Development of an innovative "Hands on Physics" methodology for teaching Physics at high school level

I metodi tradizionali di insegnamento e apprendimento spesso sono basati su un approccio trasmissivo, in cui l'insegnante è visto come l'unico o il principale depositario e fonte di conoscenza. Gli studenti solitamente apprendono attraverso le scoperte del passato, hanno limitata interazione tra di loro e poche opportunità di esprimere creatività o scoprire il proprio potenziale e i propri limiti. Il loro processo educativo è valutato per lo più attraverso test di valutazione strutturati. Come può questa esperienza di apprendimento educare e preparare una nuova generazione di inventori e innovatori capaci di affrontare con successo i cambiamenti e le transizioni della società e del mercato del lavoro? Studi pedagogici risalenti anche allo scorso secolo hanno evidenziato che la partecipazione attiva degli studenti al proprio processo di apprendimento può migliorare la loro motivazione e, di conseguenza, i risultati e le competenze di apprendimento a breve e lungo termine. Questa tesi di ricerca mira a documentare due esperienze educative all'interno di un Liceo Scientifico, una integrata nel curriculum ordinario e l'altra extracurriculare. Entrambe le esperienze si sono concentrate su approcci attivi, collaborativi, pratici e basati sull'apprendimento attraverso il fare nello studio della fisica. Queste metodologie sono ispirate ai modelli adottati da decenni al Massachusetts Institute of Technology. Gli studenti sono attivamente coinvolti nella concezione, ricerca, progettazione e costruzione collaborativa dei loro progetti STEM, attraverso i quali acquisiscono una comprensione più profonda dei concetti fisici e sperimentano un'esperienza di apprendimento significativo. Questo approccio, in linea con le recenti Linee Guida Ministeriali italiane per l'educazione STEM, non solo migliora le attitudini degli studenti verso la fisica e le discipline STEM in generale, così come le loro performance accademiche, ma favorisce anche la creazione di ambienti di apprendimento inclusivi, riduce le disparità di genere e sviluppa competenze di apprendimento lungo tutto l'arco della vita, come raccomandato dal Consiglio dell'Unione Europea.

Traditional methods of teaching and learning often embrace a transmissive approach, where the teacher is seen as the sole or primary repository and source of knowledge. Students typically learn about historical discoveries, with limited interaction among themselves and few opportunities to express creativity or to discover their potential and limitations. Their educational process is measured through structured assessment tests. How can this learning experience educate and prepare a new generation of inventors and innovators capable of successfully navigating societal changes and transitions in the job market? Pedagogical studies dating back to the last century have highlighted that active student participation in their own learning process can enhance their motivation and, consequently, short- and long-term learning outcomes and skills. This research thesis aims to document two educational experiences within a Liceo Scientifico (a STEM oriented High School in Italy), one integrated into the regular curriculum, and the other extracurricular. Both experiences focused on active, collaborative, hands-on, and learning by doing approaches to learning physics. These methodologies are inspired by models adopted for decades at the Massachusetts Institute of Technology. Students are actively engaged in the conception, research, design, and collaborative construction of their STEM projects, through which they gain a deeper understanding and learning experience. This approach, in line with recent Italian Ministerial Guidelines for STEM education, not only improves students' attitudes toward Physics and STEM disciplines in general, as well as their academic performance, but also fosters the creation of inclusive learning environments, reduces gender gaps, and develops lifelong learning skills, as recommended by the Council of the European Union.