Le competenze nelle scienze e l’indagine PISA 2003

1. Perugia 28 aprile 2005 Le competenze nelle scienze e l’indagine PISA 2003 Mario Branca, Dipartimento di Chimica dell’Università di Sassari, SSIS Sardegna sezione di Sassari.

2. Frazione degli studenti iscritti a corsi di laurea ad orientamento scientifico: 50% nell’AA 1951/’52 30% nell’AA 2000/’01

3. andamento delle iscrizioni dal 1989/90 al 2000/01 • chimica da 2274 a 1293 • fisica da 3216 a 1428 • matematica da 4396 a 1611 www.miur.it/ustat

4. La crisi delle vocazioni scientifiche è un fenomeno che preoccupa il Nord del Mondo. • Sarà difficile far fronte alla crescente richiesta da parte delle imprese di ricercatori e tecnici di alta qualificazione scientifica. • Spopolamento delle Università a causa del turn-over generazionale. • Difficoltà al reperimento un numero sufficiente di docenti qualificati di materie scientifiche nella Scuola di ogni ordine e grado.

5. Possibili cause • È un fenomeno internazionale, ma l’Italia investe meno degli altri paesi in ricerca e sviluppo. • Scarso interesse da parte degli studenti. • ma probabilmente anche senso di inadeguatezza da parte degli allievi.

6. Indagini internazionali PISA 2003 http://www.pisa.oecd.org EDUCATION AT A GLANCE 2004 www.oecd.org/edu/eag2004 TIMSS http://www.cede.it/ricerche-internazionali/iea-timss Indagini nazionali INVALSI

7. PISA(Programme for International Student Assessment)OECD(Organization for Economic Co-operation and Development) Il programma internazionale dell’OECD, per il monitoraggio delle acquisizioni degli Studenti, denominato PISA si prefigge come obiettivo di verificare in che misura i giovani che concludono la scuola dell’obbligo o si avvicinano alla fine del ciclo obbligatorio (14 o 15 anni), abbiano acquisito le conoscenze e le capacità necessarie per svolgere un ruolo attivo nella società,valutando le competenze funzionali nella lettura, nella matematica e nelle scienze. I risultati si basano sui dati raccolti nel corso del 2003.

8. Risultati nella scala delle scienze PISA 2003 ITALIA Nord Ovest 533 Nord Est 533 Centro 497 Sud 444 Sud Isole 440 Media OECD 500

10. Ma che cosa è stato chiesto nel PISA ai nostri ragazzi?

11. Il PISA che accerta le competenze scientifiche è così costruito Processi : processi mentali che sono coinvolti nel fare domande o affermazioni: 1 individuare questioni che possono essere studiate scientificamente. 2 Identificare prove necessarie in una indagine scientifica. 3 Trarre o valutare conclusioni 4 Comunicare conclusioni valide 5 Dimostrare comprensione di concetti scientifici nces.ed.gov/surveys/pisa/ pdf/PISA_Science_Concepts_Items.pdf

12. b. Contenuti o conoscenze scientifiche e comprensioni concettuali che sono richieste nell’usare quei processi: Struttura e proprietà della materia. Variazioni atmosferiche. Trasformazioni chimiche e fisiche. Trasformazioni energetiche. Forza e movimento. Forma e funzione. Biologia umana. Trasformazioni fisiologiche. Biodiversità. Controllo genetico. Ecosistemi. La terra e il suo posto nell’universo. Trasformazioni geologiche. nces.ed.gov/surveys/pisa/ pdf/PISA_Science_Concepts_Items.pdf

13. c. Situazioni :si definisce situazione scientifica un fenomeno del mondo reale nel quale la scienza può essere applicata. Le aree di applicazione delle scienze sono state raggruppate in tre gruppi: Scienze della vita e della salute, salute, malattie e nutrizione, mantenimento e uso sostenibile delle specie; interdipendenza di sistemi fisici e biologici. Scienza della terra e dell’ambiente, inquinamento, produzione e perdita dei suolo, tempo e clima Scienza e tecnologia: biotecnologia, uso dei materiali e rifiuti, uso dell’energia, trasporti nces.ed.gov/surveys/pisa/ pdf/PISA_Science_Concepts_Items.pdf

14. I Quesiti proposti

15. Diario di Semmlweis • "Luglio 1846. La prossima settimana diventerò "Herr Doktor" nel primo reparto della clinica di maternità dell'Ospedale generale di Vienna. Mi sono spaventato quando ho conosciuto la percentuale dei pazienti morti in questa clinica. Questo mese su 208 madri 36 sono morte di febbre puerperale. Dare alla nascita un bambino e pericoloso come una polmonite

16. numero di morti Primo reparto Secondo reparto anno percentuale di decessi a causa di febbri • Il tracciato è tratto dal diario di Ignazio Semmelweis (1818-1865) e illustra l'effetto devastante della febbre puerperale, un malattia contagiosa che fa morire molte donne dopo il parto. Semmelweis raccoglie i dati sui numeri di decessi a causa di febbri puerperali nel primo e secondo reparto (vedi diagramma).

17. Ancora dal diario di Semmelweis: • I medici, compreso Semmelvweis, erano completamente all'oscuro circa le cause delle febbri puerperali. • Dicembre 1846. Perché così tante donne muoiono a causa di queste febbri senza che vi siano stati problemi durante il parto? Da secoli la scienza ci dice che è un'invisibile epidemia che ammazza le madri. La causa può essere un qualche fattore nell'aria o in una qualche influenza extraterrestre o in un movimento della terra stessa, un terremoto.

18. Oggigiorno nessuno considera come possibile causa delle febbre un'influenza extraterrestre o un terremoto. • Noi oggi sappiamo che sono causate dalle condizioni igieniche. Ma al tempo di Semmelweis, molte persone, anche scienziati non lo sapevano. • Tuttavia, Semmelweis sapeva che era improbabile che le febbri fossero causate da influenze extraterrestri o da un terremoto. Mostrò i dati raccolti (vedi diagramma) e li usò per cercare di persuadere i suoi colleghi.

19. Nel quesito si richiede allo studente di utilizzare i dati forniti per: • a) Valutare differenti punti di vista • b) collegare sistematicamente i dati a conclusioni possibili utilizzando una catena di ragionamenti non fornita agli studenti.

20. DOMANDA 1: DIARIO DI SEMMELWEIS • Processo:Valutare evidenze/dati scientifici. • Concetti:Scienza della vita e salute (biologia animale) • Supponiamo che voi siate Semmelweis. Fornite un motivo (basato sui dati raccolti da Semmelweis) per il quale è improbabile che le febbri puerperali siano causate dai terremoti.

21. Punteggio. RISPOSTE PIENAMENTE CORRETTE • Una risposta che faccia riferimento al diverso numero di decessi (in percentuale) in entrambi i reparti. • RISPOSTE PARZIALMENTE CORRETTE • risposte che indicano che i terremoti non sono frequenti • risposte che indicano che i terremoti colpirebbero anche le persone al di fuori dei reparti • risposte che indicano che durante i terremoti, i maschi non soffrono di febbri puerperali • RISPOSTE NON CORRETTE • risposte che affermano soltanto che i terremoti non causano febbre. • risposte che soltanto affermano che le febbri possono avere altra causa. • risposte che sono combinazione delle precedenti.

22. Supponiamo che voi siate Semmelweis. Fornite un motivo (basato sui dati raccolti da Semmelweis) per il quale le febbri puerperali è improbabile che siano causate dai terremoti.

23. Testo 2 del diario di Semmelweis: • Parte della ricerca nell'ospedale era la dissezione. Il cadavere delle persone decedute viene aperto per trovare le cause del decesso. Semmelweis annota che gli studenti che operano nel primo reparto e visitano le donne che hanno appena partorito usualmente prendono parte alla dissezione delle donne morte il giorno prima. Inoltre non si curano di lavarsi dopo la dissezione. Molti di loro, per mostrare la loro laboriosità, sono fieri del fatto che si potesse sentire su di loro l'odore della camera mortuaria. • Uno degli amici di Semmelweil morì dopo essersi tagliato durante una dissezione. La dissezione del suo corpo mostrò gli stessi sintomi delle madri morte di febbre puerperale. Ciò fornì a Semmelweil una nuova idea.

24. DOMANDA 2 • Processo: individuazione dei quesiti • Concetti: Scienze della vita e salute (biologia Umana) • A Semmelweis viene una nuova idea che collega il comportamento degli studenti con le morti delle donne nei reparti di maternità. • Qual è quest'idea? • Se gli studenti si lavassero dopo le dissezioni si osserverebbe un decremento nelle febbri puerperali. • Gli studenti non dovrebbero partecipare alle dissezioni perché potrebbero tagliarsi. • Gli studenti puzzano perché dopo le dissezioni non si lavano • Gli studenti volendo dimostrare la loro industriosità sono meno attenti nell'esaminare le donne.

25. RISPOSTA CORRETTA: • 1.Se gli studenti si lavassero dopo le dissezioni si osserverebbe un decremento nelle febbri puerperali. . RISPOSTA SBAGLIATA • Tutte le altre

26. DOMANDA 3 • Processo: Applicare conoscenze scientifiche nella situazione prospettata. • Concetti: Scienze nella vita e salute (Biologia Umana) • Semmelweis riuscì nell'intento di ridurre il numero di decessi per febbre puerperale. Ma ancora oggi la febbre puerperale rimane una malattia che è difficile da eliminare. Le febbri, che sono difficili da curare, sono ancora un problema ospedaliero. Molte provvedimenti di routine servono come controllo per questo problema. Tra questi vi è quello di lavare le lenzuola a temperatura elevata. • Spiegare perché lavare le lenzuola a temperatura elevata riduce il rischio che il paziente possa contrarre la febbre.

27. Punteggio RISPOSTE CORRETTE • Risposte che fanno riferimento alla morte dei batteri • Risposte che fanno riferimento alla morte di micro-organismi, germi o virus. • Risposte che fanno riferimento alla rimozione (non alla morte) di micro-organismi, germi o virus. • Risposte che fanno riferimento alla sterilizzazione delle lenzuola. RISPOSTE ERRATE • Risposte che fanno riferimento alla morte della malattia. • Altre risposte scorrette.

28. Il prossimo quesito chiede agli studenti di andare oltre l'esempio storico che indaga sulle conoscenze scientifiche comuni necessarie a spiegare i fenomeni scientifici.

29. DOMANDA 4 • Processo: applicare conoscenze scientifiche alla situazione presente. • concetti: Scienze nella vita e salute (biodiversità) • Molte malattie possono essere curate usando antibiotici. Tuttavia, l'efficacia di alcuni antibiotici contro le febbri puerperali negli ultimi anni è diminuita. Per quale motivo? • Una volta prodotti, gli antibiotici perdono gradualmente di efficacia • I batteri diventano resistenti agli antibiotici • Questi antibiotici sono efficaci contro le febbri puerperali, ma non contro le altre malattie. • La richiesta di questi antibiotici è diminuita in quanto le condizioni di salute pubblica sono migliorate, negli ultimi anni, considerevolmente.

30. Punteggio • RISPOSTA CORRETTA • risposta 2 - I batteri diventano resistenti agli antibiotici • RISPOSTA SBAGLIATE • tutte le altre

31. Test internazionali • Forniscono un quadro all’ingresso della scuola superiore, che cosa succede all’uscita?

32. In Italia il 97% dei candidati ha superato l’esame di maturità . E’ raddoppiato rispetto all’anno precedente il numero dei diplomati con il massimo dei voti. • l’esame di maturità con commissioni formate esclusivamente da professori interni si è trasformata in una farsa- con la conseguenza che nessuna scuola boccia se stessa.

33. A Sassari ho provato a confrontare le competenze scientifiche dei “maturati” con quelle di chi ha conseguito la terza media test su 192 matricole della facoltà di scienze e su 127 iscritti alla prima classe delle secondarie (60% liceo e 40% ITIS) “An Inventory for Alternate Conceptions among First-Semester General Chemistry Students” Mulford, Douglas R.; Robinson, William R. J. Chem. Educ. 2002, 79, 739.

34. 2.Che cosa conterranno le bolle in un campione di acqua che si trova in ebollizione da almeno 30 minuti? A) aria; B) idrogeno in forma gassosa e ossigeno in forma gassosa; C) ossigeno; D) vapore d’acqua ; E) calore.

35. 4. Se sciogliamo 1 grammo di sale da cucina in 20 grammi di acqua, quale sarà il peso finale della soluzione ? A) 19 grammi; B) 20 grammi; C) compreso tra 20 e 21 grammi; D) esattamente21 grammi E) più di 21 grammi.

36. 5.Il ferro si combina con l’ossigeno e l’acqua dell’aria e arrugginisce. Se un filo di ferro si arrugginisce completamente, il peso della ruggine sarà: A) inferiore al peso del filo da cui proviene; B) identico al peso del fil da cui proviene; C) più alto di quello del filo da cui proviene D) è impossibile da prevedere E) la ruggine non pesa

37. 7.Quando dell'acqua liquida che si trova a 0°C congela: A) cala di temperatura e cede calore all'ambiente; B) aumenta di temperatura ed assorbe calore dall'ambiente; C) resta alla stessa temperatura e cede calore all'ambiente; D) resta alla stessa temperatura ed assorbe calore dall'ambiente; E) durante il congelamento non viene scambiato calore.

38. Test di accesso alle facoltà • Perché medicina • Uguale e svolto contemporaneamente in tutta in Italia • Svolto da moltissimi studenti (33.634 nel 2004) • È una prova oggettiva e non autoreferenziale • il MIUR rende pubblici tutti i risultati.

39. Test di medicina • 80 domande a scelta multipla • 26 logica e cultura generale • 18 biologia • 18 chimica • 18 matematica e fisica • una risposta giusta e 4 distrattori • 1,5 minuti per domanda. • Punteggio massimo 80 punti • risposta esatta +1 punto • risposta errata -0,2 punti

40. 2003 31.126 candidati 5% raggiunge 48/80 Media ammessi 42,7 Media totale 26,16 2004 33.634 candidati 2% raggiunge 48/80 Media ammessi 39,5 Media totale 24,48 Confronto test ammissione 2003 - 2004 Fonte: http://pacs.unica.it

41. Medicina e Chirurgia AA2004/05 • Risultati su scala nazionale; • media è il punteggio medio ottenuto dagli ammessi. • media totale è su tutti i concorrenti • Risultati abbastanza diversi da una sede all’altra, ma nel complesso i punteggi medi sono bassi. • La media degli ammessi è 39,5/80. • La media su tutti i canditati è 24,5/80 http://pacs.unica.it/graduato.htm

42. Simulazione nazionale • Cosa succederebbe se la graduatoria venisse fatta su scala nazionale? http://pacs.unica.it/graduatorie/statsmed04.htm

43. Quali le maggiori difficoltà? • Non conoscono gli argomenti? • Non riescono a capire le domande? • Non sono abituati a risolvere i test? • Non hanno abbastanza tempo a disposizione in relazione alla difficoltà dei quesiti? • I quesiti non tengono conto dei programmi della scuola superiore?

44. Ancora difficoltà • È anche un problema di continuità • Esiste un raccordo tra i docenti delle scuole superiori e quelli dell’università? • I test selezionano veramente i migliori studenti? • La didattica italiana tradizionalmente non fa uso dei test, non è detto che sia davvero così peggiore di quella degli altri paesi europei.

45. Forse.... • Occorre un ripensamento a tutti i livelli sull’insegnamento delle discipline scientifiche • Occorre raccordare i diversi ordini di istruzione che appaiono sempre più frammentati e scollegati • E’ urgente definire un elenco coinciso e chiaro delle conoscenze e competenze irrinunciabili per le diverse fasce di età • Occorre organizzarsi su scala locale per effettuare azioni che siano significative, che vadano quindi ad incidere sulla massa dei docenti e degli studenti