Storia della Scienza per la formazione insegnanti alla

Storia della Scienza per la formazione insegnanti alla didattica scientifica nella scuola primaria Alberto Stefanel, Sara Santi Unità di Ricerca in Didattica della Fisica Università degli Studi di Udine

La formazione scientifica degli insegnanti di primaria richiede l’integrazione di dimensioni diverse affinché essi si approprino di contenuti e proposte didattiche attive, efficaci per l’apprendimento. La PCK di Shulman (1986) come la MRE di Duit (2006) evidenziano secondo prospettive diverse che la storia della scienza è una di tali dimensioni.

Nel Cd. S in Scienze della Formazione Primaria dell’Università di Udine progettato e sperimentato un insegnamento di Storia della Scienza (25 u. o. – 3, 5 cfu; tenuto al IV anno di corso) Ø focalizzato sui contesti storici in cui sono nate le discipline scientifiche Ø impostato con attività laboratoriali imperniate sui contributi alla formazione insegnanti della Storia della Scienza a. a. 2010/11: a. a. 2011/12: a. a. 2012/13: a. a. 2013/14: 32 (14 freq. ) 28 (10 freq. ) 41 (16 freq. ) 40 (09 freq. ) 140 (49 freq)

Storia della scienza e formazione insegnanti Vi è un ampio consenso rispetto al ruolo che la Storia della Scienza può giocare nella formazione insegnanti Matthews, M. (1994); Bevilacqua et al. (2012) http: //ppp. unipv. it/Pages. IT/Storia. Scienza Galili I. and Hazan A. (2000) Ianniello M. G. , Vicentini M. (1996), Shullman 1986 National Research Council. (2005). How students learn: History, mathematics, and science in the classroom. Committee on how people learn. A targeted report for teachers. In M. S. Donovan, & J. D. Bransford (Eds. ), Division of Behavioral and Social Sciences and Education. Washington, DC: National Academies Duit R (2009) Bibliography “STCSE“ Full Version March 2007, http: //www. ipn. unikiel. de/aktuell/stcse. html) Shulman, L. S. (1987) Knowledge and teaching: Foundations of the new reform. Harvard Educational Review, 57, 1, 1 -21.

Storia della scienza e formazione insegnanti A) Formazione della competenza sui contenuti, per: - una migliore comprensione di concetti e metodi scientifici (Matthews 1994) [una teoria scientifica può essere compresa se il suo sviluppo storico è compreso (Galili, Hazan 2001)] - valore culturale-intellettuale della disciplina - comprensione della natura della scienza; (Matthews, M. 2007; Galini 2001; Tasar, M. F. (2003). Teaching history and the nature of science in science teacher education programs. Pamukkale Universitesi Egitim Fakultesi Dergisi, 7 (1), 30 -42. ) [la scienza: presenta una costruzione intellettuale che sintetizza pensiero ed esperienza riguardo alla natura; è fallibile e non fornisce verità assolute; è storicamente condizionata dall'attività intellettuale]

Storia della scienza e formazione insegnanti B) Costruzione delle PCK (Shulman 1987) nella prospettiva indicata dalla MER - Model of Educational Reconstruction di Duit (2007) - Collegamento tra lo sviluppo del pensiero individuale con lo sviluppo di idee scientifiche (Matthews 1994) - Idee spontanee e concezioni storiche (Galili, Hazan 2001, Matthews, M. 2007; Galili 2001; Taşar, M. F. (2009). In The International History, Philosophy, and ST Group Biennial Meeting, University of Notre Dame, South Bend) Libri di testo: “Practically without exception, science texts are simply not written with the intent to convey any of the latter type information on the context of discovery (MONK M. , OSBORNE J. (1997) Placing the History and Philosophy of Science on the Curriculum: A Model for the Development of Pedagogy, Science Education, V. 81 (4), 405– 424, July 1997)

Storia della scienza e formazione insegnanti C) Strategie didattiche basate su storia della scienza - Riproduzione degli esperimenti storici - Familiarità con i testi originali (come appendici/integrazioni in materiali didattici); - Contenuti HPS (History and Phylosophy of Science), incorporati seppure in forma episodica sotto forma di storie e aneddoti che possiedono valore istruttivo; - Contenuti HPS come parte integrante del materiale didattico e per l’apprendimento, costruito per l'intero corso (D. M. E. Fauque (2007) Introduire la dimension historique au collège en France, Rev. of Sci. , Math. and ICT Education, 1(2), 5 -39). - Riferimenti storici a inventori e scopritori, che hanno un valore di alfabetizzazione culturale (da Galili, Hazan 2001)

Storia della scienza e formazione insegnanti C) Strategie didattiche basate su storia della scienza - Riflessione critica sui contesti storicamente problematici, i nodi concettuali, le alternative teoriche nei passaggi cruciali dello sviluppo storico della Scienza (Michelini et al. 1999; Ghirardi 2004; Robotti 2011) - Inclusione della scienza nei corsi standard di argomenti di un normale programma di studi. {Es: Differenza più marcata: parallela esposizione della crescita nella comprensione dei concetti, intessuta di discussioni circa la natura e il comportamento della luce a partire dalle concezioni storiche su di essa (da Galili, Hazan 2001)}.

Storia della scienza e didattica Altri possibili ruoli della storia della scienza nell’insegnamento: • Contrastare lo scientismo (comune soprattutto nella quotidianità) e il dogmatismo (comune soprattutto nella didattica scientifica) • Integrazione scienza e altre materie, riduzione del formalismo; • Presentazione della natura integrata e interdipendente dei progressi scientifici e tecnici in una visione integrata dell’evoluzione culturale dell’uomo Matthews, M. : 1994, ‘Science Teaching: The Role of History and Philosophy of Science’, Routledge, New-York, p. 50 v Evitare di insegnare luoghi comuni sulle idee storiche, ovvero riconoscerli e modificarli v Riconoscere le idee storiche nei luoghi comuni

Storia della scienza e didattica Aspetti critici: - incompatibilità della didattica scientifica e storia [Galini, Hazan 2001] - Sovrapposizione incoerente di idee superate e idee scientificamente accettate (Zollman 2000) - Time-spending - Differenze di impostazioni e strategie, nella ricerca storica e in quella scientifica

L’insegnamento di Storia della Scienza in Sd. F- UNIUD per futuri insegnanti di scuola primaria (25 u. o. ) OBIETTIVI - panorama storico-disciplinare dei nodi concettuali affrontati alla nascita di: fisica, astronomia, biologia/medicina/scienze della natura e della terra, matematica - riflessione sulla natura della scienza e sugli statuti epistemici delle discipline; - avere esperienza delle diverse valenze della Storia della Scienza nella Didattica Scientifica e nella formazione degli insegnanti di scuola primaria - Riflettere sul ruolo che lo studio della Storia della Scienza può giocare nella formazione insegnanti, piuttosto che sul suo uso esplicito nella didattica (criticità: (Galili, Hazan 2001; Zollman 2000) - Riferimento specifico a fonti (siano esse primarie o secondarie) controllate

L’insegnamento di Storia della scienza per futuri insegnanti di scuola primaria (25 u. o. ) Integrazione attività: - Metaculturali Ølezioni frontali Ø sia dialogate - Esperienziali: Ø Effettuazione di esperimenti che riproducono esperimenti storici Ø Analisi di esperimenti storici e modalità di utilizzo in didattica Ø Lettura di brani scelti di testi originali interessanti perché proponibili anche in classe come oggetti di attività didattiche o come occasione per riflettere sulla natura e i metodi della scienza Ø discussione e confronto in gruppi di lavoro su come utilizzare la Storia della Scienza nella didattica, sulla visione della scienza, sull'analisi di nodi concettuali in chiave storica

L’insegnamento di Storia della scienza per futuri insegnanti di scuola primaria (25 u. o. ) CONTENUTI Parte A. Storia della Scienza e didattica della scienza e ruolo della Storia della Scienza nella formazione degli insegnanti e nella didattica (Matthews 1994, Galili, Hazan 2001, Zollman 2000) relazione tra Storia della Scienza e didattica scientifica modalità con cui la Storia della Scienza viene utilizzata nella didattica scientifica (ruolo per l'apprendimento e per la formazione degli insegnanti; costruzione di PCK (Shullman 1986, 1987); competenze nella progettazione didattica secondo le linee della MER (Duit 2006). Si è privilegiata la riflessione critica sui contesti storicamente problematici, i nodi concettuali, le alternative teoriche nei passaggi cruciali dello sviluppo storico della Scienza (Michelini et al. 1999; Ghirardi 2004; Robotti 2011). La discussione dei nodi storici relativi alla tematica affrontata e le idee che su tali temi si sono storicamente sviluppate, far acquisire agli studenti la competenza nel riconoscere i ragionamenti alla base delle idee spontanee degli studenti, trarre suggerimenti su come superarle (Galili, Hazan 2001; Matthews 2007; Galili 2001; Taşar, 2009).

L’insegnamento di Storia della scienza per futuri insegnanti di scuola primaria (25 u. o. ) natura integrata e interdipendente dei progressi scientifici e tecnologici, visione integrata dell'evoluzione culturale dell'uomo; aspetti che possono essere affrontati con semplici formalismi (proporzioni, costruzioni geometriche, semplici algoritmi aritmetici) per entrare nelle modalità di ragionamento e/o lavoro dei soggetti trattati, sia per fornire strumenti utili per una didattica sui temi trattati che potesse trarre efficace spunto dalla Storia della Scienza. Problematicità di idee e teorie oggi comunemente date per scontate (come ad esempio la natura atomica della materia, l'esistenza dei costituenti ultimi della materia, l'evoluzionismo) siano conquiste scientifiche molto recenti e fortemente contrastate prima della loro affermazione e accettazione da parte delle comunità scientifiche.

L’insegnamento di Storia della scienza per futuri insegnanti di scuola primaria (25 u. o. ) Parte B. excursus sul dibattito epistemologico di inizio XX secolo Strumenti di lettura del processo di sviluppo storico della scienza Il problema del criterio di demarcazione Ø Attività laboratoriale suddivisa in due parti. v Parte I: commentare frasi che traducevano le diverse concezioni su che cosa sia la scienza e il discorso scientifico v Parte II: progettare un esperimento di tipo verificazionista e uno di tipo falsificazionista in merito a due questioni: Ø velocità di caduta dei gravi Ø presenza di almeno una consistente parte di acqua in qualsiasi liquido.

L’insegnamento di Storia della scienza per futuri insegnanti di scuola primaria (25 u. o. ) Parte C. Analisi della filosofia naturale greca come anello di congiunzione tra premessa metodologica e discussione dei passaggi cruciali della nascita delle teorie scientifiche. confronto tra le concezioni (concezioni sul moto, la struttura della materia, l'astronomia, i viventi dei filosofi greci dai presocratici sino al periodo alessandrino) e le idee di senso comune dei bambini come emergono dalla letteratura sui processi di apprendimento e analisi dell'origine di tali concezioni principali contributi della filosofia naturale greca alle concezioni scientifiche moderne e alla costruzione dei metodi scientifici; selezione di significativi esempi di attività sperimentali, problemi, metodi di lavoro ancora oggi validi e in particolare utili per la didattica, in particolare nella scuola di base. Alcuni aspetti sono stati approfonditi particolarmente: • le concezioni sui costituenti ultimi della materia; • le concezioni sul moto e in particolare le antinomie di Zenone sul moto; • la teoria delle cause del moto in Aristotele; • la visione del mondo e le concezioni astronomiche; • l’astronomia sperimentale; • la fondazione della geometria piana; • il ruolo della matematica in Pitagora e Platone.

L’insegnamento di Storia della scienza per futuri insegnanti di scuola primaria (25 u. o. ) Parte D. La nascita della scienza moderna: dalla rivoluzione Galileiana alla sintesi Newtoniana. . Passaggio tra filosofia naturale e scienza moderna (moto e forza) Critiche sulle concezioni di tipo aristotelico sul moto (Marton College; terministi parigini – Oresme Galilei: figura, ruolo, contributo, modo di argomentare di Galilei; il ruolo dell'esperimento) I principali aspetti che hanno permesso di delineare la rivoluzione scientifica che ha portato alla nascita della scienza moderna e al suo strutturarsi in scienza normale, sono stati la fondazione del meccanicismo di Cartesio, i contributi di Huygens e di Leibniz e la sintesi di Newton. analizzati “Philosophiae naturalis Principia matematica” di Newton in merito alla struttura generale, rapportandoli sia agli elementi di Euclide sia all'altra grande opera di Newton, “Optics” - ruolo delle forze impulsive nella formulazione dei principia e ruolo della matematica nello sviluppo dell'opera. Parte E. Dalla classificazione dei viventi alla nascita della biologia e medicina sperimentale Parte F. La geologia e il problema del tempo geologico Parte G. Sistemi di numerazione e metodi di calcolo nella storia.

Portfolio A. Approfondimento scritto su un tema definito con il docente B. Quaderno dell'insegnante. Il riepilogo dei temi trattati a lezione , con spunti e riflessioni didattiche. C. Questionario A su: - «Il contributo del corso alla professionalità docente» (parte A) - il «PCK su storia della scienza» (parte B) D. Questionario B su storia della scienza e NOS nza e t e mp a del o c La gogic Questionari eda nuto p re ni onte Il sape gnante c o i s se ifles r dell’in e nti dattica u i p m S di ei te d a o l g o r l pe ne e Riepi o i z e l ia gli trattat ndimenti su ti fo appro ia via indica iv aspett

Questionario A. Parte A): • • • obiettivi di questo corso? Attività? modalità di lavoro? (Come? ); Contenuti? (Su cosa? ); come contribuisce un corso su Storia della Scienza alla formazione della professionalità insegnante per l'educazione scientifica?

Il questionario Parte B -PCK 7 quesiti: propongono simulazioni di contesto classe che esplorano nodi concettuali dei principali ambiti tematici sviluppati. Ø Cinque propongono frasi o concezioni tipiche di studenti che richiamano concezioni storiche (sfericità della Terra e viaggi Colombo; liquidi e solidi; natura atomica della materia; Evoluzionismo secondo Lamarck e creazionismo; moto del proiettile), : Si richiede di commentarle per fare emergere il punto di vista del corsista Indicare con quali concezioni storiche esse risuonano come poter affrontare i nodi d'apprendimento sottesi alle affermazioni degli studenti spunti didattici relativi alla Storia della Scienza su questo punto. Ø Un quesito: natura della scoperta scientifica (da una frase di Galilei): commentarla e collegandola ad altre concezioni precedenti Ø Un quesito: argomentazioni storiche a supporto della relatività del moto

Questionario A.

Da Matthews Michael (2007) Science Education and the Scientific Revolution: a way to learn about Science, REVIEW OF SCIENCE, MATHEMATICS and ICT EDUCATION, 1(1), 49 -61

Questionario proposto come pre-test Le risposte discusse in gruppo per costruire risposte di gruppo Questionario incluso nel portfolio da consegnare alla fine del corso.

Attività di Laboratorio sperimentale basate su esperimenti storici: il piano inclinato «di Galilei» coi campanelli e la legge dei numeri dispari

Attività di Laboratorio sperimentale basate su esperimenti storici: il piano inclinato «di Galilei» coi campanelli e la legge dei numeri dispari

Analisi pre test (N=49): Q 1 obiettivi corso Formazione su didattica Form. su Form. culturale su storia e natura della con. scienza Cat Tot Descrizione Formare «cultura generale relativa ai principali fatti storici che hanno caratterizzato la scienza e il suo sviluppo” 58 % formazione culturale dell’insegnante su sto-sci, natura Capire quanto le condizioni socio-economiche-politiche-religiose scienza hanno inciso sul processo scientifico Natura della scienza/ metodo scientifico/ quando si inizia a parlare di scienza % tot «Vedere la scienza in modo sperimentale» 19 % formazione culturale 7 Costruire conoscenza scientifica di base 12 dell’insegnante su contenuti scientifici 46 3 9 «Come si può spiegare la scienza ai bambini» 21 23 % formazione sulla didattica (scientifica) «Formare un futuro insegnante di Sto-Sci» 2 100

Formazione didattica su Descrizione Formare «cultura generale relativa ai principali fatti storici che hanno caratterizzato la scienza e il suo sviluppo” Capire quanto le condizioni socio-economichepolitiche-religiose hanno inciso sul processo scientifico Natura della scienza/ metodo scientifico/ quando si inizia a parlare di scienza Pre % 46 90 3 15 9 20 «Vedere la scienza in modo sperimentale» 7 5 Costruire conoscenza scientifica di base 12 10 21 80 «Come si può spiegare la scienza ai bambini» «Fornire riflessioni per far superare nodi e problemi di apprendimento” «Formare un futuro insegnante di Sto-Sci» 30 2 100 20 (15%) (60%) Form. su con. sci. Form. culturale su storia e natura della scienza Cat % tot mutuamente esclusive (15%) Analisi post test (N=140)- QA 1 Obiettivi del corso (10%)

Analisi pre/post test (Npre= 49 Nfpost=49; Nnfpost=91): Q 5 Come il corso contribuisce alla professionalità docente ØLe risposte sono più orientate verso il contributo alla didattica di quanto rilevato nel pre-test Ø Nel post-test emerge inoltre una più ampia articolazione del ruolo del corso per la costruzione delle competenze didattiche (cat. A, B)

Analisi pre/post test (Npre= 49 Nf. Post=49; Nnf. Post=91) Dall’analisi delle risposte ai quesiti 2 -3 e 4 emerge una maggiore individuazione di attività di laboratorio didattico e PCK rispetto al Pre-Q attenzione su come affrontare la materia con i bambini e che argomenti trattare

Analisi quesiti PCK Sono cambiate profondamente le risposte dei corsisti tra Pre e Post-Q in merito a: collocazione storica - Nodo associazione liquido-acqua - spinta della mano e moto del proiettile (impetus) riconducibilità storica nodi modi di intervenire in classe Argomenti problematici

Conclusione Il corso di Storia della Scienza ha contribuito: Alla formazione della professionalità su come strutturare i contenuti per l'insegnamento riconoscendo le idee comuni e i nodi storici e n o i z n te t a l’ l e d A elaborare strategie didattiche specifiche per e i z a Gr giungere a snodi concettuali, integrando contenuti scientifici e delle scienze per ridurre il formalismo Sono maturate competenze nella progettazione di attività laboratoriali focalizzate su specifici obiettivi, superando la tendenza alla generalizzazione.