Formazione dei docenti di scienze: integrare la tecnologia con finalità pedagogiche

Lo scopo pedagogico prima dello strumento

Il Quadro europeo delle competenze digitali degli educatori (DigCompEdu), elaborato dalla Commissione europea — Centro comune di ricerca (JRC) —, organizza la competenza digitale degli insegnanti in aree che includono l’impegno professionale, le risorse digitali, l’insegnamento e l’apprendimento, la valutazione e la valorizzazione degli studenti. Il quadro orienta decisioni come selezionare o creare risorse in base all’obiettivo, al contesto, all’approccio pedagogico e alle caratteristiche del gruppo; proteggere contenuti e dati; e analizzare le evidenze di apprendimento. È un riferimento professionale, non uno studio su un’applicazione né una prova che l’introduzione della tecnologia migliori di per sé l’apprendimento (DigCompEdu, Commissione europea — JRC).

Il quadro TPACK integra questa prospettiva mettendo in relazione le conoscenze tecnologiche, pedagogiche e disciplinari. Non basta saper usare uno strumento: conta anche come si insegna e quale concetto scientifico si affronta. Entrambi i quadri aiutano a riflettere sulle decisioni didattiche, ma non garantiscono l’efficacia di uno strumento o di un’attività.

In pratica, conviene definire prima quale concetto scientifico si vuole insegnare, quale difficoltà potrebbe emergere e quale prestazione dimostrerebbe la comprensione. In seguito si può scegliere tra una simulazione, un laboratorio virtuale, sensori o materiali non digitali. La domanda non è se uno strumento sia innovativo, ma se aiuti a raggiungere l’obiettivo e consenta di osservare il ragionamento degli studenti. DigCompEdu include anche accessibilità, differenziazione e partecipazione attiva: la competenza docente non si riduce all’uso tecnico della risorsa.

Una revisione sistematica del 2026 sulla competenza digitale nell’insegnamento della fisica, basata su ricerche in Scopus e pubblicazioni in inglese, raccoglie studi con disegni eterogenei. Descrive le potenzialità di simulazioni e laboratori virtuali quando sono allineati a obiettivi pedagogici, ma avverte che percezioni, autovalutazioni o validazioni da parte di esperti non bastano a dimostrare miglioramenti nell’apprendimento. La revisione fornisce un contesto sul settore; non stima un effetto universale e le sue conclusioni non si estendono automaticamente a tutte le scienze e a tutti i livelli (revisione sulla competenza digitale nell’educazione alla fisica).

Progettare attività che permettano di esaminare il ragionamento

Una sequenza di indagine può partire da una domanda, chiedere una previsione, variare una condizione mantenendone costanti altre, registrare osservazioni e motivare una spiegazione. La risorsa digitale può aiutare a esplorare un fenomeno, ma l’interazione non costituisce di per sé un’indagine. Per esaminare l’apprendimento conta ciò che lo studente sa spiegare o fare, non solo se ha completato un’azione sullo schermo.

La tabella presenta proposte didattiche adattabili, non attività la cui efficacia pedagogica sia stata dimostrata. In ciascun caso, l’obiettivo e il prodotto atteso orientano l’uso dello strumento; se questo non è disponibile, viene proposta un’alternativa che mantiene un compito di analisi.

Nell’attività sui circuiti, PhET permette di esplorare circuiti in corrente continua, componenti e misure di corrente e tensione. Confrontare il modello con un circuito reale può servire a discutere che cosa rappresenta e che cosa non rappresenta: la simulazione non riproduce da sola gli errori di contatto né le variazioni dell’apparecchiatura fisica. Ogni attività pratica richiede materiali adeguati e il rispetto delle norme di sicurezza della scuola; il circuito non deve mai essere collegato alla rete elettrica. La proposta non fornisce risultati misurati sull’apprendimento (documentazione di Circuit Construction Kit: DC).

Laboratori virtuali, misurazioni ed esperienze pratiche

Un laboratorio virtuale può aiutare ad anticipare le procedure e a rendere visibili variabili e controlli prima di un’attività. Gli studenti possono prevedere che cosa cambierebbe, motivare che cosa conviene mantenere costante e poi confrontare il modello con un’esperienza reale, quando appropriato. Il modello può supportare la visualizzazione e la preparazione, ma non allena automaticamente la manipolazione, la destrezza manuale né la risposta agli errori dell’apparecchiatura o alle condizioni di sicurezza materiale. Se l’obiettivo include queste esperienze, l’attività virtuale non sostituisce la pratica fisica né la guida dell’insegnante.

Nell’esempio sulla luce, la pagina di phyphox avverte che il sensore ambientale non è disponibile per l’applicazione su iPhone. Perciò conviene verificare la compatibilità del dispositivo prima di progettare l’attività, anziché supporre che tutti i telefoni siano adatti. Una lettura del sensore non equivale automaticamente a una misurazione calibrata della potenza solare: illuminamento e irradianza sono grandezze diverse. Uno studio strumentale sui sensori di luce dei telefoni esamina la calibrazione e l’incertezza nella misurazione dell’irradianza solare; fornisce un contesto sulle misurazioni, non prove dell’efficacia educativa dell’attività proposta (esperimento Light di phyphox; studio strumentale sui sensori di luce dei telefoni).

Se la connessione non funziona, PhET offre opzioni per usare le simulazioni offline, tra cui un’applicazione desktop con simulazioni HTML5 e Java e le relative traduzioni per Windows e macOS. Prima di pianificare l’attività, è necessario verificare la compatibilità e le condizioni dell’opzione specifica. phyphox permette di salvare ed esportare le misurazioni; quando le si trasferisce in un foglio di calcolo, occorre conservarne le unità e il contesto. Provare le risorse sui dispositivi disponibili e preparare un’alternativa su carta aiuta a pianificare la continuità, anche se tale alternativa non equivale a usare direttamente il simulatore (accesso offline a PhET; domande frequenti di phyphox).

Formare a progettare, sperimentare e rivedere

Una breve sessione tecnica sui controlli di un’applicazione non equivale, da sola, a una formazione professionale. La guida allo sviluppo professionale dell’Education Endowment Foundation (EEF) descrive meccanismi come modellamento, esercitazione pratica, feedback, supporto sociale e follow-up per consolidare l’applicazione di quanto appreso. A partire da questo quadro, una proposta per futuri insegnanti potrebbe includere l’esplorazione di una risorsa come studenti, la progettazione di un’attività, la sperimentazione tramite microinsegnamento con i pari, la ricezione di commenti e la revisione dei prodotti ottenuti quando l’attività viene realizzata con il supporto di un mentore. Per rendere possibili anche la sperimentazione e la revisione, sono necessari tempo e sostegno istituzionale.

La guida dell’EEF si rivolge agli insegnanti in servizio, quindi applicarne i meccanismi alla formazione iniziale costituisce un adattamento, non una sequenza convalidata per quel gruppo. Uno studio del 2024, basato su gruppi di discussione con futuri insegnanti della scuola secondaria in fase avanzata di formazione presso un’università europea, descrive la percezione che l’autoapprendimento possa aiutare ad acquisire abilità e che si desiderino anche collaborazione e orientamento per insegnare le competenze digitali. Include materie diverse e non misura un miglioramento causale dell’apprendimento degli studenti. Fornisce un contesto sulle esigenze espresse, non la prova che uno specifico formato formativo funzioni per tutti i futuri insegnanti (guida allo sviluppo professionale dell’EEF; studio sulle percezioni dei futuri insegnanti).

Nel rivedere un’attività, ci si può chiedere se le istruzioni abbiano aiutato a formulare una previsione, se le registrazioni abbiano mantenuto le unità, se la spiegazione abbia distinto le evidenze dalle inferenze e se siano emerse barriere di accesso. Queste domande servono a migliorare la progettazione, ma non costituiscono di per sé una valutazione causale della tecnologia.

Inclusione, privacy e condizioni d’uso

L’accessibilità si pianifica insieme all’attività. Le linee guida di CAST per la Progettazione universale per l’apprendimento propongono molteplici modalità di coinvolgimento, rappresentazione, azione ed espressione. In un’attività di interpretazione dei dati, per esempio, si può offrire una tabella oltre al grafico e consentire una spiegazione orale o scritta. In base alle esigenze del gruppo e alle caratteristiche della risorsa, conviene verificare l’uso della tastiera, il contrasto, l’ingrandimento, la compatibilità con i lettori di schermo e le alternative testuali o sonore. Non si deve supporre che ogni simulazione offra le stesse opzioni né che un adattamento garantisca da solo l’accessibilità (linee guida CAST per la Progettazione universale per l’apprendimento).

La tecnologia non dovrebbe rendere il telefono personale un requisito. Si possono prevedere dispositivi della scuola, lavoro condiviso o un’alternativa su carta. Per le applicazioni e le piattaforme, la scuola deve sapere quali dati vengono raccolti, quali autorizzazioni sono richieste, chi può accedere alle informazioni, dove e per quanto tempo vengono conservate e come vengono eliminate. I lavori o i dati identificabili non devono essere caricati su servizi non autorizzati; conviene condividere i file tramite canali approvati. La guida dell’Agenzia spagnola per la protezione dei dati offre indicazioni contestuali per le scuole in Spagna ed è contrassegnata in revisione; non è una norma universale né sostituisce la verifica delle condizioni applicabili in ciascuna scuola (guida dell’AEPD per le scuole).

Occorre anche valutare il costo totale: apparecchiature, gestione, manutenzione, connettività e formazione, oltre alla licenza iniziale. Le raccomandazioni del Rapporto GEM 2023 dell’UNESCO invitano a considerare pertinenza, equità, sostenibilità ed evidenze indipendenti, tenendo conto delle esigenze degli studenti e degli insegnanti. Nel valutare le evidenze su una tecnologia, conviene esaminare i metodi, il campione, le misure, i possibili bias, i finanziamenti o gli interessi del fornitore e la pertinenza rispetto al contesto. Sono raccomandazioni per orientare le decisioni, non una garanzia che ogni risorsa sia gratuita o adeguata in qualsiasi contesto (raccomandazioni del Rapporto GEM 2023 dell’UNESCO).

Valutare con prudenza

Prima di attuare una proposta, si può concordare quale risultato scientifico ci si aspetta e quale evidenza lo dimostrerebbe. Le spiegazioni iniziali e successive, un compito di trasferimento a un altro caso e il monitoraggio dei prodotti degli studenti possono aiutare a rivedere il ragionamento. Può essere utile anche confrontare, quando possibile, una ragionevole alternativa. Per interpretare i risultati sono importanti le conoscenze pregresse, il tempo, il supporto dell’insegnante e le barriere di accesso.

La soddisfazione, la motivazione dichiarata o il tempo trascorso davanti allo schermo non equivalgono, da soli, all’apprendimento scientifico. Un confronto prima e dopo in un unico gruppo non dimostra neppure che una qualsiasi differenza sia dovuta allo strumento. Per attribuire i cambiamenti alla risorsa servirebbero risultati di apprendimento, confronti appropriati e attenzione ai limiti del disegno; un’associazione o una percezione favorevole non dimostrano causalità.

I materiali citati svolgono funzioni diverse. DigCompEdu e TPACK sono quadri di riferimento; le linee guida di CAST e le raccomandazioni dell’UNESCO orientano la progettazione; lo studio sui futuri insegnanti informa sulle percezioni; lo studio sui sensori riguarda le misurazioni; e la revisione sull’educazione alla fisica sintetizza studi con metodi eterogenei. Nessuno di questi materiali, preso singolarmente, dimostra che una simulazione, un sensore o una modalità formativa migliori l’apprendimento in qualsiasi classe. Una decisione pedagogica sostenibile collega la risorsa a un obiettivo chiaro, raccoglie evidenze pertinenti e riconosce i limiti del contesto e della misurazione.