Riassunto analitico
L’integrazione di argomenti di Nanoscienze e Nanotecnologie all’interno dei curricula di scuola superiore è oggetto di ampio dibattito. Viene infatti generalmente considerato un tema troppo difficile e specialistico per poter essere introdotto a livello secondario e si finisce così per focalizzare l’attenzione quasi esclusivamente sull’addestramento dei futuri ricercatori e lavoratori del settore. Tuttavia di recente si va facendo strada la tendenza a favorire tale inserimento. Vi è addirittura chi ritiene che esso possa accelerare il processo di innovazione dell’ educazione scientifica. Questa tesi vuole fornire un contributo alla discussione, presentando NANOLAB www.nanolab.unimore.it, un progetto educational che mira ad introdurre nei curricula delle superiori percorsi didattici che illustrando le idee principali dell’attuale sviluppo di Nanoscienze e Nanotecnologie. Realizzato in Italia, viene sperimentato dal 2011. All’interno del progetto sono state selezionate alcune idee Nano chiave e ciascuna di esse è stata collegata ad un’area tematica di grande rilevanza nell’ambito della attuale ricerca: nanoparticelle, materiali intelligenti, polimeri conduttivi, superfici nanostrutturate. Grande attenzione è stata posta nel presentare le più avanzate applicazioni ma altrettanto spazio è dedicato ai principi di base. Per ciascuna area sono stati sviluppati alcuni protocolli sperimentali che permettono di investigare il comportamento della materia alla nanoscala. Nel panorama esistente la maggior parte delle attività nano proposte agli studenti secondari si basano su quello che potremmo definire “wow-effect”, si tratta cioè di dimostrazioni spettacolari e di grande impatto che sfruttano alcune delle proprietà controintuitive dei nanomateriali per affascinare e stimolare la discussione ma che sono rigorosamente qualitative. NANOLAB mostra che è possibile spingersi oltre, utilizzando gli aspetti più spettacolari per motivare gli studenti ad approfondire con indagini quantitative. E’ infatti possibile proporre protocolli sperimentali nano-ispirati in modalità hands-on, da svolgere a scuola integrati nell’usuale pratica didattica. Ciò offre il duplice vantaggio di completare gli argomenti curricolari tradizionali introducendo anche la nuova prospettiva della materia alla nanoscala e di sperimentare direttamente modalità di lavoro proprie della ricerca scientifica. Le attività infatti sono progettate il più possibile come controparti didattiche degli esperimenti quotidianamente effettuati nei laboratori di tutto il mondo; gli studenti vengono direttamente coinvolti nella sperimentazione ed esplorano la fisica che sta dietro ai fenomeni osservati in un approccio inquiry based . Portare la ricerca nella scuola può apparire come una sfida difficile anche per dal punto di vista tecnico e in termini di spesa. NANOLAB dimostra che non è necessariamente così. Tramite l’uso di nano materiali accuratamente selezionati, ormai disponibili sul mercato ad un costo relativamente basso, e grazie ai dispositivi elettronici degli studenti stessi utilizzati come sensibili e potenti strumenti di laboratorio integrati con altre risorse reperibili gratuitamente in rete, si può raggiungere grande efficacia ad un costo bassissimo. Il ruolo degli insegnanti è universalmente riconosciuto come fondamentale nel processo di innovazione educativa. Pertanto NANOLAB dedica particolare spazio ad aggiornarli e supportarli, fornendo risorse di elevate qualità e facile implementazione, possibilità di networking e di aggiornamento professionale sia dal vivo (summer school) che on-line (sito web e on-line community). Tutte le risorse (sia in italiano che inglese) sono distribuite con licenza Creative Commons Licence Share Alike 3.0.
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Abstract
The opportunity of incorporating Nano-scale science and technology into secondary school curricula is still controversial. Often considered far too difficult and specialized to be dealt with, not to say performed, at secondary level, the focus has rather been posed on training researchers and future workforce. However a tendency towards favoring the inclusion is slowly making its way through. It is now even ventured the idea that the introduction of Nanoscience and Nanotechnology may result beneficial in boosting science education innovation.
This thesis intends to contribute to the discussion by presenting contents and outcomes of NANOLAB www.nanolab.unimore.it, an educational project aiming at introducing nano-inspired didactical paths, exposing the main ideas of current Nanoscience and Nanotechnologies, into high school curricula. NANOLAB is being developed and tested in Italy since 2011.
Within the project a few key-ideas of Nanoscience and Nanotechnology have been selected and each has been linked to a relevant thematic area: nanoparticles, smart materials, conducting polymers, nanostructured surfaces. Great attention has been put in introducing the most advanced Nanotechnology applications, but as much consideration has been given to the basics of Nanoscience. For each area, a small set of integrated experimental protocols have been developed which probe matter at the nanoscale.
In the existing panorama, most of the proposed nano-activities for young students are actually based on what we may call the “wow-effect”, consisting in high impact spectacular but strictly qualitative demonstrations, exploiting some of the peculiar properties and behavior of nanomaterials to fascinate and stimulate discussion. NANOLAB shows that it is actually possible to go beyond this, exploiting wow-effects to capture student attention and give them the motivation for pursuing further, more quantitative investigations, and to interpret results within their own school labs. It is in fact possible to introduce nano-inspired experimental protocols which may be performed at school, in a hands-on modality and embedded in the usual didactical practice. This offers the double gain of supplementing traditional curricular topics with the new perspective of matter at the nanoscale, and of introducing research own typical working style. The activities are in fact designed as much as possible as the didactic counterparts of experiments performed daily in research laboratories; that is, students play with the real stuff, and explore the Physics behind the phenomena in an inquiry based approach.
Bringing research into school may seem a challenging task, also due to technical and financial issues. NANOLAB shows that this is not necessarily the case. Through the use of carefully chosen nanomaterials, which are now available off-the-shelves and relatively cheap, and by exploiting pupils own consumer electronic devices as powerful lab instruments, jointly to other free educational resources, great effectiveness can be reached at very low cost, thus applying to a high-tech content what we may call a high-tech hands-on approach.
Teachers are universally recognized as key role players in education innovation process. Therefore in NANOLAB a great effort has been spent in training and supporting teachers by providing high quality and user friendly resources, networking possibilities and adequate professional development both on-site (summer school) and on-line (website and on-line community), upgrading in two years from strictly regional to national level in a cascade-like perspective.
One main issue in nano-education within Europe is to obtain information on what’s going on in the different countries. NANOLAB project wanted to offer its own positive contribute by developing both Italian and English version of the website and of the documentions, all distributed under Creative Commons Licence Share Alike 3.0.
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