IL METODO SCIENTIFICO: usare il laboratorio per insegnare le scienze

…per insegnare le scienze Stato delle cose L’insegnamento scientifico in Italia, fino ad oggi, non ha mai avuto particolare attenzione. I risultati delle comparazioni internazionali hanno rivelato una situazione di preoccupante e diffusa mediocrità

Problemi Allarmante livello delle conoscenze scientifiche dei giovani A due anni dalla conclusione degli studi secondari superiori (ad esempio): - biologia: confusione totale tra i concetti di “gene”, “cromosoma”, “DNA” - fisica, chimica: ricordo (parziale) delle formule ma non il significato così come il campo di applicazione.

A scuola le scienze annoiano Impressioni dello studente - insegnamenti difficili e noiosi - spiegazioni di fenomeni lontano dalla realtà - insegnanti più interessati alla nozione che non al sapere - apprendere “formule fatte” a scapito della riflessione personale

Insegnamento scientifico “troppo oscuro” Avulso dal contesto reale Non sviluppa un modo di pensare che possa essere utile ad affrontare il mondo di domani Strumento per selezionare gli studenti più bravi

Errori che si perpetuano dalla materna all’università EPPURE I bambini amano le scienze Che succede in seguito? I problemi sono diversi, tra questi non c’è più la convinzione che esista un legame tra progresso scientifico e progresso umano

Nulla è perduto: delle soluzioni sono possibili Obiettivo: trasmettere un sapere ed una cultura che permetta di formare dei cittadini consapevoli. Come? non esistono metodi miracolosi!

Sicuramente: Mettere “al centro” lo studente chi è? cosa conosce? cosa ignora? quali sono le sue aspettative? Ambiente didattico stimolante Percorsi didattici variegati questi possono puntare su diversi aspetti:

Importanza della sperimentazione Importanza della progettazione Impostazione giocosa Profilo storico Legame scienza-società In particolare: dimensione sociale delle scienze e delle tecnologie idea: scienza e tecnologia rappresentano una meravigliosa avventura dell’uomo con tutto quello che ne consegue: successi, insuccessi, prospettive.

Ciò può avvenire tramite: Storia delle scienze Le grandi rivoluzioni scientifiche (evoluzione, mutazioni genetiche, relatività,…) e degli uomini che ne sono stati autori: Copernico, Mendel, Newton, Einstein,… Sviluppo della riflessione personale e di un pensiero critico sul rapporto tra scienza e società del collegamento tra sapere scientifico e valori morali (OGM, terapie genetiche, energia nucleare,…)

Un unico fattore comune: l’ importanza del LABORATORIO

Occorre ripensare l’ insegnamento come? Partendo dalla considerazione che senza osservazione diretta e coinvolgimento attivo dei ragazzi non si insegnano le Scienze, al massimo ci si limita a raccontarle.

Riflettere sul rapporto tra: Ipotesi teoriche - esperimento Osservazione – misura Metodi impiegati – suoi fondamenti IL METODO SCIENTIFICO

Da “Il malato immaginario” di Moliere: “Dottore perché il papavero fa dormire?” Il dottore non lo sapeva come non lo sapeva nessuno a quel tempo, allora risponde: “E’ chiaro, perché il papavero ha la vis dormitiva”

Aneddoto per sottolineare: Immaginate, se piuttosto che rispondere in latino lo avesse fatto in italiano, rispondendo “perché è così”, tutti avrebbero capito che lui non lo sapeva. Aneddoto per sottolineare: Non si può spacciare per scienza una sequenza di parole, anche difficili Ci sono delle questioni preliminari a cui rispondere e questo fa parte del metodo realmente scientifico

Quindi, la prima cosa che uno si deve chiedere quando si trova di fronte ad un fenomeno è: la descrizione del fenomeno. Tornando alla questione del papavero, la descrizione potrebbe essere: “c’è il papavero, quando gli esseri umani prendono gli estratti di papavero si addormentano”

Il passo successivo corrisponde alla domanda. “Perché?” Una volta messa sul tavolo la descrizione, per arrivare a capire quello che abbiamo osservato, si devono formulare delle ipotesi. Ipotesi che devono, successivamente, essere verificate.

Si eseguono, ove possibile, degli esperimenti, cioè le riproduzioni artificiali dei fenomeni osservati, per consentirne l’esame sotto più attento controllo. Prescindendo da caratteri occasionali che ciascun fenomeno può presentare, si misurano quelli significativi ed i dati ottenuti formano i cosiddetti dati sperimentali.

Se all’interno di questi dati si notano delle regolarità, queste rappresentano quella nota come legge scientifica. Si passa quindi a formulare delle ipotesi con lo scopo di spiegare,in modo inequivocabile, i fatti osservati e lasciandone prevedere dei nuovi da verificare successivamente.

Se detta ipotesi risulta feconda da contenere un numero sempre più ampio di osservazioni ed esperienze, e tutte le verifiche abbiano un esito positivo, essa viene acquisita come teoria. Tuttavia,essendo un prodotto della mente umana, non si esclude, a priori, la possibilità che, in seguito a nuove osservazioni, la teoria possa risultare errata tale da cambiarla o modificarla.

A volte, la spiegazione delle osservazione e dei risultati sperimentali invece che essere formulata in termini di teoria, viene presentata per mezzo di analogie (a volte con il mondo reale) che prendono il nome di modelli. Il modello rappresenta un insieme di affermazioni il cui scopo è di spiegare certi fenomeni. Possono essere ideali se gli elementi che li compongono sono entità teoriche , o reali quando tali elementi appartengono al mondo fenomenologico.

Per riassumere:

Fondamentale risulta il ruolo del laboratorio e del processo di misura L’osservazione e l’esperimento rappresentano sia il momento iniziale sia quello finale del lavoro scientifico. Fondamentale risulta il ruolo del laboratorio e del processo di misura

Sul laboratorio nella didattica delle scienze Ciò che interessa lo studente Contatto con il fenomeno reale Possibilità di intervenire per modificare Capire come le cose funzionano Acquisire tecniche sperimentali (usare strumenti e metodi)

Ciò che interessa l’insegnante: Obiettivi formativi nel campo delle conoscenze e delle competenze Obiettivi addestrativi nel senso, ad esempio, di capire lo strumento di misura, imparare a ridurre gli errori Obiettivi riguardo allo sviluppo cognitivo nel senso di conoscenza di una legge, capacità di applicarla al di fuori del contesto proposto, capacità di analizzare e sintetizzare i risultati ottenuti Altre capacità: organizzare un lavoro di gruppo lavorare in gruppo comunicare i risultati ottenuti

Imparare in laboratorio: da raccontare al fare Spesso il laboratorio non è efficace: troppi esperimenti di verifica banali esperimenti raccontati A volte inadeguata esperienza sperimentale degli insegnanti Negativo Fenomeni “sterilizzati” Approccio “a ricetta” Guida passo-passo Limitarsi a prendere dati Minimizzazione imprevisto … Positivo Fenomeni realistici Approccio “a problema” Trasparenza di obiettivo/procedura Piano, dati, analisi Imprevisto come risorsa …

E’ fondamentale che lo studente apprenda l’arte dello sperimentare Avere la capacità di selezionare i “fatti buoni” sui quali impostare l’attività: “I fatti che ci occorre veramente vedere non sono solo passivi, sono maledettamente elusivi e starsene impalati a “osservarli” non serve a niente: Quel che ci occorre è imparare a “cercarli” o ne avremo per un bel pezzo!”

Sperimentare significa confrontarsi con il comportamento reale di un sistema, con i limiti della strumentazione, con la capacità di configurare il sistema nelle condizioni più vicine al modello teorico, con l’analisi dei dati e l’interpretazione dei risultati,con la capacità di formulare ipotesi,…

Occorre fare uso delle esperienze di laboratorio nella didattica se si vuole fornire un insegnamento efficace che comporti un apprendimento organico e completo della disciplina. In termini prettamente didattici le esperienze di laboratorio hanno finalità diverse e quindi il loro impiego può assumere connotati diversi. Qualche parola sulle diverse topologie didattiche di laboratorio:

Attività in aula attrezzata svolta dal docente in collaborazione (se possibile) di un assistente tecnico. Si dovrebbe: Spiegare la funzionalità dell’apparecchio Assemblarlo davanti agli studenti Eseguire materialmente l’esperimento Con l’aiuto degli studenti acquisire ed analizzare i dati sperimentali Studente comunque spettatore ma lezione dialogata e non frontale più partecipazione dello studente.

Valenza didattica dell’attività: Qualitativo, osservazione di un fenomeno come spunto per introdurre un modello descrittivo Semi-quantitativo, verifica di un modello teorico senza dare troppo peso alle incertezze sperimentali o cercando di stimarne l’ordine di grandezza Quantitativo, verifica di un modello teorico (o analisi di un fenomeno fisico o misura di una grandezza) con una analisi completa dei dati sulla base delle misure prese dal docente.

Sulla misura nell’indagine scientifica