Performance scolastiche degli studenti e caldo estremo

Un recente studio mostra come la temperatura influenzi la capacità di rispondere correttamente alle domande dei test e di manipolarne il punteggio.

Autore

Rosario Maria Ballatore, Alessandro Palma, Daniela Vuri

Data

12 Marzo 2024

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DATA

12 Marzo 2024

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I risultati dello studio indicano che ad alte temperature la performance dello studente, al netto della sua capacità di manipolazione, è più bassa. L’esposizione al calore eccessivo è infatti associata a uno stress emotivo dello studente, che incide sulla sua capacità cognitiva.

Un mondo sempre più caldo: la ‘nuova anormalità’

Negli ultimi anni, il clima globale è in rapido cambiamento, con evidenze sempre più chiare di temperature in aumento e un crescente rischio di esposizione al calore estremo. Le evidenze recenti indicano infatti una crescita nella frequenza e nell’intensità delle ondate di calore. Il Panel Intergovernativo sul Cambiamento Climatico (IPCC) evidenzia che in uno scenario di business-as-usual, cioè continuando sull’attuale tendenza, raggiungeremo la soglia critica dell’aumento della temperatura globale di 1,5°C tra il 2030 e il 2050. In queste condizioni, secondo l’IPCC, il numero di giornate calde è destinato ad aumentare nella maggior parte delle regioni terrestri con picchi fino a circa 3°C. Esiste tuttavia una grande eterogeneità geografica e temporale nella distribuzione di questi impatti, poiché alcune regioni e stagioni stanno sperimentando aumenti di riscaldamento molto più elevati della media globale. Inoltre, la World Meteorological Organization (WMO) ha mostrato che la frequenza, la durata e l’intensità delle cosiddette ondate di calore e altre manifestazioni estreme del clima, sono aumentate drasticamente negli ultimi quindici anni. Secondo la WMO, questo scenario sta diventando la “nuova normalità”. Nel 2020/2021, diverse ondate di calore eccezionali hanno colpito l’America del Nord occidentale: nella Columbia Britannica, in Canada, si è registrato un picco di temperatura di 49,6°C con quasi 600 morti attribuibili a questo picco. In California la temperatura ha raggiunto il valore anormale di 54,4°C. In Europa, durante l’eccezionale ondata di calore avvenuta nella seconda settimana di agosto 2021, una stazione meteorologica nel Sud Italia ha raggiunto i 48,8°C, stabilendo un nuovo record europeo. Questi fenomeni stanno sempre più impegnando i decisori pubblici nel trovare una strategia efficace per mitigare le esternalità di un mondo più caldo ma soprattutto per trovare soluzioni rapide ed efficaci per adattarsi a questa nuova “anormalità”.

Le conseguenze sull’istruzione

Il caldo estremo previsto in futuro avrà conseguenze in moltissimi aspetti della vita quotidiana e del sistema-socioeconomico. Si pensi, per esempio, al calo di produttività, al peggioramento della salute negli individui più vulnerabili, nonché alle implicazioni sul commercio internazionale, considerando che il caldo estremo e persistente cambierà le specializzazioni produttive dei Paesi. Tra questi aspetti, le conseguenze sull’istruzione – un fattore essenziale dello sviluppo del capitale umano e un forte predittore del reddito – è certamente tra i più importanti e meno esplorati. Studi recenti condotti principalmente negli Stati Uniti hanno dimostrato che fattori esterni, come l’inquinamento e le temperature elevate, sono in grado di influenzare negativamente le performance degli studenti. Tali studi considerano in larga parte contesti high stake, cioè situazioni in cui la performance è in grado di influenzare il futuro scolastico in modo permanente, come i test di ammissione al college o all’università. Nonostante le robuste evidenze di questi studi, sappiamo ancora poco sugli effetti della temperatura sulle performance cognitive e l’apprendimento. In particolare, esistono pochissime evidenze sul meccanismo attraverso cui il nostro cervello riesce a sfruttare la nostra intelligenza in modo più faticoso quando fa molto caldo, per esempio cercando di manipolare il punteggio copiando o chiedendo aiuto ai docenti. Questi meccanismi risultano difficili da verificare, sia per mancanza di dati specifici sia per la difficoltà di avere una strategia empirica credibile. Tale problema di valutazione assume ancora più rilevanza alla luce delle previsioni di un mondo più caldo.

Lo studio e gli impatti

Alcune risposte provengono da una recente analisi di Rosario Maria Ballatore (Banca d’Italia), Alessandro Palma (Gran Sasso Science Institute) e Daniela Vuri (Università degli studi di Tor Vergata). Lo studio analizza non solo l’effetto delle alte temperature sulla performance “osservata” degli studenti, ma anche su quella “vera”, cioè al netto della loro capacità di manipolare i punteggi (cheating). La ricerca sfrutta i dati dei test obbligatori amministrati da INVALSI nelle scuole italiane dal 2011 al 2017, che contengono informazioni sugli esiti dei test (punteggio ottenuto e percentuale stimata di manipolazione) per oltre otto milioni di studenti, oltre ai questionari individuali con informazioni sullo stato emozionale dello studente. La valutazione è effettuata sugli studenti che frequentano le classi di grado 2 e 5 (corrispondenti al II e V anno della scuola primaria), e di grado 10 (corrispondente al II anno della scuola secondaria di secondo grado). La procedura di testing e i punteggi ottenuti sono standardizzati. Queste caratteristiche rendono i punteggi dei test perfettamente confrontabili tra le classi e tra gli anni scolastici. Nelle prove viene chiesto a ogni studente di rispondere a una serie di domande di diverse difficoltà mirate a verificare diverse competenze: comprensione della lettura, competenze grammaticali e lessicali per il test di italiano e risoluzione di problemi e abilità logiche per matematica. Inoltre, per le classi del grado 5 e 10, INVALSI raccoglie anche un questionario, noto come Questionario Studenti, contenente informazioni sulle percezioni degli studenti prima e durante il test. 

I dati sulla performance degli studenti sono stati uniti con le informazioni meteorologiche relative al giorno del test e al Comune delle scuole. Poiché tutte le date dei test sono fissate diversi mesi in anticipo, gli studenti non possono manipolare la data del test o sottrarsi dal farlo. Sfruttando quindi la variazione del punteggio nella stessa scuola tra i diversi anni scolastici, e tenendo conto delle caratteristiche dello studente, della classe, della scuola e del giorno della settimana in cui è svolto il test, si riesce a stimare l’impatto causale della temperatura sul punteggio dello studente, cioè la performance “osservata”, nonché l’impatto diretto della temperatura sulla capacità di manipolare il punteggio. Tuttavia, con questa strategia non è possibile misurare la performance “vera”, perché lo studio dimostra anzitutto che la capacità di manipolazione è correlata non solo al punteggio del test, ma anche alla temperatura. È necessario pertanto un espediente empirico in grado di spezzare il legame simultaneo tra temperatura, punteggio e manipolazione. Gli autori vi riescono utilizzando un cosiddetto “esperimento naturale”, cioè sfruttando il fatto che, per verificare il corretto (e onesto) svolgimento del test, l’agenzia INVALSI ogni anno estrae a sorte un campione di scuole dove invia degli ispettori al fine di limitare la possibilità di manipolare i punteggi durante i test. La Figura 1 mostra le distribuzioni dei punteggi (espressi in deviazioni standard, in seguito d.s.) ottenuti nelle classi con e senza gli ispettori. Ne risulta che nella distribuzione del punteggio delle classi monitorate con ispettori, rappresentata in rosa, il risultato è più basso, poiché la possibilità di manipolazione è molto ridotta. Un ulteriore valore aggiunto della ricerca è rappresentato dal fatto che in Italia le scuole non sono dotate di aria condizionata, un fattore di confondimento molto importante e piuttosto difficile da considerare per gli studi precedenti. L’assenza di aria condizionata consente di ottenere stime non distorte, perché nelle classi non esiste la possibilità di alterare la temperatura in modo artificiale se non mitigando l’ambiente dal freddo invernale attraverso il riscaldamento. 

Figura 1 – Differenza media di punteggio nel test tra classi con e senza ispettori INVALSI

Il primo insieme di risultati, rappresentato in Figura 2, mostra chiaramente che l’alta temperatura influenza negativamente la performance degli studenti, soprattutto in matematica, abbassandone il punteggio fino a 0,10 d.s. quando la temperatura massima supera i 34°C rispetto a una temperatura confortevole compresa tra i 19 e 22°C. Questo risultato consolida anche nel caso italiano il risultato ottenuto negli studi precedenti in altri Paesi. Inoltre appare in linea anche nella differenza osservata tra le diverse materie, in cui gli effetti appaiono significativi solo nel caso del test di matematica. Infatti, ampia evidenza medica mostra come la corteccia prefrontale, l’area del cervello dedicata al ragionamento logico-matematico, sia quella più sensibile alle alte temperature.

Figura 2 – Effetto della temperatura sul test di matematica (sinistra) e italiano (destra)

Un risultato nuovo è rappresentato dalla stima dell’impatto diretto della temperatura sulla capacità di manipolazione del punteggio, che gli autori trovano positivo e significativo a temperature comprese tra 19°C e 30°C, mentre osservano un andamento decrescente sopra i 30°C, fino al suo esaurimento a temperature più alte di 34°C. La relazione tra temperatura e cheating è rappresentata in Figura 3. Pur rappresentando una novità, questo non è sorprendente, perché una capacità di manipolazione efficace richiede uno sforzo cognitivo, così come il ragionamento per rispondere alle domande del test. Pertanto è ragionevole osservare che al crescere della temperatura lo studente percepisca inizialmente un calo di comfort e applichi uno sforzo crescente per tentare di manipolare il punteggio artificialmente. Tuttavia, al crescere della temperatura, lo studente riesce ad accedere alle sue funzioni cognitive con più difficoltà e questo si ripercuote allo stesso tempo sia sulla sua capacità di rispondere correttamente alle domande sia di ottenere un punteggio corretto ricorrendo al cheating. Il risultato è che a temperature molto alte sia la capacità di manipolare che la performance osservata sul punteggio si riducono sensibilmente.

Figura 3 – Effetto della temperatura sulla manipolazione del punteggio del test in matematica (sinistra) e italiano (destra)

Il tassello finale, che rappresenta il successivo risultato dello studio, è la stima della performance dello studente al netto della sua capacità di alterarne il punteggio in modo artificiale, la cosiddetta performance “vera”. Questo risultato è mostrato in Figura 4, dove si osserva un calo molto più repentino delle performance fino a 0,10 d.s. già a temperature non altissime (23-30°C), e un andamento crescente, pur sempre negativo, a temperature più alte. Anche in questo caso, gli effetti sono apprezzabili solo nel test di matematica. 

Figura 4 – Effetto della temperatura sul test di matematica (sinistra) e italiano (destra) al netto del cheating

Cambio nello stato emozionale dello studente: un possibile meccanismo

Esplorando i dati sulla percezione emotiva contenuti nel Questionario Individuale studenti, è possibile fornire ulteriore evidenza che consente di spiegare un possibile canale d’interpretazione dei risultati. In particolare, sfruttando la stessa tecnica empirica, gli autori stimano in che misura la temperatura influenzi lo stato emozionale dello studente durante il test. In particolare, se lo studente ha percepito ansia, se era tranquillo, se era preoccupato prima del test, e se ha avuto la sensazione di aver svolto male il test. Questa analisi è svolta considerando separatamente gli studenti del grado 5 e del grado 10, sia per matematica che per italiano, per cogliere eventuali differenze dovute all’età. Vengono qui riportati solo i risultati relativi al test di matematica del grado 5, in cui gli effetti si manifestano in modo più marcato. Dalla Figura 5 si evince chiaramente come lo studente esposto a temperature molto alte percepisca emozioni nettamente più forti. In particolare, a temperature massime superiori ai 34°C tre indicatori emozionali che fanno riferimento alle sensazioni percepite durante il test, risultano aumentare in direzione coerente ad un peggioramento dello stato emotivo: crescono la sensazione di ansia e quella che il test sia andato male, mentre diminuisce la sensazione di tranquillità. Confrontando questi risultati con quelli ottenuti analizzando l’impatto sul cheating, è ipotizzabile pensare che il crollo della capacità di modificare artificialmente il punteggio – e quindi il peggioramento sulla performance “vera” – sia dovuto ad un crollo dello stato emotivo in conseguenza dell’esposizione a temperature estreme, se consideriamo che i test vengono svolti all’incirca tra metà maggio e metà giugno.

Figura 5 – Effetto della temperatura sullo stato emozionale dello studente per il test di matematica nel grado 5

Conclusioni

I risultati dello studio sugli effetti del calore eccessivo sul rendimento degli studenti hanno importanti implicazioni. Innanzitutto, essi pongono l’urgenza di progettare strategie efficaci per evitare gli effetti negativi del caldo estremo al fine di rendere le valutazioni scolastiche più equilibrate, mitigando gli impatti di fattori esterni che influenzano in modo differente gli individui che vivono in luoghi diversi o che affrontano i test nei periodi più a rischio. Oltre a essere rilevanti per i percorsi di carriera individuale, i risultati delle valutazioni scolastiche infatti vengono spesso utilizzate per fornire confronti geografici tra diverse aree tra i paesi e tra aree dello stesso paese. Tale confronto appare particolarmente marcato se consideriamo il divario esistente tra in Nord e il Sud del nostro Paese. In questo contesto, lo studio è utile per completare l’analisi dei fattori che ampliano il divario regionale nell’apprendimento scolastico, aggiungendo l’esposizione al calore come elemento significativo nell’influenzare i risultati. Una possibile soluzione per mitigare questo divario, rendendo quindi il confronto tra studenti più equo, potrebbe essere un calendario differenziato delle prove che tenga anche conto dell’esposizione al calore estremo nelle diverse aree del Paese. Inoltre, i risultati dell’analisi stimolano il dibattito sulla qualità degli standard delle strutture scolastiche che, a differenza degli uffici pubblici, sono raramente dotate di aria condizionata. I dati ufficiali raccolti dal Ministero dell’Istruzione e della Ricerca (MIUR) mostrano infatti che meno del 2% degli edifici scolastici beneficia di aria condizionata (indagine relativa al periodo 2020-2021). Tuttavia, dotare di aria condizionata tutti gli edifici scolastici italiani appare non solo una soluzione costosa, ma anche non in linea con gli obiettivi ambientali di riduzione delle emissioni e con un uso sostenibile delle risorse energetiche. Sarebbe però almeno auspicabile che le infrastrutture fossero in linea con gli standard più aggiornati di risparmio energetico, sfruttando tecnologie ormai mature, disponibili a costi relativamente contenuti e che beneficiano di importanti agevolazioni fiscali. Questi interventi porterebbero a un complessivo miglioramento dello sviluppo del capitale umano e, soprattutto, a una maggiore equità nelle possibilità di crescita professionale di ogni studente.

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