Analisi qualitativa degli apprendimenti test strumenti e metodi

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 Analisi qualitativa degli apprendimenti: test, strumenti e metodi. Predisposizione di tutorial e strumenti

Analisi qualitativa degli apprendimenti: test, strumenti e metodi. Predisposizione di tutorial e strumenti di monitoraggio degli apprendimenti. Marisa Michelini, Alberto Stefanel marisa. [email protected] it, alberto. [email protected] it 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

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

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

• · 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

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

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

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 • ·

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 M. Michelini - A. Stefanel (URDF) Valutazione

PPS (MM ? ) 31 marzo 2016 M. Michelini - A. Stefanel (URDF) Valutazione Qualitativa 9

Maloney D. P. (2011) An Overview of Physics Education Research on Problem Solvingedited by

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_reviews/volume 2. 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 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. Mac. Gregor, “Human Performance on Insight Problem Solving: A Review, ” J. Prob. Solv. 3, 119 -150 (2011). 31 marzo 2016 M. Michelini - A. Stefanel (URDF) Valutazione Qualitativa 10

A. H. Johnstone, “Introduction” in Creative Problem Solving in Chemistry, C. Wood and R.

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 M. Michelini - A. Stefanel (URDF) Valutazione Qualitativa 11

Jonassen (D. H. Jonassen, “Toward a Design Theory of Problem Solving, ” Ed. Tech.

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 12

(D. H. Jonassen, “Toward a Design Theory of Problem Solving, ” Ed. Tech. Res.

(D. H. Jonassen, “Toward a Design Theory of Problem Solving, ” Ed. Tech. Res. Devel. 48 (4), 63 -85 (2000). 31 marzo 2016 M. Michelini - A. Stefanel (URDF) Valutazione Qualitativa 13

Da aggiungere (AS) Esempi esercizi/problemi di Maloney 31 marzo 2016 M. Michelini - A.

Da aggiungere (AS) Esempi esercizi/problemi di Maloney 31 marzo 2016 M. Michelini - A. Stefanel (URDF) Valutazione Qualitativa 14

Come valutare l’apprendimento degli studenti? 31 marzo 2016 M. Michelini - A. Stefanel (URDF)

Come valutare l’apprendimento degli studenti? 31 marzo 2016 M. Michelini - A. Stefanel (URDF) Valutazione Qualitativa 15

L. Mc. Dermott (2010) Physics education research: The key to student learning and teacher

L. Mc. Dermott (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. Mc. Dermott (2010) Physics education research: The key to student learning and

From L. Mc. Dermott (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. Mc. Dermott (2010) Physics education research: The key to student learning and

From L. Mc. Dermott (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 Mc. Dermott 2010 Instruction at pilot sites 18 31 marzo 2016 M. Michelini - A. Stefanel (URDF) Valutazione Qualitativa

Nella prospettiva del Mc. Dermott PERG WU Porre specifiche domande nel pre-post test per

Nella prospettiva del Mc. Dermott 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 M. Michelini - A. Stefanel (URDF) Valutazione Qualitativa 19

V 1 = V 2 = V 3 = V 4 = V 5

V 1 = V 2 = V 3 = V 4 = V 5 1 2 3 4 Cubi di uguale volume e masse crescenti 5 M 1 < M 2 < M 3 < M 4 < M 5 Come si disporranno quando verranno gettati in acqua? From Loverude, Heron, Kautz, AJP 2010 2 5 31 marzo 2016 M. Michelini - A. Stefanel (URDF) Valutazione Qualitativa 20

31 marzo 2016 M. Michelini - A. Stefanel (URDF) Valutazione Qualitativa 21

31 marzo 2016 M. Michelini - A. Stefanel (URDF) Valutazione Qualitativa 21

From Loverude, Heron, Kautz, AJP 2010 Risposte al quesito precedente, sottendono l’idea che: la

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. Q 1. Ordinare le spinte idrostatiche agenti su ciascun blocchetto dalla maggiore alla minore. Se le forze idrostatiche sono uguali indicarlo esplicitamente. Spiegare Q 2. Ordinare la tensione in ogni cordicella dalla più grande alla più piccola. Spiegare. Domanda aperta a risposta chiusa/aperta Q 1’: Confrontare le spinte idrostatiche agenti su A e su B Q 1’’: Confrontare le spinte idrostatiche agenti su A e su C Q 1’’’: 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

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. Q 1. Ordinare le spinte idrostatiche FA, FB, FC agenti su ciascun blocchetto dalla maggiore alla minore. Se le forze idrostatiche sono uguali indicarlo esplicitamente. Spiegare Q 2. Ordinare la tensione in ogni cordicella (TA, TB, TC) dalla più grande alla più piccola. Spiegare. R 1. 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 R 2. 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

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. Q 1. 1 Confronta le spinte idrostatiche su A e su B. Spiegare. FA>FB FA=FB FA<FB Q 1. 2. Confronta le spinte idrostatiche su A e su C. Spiegare. FA>FC FA=FC FA<FC Q 1. 3. Confronta le spinte idrostatiche su B e C. Spiegare. FB>FC FB=FC FB<FC Q 2. 1 Confronta le tensioni delle cordicelle che sorreggono A e B (spiega): TA>TB TA=FB TA<TB Q 2. 2 Confronta le tensioni delle cordicelle che sorreggono A e C (spiega): TA>TC TA=TC TA<TC Q 2. 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

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. 25

31 marzo 2016 M. Michelini - A. Stefanel (URDF) Valutazione Qualitativa 26

31 marzo 2016 M. Michelini - A. Stefanel (URDF) Valutazione Qualitativa 26

31 marzo 2016 M. Michelini - A. Stefanel (URDF) Valutazione Qualitativa 27

31 marzo 2016 M. Michelini - A. Stefanel (URDF) Valutazione Qualitativa 27

31 marzo 2016 M. Michelini - A. Stefanel (URDF) Valutazione Qualitativa 28

31 marzo 2016 M. Michelini - A. Stefanel (URDF) Valutazione Qualitativa 28

31 marzo 2016 M. Michelini - A. Stefanel (URDF) Valutazione Qualitativa 29

31 marzo 2016 M. Michelini - A. Stefanel (URDF) Valutazione Qualitativa 29

Da Besson 2001 31 marzo 2016 M. Michelini - A. Stefanel (URDF) Valutazione Qualitativa

Da Besson 2001 31 marzo 2016 M. Michelini - A. Stefanel (URDF) Valutazione Qualitativa 30

From Loverude, Heron, Kautz, AJP 2010 Principio di Pascal (C) BT (N 1 =

From Loverude, Heron, Kautz, AJP 2010 Principio di Pascal (C) BT (N 1 = 46) AGNV (N 2 =158) 4% NA 21% TOT (204) n 32 84 % 70 53 116 57 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 Agr. Bio sinistro…. PJ>PK) 31

La forza idrostatica vuoto La lampadina e il blocchetto di metallo sono in equilibrio

La forza idrostatica vuoto La lampadina e il blocchetto di metallo sono in equilibrio (in air) 31 marzo 2016 Alla pompa a vuoto 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

La forza idrostatica vuoto Lampadina e blocchetto in equilibrio in aria vuoto To the vacuum pomp B) La balancia ruota verso il blocchetto? To the vacuum pomp 31 marzo 2016 A) Rimangono in equilibrio vuoto 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

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? 31 marzo 2016 M. Michelini - A. Stefanel (URDF) Valutazione Qualitativa 34

Un bombardiere vola a 700 -800 km/h. Sgancia le bombe. Quale foto riproduce correttamente

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 35

SI! a) b) No! le bombe non possono avere velocità superiore a quella dell’aereo

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 36

Immagine reperibile all’indirizzo: 31 marzo 2016 http: //it. wikipedia. org/wiki/Immagine: Boeing_B-52_dropping_bombs. jpg M. Michelini

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 37

Valutare l’apprendimento nella prospettiva del gruppo di Di Sessa (A Di Sessa (2004) Attributing

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

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 39

Valutare l’apprendimento nella prospettiva del gruppo di Di Sessa (A Di Sessa (2004) Attributing

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 sul percussore e la F’ che il Valutazione Qualitativa percussore esercita sulla campana.

A) É il magnete ad attrarre la moneta? B) È la moneta ad attrarre

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

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

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?

Q 3. Quando una goccia di pioggia cade su un insetto come un moscerino,

Q 3. 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 Q 8. Una cassa di massa M=30 kg, viene lanciata su un pavimento orizzontale e scabro con velocità v = 1, 00 m/s. Essa si ferma dopo 1, 20 m. 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 44

Questionario sull’energia Q 1. Che cosa sai sull’energia? Q 2. Ci sono cose che

Questionario sull’energia Q 1. Che cosa sai sull’energia? Q 2. Ci sono cose che FANNO energia? Q 3. Ci sono cose che HANNO energia? Q 4. L’energia si conserva? Spiega la risposta, precisando cosa vuol dire CONSERVARSI o NON CONSERVARSI Q 5. L’energia si trasforma? Spiega la risposta e fai 2 esempi Q 6. L’energia si perde? Spiega la risposta e fai due esempi Q 7. Quali tipi di energia conosci? Q 8. L’energia si trasferisce? Spiega la risposta e fai 2 esempi Q 9. 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. Q 1. Che cosa

(N=103) Nella messa a punto del MIF: prima della formazione. Q 1. 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. Q 1. Che cosa

(N=103) Nella messa a punto del MIF: prima della formazione. Q 1. 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. Q 1 Che cosa

(N=103) Nella messa a punto del MIF: prima della formazione. Q 1 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

In questo studio Risposte al questionario al termine della I parte della formazione Risposte: Criteri per identificare il concetto di energia: Ø 60% - 3 criteri Ø 30% - 2 criteri Ø 10% - 1 criteri

Risposte al questionario al termine della I parte del MIF Q 1 Che cosa

Risposte al questionario al termine della I parte del MIF Q 1 Che cosa sai sull’energia Risposte: Criteri di identificazione: Ø 60% - 3 criteri Ø 30% - 2 criteri Ø 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 Q 1 Ci sono cose che fanno Risposte al termine prima

Risposte nell’esame finale Q 1 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: Ø 80% - 3 -4 criteri Ø 20% - 2 criteri

Risposte al termine della prima pate del MIF Q 2. Ci sono cose che

Risposte al termine della prima pate del MIF Q 2. Ci sono cose che fanno energia? NO fenomeni YES sistemi Grandezze fisiche

Risposte nell’esame finale Q 2. Ci sono cose che fanno energia? Nell’esame finale, al

Risposte nell’esame finale Q 2. Ci sono cose che fanno energia? Nell’esame finale, al termine del MIF Al termine della prima fase

Q 4. L’energia si conserva? Spiega la risposta, precisando cosa vuol dire CONSERVARSI o

Q 4. 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/

Q 4. L’energia si conserva? Spiega la risposta, precisando cosa vuol dire CONSERVARSI o

Q 4. 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/

Q 4. L’energia si conserva? Spiega la risposta, precisando cosa vuol dire CONSERVARSI o

Q 4. 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/

Q 4. L’energia si conserva? Spiega la risposta, precisando cosa vuol dire CONSERVARSI o

Q 4. 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/

Q 5. L’energia si trasforma? Spiega la risposta e fai 2 esempi • Da

Q 5. 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 in totale) musculare si trasforma in movemento”) (20) • 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 in Physics Education, University of Udine - www. fisica. uniud. it/URDF/ No 3 – “L’energia è usata per fare qualcosa d’altro”; NA (5)

Esempio 1: Valutazione dell’apprendimento con pre/post test Domande aspetti su cui si sono avute

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

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):

Dalle nostre ricerche (Michelini 2012) emerge la seguente struttura per lo sviluppo professionale (PD): - Integrazione dei tre modelli per la formazione insegnanti: Ø Multiprospettiva Metaculturale (costruzione culturale, visione organica sui piani disciplinare e didattico sui contenuti principali) Ø Experienziale (coinvolgimento nell’esplorazione di percorsi didattici basati sulla ricerca sviluppati attraverso esperimenti, giochi ed utilizzando tutorial validati da ricerche empiriche ric azione) Ø 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:

In questa prospettiva, nel contesto del progetto «Adotta scienza e arte nella primaria» (http: //www. esplica. it/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.

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 Ø «Che cosa ho imparato» : v Prospettiva storica v

IV fase di RIFLESSIONE Ø «Che cosa ho imparato» : v Prospettiva storica v Prospettiva dei Contenuti v Prospettiva Didattica Ø Nodi del test PCK: ü Analisi dei contenuti ü Insegnabilità di quesiti/situazioni Ø 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: A

Linee guida per la progettazione delle attività didattiche con i ragazzi: A) Studenti: A 1) Ricerca libera di rappresentazioni (foto, immagini…) in cui compaiono phenomeni della luce; A 2) 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

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 A 1

Analisi dei progetti didattici: Rubrica dei Concetti A. Propagazione Rettilinea e conseguenze A 1 – Propagazione Rettilinea A 2 – Formazione delle ombre B. fenomeni/processi di propagazione B 1 - Riflessione B 2 - Diffusione B 3 - Rifrazione B 4 - Intersezione/sovrapposizione di raggi senza interazione B 5 – Trasmissione B 6 – Diffrazione C. Fenomeni/processi interazione Luce -materia C 1 – Fenomeni di Interazione Lucemateria C 2 - Assorbimento C 3 – Dispersione C 4 - Colori (formazione dei colori) D. Oggetti/apparati ottici D 1 – Sorgenti di Luce D 2 – Corpi trasparenti, opachi, traslucidi D 3 - lenti, specchi 67

Analisi dei progetti didattici: Rubrica dei Concetti E. Formazione Immagini G. Natura della luce

Analisi dei progetti didattici: Rubrica dei Concetti E. Formazione Immagini G. Natura della luce E 1 – Meccanismo Visione G 1 – Modelli sulla luce E 2 - Formazione e simmetria delle G 2 - Onde immagini riflesse da uno G 3 - Raggi specchio piano E 3 – Formazione immagine da lente H. Costrutti Formali, leggi, principi H 1 –Cammino Ottico F. Proprietà della luce H 2 - Principio di Fermat F 1 – Luce come entità separata dalla H 3 – Legge della Riflessione (angolo inc. sorgente/concetto di luce =angolo rifl) F 2 - Intensità (riduzione quando H 4 – Legge Rifrazione (Cartesio-Snell) viene trasmessa attraverso un H 5 – Legge delle lenti sottili (punti mezzo) coniugati) 68

Domande di Ricerca specifiche RQ 1 a: Delle multiprospettive dalla formazione, quali prospettive e

Domande di Ricerca specifiche RQ 1 a: Delle multiprospettive dalla formazione, quali prospettive e aspetti sono risonanti nei progetti degli insegnanti? RQ 1 b: Quali aspetti vengono «arruolati» nella pratica? Come? RQ 2 a: Quale ruolo formativo hanno i nodi concettuali? RQ 2 b: Quale ricaduta ha un PCK questionario? RQ 3: 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

FIM – Fase Metaculturale - Problematizzazione (Stimoli Problematici) focalizzata sulla fenomenologia inquadrata in un percorso storico: - Integrazione di diverse prospettive: Ø Aspetti didattici, principlmente riguardanti i fenomeni di propagazione della luce discusse in termini di attività per i bambini Ø Aspetti Culturali Ø Teorie, modelli, spiegazioni e interpretazioni Ø Aspetti quotidiani, artistici e sperimentali 70

Prospettive offerte nel seminario metaculturale 1. Natura della luce: rappresentazione artistica, atomisti (eidola), raggi

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

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 Fenomeni Applicationi Natura della luce 1. Separation light-darkness (Sistine Chapel)

Aspetti Geometrici e formali Fenomeni Applicationi Natura della luce 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. . ) 10. Reconstruction optical paths in the smoke box 14. Fermat, Descartes and the laws of refraction 15. The light-matter interaction phenomena: reflection, refraction, diffusion, absorption 9. Educational explorations with candle and sheets + smokebox 13. Refraction 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) 24. Symmetries in reflection 25. Applet image reconstruction reflected 29. Light sources 26. Applications of reflection 28. Refraction and lenses 22. Reflections and refractions in nature and in experiments 23. Analysis of the physical characteristics of the reflection 27. Experiments and analysis of the 73 characteristics of refraction

Analisi dei progetti didattici messi a punto dagli insegnanti 25 insegnanti in servizio: §

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)

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

Contenuti inclusi nei progetti degli insegnanti (N=25) 76

Aspetti inclusi piùdi frequente nei progetti A 1. Propagazione rettiline B 1. fenomeno della

Aspetti inclusi piùdi frequente nei progetti A 1. Propagazione rettiline B 1. fenomeno della riflessione Contenuti inclusi nei progetti degli insegnanti (N=25) B 3. fenomeno della rifrazione E 1. Meccanismo della visione D 2. Oggetti trasparenti, opachi, traslucidi C 1: Fenomeni di interazione luce. materia 77

Tipici punti di partenza Contenuti inclusi nei progetti degli insegnanti (N=25)E 1. Meccanismo della

Tipici punti di partenza Contenuti inclusi nei progetti degli insegnanti (N=25)E 1. Meccanismo della visione D 1. l. Sorgenti di luce A 1. Propagazione rettilinea A 2 Formazione ombre 78

Contenuti fisici Esperimenti didattici proposti 79

Contenuti fisici Esperimenti didattici proposti 79

Contenuti fisici Esperimenti didattici proposti La camera a fumo Il fascio di luce passa

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

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

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 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 le ombre, la riflessione e la rifrazione) 0 o 1 20 and 7 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