Le competenze nelle scienze e l’indagine PISA 2003

Mario Branca,

Dipartimento di Chimica dell’Università di Sassari,

SSIS Sardegna sezione di Sassari.

Perugia 28 aprile 2005

Frazione degli studenti iscritti a corsi di laurea ad orientamento scientifico:

50% nell’AA 1951/’52

30% nell’AA 2000/’01

andamento delle iscrizioni dal 1989/90 al 2000/01

• chimica da 2274 a 1293• fisica da 3216 a 1428• matematica da 4396 a 1611

www.miur.it/ustat

•Sarà difficile far fronte alla crescente richiesta da parte delle imprese di ricercatori e tecnici di alta qualificazione scientifica.

•Spopolamento delle Università a causa del turn-over generazionale.

•Difficoltà al reperimento un numero sufficiente di docenti qualificati di materie scientifiche nella Scuola di ogni ordine e grado.

La crisi delle vocazioni scientifiche è un fenomeno che preoccupa il Nord del Mondo.

Possibili cause• È un fenomeno internazionale, ma l’Italia

investe meno degli altri paesi in ricerca e sviluppo.

• Scarso interesse da parte degli studenti.

• ma probabilmente anche senso di inadeguatezza da parte degli allievi.

Indagini internazionali PISA 2003

http://www.pisa.oecd.org

EDUCATION AT A GLANCE 2004www.oecd.org/edu/eag2004

TIMSS http://www.cede.it/ricerche-internazionali/iea-timss

Indagini nazionali

INVALSI

PISA (Programme for International Student Assessment)

OECD (Organization for Economic Co-operation and Development)

Il programma internazionale dell’OECD, per il monitoraggio delle acquisizioni degli Studenti, denominato PISA si prefigge come obiettivo di verificare in che misura i giovani che concludono la scuola dell’obbligo o si avvicinano alla fine del ciclo obbligatorio (14 o 15 anni), abbiano acquisito le conoscenze e le capacità necessarie per svolgere un ruolo attivo nella società, valutando le competenze funzionali nella lettura, nella matematica e nelle scienze. I risultati si basano sui dati raccolti nel corso del 2003.

Risultati nella scala delle scienze PISA 2003

ITALIANord Ovest 533

Nord Est 533

Centro 497

Sud 444

Sud Isole 440

Media OECD 500

Ma che cosa è stato chiesto nel PISA

ai nostri ragazzi?

Il PISA che accerta le competenze scientifiche è così costruitoa. Processi : processi mentali che sono coinvolti nel fare

domande o affermazioni:1 individuare questioni che possono essere studiate

scientificamente.2 Identificare prove necessarie in una indagine scientifica.3 Trarre o valutare conclusioni4 Comunicare conclusioni valide5 Dimostrare comprensione di concetti scientifici

nces.ed.gov/surveys/pisa/ pdf/PISA_Science_Concepts_Items.pdf

b. Contenuti o conoscenze scientifiche e comprensioni concettuali che sono richieste nell’usare quei processi:

1 Struttura e proprietà della materia.2 Variazioni atmosferiche.3 Trasformazioni chimiche e fisiche.4 Trasformazioni energetiche.5 Forza e movimento.6 Forma e funzione.7 Biologia umana.8 Trasformazioni fisiologiche.9 Biodiversità.10 Controllo genetico.11 Ecosistemi.12 La terra e il suo posto nell’universo.13 Trasformazioni geologiche.

nces.ed.gov/surveys/pisa/ pdf/PISA_Science_Concepts_Items.pdf

c. Situazioni :si definisce situazione scientifica un fenomeno del mondo reale nel quale la scienza può essere applicata. Le aree di applicazione delle scienze sono state raggruppate in tre gruppi:

1. Scienze della vita e della salute, salute, malattie e nutrizione, mantenimento e uso sostenibile delle specie; interdipendenza di sistemi fisici e biologici.

2. Scienza della terra e dell’ambiente, inquinamento, produzione e perdita dei suolo, tempo e clima

3. Scienza e tecnologia: biotecnologia, uso dei materiali e rifiuti, uso dell’energia, trasporti

nces.ed.gov/surveys/pisa/ pdf/PISA_Science_Concepts_Items.pdf

I Quesiti proposti

Diario di Semmlweis• "Luglio 1846. La prossima settimana diventerò

"Herr Doktor" nel primo reparto della clinica di maternità dell'Ospedale generale di Vienna. Mi sono spaventato quando ho conosciuto la percentuale dei pazienti morti in questa clinica. Questo mese su 208 madri 36 sono morte di febbre puerperale. Dare alla nascita un bambino e pericoloso come una polmonite

• Il tracciato è tratto dal diario di Ignazio Semmelweis (1818-1865) e illustra l'effetto devastante della febbre puerperale, un malattia contagiosa che fa morire molte donne dopo il parto. Semmelweis raccoglie i dati sui numeri di decessi a causa di febbri puerperali nel primo e secondo reparto (vedi diagramma).

percentuale di decessi a causa di febbri

Primo reparto

Secondo reparto

numero di morti

anno

• I medici, compreso Semmelvweis, erano completamente all'oscuro circa le cause delle febbri puerperali.

Ancora dal diario di Semmelweis:

•Dicembre 1846. Perché così tante donne muoiono a causa di queste febbri senza che vi siano stati problemi durante il parto? Da secoli la scienza ci dice che è un'invisibile epidemia che ammazza le madri. La causa può essere un qualche fattore nell'aria o in una qualche influenza extraterrestre o in un movimento della terra stessa, un terremoto.

• Noi oggi sappiamo che sono causate dalle condizioni igieniche. Ma al tempo di Semmelweis, molte persone, anche scienziati non lo sapevano.

• Tuttavia, Semmelweis sapeva che era improbabile che le febbri fossero causate da influenze extraterrestri o da un terremoto. Mostrò i dati raccolti (vedi diagramma) e li usò per cercare di persuadere i suoi colleghi.

Oggigiorno nessuno considera come possibile causa delle febbre un'influenza extraterrestre o un terremoto.

Nel quesito si richiede allo studente di utilizzare i dati forniti per:

• a) Valutare differenti punti di vista• b) collegare sistematicamente i dati a

conclusioni possibili utilizzando una catena di ragionamenti non fornita agli studenti.

DOMANDA 1: DIARIO DI SEMMELWEIS• Processo:Valutare evidenze/dati scientifici.• Concetti:Scienza della vita e salute (biologia animale)

• Supponiamo che voi siate Semmelweis. Fornite un motivo (basato sui dati raccolti da Semmelweis) per il quale è improbabile che le febbri puerperali siano causate dai terremoti.

Punteggio.

RISPOSTE PIENAMENTE CORRETTE– Una risposta che faccia riferimento al

diverso numero di decessi (in percentuale) in entrambi i reparti.

RISPOSTE PARZIALMENTE CORRETTE –risposte che indicano che i terremoti non sono frequenti–risposte che indicano che i terremoti colpirebbero anche le persone al di fuori dei reparti–risposte che indicano che durante i terremoti, i maschi non soffrono di febbri puerperali

RISPOSTE NON CORRETTE–risposte che affermano soltanto che i terremoti non causano febbre.–risposte che soltanto affermano che le febbri possono avere altra causa.–risposte che sono combinazione delle precedenti.

•Supponiamo che voi siate Semmelweis. Fornite un motivo (basato sui dati raccolti da Semmelweis) per il quale le febbri puerperali è improbabile che siano causate dai terremoti.

Testo 2 del diario di Semmelweis:

• Parte della ricerca nell'ospedale era la dissezione. Il cadavere delle persone decedute viene aperto per trovare le cause del decesso. Semmelweis annota che gli studenti che operano nel primo reparto e visitano le donne che hanno appena partorito usualmente prendono parte alla dissezione delle donne morte il giorno prima. Inoltre non si curano di lavarsi dopo la dissezione. Molti di loro, per mostrare la loro laboriosità, sono fieri del fatto che si potesse sentire su di loro l'odore della camera mortuaria.

• Uno degli amici di Semmelweil morì dopo essersi tagliato durante una dissezione. La dissezione del suo corpo mostrò gli stessi sintomi delle madri morte di febbre puerperale. Ciò fornì a Semmelweil una nuova idea.

DOMANDA 2• Processo: individuazione dei quesiti• Concetti: Scienze della vita e salute (biologia Umana)

• A Semmelweis viene una nuova idea che collega il comportamento degli studenti con le morti delle donne nei reparti di maternità.

Qual è quest'idea?1. Se gli studenti si lavassero dopo le dissezioni si

osserverebbe un decremento nelle febbri puerperali.

2. Gli studenti non dovrebbero partecipare alle dissezioni perché potrebbero tagliarsi.

3. Gli studenti puzzano perché dopo le dissezioni non si lavano

4. Gli studenti volendo dimostrare la loro industriosità sono meno attenti nell'esaminare le donne.

RISPOSTA CORRETTA:

• 1.Se gli studenti si lavassero dopo le dissezioni si osserverebbe un decremento nelle febbri puerperali.

.

RISPOSTA SBAGLIATA• Tutte le altre

• Semmelweis riuscì nell'intento di ridurre il numero di decessi per febbre puerperale. Ma ancora oggi la febbre puerperale rimane una malattia che è difficile da eliminare.

Le febbri, che sono difficili da curare, sono ancora un problema ospedaliero. Molte provvedimenti di routine servono come controllo per questo problema. Tra questi vi è quello di lavare le lenzuola a temperatura elevata.

DOMANDA 3

•Processo: Applicare conoscenze scientifiche nella situazione prospettata.•Concetti: Scienze nella vita e salute (Biologia Umana)

•Spiegare perché lavare le lenzuola a temperatura elevata riduce il rischio che il paziente possa contrarre la febbre.

PunteggioRISPOSTE CORRETTE 1. Risposte che fanno riferimento alla

morte dei batteri2. Risposte che fanno riferimento alla

morte di micro-organismi, germi o virus.

3. Risposte che fanno riferimento alla rimozione (non alla morte) di micro-organismi, germi o virus.

4. Risposte che fanno riferimento alla sterilizzazione delle lenzuola.

RISPOSTE ERRATE1. Risposte che fanno riferimento

alla morte della malattia.2. Altre risposte scorrette.

Il prossimo quesito chiede agli studenti di andare oltre l'esempio storico che indaga sulle conoscenze scientifiche comuni necessarie a spiegare i fenomeni scientifici.

• DOMANDA 4• Processo: applicare conoscenze scientifiche alla situazione

presente.• concetti: Scienze nella vita e salute (biodiversità)

• Molte malattie possono essere curate usando antibiotici. Tuttavia, l'efficacia di alcuni antibiotici contro le febbri puerperali negli ultimi anni è diminuita. Per quale motivo?

1. Una volta prodotti, gli antibiotici perdono gradualmente di efficacia

2. I batteri diventano resistenti agli antibiotici3. Questi antibiotici sono efficaci contro le

febbri puerperali, ma non contro le altre malattie.

4. La richiesta di questi antibiotici è diminuita in quanto le condizioni di salute pubblica sono migliorate, negli ultimi anni, considerevolmente.

• Punteggio• RISPOSTA CORRETTA• risposta 2 - I batteri diventano

resistenti agli antibiotici

• RISPOSTA SBAGLIATE • tutte le altre

Test internazionali

• Forniscono un quadro all’ingresso della scuola superiore, che cosa succede all’uscita?

•In Italia il 97% dei candidati ha superato l’esame di maturità . E’ raddoppiato rispetto all’anno precedente il numero dei diplomati con il massimo dei voti.

• l’esame di maturità con commissioni formate esclusivamente da professori interni si è trasformata in una farsa- con la conseguenza che nessuna scuola boccia se stessa.

A Sassari ho provato a confrontare le competenze scientifiche dei

“maturati” con quelle di chi ha conseguito la terza media

test su 192 matricole della facoltà di scienze e su127 iscritti alla prima classe delle secondarie(60% liceo e 40% ITIS)

“An Inventory for Alternate Conceptions among First-Semester General Chemistry Students”Mulford, Douglas R.; Robinson, William R.

J. Chem. Educ. 2002, 79, 739.

2.Che cosa conterranno le bolle in un campione di acqua che si trova in ebollizione da almeno 30 minuti?A) aria;B) idrogeno in forma gassosa e ossigeno in forma gassosa;C) ossigeno;D) vapore d’acqua ;E) calore. 2

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%a %b %c %d %e %nr

100 matricole

medie

4. Se sciogliamo 1 grammo di sale da cucina in 20 grammi di acqua, quale sarà il peso finale della soluzione ?A) 19 grammi;B) 20 grammi;C) compreso tra 20 e 21 grammi;D) esattamente21 grammiE) più di 21 grammi.

4

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%a %b %c %d %e %nr

matricole

medie

5.Il ferro si combina con l’ossigeno e l’acqua dell’aria e arrugginisce. Se un filo di ferro si arrugginisce completamente, il peso della ruggine sarà:A) inferiore al peso del filo da cui proviene;B) identico al peso del fil da cui proviene;C) più alto di quello del filo da cui provieneD) è impossibile da prevedereE) la ruggine non pesa

5

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matricole

medie

7.Quando dell'acqua liquida che si trova a 0°C congela:

A) cala di temperatura e cede calore all'ambiente;B) aumenta di temperatura ed assorbe calore dall'ambiente;C) resta alla stessa temperatura e cede calore all'ambiente;D) resta alla stessa temperatura ed assorbe calore dall'ambiente; E) durante il congelamento non viene scambiato calore.

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matricole

medie

Test di accesso alle facoltà

• Perché medicina– Uguale e svolto contemporaneamente

in tutta in Italia– Svolto da moltissimi studenti (33.634 nel 2004)– È una prova oggettiva e non autoreferenziale– il MIUR rende pubblici tutti i risultati.

Test di medicina

• 80 domande a scelta multipla– 26 logica e cultura generale– 18 biologia– 18 chimica– 18 matematica e fisica – una risposta giusta e 4 distrattori

• 1,5 minuti per domanda.• Punteggio massimo 80 punti

– risposta esatta +1 punto– risposta errata -0,2 punti

Confronto test ammissione 2003 - 2004

• 2003– 31.126 candidati

– 5% raggiunge 48/80

– Media ammessi 42,7

– Media totale 26,16

• 2004– 33.634 candidati

– 2% raggiunge 48/80

– Media ammessi 39,5

– Media totale 24,48

Fonte: http://pacs.unica.it

Medicina e Chirurgia AA2004/05

• Risultati su scala nazionale;• media è il punteggio medio ottenuto

dagli ammessi.• media totale è su tutti i concorrenti

• Risultati abbastanza diversi da una sede all’altra, ma nel complesso i punteggi medi sono bassi.

• La media degli ammessi è 39,5/80.• La media su tutti i canditati è 24,5/80

http://pacs.unica.it/graduato.htm

Media MediaUniversit Ammessi Totale

ŹMessinaŹ 33,71 20,5ŹSassariŹ 34,7 20,73ŹCataniaŹŹ 35,01 20,82ŹCatanzaro 35,97 20,83ŹFoggiaŹ 34,69 21,07ŹNapoli 2 35,85 21,17ŹNapoli 38,72 21,26ŹCagliariŹ 34,63 21,79ŹL'AquilaŹ 34,54 21,95ŹChieti 38,44 22,96ŹRoma 2 38,31 23,24ŹSienaŹ 37,11 23,39ŹPalermoŹŹ 39,95 23,84ŹPerugiaŹŹ 38,11 23,96ŹRoma 43,77 24,75ŹTriesteŹ 38,24 25,64AnconaŹ 39,97 25,95ŹGenovaŹŹ 36,96 26,06ŹVarese 37,49 26,12ŹPisaŹ 41,3 26,14ŹFirenzeŹ 39,38 26,15ŹVercelli 38,15 26,22ŹParmaŹ 39,09 26,47ŹTorinoŹŹ 40,9 27,03ŹBresciaŹ 39,5 27,35ŹBariŹŹ 41,3 27,41ŹPadovaŹ 43,36 27,75ŹFerraraŹ 41,19 28,14ŹPaviaŹŹ 42,47 28,39ŹBolognaŹ 45,51 28,63ŹModena 41,63 28,63ŹMilanoŹŹ 43,71 28,79ŹVeronaŹ 44,3 29,4ŹMilano 2 44,5 29,61ŹUdineŹ 44,88 30,43

Simulazione nazionale

• Cosa succederebbe se la graduatoria venisse fatta su scala nazionale?

http://pacs.unica.it/graduatorie/statsmed04.htm

posti auniversit max min media concorso ammessi amm%ŹMessinaŹ 61,2 27,6 33,71 200 89 44,50%ŹCagliariŹ 55,4 28,4 34,63 170 80 47,06%ŹL'AquilaŹ 53,6 29 34,54 115 55 47,83%ŹFoggiaŹ 53,6 28,8 34,69 71 36 50,70%ŹSassariŹ 57 28,8 34,7 100 51 51,00%ŹCataniaŹŹ 56,2 29 35,01 270 141 52,22%ŹNapoli 2 62 29,2 35,85 300 167 55,67%ŹSienaŹ 72,8 29,6 37,11 144 94 65,28%ŹCatanzaro 53 30,4 35,97 100 70 70,00%ŹGenovaŹŹ 57,6 31 36,96 230 173 75,22%Como Insubria 60 31 37,49 130 101 77,69%ŹPerugiaŹŹ 63,4 31,2 38,11 200 167 83,50%ŹChieti 66,8 31,6 38,44 160 136 85,00%ŹTriesteŹ 64,2 31,6 38,24 110 94 85,45%ŹRoma Sapienza 68,4 32 38,31 640 573 89,53%ŹParmaŹ 67,4 32,2 39,09 200 180 90,00%ŹVercelli 61,6 32,2 38,15 75 68 90,67%ŹPisaŹ 64,4 32 41,3 251 229 91,24%ŹNapoli Feder. II 68 32,4 38,72 293 273 93,17%ŹFirenzeŹ 65,6 33 39,38 220 223 101,36%ŹBresciaŹ 61,2 33,2 39,5 180 188 104,44%ŹTorinoŹŹ 64,6 33,4 40,9 375 399 106,40%ŹPalermoŹŹ 62,8 33,8 39,95 250 274 109,60% AnconaŹ 63,2 33,8 39,97 130 149 114,62%ŹModena e Reg. 63,6 34,4 41,63 144 172 119,44%ŹBariŹŹ 59,6 35 41,3 324 407 125,62%ŹRoma Tor Verg. 61 35,8 43,77 165 216 130,91%ŹFerraraŹ 59,2 35 41,19 145 195 134,48%ŹPaviaŹŹ 64,6 36 42,47 200 282 141,00%ŹBolognaŹ 68,2 36,6 45,51 300 433 144,33%ŹUdineŹ 64,2 37,2 44,88 80 120 150,00%ŹMilanoŹŹ 64,6 37,2 43,71 300 457 152,33%ŹVeronaŹ 57,6 37,2 44,3 145 223 153,79%ŹPadovaŹ 61,8 36,6 43,36 239 380 159,00%ŹMilano Bicocca 64,6 38,2 44,5 100 161 161,00%

punteggio ammessi simulazione

Quali le maggiori difficoltà?

• Non conoscono gli argomenti?• Non riescono a capire le domande?• Non sono abituati a risolvere i test?• Non hanno abbastanza tempo a disposizione in

relazione alla difficoltà dei quesiti?• I quesiti non tengono conto dei programmi della

scuola superiore?

Ancora difficoltà

• È anche un problema di continuità– Esiste un raccordo tra i docenti delle scuole superiori e

quelli dell’università?

• I test selezionano veramente i migliori studenti?– La didattica italiana tradizionalmente non fa uso dei

test, non è detto che sia davvero così peggiore di quella degli altri paesi europei.

Forse....

• Occorre un ripensamento a tutti i livelli sull’insegnamento delle discipline scientifiche

• Occorre raccordare i diversi ordini di istruzione che appaiono sempre più frammentati e scollegati

• E’ urgente definire un elenco coinciso e chiaro delle conoscenze e competenze irrinunciabili per le diverse fasce di età

• Occorre organizzarsi su scala locale per effettuare azioni che siano significative, che vadano quindi ad incidere sulla massa dei docenti e degli studenti