Linee Guida STEM: le metodologie didattiche innovative per insegnarle

Le linee guida per le STEM forniscono indicazioni su come strutturare i programmi educativi, sviluppare le competenze degli studenti e promuovere l'interesse per le materie STEM, includendo suggerimenti su metodologie didattiche, approcci pedagogici, integrazione curricolare e valutazione dell'apprendimento. A cura di Bruna Ramella Pralungo, Orientatrice Asnor.

Le linee guida per le STEM

Le Linee guida per le discipline STEM sono state emanate il 24 ottobre 2023 e sono finalizzate a introdurre “nel piano triennale dell’offerta formativa delle istituzioni scolastiche dell'infanzia, del primo e del secondo ciclo di istruzione, e nella programmazione educativa dei servizi educativi per l'infanzia, azioni dedicate a rafforzare nei curricoli lo sviluppo delle competenze matematico scientifico-tecnologiche e digitali legate agli specifici campi di esperienza e l'apprendimento delle discipline STEM, anche attraverso metodologie didattiche innovative”.

Le Linee guida attuano la riforma inserita nel Piano Nazionale di Ripresa e Resilienza (PNRR) e contribuiscono al raggiungimento degli obiettivi dell’investimento “Nuove competenze e nuovi linguaggi”, con la finalità di “sviluppare e rafforzare le competenze STEM, digitali e di innovazione in tutti i cicli scolastici, dall’asilo nido alla scuola secondaria di secondo grado, con l’obiettivo di incentivare le iscrizioni ai curricula STEM terziari, in particolare per le donne”.

Le linee guida per le STEM non introducono nuovi contenuti, bensì forniscono indicazioni su come strutturare i programmi educativi, sviluppare le competenze degli studenti e promuovere l'interesse per le materie STEM, includendo suggerimenti su metodologie didattiche, approcci pedagogici, integrazione curricolare e valutazione dell'apprendimento.

Vediamo più nello specifico le metodologie didattiche innovative di cui si parla.

Laboratorialità e learning by doing

Laboratorialità e learning by doing in situazioni concrete: secondo la teoria costruttivista di Jean Piaget (Piaget, J. ,1952 The Origins of Intelligence in Children. New York: International Universities Press), gli individui costruiscono attivamente la loro conoscenza attraverso l'interazione con l'ambiente. Le attività pratiche, tipiche delle discipline STEM, offrono agli studenti esperienze dirette che facilitano la costruzione di significati e la comprensione concettuale.

La teoria dell'apprendimento attivo di John Dewey (Dewey, J.1938  Experience and Education) sottolinea l'importanza dell'esperienza diretta e dell'azione nell'apprendimento significativo, infatti, attraverso le attività pratiche, gli studenti nelle STEM si impegnano attivamente nell'esplorazione, nella sperimentazione e nella risoluzione dei problemi, sviluppando così una migliore comprensione dei concetti.

Le attività pratiche nelle STEM forniscono agli studenti esperienze concrete che possono poi riflettere e generalizzare per sviluppare una comprensione più profonda. Ad esempio, in una lezione di scienze, gli studenti potrebbero condurre esperimenti per comprendere il concetto degli stati della materia oppure nell'ambito della tecnologia, potrebbero essere coinvolti nella programmazione di robot educativi, nelle discipline ingegneristiche potrebbero affrontare sfide di progettazione e risolvere problemi reali attraverso la costruzione di prototipi.

Infine, in matematica, potrebbero utilizzare materiali manipolativi per visualizzare concetti astratti come la geometria tridimensionale.

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Apprendimento Cooperativo

La seconda metodologia consigliata dalle linee guida STEM è il Cooperative Learning, un metodo educativo in cui gli studenti collaborano attivamente in piccoli gruppi eterogenei per raggiungere obiettivi comuni.

Questo approccio promuove l'interazione sociale positiva, lo scambio di conoscenze, il supporto reciproco e l’interdipendenza positiva tra i membri del gruppo per sviluppare competenze sociali, cognitive e di comunicazione. Questo approccio incoraggia il coinvolgimento di tutti gli studenti e migliora il rendimento scolastico di ognuno di loro, e inoltre li prepara alla collaborazione nel mondo reale e promuove una cultura di rispetto, solidarietà e comprensione reciproca.

I principali fautori del cooperative learning sono stati i ricercatori statunitensi David W. Johnson, Roger T. Johnson ("Cooperative Learning in the Classroom") e Robert E. Slavin ("Cooperative Learning: Theory, Research, and Practice" ) che hanno condotto studi approfonditi sull'efficacia del cooperative learning e hanno contribuito in modo significativo allo sviluppo di teorie e pratiche nel campo dell'istruzione collaborativa.

Nel mondo delle STEM, la collaborazione e il lavoro in team di ricerca e sperimentazione sono fondamentali per una serie di motivazioni.

Innanzitutto, per la complessità dei problemi, la cui risoluzione richiede una vasta gamma di competenze e prospettive, caratteristiche tipiche dei gruppi di lavoro interdisciplinari dove ogni membro ha risorse proprie e conoscenze specialistiche fondamentali per l’avanzamento dei lavori. La collaborazione favorisce, inoltre, la creatività e l'innovazione, consentendo agli individui di scambiare idee, proporre soluzioni originali e sperimentare nuovi approcci e tecnologie, condividendo il carico di lavoro e affrontando i problemi in modo più sistematico e completo.

Problem solving e metodo induttivo

Il problem solving è il processo attraverso il quale individui o gruppi identificano, analizzano e risolvono problemi in modo efficace e efficiente; questo approccio coinvolge la ricerca di soluzioni attraverso l'applicazione di conoscenze, abilità e strategie appropriate al contesto specifico del problema. Per giungere a una corretta risoluzione del problema, in campo scientifico, viene utilizzato il metodo induttivo che è un processo logico che si basa sull'osservazione di fenomeni specifici per formulare ipotesi generali o leggi dopo aver compiuto una serie di osservazioni e deduzioni.

Il problem solving e il metodo induttivo sono fondamentali per le STEM in quanto gli scienziati e gli ingegneri affrontano costantemente sfide complesse e nuovi problemi da risolvere.

Il metodo induttivo, in particolare, gioca un ruolo cruciale nella generazione di nuove conoscenze scientifiche infatti gli scienziati spesso utilizzano l'induzione per formulare ipotesi e leggi basate sull'osservazione di fenomeni naturali per aprire la strada a nuove scoperte e innovazioni; nell'ingegneria, il problem solving è fondamentale per progettare e sviluppare soluzioni innovative per problemi tecnologici dopo aver identificato i requisiti, valutato alternative e risolto ostacoli tecnici per creare prodotti e sistemi efficienti e sicuri.

In conclusione, il problem solving e il metodo induttivo sono pilastri delle STEM, contribuendo alla ricerca scientifica, all'innovazione tecnologica e alla risoluzione dei problemi complessi che caratterizzano questi campi.

Sperimentazione di capacità critica e creativa

La capacità critica è la capacità di valutare, analizzare e sintetizzare informazioni in modo obiettivo e accurato tramite l’utilizzo del pensiero riflessivo, della capacità di formulare domande pertinenti e di valutare criticamente le fonti di informazione.

La capacità creativa è la competenza necessaria a generare idee originali, soluzioni innovative e approcci non convenzionali per affrontare problemi complessi attraverso l’utilizzo dell'immaginazione, della flessibilità mentale e della capacità di pensare in modo divergente

La capacità critica e creativa sono fondamentali per le STEM poiché favoriscono lo sviluppo di competenze essenziali per l'innovazione, la risoluzione dei problemi e il progresso scientifico e tecnologico: gli scienziati e gli ingegneri devono valutare l'accuratezza e la validità delle prove, delle teorie e delle conclusioni scientifiche. La creatività in ambito STEM è importante perché i membri dei team di lavoro devono essere in grado di generare nuove idee, esplorando nuove frontiere e sviluppando soluzioni innovative per le sfide emergenti.

Promozione della curiosità

In ogni ambito professionale, è fondamentale essere curiosi, non smettere mai di imparare e continuare a sperimentare nuovi approcci e nuove conoscenze; la volontà di esplorare, scoprire e approfondire sono fondamentali per mantenere intatta la passione per il proprio operato, a prescindere dal campo in cui si opera.

In particolare, nel campo delle STEM, la curiosità e la voglia di continuare a scoprire e a migliorare la vita delle persone hanno condotto a scoperte rivoluzionarie e a progressi significativi in campi come la medicina, la fisica e la biologia, un esempio è sicuramente l'ambito dell'intelligenza artificiale dove la curiosità ha portato allo sviluppo di algoritmi avanzati che alimentano applicazioni innovative in vari settori, come la robotica, l'automazione e l'analisi dei dati.

Utilizzo di strumenti tecnologici e informatici per costruire le conoscenze

La tecnologia svolge un ruolo fondamentale nella società contemporanea, influenzando ogni aspetto della vita umana, inclusi i settori economico, sociale, culturale e scientifico.

Nelle discipline STEM,la tecnologia è un motore di innovazione e progresso, facilitando la ricerca scientifica, la progettazione ingegneristica e la soluzione di problemi complessi, oltre a svolgere un ruolo cruciale nella comunicazione, facilitando la condivisione di conoscenze e informazioni a livello globale attraverso internet, reti sociali e piattaforme digitali.

Ad esempio, nell'ambito della medicina, la tecnologia ha portato a progressi significativi come la diagnosi e il trattamento delle malattie, l'innovazione di dispositivi medici e la personalizzazione dei trattamenti per i pazienti.

In generale, nel campo scientifico, l'innovazione tecnologica ha reso possibili soluzioni più efficienti e sostenibili per sfide ambientali e energetiche, come l'energia solare e l’eolico. Questa premessa sottolinea quanto sia fondamentale inserire la tecnologia nell’approccio didattico e rendere gli studenti fruitori consapevoli.

Debate 

L’ultima metodologia cui si fa riferimento nelle linee guida è il Debate, ovvero un'attività in cui due o più parti espongono e difendono le loro opinioni su un argomento controverso, presentando argomenti e contro argomenti, frutto di un’accurata ricerca, supportati da prove e ragionamenti.

Questa pratica è ampiamente utilizzata nella didattica come strumento per sviluppare le capacità di pensiero critico, di comunicazione e di analisi degli studenti.

Nella didattica, il debate viene utilizzato per incoraggiare gli studenti a esaminare argomenti da diverse prospettive, a valutare criticamente le prove e a costruire argomentazioni persuasive. Questo approccio promuove il pensiero critico, in quanto gli studenti devono analizzare informazioni, valutare fonti e formulare argomentazioni basate su prove solide.

Nelle discipline STEM il debate è particolarmente importante perché aiuta gli studenti a comprendere argomenti complessi, a esplorare questioni etiche e sociali correlate alla scienza e alla tecnologia e a sviluppare competenze di comunicazione e di pensiero critico.

In conclusione, il debate è un'importante strategia didattica che promuove il pensiero critico, la comunicazione efficace e l'analisi degli argomenti.

Nelle STEM, questa pratica è particolarmente significativa poiché aiuta gli studenti a comprendere concetti complessi, a esplorare questioni etiche e sociali e a sviluppare le competenze necessarie per affrontare sfide scientifiche e tecnologiche nel mondo reale.