Vol. 1 n. 2 (2020)
Innovation in STEM learning
Perché le STEM sono un elemento importante nell’insegnamento
del futuro?
Jessica Niewint-Gori, Indire Agueda Gras-Velazquez, European Schoolnet, Brussels L’urgenza globale di migliorare l’istruzione in scienze, tecnologia, ingegneria e matematica (STEM) è motivata dalle esigenze ambientali e sociali del XXI secolo, che a loro volta mettono a repentaglio la sicurezza globale e la stabilità economica. La complessità di questi fattori globali rende necessario perfezionare il modo in cui le STEM vengono insegnate a scuola e potenziare le competenze scientifiche degli studenti.
STEM non è una nuova disciplina, né si tratta di integrare scienza e tecnologia in tutte le discipline. L’acronimo ha uno scopo molto più ampio e non può essere limitato solo alle quattro discipline stesse. In effetti, STEM richiama diverse discipline che lavorano insieme, creando connessioni tra ciascuna di esse, nonché il contesto in cui vengono insegnate e intrecciate. Tuttavia, gli educatori STEM possono sentirsi sopraffatti o insicuri, o addirittura mancare di una comprensione coerente di cosa sia l’educazione alle STEM. Questo perché il processo di integrazione tra scienza, tecnologia, ingegneria e matematica in contesti autentici può essere complesso quanto le sfide globali che richiedono una nuova generazione di esperti nel settore STEM. I progetti STEM innovativi, infatti, possono coinvolgere insegnanti di diverse discipline. Sono anche in grado di affascinare studenti e insegnanti allo stesso modo nei vasti concetti trasversali e nelle applicazioni del mondo reale che questi progetti esplorano (Kelley & Knowles, 2016). Approcci didattici innovativi, come quelli discussi in questo volume, potrebbero cambiare il modo in cui gli studenti costruiscono e trasformano i concetti teorici, promuovendo anche un senso di appartenenza alle loro comunità e alle loro storie.
La ricerca attuale suggerisce (Shanta & Wells, 2020; Henriksen et al., 2019) che l’educazione STEM contiene vari modelli didattici che collegano, ad esempio, i processi di progettazione ingegneristica nel curriculum ad attività incentrate su questioni contemporanee e problemi del mondo reale. È importante sottolineare che l’approccio dovrebbe integrare due o più aree STEM anche al di fuori del normale programma scolastico. Ne sono un esempio le Maker Fairs, ovvero il progetto XenoGRISS – discusso in uno dei nostri paper – che è stato condotto sulla Stazione Spaziale Internazionale (ISS) dall’astronauta Luca Parmitano, coinvolgendo gli studenti delle scuole superiori nello studio della crescita e rigenerazione delle rane in condizioni di gravità zero. Ma i progetti STEM non riguardano solo il tentativo di superare una partnership pedagogica tra scuola e i vari stakeholder tentando di creare le attività curricolari più stravaganti, complicate o fuori dagli schemi. Le
STEM possono anche riguardare progetti più piccoli, attività più semplici che coinvolgono e affascinano gli studenti allo stesso modo. Infatti, non dovremmo mai dimenticare che un elemento chiave delle STEM nella scuola è l’attenzione alle pratiche didattiche che supportano attivamente tutti gli studenti nell’apprendimento rigoroso della scienza e della matematica. Le esperienze di apprendimento degli studenti dovrebbero incorporare più discipline (un approccio interdisciplinare, integrato o transdisciplinare) e dovrebbero includere un approccio basato su progetti o problemi legati a contesti autentici o del mondo reale.
L’apprendimento basato su problemi e progetti (Problem-based learning - PBL) consente agli studenti di acquisire i concetti teorici e offre loro anche opportunità per la crescita nelle abilità del ventunesimo secolo come collaborazione, pensiero critico, creatività, responsabilità, persistenza e leadership (Buck Istitute, 2018). Queste metodologie pedagogiche richiedono agli studenti di risolvere un problema o completare un progetto per raggiungere un obiettivo di apprendimento (Savery, 2015). Può essere un progetto a lungo termine che si svolge nell’arco di diverse settimane o può svolgersi entro un periodo più breve. Alcuni compiti o progetti PBL possono comprendere problematiche di pura fantasia, mentre altri si concentrano su un problema che esiste nel mondo reale: possono inoltre coinvolgere esperti STEM e altri membri della comunità e aiutare gli studenti a creare collegamenti tra le materie che stanno imparando, le loro capacità di risoluzione dei problemi e il mondo reale che li circonda.
È stato rivelato come gli studenti abbiano difficoltà a comprendere, rappresentare e comunicare nuovi concetti, non soltanto a causa della singola disciplina ma anche come diretta conseguenza dei metodi tradizionali trasmissivi di insegnamento. Di conseguenza, sempre più studenti non possono collegare ciò che imparano a scuola alla vita di tutti i giorni (Smyrnaiou et al., 2020; Holmlund et al., 2018). Nuovi approcci dovrebbero migliorare efficacemente l’apprendimento, l’identità e l’autoefficacia degli studenti, specialmente nelle discipline STEM, esponendoli contemporaneamente a contesti di apprendimento in cui possano esercitare la risoluzione di problemi complessi e l’invenzione di ipotetiche o concrete soluzioni. La possibilità di personalizzare l’apprendimento in base alle capacità e agli interessi unici di ogni studente allontana la classe da una strategia “unica per tutti” per consentire un’istruzione veramente personalizzata. Le discipline STEM sono un efficace strumento educativo per valorizzare l’uguaglianza e promuovere le differenze come possibilità individuali per crescere insieme sviluppando competenze trasversali che portano a un’identità personale e professionale armoniosa. Le aree disciplinari STEM possono essere considerate un’opportunità per personalizzare il percorso di apprendimento con una didattica inclusiva e costruttiva che dia spazio a inclinazioni, bisogni e potenzialità speciali. Con i giusti strumenti e approcci metodologici basati sulla piena conoscenza del ruolo svolto dalla genetica e dalle esperienze di apprendimento, ogni studente ha la possibilità di sviluppare la consapevolezza delle proprie capacità.
L’Unione europea sostiene che le competenze del XXI secolo hanno un ruolo chiave nel promuovere l’occupabilità e la capacità di essere flessibili nello
spostamento tra compiti o lavori. Il Consiglio europeo riconosce il ruolo centrale delle competenze tecnologiche, imprenditoriali, sociali e civiche nel consentire ai cittadini di adattarsi ai cambiamenti nella nostra società e di sviluppare le competenze più elevate e più complesse necessarie per guidare la creatività e l’innovazione (comunicazione COM/2015/0614). L’attuale pandemia evidenzia l’urgenza di ogni cittadino di potersi confrontare con la scienza, non solo attraverso abilità come il ragionamento basato sull’evidenza e il pensiero critico, ma anche attraverso una cittadinanza socialmente responsabile e orientata all’azione. Tutti gli studenti saranno consumatori di notizie e informazioni su questioni STEM che influenzeranno direttamente le loro vite. In questa emergenza sanitaria ancora in corso la maggior parte di noi non è esperta nelle complessità dell’argomento, ma possiamo dedicare del tempo alla comprensione del problema, all’ascolto di sostenitori e critici, al riconoscimento di affermazioni di parte e alla formulazione di opinioni basate su prove. Un segno distintivo di un cittadino informato è la capacità di sviluppare le proprie opinioni valutando e riflettendo sulle prove piuttosto che accettare automaticamente la posizione di qualcun altro. Tale pensiero critico richiede capacità intellettuali che vanno oltre una certa base di conoscenza. Un impegno e un miglioramento dei metodi con cui insegniamo STEM nelle nostre scuole possono offrire questa opportunità. L’integrazione di materie STEM con altre discipline e il coinvolgimento degli studenti possono promuovere la comprensione di queste discipline e la loro applicazione a problemi autentici. Come, per esempio, le notizie su alimenti geneticamente modificati, fuoriuscite di petrolio, energie rinnovabili, specie in via di estinzione ed epidemie virali sono eccellenti opportunità per convincere gli studenti a leggere e scrivere da vicino su scienza, tecnologia, ingegneria e matematica. Le nuove generazioni sono più consapevoli della necessità di un cambiamento sociale, politico ed educativo quando si tratta delle situazioni di vita reale che il nostro mondo sta affrontando e spesso gli studenti sono già interessati e si impegnano socialmente (attraverso i social media, ad esempio) rispetto a questi argomenti.
Questo volume offrirà una serie di ricerche, riflessioni e buone pratiche su come i miglioramenti e le implementazioni STEM possono aiutare i nostri attuali modelli pedagogici. Nel primo articolo, Panagiota Argyri discute i risultati di un progetto pilota di Europeana DSI-4 che ha coinvolto gli studenti nell’apprendimento sia della geometria che del patrimonio culturale. Tasos Hovardas et al. riferiscono sul lavoro svolto nell’ambito del progetto STE(A)M-IT sull’educazione STEM integrata e su come la ricerca in queste aree abbia informato lo sviluppo di uno strumento progettato per suscitare le risposte delle parti interessate agli aspetti fondamentali dello STEM integrato alla formazione scolastica. A seguito di ciò, Emanuele Panza et al. riportano i risultati di uno studio che ha coinvolto gli studenti delle superiori su grandi temi scientifici attraverso un corso di Gene Editing che ha permesso loro di sperimentare nuove tecnologie e comprenderne le potenzialità. Maria Xanthoudaki et al. riflettono su alcuni aspetti dell’innovazione metodologica per l’educazione STEM nella scuola secondaria di primo grado. Nell’articolo, attraverso una discussione sul progetto “Future Inventors” del Museo Nazionale della Scienza e della Tecnologia Leonardo da Vinci, si afferma che l’introduzione
della dimensione estetica nello studio delle materie STEM può aiutare gli studenti a mettere in pratica le loro capacità di indagine e reinterpretazione. Carlotta Pizzi mostra come le materie STEAM possano essere considerate un’opportunità per tutti gli Studenti Altamente Sensibili per distinguersi ed esprimersi, promuovendo le differenze individuali e allo stesso tempo offrendo la possibilità di sviluppare abilità trasversali. Successivamente, Antonella Meccariello e Renata Mentasti nell’articolo The Watchword is STEM, sottolineano l’attuale divario di genere tra ragazzi e ragazze rispetto all’apprendimento scientifico, tecnologico, ingegneristico e matematico. Questo divario di genere sembra causare una crescente disuguaglianza sociale allontanando sempre più i cittadini dagli obiettivi di sostenibilità fissati dalla Risoluzione dell’Assemblea Generale delle Nazioni Unite nel 2015. Meccariello e Mentasti mostrano come le STEM possano promuovere una migliore alfabetizzazione finanziaria nella prima educazione, riducendo così il divario di genere attualmente esistente. Paulo Blikstein e Lorenzo Guasti promuovono lo studio fuori dalla classe proponendo sia l’educazione all’aperto che l’educazione costruzionista/maker come aree essenziali per migliorare i nostri modelli educativi. I principi dell’educazione costruzionista o maker hanno dimostrato di migliorare efficacemente l’apprendimento, l’identità e l’autoefficacia degli studenti, specialmente nelle discipline STEM, esponendo allo stesso tempo gli studenti a contesti di apprendimento in cui possono esercitare la risoluzione di problemi complessi e la creatività.
Francesco Brandi e Matteo Faggioli riprendono il tema del nesso tra arte e STEM precedentemente discusso da Xanthoudaki et al.. L’articolo guarda alle arti visive, come i fumetti, quale straordinario strumento per rendere popolare l’educazione scientifica e descrive le esperienze di stesura di un fumetto di comunicazione scientifica su Marie Curie e la radioattività. Stefano Cartocci et al. discutono del progetto XenoGRISS precedentemente citato: di come questo progetto, con scopi sia scientifici che educativi, sia stato concepito e presentato da ricercatori sia dell’Università di Milano che di Firenze, e in cosa consiste. Coinvolgere gli studenti nello studio della crescita e della rigenerazione dei girini nello spazio ha permesso una visione molto moderna e unica dell’insegnamento STEM. Catalina Stanca presenta un esempio di progetto che prevede un approccio di robotica: il progetto “Intelligent Food Saver” ha visto gli studenti delle scuole superiori lavorare insieme ai loro insegnanti di scienze per lo sviluppo di soluzioni a uno dei maggiori problemi nelle nostre famiglie: quello dello spreco alimentare. Alessandra Carlini e Teresita D’Agostino chiudono gli articoli incentrati sulle moderne tecnologie soffermandosi sulle potenzialità didattiche di un Fab Lab in una classe di liceo scientifico. Il loro caso di studio riguarda la creazione di un prototipo di un kit tattile con stampanti 3D da utilizzare nelle esperienze di insegnamento museale.
Mairead Holden presenta un resoconto e una riflessione critica, relativa alla recente esperienza dell’autore, nell’utilizzo di una pedagogia costruzionista innovativa, basata sulla teoria come parte di un’esperienza di apprendimento STEM esplorativa del XXI secolo, con un piccolo gruppo di giovani studenti in un ambiente di scuola primaria irlandese. Segue l’articolo di Emma Abbate, con una discussione sulle pedagogie della gamification, intesa come il processo mediante
cui le attività del gioco ispirate al mondo reale innescano comportamenti virtuosi. Così il gioco con un ambiente immersivo e coinvolgente si trasforma in uno strumento educativo efficace. Infine, Fronza e Gras-Velazquez discutono dell’importanza di integrare la sostenibilità nell’istruzione offrendo esempi su come farlo ora, senza attendere che si verifichino riforme dei curriculum.
Bibliografia
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