La stampante 3D come mediatore semiotico per l’apprendimento della competenza geometrica nella scuola dell’infanzia

Abstract

This work is part of an experimental research project of INDIRE - National Institute of Documentation, Innovation and Educational Research, about the didactical use of the 3D printer in kindergarten. Starting from the assumption that the evolution of geometric thought must be sought from the first spatial experiences of the child and that his development process does not depend exclusively on the age of the pupils but on the "mathematical" education provided to them (Pierre and Dina van Hiele, 1986), the introduction of CAD modeling with 3D printing in kindergarten can have an added value, compared to all the artifacts already in use in kindergarten (plasticine, clay, etc), that of enabling the child to identify and recognize the invariants of geometric shapes, strengthening the entry skills in primary school, thus preventing those states of geometric deprivation to which children are mistakenly subjected in the first years of life. The objective of this research work is therefore to verify whether the 3D printer can be considered an artifact of semiotic mediation to contribute to the development of geometric competence since the Kindergarten. The focus was therefore on spatial skills, a group of processes that allow the individual to interact correctly with the surrounding world. In fact, in the literature it is now clear that spatial skills are the basis for a good learning of geometry. Among these, spatial visualization was examined, that is the ability to understand, mentally encode and manipulate 3D shapes (Carroll, 1993; Hegarty & Waller, 2004). Therefore, a wide-ranging experimental research was designed which, starting from the level of visual-spatial skills possessed by 5-year-olds, allowed to deepen the classification, representation and dissection of solid figures in relation to the use of a 3D printer using both qualitative and quantitative research methods. Specifically, the research project envisaged the identification of standardized tests suitably adapted to the purpose and the definition of an educational path codesigned with the teachers of the kindergarten, which starting from an integrating background would include a series of didactic activities specific for the acquisition of geometric concepts and the use of CAD software and which would lead to the creation of a narrative character with the 3D printer. The trial, which took place in two preschools, involved about 80 children aged about 5. The analysis of the results of tests administered to pre-school children, before and after an educational intervention that also includes the use of a 3D printer, showed that the level of competence acquired by them for the classification and recognition of the graphic representation of a solid figure as well as of its flat section, and therefore in synthesis of the "spatial visualization", is superior in number of children and quality of possession. Furthermore, the use of this instrumentation within the didactic action favors on the one hand, that of teachers, the planning of innovative activities, on the other, that of children, a positive attitude towards learning: direct involvement of children in the creation of concrete objects, makes them active protagonists and builders of their own learning. [edited by Author]

Il lavoro di tesi si inserisce nell’ambito di un progetto di ricerca sperimentale dell’INDIRE – Istituto Nazionale di Documentazione, Innovazione e Ricerca Educativa, sull’introduzione e l’utilizzo didattico della stampante 3D nella scuola dell’Infanzia. A partire dall’assunto che l’evoluzione del pensiero geometrico va ricercata fin dalle prime esperienze spaziali del bambino e che il suo processo di sviluppo non dipende in modo esclusivo dall’età dell’allievo ma dall’educazione “matematica” fornitagli (Pierre e Dina van Hiele, 1986), l’introduzione della modellazione CAD con la stampa in 3D nella scuola dell’infanzia può avere come valore aggiunto, rispetto a tutti gli artefatti già in uso nella scuola dell’Infanzia (plastilina, pongo, etc), quello di mettere il bambino nella condizione di individuare e riconoscere le invarianti delle forme geometriche, rafforzando le competenze di ingresso nella scuola primaria, prevenendo così quegli stati di deprivazione geometrica cui i bambini sono erroneamente sottoposti nei primi anni di vita. L’obiettivo di questo lavoro di ricerca è pertanto verificare se la stampante 3D possa essere considerata un artefatto di mediazione semiotica per contribuire allo sviluppo della competenza geometrica sin dalla Scuola dell’Infanzia. Si è pertanto posta l’attenzione sulle abilità spaziali, un gruppo di processi che consentono la corretta interazione dell’individuo con il mondo circostante. In letteratura, infatti, è ormai acclarato che le abilità spaziali costituiscono la base per un buon apprendimento della geometria. Tra queste si è presa in esame la visualizzazione spaziale, ovvero la capacità di comprendere, codificare mentalmente e manipolare le forme 3D (Carroll, 1993; Hegarty & Waller, 2004). È stata, pertanto, progettata una ricerca sperimentale ad ampio respiro che a partire dal livello delle abilità visuo-spaziali possedute dai bambini di 5 anni, ha permesso di approfondire la classificazione, la rappresentazione e il sezionamento delle figure solide in relazione all’utilizzo di una stampante 3D utilizzando metodologie di ricerca sia di tipo qualitativo che quantitativo. Nello specifico il progetto di ricerca ha previsto l’individuazione di test standardizzati opportunamente adattati allo scopo e la definizione di un percorso didattico co-progettato con le maestre della scuola dell’Infanzia, che a partire da uno sfondo integratore prevedesse una serie di attività didattiche specifiche per l’acquisizione di concetti geometrici e l’utilizzo del software CAD e che portasse alla realizzazione di un personaggio della narrazione con la stampante 3D. La sperimentazione, avvenuta in due scuole dell’Infanzia, ha coinvolto circa 80 bambini dell’età di 5 anni circa. L’analisi dei risultati di test somministrati a bambini in età pre-scolare, prima e dopo un intervento didattico che prevede al suo interno anche l’utilizzo di una stampante 3D, hanno evidenziato che il livello di competenza, acquisito dagli stessi, per la classificazione e il riconoscimento della rappresentazione grafica di una figura solida nonché della sua sezione piana, e quindi in sintesi della “visualizzazione spaziale”, è superiore in numero di bambini e qualità di possesso. Inoltre, l’utilizzo di tale strumentazione all’interno dell’azione didattica favorisce da un lato, quello dei docenti, la progettazione di attività innovative, dall’altro, quello dei bambini, un atteggiamento positivo nei riguardi dell’apprendimento: il coinvolgendo diretto dei bambini nella realizzazione di oggetti concreti, li rende protagonisti attivi e costruttori del proprio apprendimento. [a cura dell'Autore]