La riforma e la didattica delle scienze in classe, in laboratorio e mediante computer

1. La riforma e la didattica delle scienze in classe, in laboratorio e mediante computer Prof. Giuseppe Valitutti

2. Conosci te stesso Bisogna innanzitutto conoscere le abitudini mentali degli allievi, raggiungibili attraverso il dialogo pedagogico e il colloquio individuale, specialmente per i casi più difficili. Sono sufficienti colloqui di 15 minuti per convincersi della diversità e della ricchezza delle abitudini mentali. Nella pratica scolastica è spesso difficile condurre in classe un lavoro efficace. In troppe situazioni il numero di allievi demotivati e '' assenti '', anche se fisicamente presenti, condiziona e rallenta l'azione pedagogica. Cosa fare ? Spostare il dialogo pedagogico in spazi extracurricolari, cioè fuori dell'orario scolastico. " Il dialogo pedagogico, sostiene A.de La Garanderie, ha per oggetto le procedure utilizzate ed utilizzabili per apprendere, per comprendere, per sviluppare, ecc.. L'insegnante si rende conto delle procedure di cui l'allievo fa uso per appropriarsi del sapere, soprattutto nelle attività di gioco e di lavoro fuori delle mura scolastiche. In seguito, il docente insegna le procedure alternative che lo studente potrebbe usare per migliorare la qualità dell'apprendimento “. Sicché, il consiglio che si può dare in proposito, è quello di dialogare, al di fuori dell'aula, con i ragazzi che hanno problemi di apprendimento e di comportamento. E` buona norma annotare tutto ciò che si dice fra docente e discente. La gestione mentale è un metodo fondato sull'osservazione interiore e non, come tutti i questionari, su comportamenti pedagogici osservati dall'esterno. Fintanto che si resta nella prospettiva dell'adattamento dell'allievo al mondo esterno, non si tiene nel dovuto conto il suo pensiero, si ignora del tutto la sua '' coscienza ''. '' Da una parte, le pedagogie comportamentiste, suscettibili d'adattare i comportamenti dell'allievo all'esteriorità del mondo sociale, che implicano sempre un rischio d'alienazione o, almeno, di conformismo; dall'altro versante una pedagogia di tipo introspettivo, che conduce l'allievo a coltivare le proprie risorse intellettuali nel tessuto interiore della propria coscienza ''. L'allievo che fallisce a scuola non è perché privo di attitudini, ma perché utilizza una abitudine rievocativa errata. Se l'allievo è visivo, difficilmente potrà capire una lezione frontale.

3. Se l’alunno è verbale, avrà scarso o nullo giovamento dall'uso di modelli, di spiegazioni alla lavagna o di dimostrazioni sperimentali nella lezione in classe. '' In breve, il fallimento scolare, questo disordine del pensiero, non proviene da una mancanza d'intelligenza o dalla poca voglia di lavorare, ma dall'uso di una abitudine rievocativa inadatta all'ambiente scolare ''. Parafrasando il detto di non prendere fischi per fiaschi, A.de La Garanderie suggerisce agli insegnanti di non confondere una lingua pedagogica con un'altra. E` importante conoscere il ' profilo pedagogico ' dell'allievo e le mappe concettuali, come vedremo più avanti, riassumono, in una sola pagina, la totalità delle capacità intellettuali, evidenziando anche la lingua pedagogica privilegiata dall'allievo. I cinque atti mentali coinvolti nella soluzione di un problema sperimentale sono: portare attenzione a quanto si sta facendo con le proprie mani, comprendere i concetti collegati con l'esperimento, memorizzare le abilità teoriche e manipolative, immaginare cosa accade a livello atomico-molecolare, riflettere sulle strategie risolutive dei problemi e sulle possibili applicazioni di quanto appreso in laboratorio. Come rappresentereste un solido a livello microscopico ? E un liquido e un gas ? Tali rappresentazioni sono discusse e precisate, sino ad avere una immagine mentale di solidi, di liquidi, di gas. Ciascun corso dovrebbe iniziare con una serie di domande, per far emergere le conoscenze anteriori e affinché siano espresse in una forma direttamente utilizzabile. La gestione mentale insiste perché la mobilizzazione delle conoscenze anteriori sia fatta spontaneamente dall'allievo, durante il dialogo pedagogico. Si notano progressi importanti semplicemente rispettando questa regola.

4. Le strategie di risoluzione di problemi sono legate a filo doppio alle immagini mentali possedute dagli allievi. Il cervello funziona in maniera interattiva, produce delle immagini interiori, delle ipotesi di lavoro, dei modelli e li raffronta col mondo esterno. Allorché si realizza una corrispondenza fra rappresentazione interna e mondo esterno, prende forma l'atto di memorizzazione. L'apprendimento si suddivide in tre passaggi: interiorizzazione di quanto percepito, costruzione delle relative immagini mentali, applicazione anche per la risoluzione di problemi reali di quanto interiorizzato. Quali sono i gesti mentali che assicurano l'acquisizione di un concetto ? Per possedere un concetto bisogna interiorizzare e personalizzare le rappresentazioni. Compiere tale atto mentale comporta tessere legami solidi fra ciò che ha un senso e ciò che è nuovo. Questo gesto mentale è necessario per la ridefinizione di uno schema mentale più allargato, in senso piagetiano. Come organizzare il recupero Il miglioramento cognitivo degli allievi è un problema affrontato sia dalla psicologia piagetiana che dalla gestione mentale. L'obiettivo che tutti si pongono è di ridurre il divario fra le operazioni cognitive spontanee e quelle richieste dall'attività scolastica tradizionale. Pertanto, si pone il problema di stabilire il profilo pedagogico dell'allievo, come sostiene A.de La Garanderie. In pratica si tratta di stabilire i punti deboli e i punti di forza del discente in merito alla propria lingua pedagogica, per potere rimediare alla situazione con appropriati esercizi. Stabilito il profilo, bisogna lavorare di preferenza sugli aspetti positivi emersi, che traineranno il cambiamento anche dei fattori negativi. Ogni possibilità di rimedio è preclusa, se si segue una strategia tradizionale, che pone attenzione principalmente ai punti deboli. Secondo la visione piagetiana tale progresso si verificherà attraverso il processo assimilazione – accomodamento.

5. Altra prospettiva di intervento riguarda la gestione del tempo classe. Quando si introduce, ad esempio, il modello particellare si può procedere nella maniera seguente. Si disegna, in un becher stilizzato, la struttura a palline di un solido. '' Osservate l'ordine e il numero di particelle componenti il solido. Immaginate il solido nello spazio; vi lascio qualche secondo per riflettere e quindi dovrete riprodurre sul vostro quaderno il disegno. Come rappresentereste allo stato liquido e poi allo stato gassoso il materiale in esame ? ''. Nei diversi disegno il numero di palline del solido deve rimanere costante in tutti i passaggi di stato: solido – liquido, solido – gas, liquido – gas. Per i concetti di una certa difficoltà, bisogna gestire con maestria le pause evocative, per trasformare le percezioni in immagini mentali ( uditive e/o visive ). La strategia didattica suggerita vuol far scoprire agli allievi le rispettive risorse intellettuali, non sempre del tutto note e spesso mal utilizzate, e migliorare il potenziale cognitivo e il relativo apprendimento. La gestione mentale non ha ricette ad hoc per far sviluppare il visivo o l'uditivo. Tutto si gioca in classe col dialogo pedagogico collettivo, che costringe gli allievi a riflettere sui propri processi di apprendimento.

6. L’attenzione Il progetto dell’attenzione è il passaggio all’esistenza mentale in presenza dell’oggetto percepito. Il progetto di memorizzazione, invece, è il passaggio all’esistenza mentale in assenza dell’oggetto percepito. L’attenzione avviene in presenza dell’oggetto, la memorizzazione in assenza dell’oggetto. L’attenzione precede l’atto mentale della memorizzazione. L’attenzione ha lo scopo di rendere disponibile nella mente l’oggetto della percezione, che la memorizzazione renderà disponibile per il futuro. Ci vuole un atto deliberato, volontario per attivare l’attenzione, che rappresenta la porta di ingresso degli altri gesti mentali. Soltanto se l’oggetto percepito esiste mentalmente, si attiva anche il gesto della comprensione. Il bravo insegnante, prima di procedere nella sua esposizione, deve dire agli allievi: ‘’ Preparatevi ad ascoltarmi con il progetto di ripetere, o di rivedere, nella vostra mente, ciò che vi dirò parlando e scrivendo. Vi lascerò il tempo necessario perché possiate ripetere e rivedere nella vostra mente: questo sarà il vero modo di comprendere ‘’. Compito quindi dell’insegnante è duplice: attivare il gesto dell’attenzione e fornire agli allievi due distinte spiegazioni, la spiegazione verbale (per gli uditivi) e la spiegazione scritta alla lavagna (per i visivi). Le due spiegazioni devono essere fatte separatamente, prima l’una e poi l’altra, se si vuole che se ne impadroniscano sia gli allievi uditivi che gli allievi visivi. Scrivere sulla lavagna: 2/3 per 4/5 . Per l’uditivo non è sufficiente vedere alla lavagna le due frazioni, per comprendere la moltiplicazione di frazioni. Bisogna spigare con parole appropriate tutto il procedimento: ‘’ Per moltiplicare due frazioni ….’’. Questa spiegazione verbale sembrerà superflua al visivo, ma l’uditivo ne ha assoluto bisogno per gestire la sua attenzione.

7. In sintesi l’insegnante: 1. comunica agli alunni attraverso mezzi visivi e uditivi il concetto da assimilare; 2. dà loro il tempo di ripetere o di rivedere mentalmente gli elementi esplicativi del concetto; 3. si assicura che gli alunni abbiano compreso il concetto, proponendo dei quesiti a scelta multipla o dei problemi. La riflessione Il gesto della riflessione comporta l’utilizzo di una stessa procedura in contesti diversi. I problemi matematici più ardui, i soggetti di dissertazione più difficili dipendono dalla stessa procedura: 1. percezione dei dati; 2. loro evocazione mentale; 3. evocazione delle regole; 4. applicazione dei dati alle regole generali. La percezione dei dati dipende da come si ‘’guarda’’ e si ‘’ascolta ’’.

8. La memorizzazione Per la memoria a breve e a lungo termine la memorizzazione consiste nel proposito di ritrovare ciò che si è rivisto o ridetto nella propria mente, subito dopo aver compiuto il gesto dell’attenzione. Non c’è memorizzazione senza l’attenzione. La memorizzazione avviene nel momento stesso in cui c’è la percezione, seguita dall’attenzione, col progetto, ossia dell’atto intenzionale, di far esistere nella propria mente quanto visto o ascoltato.

9. Percorso di andata e ritorno, ripetuto più volte, fra percezione ed evocazione.

10. Dall’osservazione al progetto mentale di evocazione • L’osservazione, a qualunque livello sia fatta, non è il punto di partenza di un percorso scientifico. L’osservazione non è al primo posto, né nell’elaborazione dei saperi, né nella costruzione delle conoscenze del fanciullo (dalla materna alla scuola primaria e oltre). Nel contesto della scuola dell’infanzia, il vero motore dell’apprendimento è il progettoevocativo del fanciullo, il suo desiderio di agire in direzione d’uno scopo che si è dato o che condivide con altri e che il bambino si rappresenta mentalmente. I bambini hanno uno scopo, un progetto, una domanda, una ragione che li ha condotti a cercare un aiuto nell’osservazione ? Se ciò non accade, l’osservazione rischia di rimanere nell’ambito del gioco e non diventa un oggetto di studio e di efficace pratica scolastica. L’osservazione è decodificata dal cervello. Così le caratteristiche del pensiero di chi osserva influenzano ciò che egli estrae dall’osservazione. Tutto ciò non è un circolo vizioso, ma un ostacolo serio che limita l’efficienza dell’azione didattica. • Nella scuola dell’infanzia bisogna privilegiare le situazioni che forniscono agli allievi delle possibilità di azione effettiva. Attraverso il dialogo pedagogico i bambini possono essere raggiunti mentalmente. ‘’Cosa fai tu per…? ‘’ è il punto di partenza del dialogo. Guidato dalla riuscita o dal fallimento del progetto, il pensiero del bambino progredisce e si regola lentamente, abbandonando le sue caratteristiche infantili. • Il disegno del bambino è legato al suo pensiero. Le situazioni propizie all’evoluzione d’una componente sono anche propizie allo sviluppo delle altre. • Qual è il ruolo del maestro ? • Essere capace di suscitare delle domande, da parte degli allievi. • Dirigere le fasi del dibattito. • Organizzare la classe durante le manipolazioni e le azioni. • Strutturare quanto è stato acquisito e non dare mai risposte.

11. La pedagogia a dimensione di allievo Quali sono le caratteristiche della pedagogia a dimensione di allievo ? Essa comporta una serie diversificata di strategie didattiche: la lezione frontale, i piccoli gruppi che collaborano, la lezione individuale, fornita dal docente o da un allievo tutor, qualora sia necessaria. La pedagogia a dimensione di allievo si fa preferire anche per la varietà dei metodi di approccio alla conoscenza: mediante l’azione diretta del bambino nelle indagini sulle cose, mediante il linguaggio verbale e il linguaggio visivo utilizzato dal docente, mediante le mappe concettuali, costruite direttamente da ciascun allievo, mediante la discussione guidata in piccoli gruppi o estesa all’intera classe. In questa maniera i bambini, che hanno caratteristiche diverse, possono trovare la metodologia più adatta alla loro lingua pedagogica. La lezione in classe segue un ritmo sostenuto, che evita le perdite di tempo o la dispersione, ricorrendo a diverse modalità di lavoro, alcune eccitanti e collettive, per esempio la risoluzione di problemi e la costruzione di mappe concettuali, altre concentrate e individuali, altre ancora più problematiche, altre infine più tranquille. Si fanno esperienze, si guarda, si annota ciò che avviene, si discute, si scrive, si disegna, si costruisce una mappa, si scrive e s’invia un messaggio elettronico. Gli allievi si affaticano di meno, perché sono interessati a ciò che fanno, possono alternare le forme di lavoro e l’intensità dell’attenzione. Essi possono scambiare informazioni con gli altri bambini oppure si concentrano tranquillamente sul lavoro personale.

12. Le attività scientifiche hanno anche un’altra peculiarità, esse consentono di mischiare allievi di differente livello scolare. Su particolari progetti si costruiscono forti collaborazioni fra allievi della scuola elementare e allievi delle scuole secondarie, fra allievi della scuola media e allievi delle scuole secondarie superiori. Le differenze fra allievi sono rispettate in quello che hanno di positivo, per esempio sugli aspetti del lavoro, il loro progresso personale è incoraggiato dal lavoro individualizzato di scrittura. L’originalità di ciascuno è valorizzata perché è utile all’elaborazione delle esperienze. La varietà delle modalità di lavoro permette agli allievi, le cui esperienze familiari sono diverse, i cui gusti e le competenze sono diverse, di trovare un percorso parallelo verso la conoscenza. La pedagogia a misura d’allievo si riferisce a qualcosa che trascende le differenze e ha come obiettivo la costruzione collettiva d’una cultura che va al di là degli individui e al di là della classe. Le mappe concettuali, attraverso il loro dispositivo organizzativo, danno agli allievi il vero valore pedagogico di costruzione della conoscenza e rendono l’attività in classe più efficace.

13. Racconta come hai risolto il problema • Il successo di un compito intellettuale dipende dal corretto uso dei 5 gesti mentali (attenzione, memorizzazione, comprensione, riflessione, immaginazione). • Le modalità d’uso di questi gesti mentali sono differenti da individuo a individuo. • Pretendere dei gesti mentali che sono contrari alle normali abitudini mentali di un individuo conduce a un fallimento più o meno importante.

14. Hai visto delle immagini ? Hai sentito delle parole ? • Adattando la lezione alle abitudini mentali (visive e/o uditive – verbali) degli allievi consente di migliorare le prestazioni scolastiche di ciascuno. • Certi individui hanno delle abitudini di visualizzazione cosciente molto superiori alle loro abitudini di verbalizzazione. • Altri individui hanno delle abitudini di verbalizzazione cosciente molto superiori alle loro abitudini di visualizzazione.

15. Hai visto delle immagini ? Hai sentito delle parole ? • Non si tratta allora di dare delle indicazioni precise sulle modalità di un gesto mentale, ma al contrario di adattare la lezione in classe alle abitudini mentali di ciascun allievo. • Bisogna dare a tutti i mezzi e il tempo per l’evocazione mentale, per far esistere nella propria mente quanto visto ed ascoltato. • E siccome gli allievi hanno abitudini visive e uditive in prevalenza, si deve spiegare lentamente lo stesso concetto prima con immagini (per esempio, scrivendo formule alla lavagna) e poi con parole e/o viceversa.

16. Hai visto delle immagini ? Hai sentito delle parole ? • Riflessione • L’allievo legge il problema e identifica i dati che gli servono; • Evoca mentalmente (con immagini visive, uditive o verbali) il problema; • Evoca gerarchicamente le leggi generali e le relative strategie risolutive; • Confronta la legge o la relazione col problema (andata e ritorno) e trova la soluzione. Le quattro tappe sono tutte indispensabili !!

17. Provate a risolvere questo problema Bruno possiede 145 francobolli. Se Mario gli regala venti francobolli ne avrà tre volte quelli di Bruno. Quanti francobolli possiede Mario ?

18. ‘’ L’uomo razionale è colui che vuol comprendere e non colui che vuole avere sempre ragione ’’. Karl Popper

19. Didattica per Obiettivi • A Come si svolge • Il docente detta la lista degli obiettivi. • Si separano gli obiettivi teorici da quelli sperimentali. • La prova di valutazione è costruita in anticipo, cioè prima di passare alla spiegazione, a partire dagli obiettivi. • B Interesse per gli allievi • Gli allievi affronteranno la prova di valutazione con maggiore sicurezza, perché sanno che cosa li attende. • La lista degli obiettivi agli allievi globali (visivi) offre una visione complessiva di grande utilità. Agli studenti sistematici (uditivi – verbali) la lista serve da filo conduttore per imbastire la preparazione. • C Interesse per il docente • Lavorando per obiettivi il recupero è più facile, perché verterà soltanto sugli obiettivi non superati. • Si razionalizzano i controlli e gli apprendimenti, senza lasciare niente al caso.

20. www.chemsoc.org/networks/gcn • www.chemsoc.org/ per i libri • http://public-cmaps.coginst.uwf.edu/cmaps • http://www.cmaptools.com/ • www.leparoledellascienza.it In mappe si scarica l’apprScienze. • www.e-didateca.it

21. L’approccio Particellare Come spieghi il comportamento di atomi e molecole nei materiali col modello sovrastante ?

22. L’approccio Particellare Compara il comportamento di atomi e molecole nei solidi, nei liquidi e nei gas col modello. A parità di temperatura qual è il comportamento delle molecole nei tre stati ?

23. L’approccio Particellare Cosa rappresentano le figure a livello di atomi e molecole ? Perché la pallina di ferro riscaldata non attraversa più l’anello ?

24. L’approccio Particellare Cosa rappresenta la figura a livello di atomi e molecole ?

25. L’approccio Particellare Cosa rappresenta la figura a livello di atomi e molecole ?

26. L’approccio Particellare Che cosa contengono i due becher ?

27. L’approccio Particellare Che cosa rappresentano le figure a livello di atomi e molecole ?

28. L’approccio Particellare Qual è il contenuto dei recipienti ? Se i materiali nei contenitori hanno la stessa temperatura la rappresentazione è corretta ?

29. L’approccio Particellare Cosa rappresentano le due equazioni ? Le reazioni sono disegnate correttamente ?

30. L’approccio Particellare

31. L’approccio Particellare Cosa rappresentano le figure a livello macroscopico e a livello microscopico di atomi e molecole ?

32. L’approccio Particellare Cosa rappresenta la figura ?

33. L’approccio Particellare Cosa rappresenta la figura ?

34. L’approccio Particellare Cosa rappresenta la figura ?

35. L’approccio Particellare La reazione è stata rappresentata correttamente ?

36. L’approccio Particellare La reazione è rappresentata correttamente ? Perché questa combustione è diversa dalla precedente ?

37. La microscala • Le quantità di materiali sono piccole e i costi e l’inquinamento sono ridotti. • L’eliminazione dei materiali è più facile. • Si riducono i pericoli e gli esperimenti sono più veloci. • Si usano apparecchiature di plastica che evitano i pericoli del vetro.

38. Acidi e Basi • Si pone un lucido trasparente sulla griglia che contiene i nomi degli acidi e delle basi. • In corrispondenza di ciascun riquadro si pongono due gocce di soluzione del reagente (acido o base) da esaminare. • Si aggiunge una goccia di indicatore universale. • Dalle osservazioni fatte quali conclusioni ricavi ?

39. Metalli + acidi • Si ricopre la griglia col lucido. • Si usano trucioli dei diversi metalli, che si prelevano con una pinzetta e si mescolano coi diversi acidi diluiti, 1 M. • Si usa la lente di ingrandimento. • Puoi spiegare le tue osservazioni ?

40. Una reazione chimica - A • Si copre lo schema col lucido. • Con una pinzetta o una spatolina si prelevano 2 o 3 cristalli di nitrato di piombo e di ioduro di potassio e si pongono sul lucido. • Si mescolano i cristalli con lo stuzzicadenti. • Quale cambiamento hai osservato ?

41. Una reazione chimica - B • Si copre lo schema col lucido. • Con una pinzetta o una spatolina si prelevano 2 o 3 cristalli di nitrato di piombo e di ioduro di potassio e si pongono sul lucido, da parte opposta. • Al centro si versano 10 gocce d’acqua. Con lo stuzzicadenti si spingono i cristalli in acqua. • Che cosa hai osservato ? Come spieghi le tue osservazioni ?

42. Le reazioni chimiche

43. Le reazioni chimiche • Quando gli ioni argento urtano gli ioni ……….. si legano fra loro. L’…………….. • fra questi ioni è così forte che l’agitazione delle molecole …….. non riesce a fermare la formazione del ……………..