Il pensiero critico nella didattica della fisica: uno studio a partire dalle reazioni di insegnanti in formazione e in servizio ad una ambiguità nella definizione di efficienza delle macchine termiche

This work is inspired by the widely accepted need, expressed by national and international organizations and educational researchers, to promote among students and teachers the development of transversal skills that promote the realization of the human being. Among these, and the main object of this study, is critical thinking. In the first chapter of this work, after identifying the main educational objectives required by the current social and technological context, the concept of critical thinking is presented starting from Ennis’ definition: "Critical thinking is reasonable and reflective thinking focused on deciding what to believe or do" and subsequently specified through a series of abilities and dispositions that characterize it. I then discuss how critical thinking responds to the needs of our society and why its promotion is of fundamental importance, especially in schools and specifically in science and physics education. Paying particular attention to the central role of teachers in the educational process, we introduce here an array of practices, validated by researchers in physics education (for example inquiry based learning -IBL- and problem based learning -PBL-), aiming at promoting critical thinking; and the obstacles that hinder its development. Informed by research articles investigating teachers' perception of critical thinking, and by some of L. Viennot’s works which describe the intellectual dynamics of teachers regarding the activation of critical thinking, two interviews were conducted with 10 volunteers among in-service and pre-service physics teachers. With the first interview we observed and recorded the reactions and comments of the volunteers when confronted with explanatory texts, missing crucial assumption or contradictory, extracted from textbooks. With the second interview instead, we studied teachers' knowledge and views about critical thinking, its promotion and the obstacles to its development. The topic of the first interview, extensively discussed in the fourth chapter, is the efficiency of thermal engines. It is observed, as reported in F. Bocci's article, that Carnot's theorem is usually exposed in textbooks in an unsatisfactory way and, as consequences, on one hand, the uniqueness of Carnot cycle and its efficiency is not adequately highlighted, on the other hand an ambiguity may arise in the definition of efficiency itself. Following this discussion we analyse 11 high school and 2 university textbooks, highlighting their deficiencies and ambiguities regarding: the definition of thermal engines; of their efficiency; and the statement of Carnot's theorem. Chapter 4 also contains the analysis in narrative form of the two interviews and the definition of a profile for each interviewee describing: 1) the critical attitude when confronted with an evident contradiction in the definition of the efficiency of a heat engine and 2) the perception of 'critical thinking'. Finally i draw the overall conclusion of this work.

Questo lavoro di tesi è ispirato dal bisogno ampiamente riconosciuto da enti nazionali e internazionali e ricercatori nel campo educativo, di promuovere lo sviluppo, tra studenti e insegnanti, di competenze trasversali che permettano la realizzazione e valorizzazione della persona umana, tra queste, oggetto principale di studio, il pensiero critico. In particolare, nel primo capitolo di questo lavoro, dopo aver identificato i principali obiettivi educativi richiesti dall’odierno contesto sociale e tecnologico viene presentato il concetto di pensiero critico a partire dalla definizione di Ennis: “Critical thinking is reasonable and reflective thinking focused on deciding what to believe or do.” successivamente specificata con una serie di abilità e disposizioni che la caratterizzano. La trattazione prende quindi in esame in che modo il pensiero critico risponda alle necessità della nostra società e perché risulti di fondamentale importanza la sua promozione soprattutto in ambito scolastico e nello specifico in quello dell’educazione scientifica e in fisica. Prestando particolare attenzione al ruolo centrale che occupa l’insegnante nell’azione educativa vengono presentate alcune pratiche, collaudate nella ricerca in didattica della fisica (ad esempio l’inquiry based learning -IBL- e il problem based learning -PBL-), volte alla promozione del pensiero critico e vengono messe in evidenza le problematiche che ne sono invece da ostacolo. Sulla scia di alcuni articoli di ricerca che indagano la percezione degli insegnanti del concetto di pensiero critico, e di alcuni lavori di L. Viennot, che presenta le dinamiche intellettuali degli insegnanti in riguardo l’attivazione del pensiero critico, sono state condotte due interviste con 10 volontari tra insegnanti e studenti laureandi in didattica della fisica. Con la prima intervista si è cercato di osservare le reazioni e osservazioni dei volontari quando posti di fronte a dei testi mancanti di assunzioni cruciali o fra loro contradditori estratti da alcuni libri di testo, con la seconda intervista si è invece esaminata la conoscenza degli insegnanti riguardo il pensiero critico, la sua promozione e gli ostacoli al suo sviluppo. L’argomento della prima intervista, ampiamente discusso nel quarto capitolo, è il rendimento delle macchine termiche. Si osserva, come ben riportato nell’articolo di F. Bocci, che il teorema di Carnot è generalmente esposto in maniera insoddisfacente nei libri di testo, e come conseguenze, da una parte non viene adeguatamente evidenziata l’unicità del ciclo di Carnot e del suo rendimento; e dall’altra può sorgere un’ambiguità nella stessa definizione di rendimento. In seguito alla trattazione dell’argomento viene proposta l’analisi di 11 libri di testo scolastici e 2 universitari di cui vengono sottolineate mancanze e ambiguità in particolare nella trattazione delle macchine termiche, del loro rendimento e del teorema di Carnot. Sempre nel capitolo 4 sono quindi state analizzate in forma narrativa le due interviste ed è stato prodotto per ciascun intervistato un profilo che ne descrive: 1) l’attitudine critica davanti a un’evidente contraddizione che si presenta nella definizione di rendimento di una macchina termica e 2) la percezione della competenza ‘pensiero critico’. Si traggono quindi le conclusioni generali del lavoro.