L’uso della matematica in fisica e le strategie di problem solving degli studenti di prima liceo scientifico: analisi della loro evoluzione attraverso il progetto Virtual School

Matematica e fisica sono due discipline intrinsecamente connesse e il ruolo della matematica in relazione alla fisica non è solo tecnico, ma anche e soprattutto strutturale, legato alla definizione e interpretazione di concetti, relazioni e problemi. Ciò diventa rilevante nell'ambito dell'insegnamento della matematica, ma anche della fisica nella scuola secondaria di secondo grado, per la quale la matematica è un prerequisito necessario per il pieno raggiungimento delle competenze proprie della disciplina. Tuttavia, gli studenti hanno spesso difficoltà a utilizzare strumenti e metodi matematici in contesto fisico e a combinare matematica e fisica nella risoluzione dei problemi. La letteratura mostra però che il problema principale non sta nella carenza delle competenze puramente matematiche, ma piuttosto nell'uso della matematica in un contesto differente, quale la fisica. Ciò richiede lo sviluppo di strategie e atteggiamenti specifici. Per capire quali siano le pratiche didattiche più efficaci a questo scopo si è considerata la ricerca sui processi messi in atto dagli studenti nella risoluzione di problemi di fisica, e in particolare la loro interpretazione tramite gli epistemic frames ed epistemic games, ossia i modi in cui gli studenti inquadrano un problema di fisica e le mosse attuate per risolverlo. In questa tesi viene descritto come si è tenuto conto di tali risultati nella progettazione delle lezioni di un corso estivo di fisica online per studenti di prima Liceo Scientifico, e viene analizzata l’evoluzione delle strategie di problem solving adottate dagli studenti e di come utilizzano alcuni specifici strumenti matematici (grafici ed equazioni). Il corso è stato attuato all’interno del progetto “Investigating the impact of Virtual School experiences on teaching and learning”, realizzato nell’ambito di un programma di ricerca congiunto tra l’università di Padova e la Monash University in Australia nel 2022. Il progetto, svolto in collaborazione con alcune scuole del territorio, era volto a supportare gli studenti in difficoltà con la fisica e, nel contempo, offriva un’opportunità di tirocinio e pratica riflessiva a studenti o neolaureati orientati all’insegnamento a scuola. Questi ultimi, infatti, erano incaricati di preparare le lezioni sotto la guida di insegnanti in servizio, tutor e ricercatori in didattica. La progettazione delle lezioni è stata arricchita dall’indagine oggetto di questa tesi, la quale ha previsto lo sviluppo di un test e di interviste pre/post condotte con un sottogruppo di 7 studenti che hanno poi preso parte al corso estivo. I test sono stati strutturati in due coppie di esercizi isomorfi in matematica e fisica. Gli esercizi di fisica erano relativi al tema del percorso, i fenomeni termici, e richiedevano l'uso di grafici ed equazioni lineari. Le interviste sono state trascritte e codificate in termini degli epistemic frames ed epistemic games messi in atto dagli studenti nella risoluzione dei problemi, confrontando gli esercizi nei due contesti (matematica e fisica) e valutando l'evoluzione pre/post. I risultati di questa tesi possono essere di interesse per stimolare una riflessione sull’insegnamento sia della matematica in quanto tale sia in relazione al suo ruolo nelle altre discipline scientifiche.