Superare lacune e misconcetti:
l'apprendimento (felice) della fisica
Maurizio Zani
STEM in the City, Milano 29/04/2019
Piano Lauree
Scientifiche (PLS)
Laboratorio di
sperimentazione
didattica (ST2)
Maurizio Zani
Lab. di sperimentazione didattica ST2
http://www.st2.fisi.polimi.it
Giocando sulla rappresentazione grafica dello stato di ibridizzazione (sp2) del
carbonio e relativo doppio legame (=), il laboratorio ST2 si propone di studiare e
sperimentare nuove metodologie e tecnologie didattiche in ambito universitario (ma
non solo) nell’insegnamento della fisica (ma non solo), valorizzando la molteplicità di
interazioni possibili tra lo studente (Student) e il docente (Teacher).
Maurizio Zani
STEM in the City
#STEMintheCity è l’iniziativa promossa dal Comune
di Milano - in collaborazione con importanti realtà del
settore pubblico e privato e il sostegno delle Nazioni
Unite - per
• diffondere
la cultura delle STEM-A (Science,
Technology, Engineering, Mathematics, Arts)
•
rimuovere gli stereotipi culturali che allontanano le
ragazze dai percorsi di studio nelle materie tecnico-
scientifiche
•
ridurre il divario di genere nelle carriere e nelle
professioni STEM
http://www.steminthecity.eu
Maurizio Zani
L'apprendimento come progetto
Realizzazione
Progetto
Squadra
Jade Belt Bridge (Beijing, China)
Maurizio Zani
L'apprendimento come progetto
Realizzazione
Apprendimento (ovunque)
1. Learning is an experience, not a download
•
Involve the students
in the learning
approach; they must be engaged in the
experience
2. Learning happens everywhere & everytime
• Open your fantasy, evaluating what may
be the best way to reach the learning
goals
3. Learning takes care of materials & methods
• Choice the appropriate combination, in
order to make learning achievements
more effective
The 3 rules of learning
http://www.mauriziozani.it/wp/?p=6473
Nuova secondaria XXXVI, 1, 84-88 (2018) M. Zani, M. Bozzi
Maurizio Zani
Scuola
Università
Passaggio scuola-università
Maurizio Zani
Ah, la fisica...
1. La fisica non è la matematica
• Prima
la
comprensione del
fenomeno, poi la sua descrizione
analitica
2. Gli argomenti trattati si studiano sui
libri
• Non solo sui propri appunti, né
su quelli dei compagni
3. Non c’è scritto da nessuna parte che
la fisica sia noiosa, lasciatevi stupire
• Enjoy!
A
studiarla
e
a
insegnarla…
http://www.mauriziozani.it/wp/?p=3635
1. La fisica non è la matematica
• Prima
la presentazione del
fenomeno,
poi
la
sua
formalizzazione analitica
2. Il docente non è un libro di testo
• Serve
trasmettere anche
la
passione, non solo le nozioni
3.
Insegna
argomenti
che
non
chiederai all’esame
• La curiosità è tutto, talvolta si
deve essere imprevedibili…
http://www.mauriziozani.it/wp/?p=4884
Le 3 regole per studiare fisica
Le 3 regole per insegnare fisica
Maurizio Zani
STEM in the City
Highlight
misconceptions in
Physics
Peer-learning
https://www.steminthecity.eu/tutti-gli-eventi/superare-lacune-e-misconcetti-
l-apprendimento-felice-della-fisica.kl
Maurizio Zani
Highlight misconceptions in Physics
Finanziato nel 2018 dall'associazione T.I.M.E.
(Top Industrial Managers for Europe), il progetto
mira a identificare e superare i più significativi e
diffusi malintesi mostrati
dagli
studenti
in
relazione alle loro conoscenze di base di fisica.
Individuati i misconcetti, vengono analizzati e
sviluppati
video sperimentali
ad hoc, che
vengono poi condivisi con filosofia aperta e
gratuita OER (Open Education Resources) sul
canale YouTube del laboratorio.
Highlight
misconceptions in
Physics
Maurizio Zani
Highlight misconceptions in Physics
Bauman University [RUS]
Supporto pedagogico
Insegnamenti di fisica
Università degli Studi di Trento [IT]
Doshisha University [JAP]
Politecnico di Milano [IT]
http://www.st2.fisi.polimi.it/?page_id=233
16 corsi di fisica
vari argomenti (meccanica, termodinamica, elettromagnetismo)
≈ 1500 studenti coinvolti
erogazione di quiz online
Maurizio Zani
Info
MC
TD
EM
Politecnico
...
x
x
x
x
x
x
x
x
...
x
x
x
x
x
x
x
x
x
x
x
x
x
Doshisha
...
x
x
x
x
...
x
x
x
x
x
x
x
x
Bauman
...
x
x
x
x
x
x
x
x
...
x
x
x
x
x
x
x
x
4
4+2 MC
4+2 EM
Quiz online
t
quiz iniziale
quiz finale
4 MC
4 TD
4 EM
lo stesso
per tutti
i corsi
calibrato
per ogni
corso
le "x" riportate in tabella sono solo un esempio
Maurizio Zani
Quiz online
Maurizio Zani
< 35%:
domanda difficile
≥ 35% e ≤ 70%: domanda regolare
> 70% :
domanda facile
Risultati per corsi I semestre: difficoltà dei quiz
MC
TD
EM
1
2
3
4
5
6
7
8
9
10
11
12
Politecnico
14.6 24.1 30.1 13.0 50.8 49.4 15.9 51.0 36.0
7.9
11.5 10.5
Doshisha
41.6 22.5 36.0 21.3 51.7 33.7 27.0 40.4 26.7 14.6 23.6 18.0
Bauman
69.9 32.2 41.0 19.7 76.5 36.6 16.9 36.6 43.7 14.2 47.5 29.5
% risposte giuste
dati in tabella: % risposte giuste
Proceeding of INTED 2019, 2520-2525 (2019) M. Bozzi, P. Ghislandi, M. Zani et al.
Maurizio Zani
5: miglior performance in termodinamica per tutti gli atenei
10: peggior performance in elettromagnetismo per tutti gli atenei
1, 8, 11: performance dissimili tra i vari atenei
2, 7, 10: performance omogenee tra i vari atenei
Risultati per corsi I semestre: risposte giuste
MC
TD
EM
1
2
3
4
5
6
7
8
9
10
11
12
Politecnico
14.6 24.1 30.1 13.0 50.8 49.4 15.9 51.0 36.0
7.9
11.5 10.5
Doshisha
41.6 22.5 36.0 21.3 51.7 33.7 27.0 40.4 26.7 14.6 23.6 18.0
Bauman
69.9 32.2 41.0 19.7 76.5 36.6 16.9 36.6 43.7 14.2 47.5 29.5
dati in tabella: % risposte giuste
Maurizio Zani
MC
1
2
3
4
Politecnico
24.1
Doshisha
22.5
Bauman
32.2
Highlight misconceptions in Physics: trial video
https://www.youtube.com/channel/UCWPywJuHizBrRStM6u_VY5A
attrito statico
Maurizio Zani
coinvolgere
altre discipline
Prospettive
registrare altri
video
team makes
the difference!
progettare l'
apprendimento!
MC
TD
EM
Maurizio Zani
Peer-learning
Per mezzo di questionari svolti online e facendo
utilizzare agli studenti i propri dispositivi quali
smartphone , tablet, o pc in una filosofia BYOD
(Bring Your Own Device), tale modalità consente
•
da un lato di verificare quale sia lo stato di
comprensione degli argomenti trattati
•
dall'altro
di
mostrare
come
tale
comprensione possa migliorare dopo che gli
studenti (suddivisi in piccoli gruppi) abbiano
avuto la possibilità di discuterne tra loro
Peer-learning
Maurizio Zani
Peer-learning
Supporto pedagogico
Insegnamenti di fisica
Universitat Oberta de Catalunya [ESP]
Politecnico di Milano [IT]
http://www.st2.fisi.polimi.it/?page_id=262
3 sezioni di un corso di fisica (1 di studio e 2 di controllo)
vari argomenti (meccanica, elettromagnetismo)
≈ 400 studenti coinvolti
erogazione di quiz online
Maurizio Zani
6 MC
6 EM
Quiz online
t
quiz iniziale
quiz finale
6 MC
6 EM
t
pre-test
post-test
peer-learning (4 volte)
discussione
sez. 1,2,3sez. 15 MC
5 MC
4 EM
4 EM
stesso quiz
stesso test
Maurizio Zani
Risultati: sezioni
Info
quiz
iniziale
quiz
finale
guadagno 
relativo *
sez. 1
tutti
3.67
6.86
50.4 %
M
3.86
7.04
51.8 %
F
3.37
6.67
49.8 %
sez. 2
tutti
4.53
5.21
12.4 %
M
4.53
5.15
11.3 %
F
4.53
5.33
14.6 %
sez. 3
tutti
4.72
6.48
33.3 %
M
4.71
6.64
36.5 %
F
4.73
6.27
29.2 %
*
௣௨௡௧௜೛೚ೞ೟ ି ௣௨௡௧௜೛ೝ೐
ଵ଴ ି ௣௨௡௧௜೛ೝ೐
il guadagno della sez. 1 è nettamente maggiore:
peer-learning efficace
dati in tabella: punteggio
Proceeding of iCERi 2018, 8739-8747 (2018) M. Bozzi, J. E. Raffaghelli, M. Zani
Maurizio Zani
Risultati peer-learning: argomenti
Info
pre
test
post
test
guadagno 
relativo *
MC
tutti
5.07
6.70
33.1 %
M
5.36
6.84
31.9 %
F
4.49
6.48
36.1 %
EM
tutti
3.61
5.61
31.3 %
M
3.67
5.84
34.3 %
F
3.83
5.72
30.6 %
la modalità ha stessa efficacia su entrambi gli argomenti
dati in tabella: punteggio
*
௣௨௡௧௜೛೚ೞ೟ ି ௣௨௡௧௜೛ೝ೐
ଵ଴ ି ௣௨௡௧௜೛ೝ೐
Maurizio Zani
Risultati peer-learning: difficoltà
domanda
pre test 
MC
post test 
MC
guadagno 
relativo *
pre test
EM
post test 
EM
guadagno
relativo *
1
39.5
53.7
23.5%
26.7
60.4
46.0%
2
53.2
59.6
13.7%
30.7
37.6
10.0%
3
73.4
83.5
37.9%
44.6
57.4
23.2%
4
77.7
84.8
32.0%
39.6
67.3
45.9%
5
46.4
64.3
33.3%
40.0
66.1
43.5%
6
65.7
96.2
88.9%
75.8
80.8
20.8%
7
57.1
86.7
68.9%
19.0
37.4
22.8%
8
48.6
70.5
42.6%
16.8
42.9
31.4%
9
50.5
81.0
61.5%
10
50.5
64.8
28.9%
stesso guadagno per domande facili, regolari, difficili
stessa difficoltà porta a guadagni diversi
* ௚௜௨௦௧௘೛೚ೞ೟ ି௚௜௨௦௧௘೛ೝ೐
ଵ଴଴ ି ௚௜௨௦௧௘೛ೝ೐
dati in tabella: % risposte giuste
Maurizio Zani
Risultati peer-learning: genere (per meccanica)
domanda
pre test
M
post test
M
guadagno 
relativo *
pre test
F
post test
F
guadagno
relativo *
1
48.6
58.5
19.2%
40.3
59.7
32.4%
2
63.4
69.0
15.4%
38.7
48.4
15.8%
3
71.8
78.9
25.0%
80.7
96.8
83.3%
4
85.7
88.6
20.0%
70.6
85.3
50.0%
5
51.4
64.3
26.5%
55.9
76.5
46.7%
6
66.7
95.0
85.0%
62.1
100.0
100.0%
7
53.3
81.7
60.7%
58.6
100.0
100.0%
8
46.7
70.0
43.7%
62.1
75.9
36.4%
9
60.0
83.3
58.3%
48.3
79.3
60.0%
10
65.0
70.0
14.3%
41.4
51.7
17.6%
dati in tabella: % risposte giuste
femmine meglio dei maschi 9 volte su 10
* ௚௜௨௦௧௘೛೚ೞ೟ ି௚௜௨௦௧௘೛ೝ೐
ଵ଴଴ ି ௚௜௨௦௧௘೛ೝ೐
Maurizio Zani
Risultati peer-learning: genere (per e.m.)
domanda
pre test
M
post test
M
guadagno 
relativo
pre test
F
post test
F
guadagno
relativo
1
30.6
65.3
50.0%
26.1
65.2
52.9%
2
32.7
46.9
21.2%
30.4
39.1
12.5%
3
42.9
53.1
17.9%
52.2
52.2
0.0%
4
44.9
69.4
44.4%
39.1
78.3
64.3%
5
38.0
74.0
58.1%
45.5
59.1
25.0%
6
76.0
86.0
41.7%
81.8
100.0
100.0%
7
22.0
44.0
28.2%
13.6
18.2
5.3%
8
14.0
32.0
20.9%
18.2
50.0
38.9%
femmine uguali ai maschi (4 volte su 8)
dati in tabella: % risposte giuste
* ௚௜௨௦௧௘೛೚ೞ೟ ି௚௜௨௦௧௘೛ೝ೐
ଵ଴଴ ି ௚௜௨௦௧௘೛ೝ೐
Maurizio Zani
R
D
F
Sintesi
F meglio di M
in meccanica
efficacia in
entrambi arg.
efficacia su quiz
facili & difficili
efficacia del
peer-learning
MC
EM