L�integrazione delle scienze nel ''Cannocchiale di Galileo''

Incrementare e promuovere l'apprendimento delle scienze

di Valentina Pappalardo

26 Marzo 2013

Il contesto di riferimento

A livello europeo, sono state realizzate diverse politiche allo scopo di incrementare e promuovere l’insegnamento e l’apprendimento delle scienze, nonché adottate misure di supporto per insegnanti e scuole volte ad accrescere l’interesse e quindi la motivazione degli studenti per le scienze. Nella maggior parte l’orientamento è parte integrante nella strategia di promozione delle scienze. Senza alcuna pretesa di esaustività, per poter meglio contestualizzare il tema della didattica delle scienze e la più generale questione della formazione/educazione scientifica, opportuni possono risultare alcuni richiami a livello internazionale in termini sia di studi sia di esperienze realizzate. Ad esempio la pubblicazione dello studio, “L’insegnamento delle scienze in Europa: politiche nazionali, pratiche e ricerca”[1], contenente informazioni sulla normativa e sulle raccomandazioni ufficiali, presenta una mappa dell’organizzazione dell’insegnamento delle scienze nelle scuole in Europa ed evidenzia le politiche e le strategie adottate per modernizzarlo. Il rapporto della Fondazione Nuffield, “Science Education in Europe: Critical Reflections”[2], basato sui contenuti dei seminari tenuti presso il King College di Londra, dopo aver dipinto a grandi linee la situazione problematica dell’insegnamento delle scienze in Europa, esamina i quattro ambiti di intervento per poter innovare l’educazione scientifica scolastica: il curriculum (l’organizzazione dei contenuti e delle discipline), la pedagogia (metodi di insegnamento), la valutazione e la formazione degli insegnanti, sottolineando la necessità di organizzare le scienze a scuola secondo finalità trasversali ai diversi tipi di studenti e di riservare una formazione scientifica opzionale per le vocazioni scientifiche di una minoranza di individui.

Il progetto PROFILES (Professional Reflection-Oriented Focus on Inquiry Learning and Education through Science)[3], invece, promuove l’educazione scientifica attraverso l’investigazione (IBSE, Inquiry-based science education) favorendo l’acquisizione di più efficaci metodi di insegnamento, col supporto delle parti interessate (attori del territorio). Il progetto ha come obiettivo principale quello di focalizzarsi su “approcci investigativi aperti” e pone molta attenzione alla motivazione sia intrinseca sia estrinseca.
In Italia, il recente riordino degli istituti tecnici, professionali e dei licei ha introdotto nella programmazione curricolare l’insegnamento delle Scienze Integrate.
Lungi dal rappresentare una nuova disciplina frutto di un accorpamento tra aree eterogenee del sapere, «le Scienze Integrate vanno intese come l’ambito di sviluppo e di applicazione di una metodologia unitaria di insegnamento delle scienze. Essenziali al riguardo risultano essere quindi i contributi orientati allo sviluppo di una mentalità dedita alla ricerca e all’adozione di un linguaggio scientifico omogeneo, così come di modelli uniformi e comparabili, nonché di temi e concetti che presentino una valenza unificante»[4].
Questa attenzione ai processi di integrazione tra campi del sapere scientifico, insieme a quella attribuita alla pratica della laboriatorialità, è caratteristica non solo del sistema degli istituti tecnici e professionali ma riguarda la totalità del sistema scolastico: recentemente pratiche di rinnovamento della programmazione didattica hanno coinvolto anche la scuola secondaria di primo grado ed il sistema dei licei.
A completamento del quadro di riferimento, utili sono i richiami alle esperienze precedenti il programma di riordino quali le Delivery Unit[5], i progetti Experimenta[6], il Piano Nazionale per le Laure Scientifiche, il Piano ISS – Insegnare Scienze Sperimentali, il M@T.ABEL.
Ed è proprio in tale prospettiva che il progetto “Il Cannocchiale di Galileo” trova la sua ragion d’essere.

Il Cannocchiale di Galileo

La denominazione stessa del progetto ne sottende la finalità. Il riferimento a Galileo Galilei, come perfetta sintesi della cultura scientifico-umanistica dell’epoca, in quanto fisico, astronomo, matematico e filosofo, e al cannocchiale, quale strumento di vaglio dell’evidenza scientifica, e di conseguenza alle due sfere della scienza e della tecnologia, riprende l’intenzionalità espressa nelle Linee Guida, «è indispensabile prevedere una fase sperimentale che guidi e curi, a livello territoriale, la messa in atto di percorsi didattici da testare, verificandone e comparandone i risultati»[7].
Sulla base di tali premesse, il progetto mira allo sviluppo, negli istituti tecnici, professionali e nei licei, delle indicazioni presenti nel documento delle Linee Guida sul tema delle scienze integrate e didattica laboratoriale e quindi alla realizzazione di “nuovi” percorsi didattici funzionali al passaggio, anche culturale, dall’integrazione delle scienze a quella delle scienze con la componente tecnologica, verso un’integrazione disciplinare a 360 gradi.
Per l’avvio del progetto, è stato redatto, per gli istituti coinvolti, un documento volto a fornire alcuni riferimenti teorico-metodologici quali fondamenta dei processi di sperimentazione. Il documento, articolato in diverse sezioni, presenta una prima descrizione dell’impianto teorico in cui si inserisce la sperimentazione, partendo dalla ricostruzione del processo di riordino dell’istruzione tecnica e professionale, passando per una generalizzazione della programmazione coordinata degli insegnamenti scientifici intesa come prospettiva per il sistema scolastico, e giungendo ad esaminare gli elementi di trasversalità nell’insegnamento interdisciplinare (concetti e processi unificanti, organizzatori concettuali, organizzatori cognitivi). Nel dettaglio (Il Cannocchiale di Galileo, Capitolo 4) si presenta la proposta operativa del progetto attraverso l’introduzione del framework dell’integrazione disciplinare che risponde allo scopo di rendere comparabili, classificabili, analizzabili entro un quadro unitario le esperienze progettuali condotte dalle scuole, oltre che di facilitare lo sviluppo delle forme di integrazione e la predisposizione di sistemi di risultati di apprendimento che consentano la capitalizzabilità e cumulabilità degli apprendimenti acquisiti da parte degli allievi. Il framework risulta costituito da una serie di elementi riferibili a tre dimensioni specifiche: le abilità generali, preliminari per l’esercizio delle pratiche scientifiche e tecnologiche; i concetti unificanti trasversali agli ambiti disciplinari; i nuclei essenziali relativi a sei campi del sapere, parte dei quali di ordine strettamente disciplinare (scienze fisiche, chimica e biologia, scienze della terra e astronomia, scienza e tecnologia,) e parte pluridisciplinare (la scienza in prospettiva individuale e sociale, storia e natura della scienza). Vengono presentate, poi, una serie di esemplificazioni circa la possibile applicazione del framework in sede di programmazione coordinata degli insegnamenti in campo scientifico. Infine, si introduce l’approccio inquiry-based di cui si sottolinea la significatività per un rinnovamento dell’insegnamento delle scienze, come si evince dagli studi condotti dall’OCSE e dall’Unione Europea (Il Cannocchiale di Galileo).

Lo stato dell’arte

Una prima fase del progetto ha previsto la realizzazione di alcuni passaggi come: la ricognizione dei documenti prodotti in materia di didattica laboratoriale e scienze integrate (Delivery Unit, Experimenta e di altri progetti), la costituzione della struttura di gestione e l’individuazione dei criteri di riferimento per la stesura del documento teorico di base. Tale fase si è conclusa con l’individuazione delle 42 scuole partecipanti alla produzione e sperimentazione dei percorsi didattici e la condivisione, con idirigenti scolastici e referenti di progetto delle scuole individuate, del documento teorico necessario alla stesura dei contributi richiesti[8]. La seconda fase ha visto la messa a punto delle produzioni da parte delle scuole e la valutazione, da parte del Gruppo Scientifico-Gestionale, dellostato di avanzamento dei progetti.
È partita, poi, la fase di sperimentazione con l’avvio delle comunità di pratica per la realizzazione di attività di confronto e riflessione che ha portato, durante il quarto seminario tecnico, tenutosi a Montecatini Terme il 28-30 novembre, ad un momento di approfondimento con le scuole e con i soggetti esperti presenti. Questo si è concluso con la restituzione dello stato d’avanzamento dei lavori proposti dagli istituti coinvolti, con la condivisione delle riflessioni frutto dei lavori di gruppo organizzati in quell’occasione nonché con l’emergere di alcune comuni necessità come un approfondimento del metodo IBSE e la messa in opera di un cantiere per la valutazione delle competenze.

Lo step successivo, oltre a prevedere una presentazione dello stato dell’arte dei lavori realizzati nell’ambito delle cinque comunità di pratica, si è costituito di due momenti principali: focus sull’approccio IBSE e condivisione di indicazioni e suggerimenti per la documentazione delle esperienze funzionali alla messa a punto del documento finale[9].

Infine, per la fase conclusiva del percorso, grazie all’impiego delle TIC, condivise durante gli incontri seminariali, tra gli output è prevista la restituzione dei progetti in termini di prodotti multimediali.

Il contributo delle scuole

Entro il 14 Settembre 2012, le 42 scuole hanno formalizzato la loro partecipazione tramite la compilazione di una scheda di adesione online (http://deliveryunit.indire.it/), articolata in tre indagini: Indagine 1. Anagrafica Scuola: dati riguardanti elementi identificativi e informativi dell’istituto partecipante; Indagine 2. Collaborazione: informazioni relative al tipo di collaborazione che l’istituto ha instaurato o di cui si avvale per la presentazione del proprio contributo; Indagine 3. Partecipazione: informazioni descrittive sul tipo di contributo dell’istituto proponente ovvero elaborazione di un progetto didattico, realizzazione di un progetto didattico, riflessione scientifica.

Sul totale degli istituti partecipanti, 41 hanno inviato almeno un contributo. Nel dettaglio, sono state raccolte 18 elaborazioni di un progetto didattico: alle scuole, per questo tipo di contributo, è stato richiesto un impegno in termini sia progettuali sia realizzativi e indicazioni, dettagliate, per quanto riguarda il tipo di organizzazione dei percorsi e i livelli di integrazione, le aree di riferimento, le abilità generali connesse alle pratiche scientifico-tecnologiche, le scelte relative al framework di riferimento, l’elemento innovativo del progetto e i risultati attesi; 30 realizzazioni di un progetto didattico ex novo o in prosecuzione di uno già avviato con riferimenti ad indicatori specifici come, oltre a quelli previsti nella proposta di elaborazione: le risorse strumentali/ambientali, l’osservazione e la documentazione di processo, la valutazione delle competenze, il monitoraggio del progetto; 9 riflessioni scientifiche elaborate in riferimento al documento teorico “Il cannocchiale di Galileo” con l’indicazione dell’ambito tematico scelto, l’elemento innovativo della riflessione scientifica e la bibliografia.

Le scuole hanno presentato, in occasione del terzo seminario tecnico (18 settembre 2012, Firenze), un video auto prodotto sulle tematiche di didattica laboratoriale ed integrazione delle scienze illustrativo dei contributi proposti in linea con la richiesta di una maggiore diffusione e applicazione delle TIC (Tecnologie dell’Informazione e della Comunicazione), nonché descrizioni e documenti relativi allo stato di avanzamento dei progetti^{^[10]} in occasione del quarto seminario tecnico (28-30 Novembre 2012, Montecatini Terme).

Tra i contributi raccolti nell’ambito del progetto, si descrivono sinteticamente alcune esperienze esemplificative delle attività proposte sull’integrazione delle scienze:

IIS "Sarrocchi" di Siena – Il razzo, : il progetto prevede lo sviluppo e la realizzazione di un razzo attraverso un’analisi delle variabili tecniche di costruzione e il resoconto delle attività svolte sia nella ricerca di informazioni sia nella realizzazione laboratoriale del prodotto. Lo scopo è quello del raggiungimento delle competenze relative all'asse scientifico tecnologico e in parte di quello matematico attraverso un lavoro pluridisciplinare e di integrazione delle discipline scientifiche.
IIS "S. Pertini" di Alatri – Parco giochi: il progetto prevede la realizzazione di un plastico “parco giochi” attraverso unità di apprendimento che affrontano gli stessi argomenti dalla prospettiva di diverse discipline. Le strategie didattiche usano un approccio costruttivista nella realizzazione di percorsi sequenziali e prevedono le seguenti attività: indagine, problem solving, identificazione di possibili soluzioni, valutazione delle alternative possibili, presentazione delle conclusioni.
ISIS “A. Malignani” di Udine - Che tempo fa? Scopriamolo con la Meteorologia: il progetto propone la realizzazione di un percorso di integrazione disciplinare basato su attività sperimentali che stimoli negli studenti un approccio inquiry based prendendo ad esempio il modello proposto nel documento “Il cannocchiale di Galileo”. La finalità è quella di utilizzare l’attività sperimentale quale metodologia che permetta agli studenti di apprezzare le proprie capacità operative e di percepire la vicinanza del sapere scientifico al mondo reale. Gli studenti saranno coinvolti in attività sul rilevamento delle variabili atmosferiche e l’interpretazione ed utilizzo di tali dati al fine delle previsioni meteorologiche. Per favorire il processo di integrazione tra i saperi scientifici si intende partire da una programmazione che, dall’individuazione degli elementi comuni delle discipline coinvolte, giunge a far convergere visioni, prospettive, metodi.
ITS “Tullio Buzzi” di Prato – L’arazzo tecnologico: il percorso prevede la progettazione e la realizzazione di un “Arazzo tecnologico”, composto da varie parti (tessili, meccaniche, elettriche, chimiche) e realizzato con materiali innovativi. Il progetto offre un percorso laboratoriale ai ragazzi delle classi terze e quarte che dimostrano particolare interesse e attitudini alle attività manuali e tecnico-scientifiche, disponibili a realizzare un “prodotto” di varia natura nei laboratori dell'Istituto. Il solo vincolo è che tale prodotto deve essere riconosciuto come interessante, oltre che dagli alunni, anche da insegnanti, tecnici e dalle imprese presenti sul territorio. A partire da questa esperienza, gli studenti coinvolti, assieme ai loro insegnanti, approfondiranno i contenuti di matematica, chimica, fisica ed elettrotecnica, meccanica e disegno, informatica che emergeranno come importanti per garantire qualità al prodotto realizzato, alla sua presentazione e alla sua utilizzazione.
Liceo Scientifico “Gobetti” di Torino/IIS “Martinetti” di Caluso – Zoomando nella realtà: il progetto propone di sviluppare due argomenti in parallelo ¾le leggi dei gas e il numero di Avogadro¾ a partire da esperienze di laboratorio per il raggiungimento delle seguenti finalità: essere in grado di passare dal macroscopico al microscopico e ipotizzare la struttura di qualcosa di invisibile per giustificarne il comportamento, riconoscere ed utilizzare le leggi dei gas sia con metodo algebrico sia con metodo grafico, risolvere problemi quantitativi utilizzando la mole come unità di misura della quantità di sostanza sia con procedimenti diretti, sia inversi, collaborare fra Istituti diversi via web e avviare un processo di confronto di metodologie didattiche per la costruzione di buone pratiche.

Alla luce di quanto ribadito nelle Linee Guida[11] e in linea con quanto previsto dal framework di riferimento, il percorso di sperimentazione avviato con “Il cannocchiale di Galileo” consente di proporre alcuni esempi di progetti che, nell’ambito dei moduli didattici, hanno facilitato l’integrazione delle scienze e permesso di lavorare sulla “natura delle scienze” tramite un approccio basato sull’inquiry:

ITIS "G. Deledda" di Lecce - Andare oltre: il progetto didattico prevede la costituzione di una comunità di pratiche, composta dai docenti delle scuole in rete che intendono costruire e sperimentare una programmazione didattica integrata, ispirata al framework del “Il cannocchiale di Galileo” per analizzare le discipline scientifiche nelle componenti fondamentali comuni, nelle relazioni di integrazione possibili e in quelle essenziali (scienze-tecnologie), per ridefinire il ruolo di ogni docente nello sviluppo delle competenze scientifiche. La sperimentazione nelle classi consentirà agli allievi di praticare l’indagine scientifica come metodo, avvalendosi anche di ambienti esterni alla scuola. Vi saranno incontri in presenza e un ambiente di discussione online (piattaforma Moodle).
IIS "Patini Liberatore" di Castel di Sangro - Bianc@neve: il progetto prevede, attraverso l'integrazione delle scienze, l’analisi dei fenomeni dell'innevamento artificiale e naturale in un comprensorio di alta montagna che diventa laboratorio vivo nonché "science center". Gli studenti attraverso la metodologia IBSE saranno educati ad acquisire competenze scientifiche, tecnologiche e soprattutto competenze di cittadinanza da poter spendere lungo tutto l'arco della vita. Le finalità del percorso: 1) educare gli studenti ad acquisire una forma mentis orientata alla ricerca: formulare domande, definire problemi, indagare, costruire spiegazioni e progettare soluzioni anche alternative, comunicare i risultati delle ricerche; 2) individuare un gruppo di insegnanti innovativi che coinvolgano i colleghi per pervenire ad una progettualità condivisa che porti ad una seria riflessione sulla conoscenza dei processi di insegnamento; 3) far maturare figure di docenti ricercatori per permettere attraverso la didattica di acquisire risultati concreti, impossibili da raggiungere con la ricerca teorica.

Come si evince dagli esempi riportati, la realizzazione dell’integrazione delle scienze necessita di un percorso graduale all’interno del quale siano contestualmente centrali l’attenzione alla formazione dei docenti e la messa in pratica di interventi mirati ad un’attività di sistema e funzionali alle modalità di apprendimento degli studenti. Diventa quindi indispensabile una fase sperimentale in cui, a livello sia nazionale sia locale, la scuola operi in termini di orientamento e promozione per la realizzazione di percorsi didattici coerenti con l’approccio volto all’integrazione delle scienze, nonché di riflessione e valutazione dei risultati raggiunti.

Per ulteriori approfondimenti e aggiornamenti del progetto “Il Cannocchiale di Galileo” è possibile consultare il sito internet.

[1]Commissione Europea (2011): L’insegnamento delle scienze in Europa: politiche nazionali, pratiche e ricerca, Eurydice.

[2]Osborne J., Dillon J. (a cura di) (2008), Science Education in Europe: Critical Reflections, Nuffield Fondation http://www.nuffieldfoundation.org/science-education-europe.

[3]PROFILES (Professional Reflection-Oriented Focus on Inquiry Learning and Education through Science) è un progetto finanziato dal FP7 della Commissione europea, costituito da un consorzio di 21 istituzioni partner provenienti da 19 paesi diversi e coordinato dalla divisione of Chemistry Education of the FU Berlin.http://www.profiles.univpm.it/.

[4]Linee Guida per il passaggio al nuovo ordinamento - D.P.R. 15 marzo 2010, articolo 8, comma 3 (Istituti Tecnici) e comma 6 (Istituti Professionali).

[5]Con decreto MIUR, AOOUFGAB/2081/GM, 6/03/2009 è stata costituita una “Unità di consegna” dell’innovazione, denominata Delivery Unit Nazionale per attuare sperimentalmente le principali innovazioni organizzative, metodologiche e didattiche previste dal riordino degli istituti tecnici, nell’anno scolastico 2009/2010; nate per supportare il riordino degli istituti tecnici si sono ampliate anche ai professionali e ai licei.

[6]F. Rocca, N. Vittorio (a cura di) (2011), EXPERIMENTA. Pensare e fare scienza: «Il progetto EXPERIMENTA, promosso dalla Direzione generale per gli Ordinamenti Scolastici e per l’Autonomia Scolastica con il concorso del Comitato per lo Sviluppo della Cultura Scientifica e Tecnologica del MIUR, mira ad aumentare negli studenti la consapevolezza nel maneggiare il metodo scientifico grazie all’esercizio di un ruolo attivo nel processo di apprendimento».

^{^[7]}Linee Guida per il passaggio al nuovo ordinamento - D.P.R. 15 marzo 2010, articolo 8, comma 3 (Istituti Tecnici) e comma 6 (Istituti Professionali).

[8]De Toni F., Dordit L. (a cura di) (2012), Il cannocchiale di Galileo. Integrazione delle scienze e didattica laboratoriale. Quadro concettuale.

[9]Per la consultazione del materiale prodotto nelle varie fasi del progetto è possibile consultare la pagina, nel dettaglio di ciascun seminario tecnico.

[10]I video, i progetti e i documenti relativi allo stato d’avanzamento sono consultabili nella comunità di pratica de “Il Cannocchiale di Galileo”. Necessario il login.

[11]Linee Guida per il passaggio al nuovo ordinamento - D.P.R. 15 marzo 2010 (Istituti Tecnici): «Per ottenere una reale competenza scientifica, gli studenti hanno bisogno ridisporre dello spazio di tempo necessario per costruire il proprio bagaglio intellettuale attraverso domande, scambio di idee con altri studenti, esperienze in laboratorio e problemi da risolvere. Tale approccio, mentre può risultare particolarmente motivante per gli allievi, riserva un ruolo fondamentale all’insegnante, che seleziona e adatta i contenuti e le strategie didattiche ai fabbisogni degli allievi in base al tempo disponibile. Va da sé, che la qualità dell’atto educativo non si misura con la larghezza del curricolo proposto ma con la profondità dei concetti affrontati e anche gli errori commessi dagli studenti durante il processo d’apprendimento forniscono preziose informazioni per la scelta di ulteriori e/o diversificati interventi didattici, finalizzati anche all'attività di sostegno e di recupero».

Editing a cura di Francesco Vettori, redazione Indire.