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Problem solving

Un po’ di storia

Il concetto stesso di "problema" ha subito continue modificazioni e trasformazioni passando da strumento di valutazione per alcune specifiche discipline (i "problemi" di matematica o fisica, ad esempio) a metodologia di sviluppo per l'apprendimento integrato del sapere scientifico o per l'area tecnica delle scienze letterarie, storiche e filosofiche. L'approccio scientifico alla risoluzione dei problemi inizialmente era sviluppata secondo uno schema puramente intuitivo:
  • percezione dell'esistenza di un problema;
  • definizione del problema;
  • analisi del problema e divisione in sottoproblemi;
  • formulazione di ipotesi per la risoluzione del problema;
  • verifica della validità delle ipotesi;
  • valutazione delle soluzioni;
  • applicazione della soluzione migliore.
Nel definire il problema si operava un'analisi empirica dei dati e si ricercava la riproducibilità del problema così che fosse possibile analizzarlo in maniera quasi scientifica. Le operazioni successive erano diretta conseguenza dell'analisi iniziale, caratterizzate da metodologie personali, disomogeneità delle soluzioni e capacità di riuscita inversamente proporzionali alla complessità del problema in esame. Per questi motivi nel tempo si sono sviluppate diverse tecniche per risolvere i problemi:
Focalizzare

  • Creare un elenco di problemi;
  • Selezionare il problema;
  • Verificare e definire il problema;
  • Descrizione scritta del problema.
Analizzare
  • Decidere cosa è necessario sapere;
  • Raccogliere i dati di riferimento;
  • Determinare i fattori rilevanti;
  • Valori di riferimento;
  • Elenco dei fattori critici.
Risolvere
  • Generare soluzioni alternative;
  • Selezionare una soluzione;
  • Sviluppare un piano di attuazione;
  • Scelta della soluzione del problema;
  • Piano di attuazione.
Eseguire
  • Impegnarsi al risultato aspettato;
  • Eseguire il piano;
  • Impegno organizzativo;
  • Valutazione finale.
La soluzione del problema o come viene più frequentemente definito Problem solving (dall'inglese), termine che indica l'insieme dei processi per analizzare, affrontare e risolvere positivamente situazioni problematiche, è un'attività del pensiero che un organismo o un dispositivo di intelligenza artificiale mette in atto per raggiungere una condizione desiderata a partire da una condizione data. Possiamo distinguere due tipi di problemi: quelli generali e quelli matematici. I primi sono rappresentati dalle difficoltà della vita di tutti i giorni e le competenze che si sviluppano nel risolvere i problemi reali sono la capacità di analizzare, collegare, ragionare, presentare, argomentare, usare strumenti. I secondi, invece, sono rappresentati da domande a cui si risponde applicando regole che devono essere ben chiare. Dunque in tal caso il problema va posto in termini di conoscenze: cosa so a riguardo? Conosco già le regole per risolverlo o devo ricercarle? Il mestiere dell'insegnante di matematica è quello di dare indizi per aiutare i propri alunni a risolvere problemi di ogni genere: insegnare a porre problemi e a risolverli. Porsi dei problemi, analizzare e ricercare i dati essenziali, formulare possibili soluzioni (ipotesi), verificare l'attendibilità dei risultati dai quali possono scaturire altri problemi: questo deve essere il metodo del processo di insegnamento-apprendimento. Solo attraverso l'attivarsi della curiosità, la partecipazione attiva nel risolvere un problema emerso dall'esperienza, la conquista personale del risultato, il bambino riesce a capire e ad imparare. L'insegnante ritrova così il suo ruolo come 'guida': stimola, sostiene, fornisce informazioni, organizza, ma senza mai trasmettere schemi e soluzioni già pronte. Dovrà invece abituare gradualmente i bambini ad affrontare svariate situazioni problematiche fornendo loro gli strumenti adeguati e privilegiando il momento dell'interpretazione del testo, della riflessione su di esso, della formulazione di ipotesi di risoluzione, cioè il momento della ricerca, rispetto al momento finale della soluzione e del risultato. Bisogna considerare il problem solving come competenza trasversale, che offre occasioni agli allievi per : acquisire padronanza di processi cognitivi; per arricchire di significati concetti già appresi; per verificare gli apprendimenti realizzati in precedenza. Poi offre le abilità essenziali per qualunque apprendimento futuro come: riconoscere un problema; pianificare una strategia di soluzione. Le situazioni problematiche assumono una certa importanza nell’apprendimento della matematica favorendo e stimolando: lo sviluppo del pensiero matematico; la creatività; l’atteggiamento critico; un sapere metacognitivo; lo sviluppo di processi cognitivi nell’allievo; l’uso di strategie diverse; il collegamento con altre discipline. L’acquisizione di queste competenze comportano un saper comunicare, organizzare, osservare, mettere in relazione, utilizzare tecnologie dell’informazione. Inoltre i diversi approcci, le diverse strategie adottate, le diverse soluzioni a cui pervengono gli allievi permettono all’insegnante di valutare il livello e la qualità dell’apprendimento del singolo e quindi di progettare percorsi di insegnamento sempre più adatti e vicini alle necessità sia del singolo che della classe.

COME SI RISOLVONO I PROBLEMI

Quotidianamente siamo chiamati a risolvere problemi pratici,, semplici, complessi, facili, difficili. La nostra vita è costellata di problemi di varia natura e perciò imparare a risolverli o a migliorare i nostri metodi di risoluzione è certamente un fatto della più grande importanza..

Un problema richiede sempre come suo obiettivo la determinazione di elementi che non conosciamo. Se un problema è ben formulato deve contenere chiaramente l’indicazione di ciò che si vuol sapere. La prima fase dunque è l’individuazione dell’obiettivo. Spesso sarà necessario fissare dei sott’obiettivi, cioè obiettivi secondari che aiuteranno a raggiungere quello finale. A questo punto sarà necessario chiedersi che grado di conoscenza abbiamo, se conosciamo proprietà, regole, formule, termini e cioè l’unità di informazione. Il problema da informazioni che permettono di risolverlo. Queste informazioni sono espresse nell’enunciato e di solito vengono chiamati dati del problema. La terza fase, dunque, sarà quella di analizzare questi dati. A volte i dati si limitano a stabilire delle relazioni: Gino ha risparmiato una somma triplani quella messa da parte da Franco. Se complessivamente posseggono €250,00, qual è il risparmio di ciascuno dei due ragazzi? A questo punto si deve elaborare il tutto, cioè fare in modo che dai dati, mediante un certo numero di passaggi e operazioni, si pervenga all’obiettivo. I problemi si possono dividere in due categorie: Problemi in cui tutti i dati sono numerici che si risolvono organizzando una sequenza ordinata di operazioni, e problemi che presentano anche dati relazionali che hanno come modello matematico privilegiato un’ equazione.

Un commerciante ha acquistato 45 kg di merce a €2,50 il kg, spendendo inoltre €40,50 per il trasporto. Qual è stato il guadagno se la merce è stata rivenduta a €3.80 il kg?

I FASE: L’obiettivo del problema è il guadagno

II FASE: L’unità di informazione ci dice che : RICAVO = SPESA +GUADAGNO da cui GUADAGNO = RICAVO – SPESA

III FASE: I dati sono tutti di tipo numerico: 45……numero di kg di merce;

2,50…spesa in € per un kg;

40,50…spesa in €per il trasporto;

3,80….ricavo in € per un kg.

IV FASE: Elaborazione. Per determinare il guadagno, occorre calcolare innanzi tutto il ricavo e la spesa.

45*3,80=171 ricavo per la vendita della merce

45*2,50=112,5spesa per l’acquisto della merce

112,5+40,50=153spesa complessiva

171- 153=18guadagno

DIVERSE CATEGORIE DI PROBLEMI MATEMATICI :
PROBLEMI DI CAPACITA'

Il nonno di Luigi ha una cantina. Deve riempire una botte vuota, della capienza di 2,28 hl, travasando il vino da alcune damigiane. Quali damigiane utilizzerà sapendo che possiede una da 85 l., una da 80 l., una da 48 l. e un’altra da 100 l.?
PROBLEMI CON LE LUNGHEZZE
La distanza tra la casa di Cristina e la spiaggia è di 1750 m. Quanti m. deve percorrere Cristina tra l’andata e il ritorno? Sapendo che Cristina va in spiaggia 3 volte al giorno, quanti m. Percorre in tutto?

PROBLEMI DI PESO
Lo zaino di Alessandro, quando è pieno, pesa 2,48 kg. Dentro ci sono un asciugamano da spiaggia che pesa 700 g., tre giornalini che pesano 300 g., una maschera che pesa 3,8 hg e una radio che pesa 3 hg. Calcola il peso dello zaino quando è vuoto.
PROBLEMI CON LE FRAZIONI In un residence, a fine stagione, l’affitto dei mini appartamenti si riduce di 1/3. Sapendo che a luglio il prezzo dell’affitto è di 1500 €, quale sarà il prezzo nel mese di settembre? PROBLEMI CON DATI MANCANTI
Nella grande azienda farmaceutica tutti gli addetti lavorano 10 ore al giorno e per 6 giorni la settimana.
Quante ore lavorerà ogni singola persona nel mese di Settembre?

PROBLEMI DI VELOCITA’ MEDIA
Un’ automobile compie un percorso di 540 km in 5 ore; un’altra copre una distanza di 245 km in 2 ore. Quale delle due automobili è più veloce?
PROBLEMI DI COMPRAVENDITA
Una bicicletta è costata al negoziante € 253,32 e viene rivenduta a € 322,65.
Qual è stato il guadagno per la vendita di 4 biciclette?


E adesso passiamo alla pratica... Prendiamo una cavia e somministriamogli un problema. Gli raccomandiamo che è importante dire ciò che gli passa per la mente,ogni riflessione, ogni ragionamento e successivamente mettiamo per iscritto tutte le fasi del protocollo sino alla soluzione del problema.

PROBLEM SOLVING: PROTOCOLLO DA SEGUIRE
Per svolgere questa prova abbiamo deciso di sottoporla ad un ragazzo di 29 anni di nome Alessandro.Gli abbimo proposto di risolvere il problema dell'incontro internazionale, da noi rivisto e chiamato "tavolo di discussione". Successivamente gli abbiamo chiesto di pensare ad alta voce per poter vlautare il suo operato. Ecco di seguito le fasi dello svolgimento del lavoro:


Il problema sottoposto:
Tavolo di discussione
Sei personaggi dei cartoons:
H =Heidi,
B = Batman,
P = Puffo,
C = Candy,
T = Topolino,
S = Spiderman,
si incontrano per discutere di un importante questione: come fare divertire i bambini. Devono sedersi attorno ad un tavolo rotondo. Solo H non può sedersi accanto a B e a C; B è seduto di fronte a T; S è alla sinistra di H; P non è di fronte ad H.


Dopo avergli esposto il problema Alessandro ci ha detto scherzosamente di ripetere tutto perchè non si ricordava più niente e che i dati da ricordare erano troppi, quindi per risolvere il problema aveva bisogno di carta e penna.

Dopo averglieli forniti, ha esclamato: " Adesso si può fare!!!!"

Ha cominciato a disegnare un tavolo rotondo....
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Succesivamente ha collocato i personaggi, la prima che ha poizionato è stata Heidi, dicendo: " Heidi, ha litigato con Batman e Candy! Quindi la mettiamo qui!"
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Poi ha continuato dicendo: " Però accanto ad Heidi c'è Spiderman!"
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" E' arrivato il turno di Candy.....posizioniamola qui! visto che non può stare accanto a Heidi!"
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"l Puffo lo posizioniamo alla destra di Candy...così Batman e Topolino possono stare di fronte!"
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" Ecco qui gli altri due......finalmente abbiamo completato!"
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Il problema è stato risolto in 10 minuti circa


Sottoponiamo alla nostra cavia altri due problemi

Problema numero II
Gli alunni di una scuola media sono 420; gli alunni delle terze classi sono 120 e quelli che frequentano la seconda classe sono la metà di quelli che frequentano la prima classe. Quanti alunni ci sono in ogni classe?

Questo problema si risolve attraverso un equazione con la quale la nostra cavia giunge alla soluzione in qualche minuto.
420 - 120 = 300 ;
100 = alunni di seconda media;
200 = alunni di prima.

Problema numero III
Gli alunni della classe terza B devono partecipare ad una gara regionale di corsa ad ostacoli e vengono selezionati:Luca, Paolo, Mara, Susy, Leo e Anna. Anna arriva per prima e Leo per ultimo. Qual è la posizione degli altri partecipanti sapendo che Susy arriva dopo Anna, Mara prima di Leo, Luca arriva prima di Paolo?

Attraverso questo gioco di parole si arriva supito alla risoluzione del problema, con un supporto cartaceo:
Anna - Susy - Luca - Paolo - Mara - Leo.


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