiere con acqua calda.
Questa prova conferma la loro spiegazione. Essi concludono che è stato il freddo e non la perdita di liquido
dalle pareti del bicchiere, la causa della formazione del sottile velo di goccioline di acqua sulla superficie
esterna. Si preparano infine a presentare l’esito della loro investigazione individuando gli argomenti per
‘difendere’ la propria proposta, pur essendo curiosi di confrontarla con quelle dei compagni: ci sarà forse
qualcosa di più convincente?
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IBSE E PROCESS SKILLS
ATTIVITA’ modificata
Studenti
3^ parte
Insegnante/
Studenti
Chi determina la domanda di ricerca/ il problema?
X
Chi determina il procedimento/il piano delle attività?
Chi determina i risultati/la risposta?
ATTIVITA’ non modificata
Insegnante
X
X
Studenti
Insegnante/
Studenti
Insegnante
Chi determina la domanda di ricerca/ il problema?
X
Chi determina il procedimento/il piano delle attività?
X
Chi determina i risultati/la risposta?
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X
IBSE E PROCESS SKILLS
PROCESS SKILLS
Att. modificata
Osservare
X
Formulare domande
x
3^ parte
Att. non modificata
X
Fare ipotesi
Formulare previsioni
X
Progettare e Svolgere investigazioni
X
X
Interpretare
X
x
Comunicare
X
X
Parma 10-09-12 / M.A. Fontechiari
DEFINIRE LE PROCESS SKILLS IN TERMINI OPERATIVI
3^ parte
OSSERVARE
livello iniziale
OSSERVARE
livello avanzato
cogliere pochi
dettagli
cogliere
dettagli
identificare
differenze
piuttosto che
somiglianze
Identificare sia
somiglianze sia
differenze
fare riferimento
principalmente a
quello che si vede
(osservare usando
la vista)
usare tutti i
sensi
fare osservazioni
rilevanti rispetto al
problema o alla
situazione studiata
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DAL SAPERE AL SENSO DEL SAPERE
La sfida delle competenze
“ … l’educazione scientifica dovrebbe insegnare come
funziona la scienza, e […] possibilmente l’insegnamento
della scienza dovrebbe, almeno in parte, svolgersi come
si svolge la scienza …”
(Pievani, Sala & Serelli, 2011)
Grazie per l’attenzione!
Parma 10-9-12/ M.A. Fontechiari ([email protected]/[email protected])