Con la nuova enfasi sull'hands-on, apprendimento attivo durante l'istruzione superiore, i corsi di laboratorio sembrerebbero avere un vantaggio:cosa potrebbe esserci di più attivo che fare esperimenti? Ma una nuova ricerca sorprendente rivela che i laboratori tradizionali sono ben lontani dai loro obiettivi pedagogici.

In un articolo pubblicato il 2 gennaio in La fisica oggi , "Laboratori di fisica introduttivi:possiamo fare di meglio, "Natasha Holmes, Cornell assistente professore di fisica, e il premio Nobel Carl Wieman della Stanford University riferiscono sulla loro analisi di nove corsi introduttivi di laboratorio di fisica presso tre istituzioni, tenuto da sette istruttori e coinvolgendo quasi 3, 000 studenti. I laboratori sono stati tutti progettati per supportare l'apprendimento degli studenti del contenuto del corso di lezione associato. Poiché le sezioni di laboratorio erano facoltative, i ricercatori hanno potuto confrontare i risultati con un gruppo di controllo di studenti che non hanno seguito i corsi di laboratorio.

I risultati sono stati così coerenti, e così abissale, che i ricercatori lo chiamano "scioccante". Scrivono che "con un alto grado di precisione, non vi era alcun beneficio di laboratorio misurabile statisticamente. ... Nessuno degli effetti medi era statisticamente superiore al 2%; erano tutti indistinguibili da zero."

Anche quando i ricercatori hanno limitato la loro analisi a domande d'esame che non richiedevano calcoli quantitativi, ma solo ragionamenti concettuali che avrebbero dovuto essere valorizzati in un corso di laboratorio, hanno ottenuto gli stessi risultati per il beneficio del laboratorio:zero.

I corsi di laboratorio dovrebbero consentire agli studenti di vedere come funzionano i principi della fisica nella vita reale; condurre esperimenti dovrebbe aiutarli a comprendere meglio la fisica e rafforzare l'istruzione in classe. Perché questo non sta accadendo?

"Anche se si può pensare che i laboratori siano intrinsecamente attivi, la nostra ricerca mostra che nei laboratori tradizionali gli studenti possono essere attivi con le mani ma non sono realmente attivi con il cervello, " dice Holmes. "Seguire procedure meccaniche per ottenere un risultato proibito alla fine non sta facendo molto".

In ampie interviste agli studenti, Holmes e Wieman scrivono di aver trovato, "l'unico pensiero che gli studenti hanno detto di aver fatto in laboratori strutturati e incentrati sui contenuti... era nell'analizzare i dati e verificare se era fattibile finire il laboratorio in tempo".

In una tipica attività di laboratorio, "le equazioni e i principi pertinenti sono esposti nel preambolo; agli studenti viene detto quale valore dovrebbero ottenere per una particolare misurazione o viene data loro l'equazione per prevedere quel valore; viene detto loro quali dati raccogliere e come raccoglierli; e spesso viene anche detto quali pulsanti premere sull'apparecchiatura per produrre l'output desiderato, "scrivono i ricercatori.

Studenti nei laboratori tradizionali, perciò, non serve pensare ai contenuti di fisica ma solo a come seguire correttamente le istruzioni. Ma, scrivi Holmes e Wieman, "Superare gli ostacoli e imparare dai fallimenti sono abilità vitali per ogni scienziato sperimentale... Altrettanto importante [è] avere il tempo sia per riflettere su quelle decisioni e sui loro risultati sia per correggere e migliorare gli esperimenti in modo iterativo".

L'innovativo design del laboratorio che Holmes e Wieman offrono come alternativa nel loro articolo - laboratori di indagine quantitativa strutturata (SQILabs) - enfatizzano la sperimentazione iterativa, prendere decisioni e sviluppare capacità di pensiero critico quantitativo. Mentre le attività SQILab danno agli studenti un obiettivo limitato e realistico, gli studenti decidono come condurre l'esperimento e interpretare i dati. Hanno l'opportunità di risolvere i problemi, rivedere e testare modelli, e provare cose nuove.

I ricercatori hanno scoperto che le attività di SQILab sono più divertenti per gli studenti e diminuiscono il loro senso di frustrazione quando le cose non vanno come previsto. Gli studenti avevano anche meno probabilità di manipolare i dati per un risultato desiderato.

"Piuttosto che essere visti dagli studenti come cerchi inutili e frustranti che devono essere superati, i laboratori di fisica introduttivi possono invece offrire esperienze intellettuali gratificanti, " concludono Holmes e Wieman.