14. Didattica delle Scienze della Terra:
i metodi

La situazione attuale

"Una riflessione sul curricolo di scienze non può prescindere da un dato ampiamente condiviso dalla comunità scientifica nazionale e internazionale:

i risultati conseguiti nell’insegnamento in tale area sono molto deludenti e sprecano, nella maggior parte dei casi, il patrimonio di intelligenza dei giovani.

Molte ricerche convergono nell’individuare la principale criticità nel modo in cui le scienze vengono proposte in ambito scolastico.Tra gli aspetti di maggiore criticità vengono indicati i seguenti:

• • prevale un insegnamento nozionistico, manualistico anziché per problemi;

  • la priorità è assegnata alla trasmissione di contenuti anziché ad un processo di costruzione della conoscenza;

  • nel passaggio da un livello scolastico all’altro si riparte sempre da zero in quanto manca qualsiasi idea di curricolo verticale;

  • le attività di laboratorio (quando ci sono) servono a confermare conoscenze già possedute;

  • lo studente apprende in modo passivo”. [2]

Alcune analisi della situazione

Rapporto Rocard, L’educazione scientifica oggi: un’istruzione rinnovata per il futuro dell’Europa, pubblicato il 17 giugno 2007 a cura della Commissione Europea.

Commissione De Mauro: “si constata sia nella popolazione adulta che tra i giovani, un sempre più diffuso analfabetismo scientifico, rinforzato da una profonda demotivazione all’apprendimento e alla partecipazione”.

Gruppo di lavoro per lo sviluppo della cultura scientifica e tecnologica, che è stato costituito nell’agosto del 2006, per iniziativa di quattro ministri e presieduto da Luigi Berlinguer, ha individuato come una delle cause principali il fatto che “in Italia la scienza è oggetto di apprendimento scolastico prevalentemente cartaceo, normativo, deduttivistico. Non è adeguatamente applicato il metodo scientifico sperimentale…”(Gruppo di lavoro, 2007).

Da "Per non giocare a far finta" di Paolo Guidoni (1998):

"(...) Il motivo principale per cui i ragazzi/e non capiscono la matematica (o la fisica, o la chimica, se è per questo), e in gran parte escono dalla scuola di base con l’impegno di rifiutarla, temerla, odiarla per il resto della loro vita, sta nel modo in cui di solito si pretende di impostare l’insegnamento della matematica (o della fisica, o della chimica)".

"(...) Ma, forse, dopotutto far finta di spiegare e far finta di capire, far finta di insegnare e far finta di imparare, far finta di insegnare a insegnare finta cultura, far finta di valutare e controllare... far finta, in definitiva, è così più comodo – per tutti e per ciascuno.”

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Il primo ciclo (infanzia, primaria, medie)

Per progettare il curricolo (possibilmente in verticale, per tutta la scuola di base) sono necessario molteplici competenze: disciplinari, epistemologiche, psicopedagogiche, didattiche.

Se non c'è una lunga esperienza alle spalle, è consigliabile lavorare in classe in modo innovativo a partire da percorsi significativi già sperimentati presenti in letteratura.

I contenuti

“Un primo criterio da osservare è quello di rinunciare all’enciclopedia delle scienze perché uccide, in un sol colpo, la cultura scientifica e il metodo. Ogni problematica scientifica importante ha bisogno di tempi e metodi adeguati per poter essere acquisita in modo significativo, per diventare competenza, e quindi la quantità dei contenuti va strettamente raccordata al tempo disponibile. 

In sostanza, l’obiettivo da perseguire deve essere la profondità e la significatività delle conoscenze: un buon curricolo scolastico in ambito scientifico è dunque quello che, effettuando scelte precise, seleziona e propone alcuni temi da esplorare e approfondire nel corso di tutto il primo ciclo in una logica di curricolo verticale, una quantità di contenuti e di esperienze effettivamente compatibili con un apprendimento significativo”.[2]

In questa scelta che i docenti sono chiamati a fare, i libri di testo in circolazione non aiutano. Sono spesso "manuali universitari bignaminizzati", in cui c'è tutto lo scibile umano...

Questo metodo "inch deep, mile wide" (per noi sarebbe qualcosa tipo: "un centimetro in profondità, un chilometro in larghezza"), in realtà, non produce una conoscenza superficiale ma una conoscenza NULLA in tutti gli argomenti affrontati. Riporto lo scambio di mail su un forum di insegnanti:

• • Ho appena corretto i questionari sull'atmosfera che ho dato in prima media. Insufficienze su tutta la linea! Nessuno di loro ha capito granché dei movimenti dell'aria, dei venti alla scala globale ecc. Qualcuno di voi ha idea di come trattare questi argomenti in prima media? Sono concetti troppo astratti per quella fascia di età? Quest'anno ho affrontato insieme atmosfera ed astronomia, ed i ragazzi non mi stanno seguendo. Ho anche una terza, alla quale ho fatto scienze anche in prima. Non si ricordano nulla! Credo di essere migliorata come insegnante, ma onestamente mi sto chiedendo che cosa sono riuscita ad insegnargli. Dichiarano di non avere idea di cosa io stia parlando, fino a che faccio loro aprire i quaderni di prima e controllare che tutte le informazioni sono presenti. Sul quaderno, non nelle loro teste, purtroppo.

  • (vari interventi.....)

  • Concordo con quello che hanno detto gli altri. Seguiamo tutti l'idea che se noi diciamo qualcosa e gli studenti la ascoltano, la capiscono esattamente come la capiamo noi. Ci sembra così ovvio (avendolo sperimentato ed insegnato più volte) che deve essere ovvio anche per loro (che di solito non hanno nessuna delle conoscenze precedenti che abbiamo noi). Presentiamo i concetti fuori dal loro contesto, perché diamo per assodato che - è talmente ovvio! - il contesto non sia necessario. Fino a quando ci fermiamo e facciamo il punto su dove si trovano i nostri studenti. Se non diamo loro significative e CONCRETE esperienze sulle quali LORO possano costruire la loro conoscenza, continueremo a frustrare noi stessi ed i nostri studenti, che si chiedono perché non riescono ad afferrare quello che per l'insegnante è così banale.

  • (seguono altri interventi)

"Il peggior nemico della comprensione è la compulsione a toccare superficialmente tutti gli argomenti compresi nel libro di testo (programma)… Si deve adottare un approccio al curricolo meno frenetico e più ponderato… Occorre scegliere gli argomenti da trattare a fondo seguendo l’aforisma che il meno è di più… Si deve usare tutto il tempo necessario per permettere agli allievi di avvicinarsi alle conoscenze in modi che li impegnano in ragionamenti formali ad alto contenuto intellettuale". (Gardner)

Le Indicazioni per il curricolo (anche nella nuova versione, che trovate qui) hanno il difetto di proporre troppi "traguardi per lo sviluppo di competenze", senza tener conto del numero di ore dedicato alle varie discipline. Però fortunatamente sono espliciti nel dire che: "È importante disporre di tempi e modalità di lavoro che consentano, in modo non superficiale o affrettato, la produzione di idee originali da parte dei ragazzi, anche a costo di fare delle scelte sui livelli di approfondimento e limitarsi alla trattazione di temi rilevanti."

Quindi, il primo problema è quello di selezionare gli argomenti. E' una scelta che altrove, per esempio negli Stati Uniti, i docenti non fanno. Nel caso degli USA, infatti, la scelta di Standard Nazionali è molto vincolante, e strutturata su percorsi verticali piuttosto rigidi, dal livello PK (la nostra scuola dell'infanzia) al K12. Ogni stato stabilisce i suoi standard didattici. Per avere un'idea del dettaglio in cui tali standards sono indicati alle scuole, si può scaricare un foglio elettronico relativo alle scienze della Terra per lo stato del Maryland (l'originale è qui).

Ridurre il numero di argomenti - comunque - non basta.

Perché l'apprendimento sia significativo, i contenuti devono essere adeguati alle strutture cognitive (e motivazionali) dei ragazzi.

La questione metodologica

“Un secondo focus di attenzione del curricolo deve essere dedicato al mantenimento della motivazione all’apprendimento che va gradualmente affievolendosi con il crescere dell’età. Genitori e insegnanti sanno molto bene che i bambini sono curiosi e amano le scienze. Un curricolo innovativo deve dare più spazio all’educazione a farsi domande e a formularle piuttosto che a imparare, magari in modo acritico, risposte stereotipate.

In tal senso un ruolo straordinario può giocare l’attività di laboratorio, che i Piani di studio provinciali indicano come un requisito fondamentale per un curricolo di scienze efficace, in grado di sviluppare le abilità e le competenze attese”.

Non basta "fare laboratorio", se le esperienze sono lontane dalla possibilità di essere comprese in profondità dai ragazzi.

Noi ci illudiamo spesso che certi esperimenti siano semplici ed autoevidenti. Ricordiamoci invece che "gli esperimenti sono carichi di teoria" [1].

Per quanto riguarda una critica allo "sperimentalismo ingenuo", per il quale basta fare gli esperimenti per acquisire conoscenza e sviluppare competenza, si veda R. Driver, "L’allievo come scienziato?", Zanichelli, Bologna, p. 85:

"La concezione empiristica della scienza afferma che le idee e le teorie scientifiche si ottengono per un processo di induzione. Chi conduce delle indagini, si tratti di alunni o di scienziati esperti, dovrebbe procedere attraverso una sequenza di processi organizzati gerarchicamente, a partire dall'osservazione di "fatti". Sulla base di tali fatti si possono fare delle generalizzazioni e indurre delle ipotesi o delle teorie. Tuttavia l'attuale filosofia della scienza sostiene che questa concezione è erronea in quanto le ipotesi o le teorie non si collegano in nessun modo deduttivo con i dati cosiddetti "oggettivi", ma sono delle costruzioni, dei prodotti dell'immaginazione umana. Il loro collegamento con il mondo concreto si realizza attraverso il processo della verifica e dell'eventuale confutazione"

"Le osservazioni e gli esperimenti che si propongono sono poi importanti nel processo di concentualizzazione solo se sono “inserite in processi di conoscenza”, se non sono, cioè, attività atomiche ma connesse ad altre esperienze. Il significato risiede sempre nel collegare una certa esperienza ad altre esperienze. L’attività di insegnamento-apprendimento va quindi progettata non per segmenti didattici di poche ore, perché in questo caso anche con le esperienze più adeguate non si possono né costruire conoscenze significative, né sviluppare competenze di tipo osservativo-logico-linguistico. L’attività va invece progettata per segmenti che possono esser chiamati nei più svariati modi a seconda della pedagogia di riferimento (noi preferiamo il termine pedagogicamente meno impegnativo, percorso) mediamente di 15 ore. Da cui ne consegue che in ogni anno scolastico possono essere effettuati 3 o 4 percorsi, e che complessivamente i percorsi della scuola elementare dovrebbero esser compresi tra 15 e 20, e quelli della scuola media circa 15." [1]

“In un contesto laboratoriale, attraverso esperienze adeguate all’età, l’alunno è attivo, esplora, osserva, manipola, si pone domande, formula ipotesi, raccoglie dati, sviluppa ragionamenti, ecc. , matura atteggiamenti e sensibilità (la curiosità, l’abitudine a farsi domande, la cooperatività, un atteggiamento critico rispetto a informazioni e affermazioni, il rispetto per l’ambiente, l’attenzione verso problematiche legate alla sostenibilità e a temi etici, ecc).

In tale prospettiva l’idea di laboratorio assume una connotazione molto più ampia, che fa riferimento sia ad uno spazio fisico adeguatamente attrezzato sia a contesti non formali”. [2]

(molti delle citazioni e dei contenuti sopra riportati sono tratti da Corsi di formazione tenuti da C. Fiorentini (CIDI) e Articoli )

Proposte metodologiche didattiche

Ma la didattica laboratoriale è un’idea pedagogica teorica oppure è effettivamente praticabile?

Praticabile, cioè, in un contesto ben diverso da quello finlandese...

anche se fortunatamente non (ancora?) questo:

A questa domanda sono state date molte risposte, più o meno strutturate.

In questo corso ne presentiamo una, con l'avvertimento che non è l'unica tra le metodologie che prevedono una partecipazione attiva degli allievi alla costruzione del loro apprendimento.

Questa metodologia è nota come IBSE Inquiry-based Science Education, cioè "didattica della scienza basata sull'indagine".

Inquiry-based Science Education

Motivazioni

Con il termine inquiry ("indagine") si intendono “una serie di processi messi in atto dagli studenti in modo intenzionale come:

• • saper diagnosticare problemi,

  • commentare in modo critico gli  esperimenti e individuare soluzioni alternative,

  • saper pianificare un’indagine,

  • formulare congetture,

  • ricercare informazioni,

  • costruire modelli,

  • saper discutere e confrontarsi tra pari,

  • formulare argomentazioni coerenti”

Linn et al. (2004): Internet Environments for Science Education. Lawrence Erlbaum Associates, Mahwah, New Jersey.

Numerosi studi, condotti in diverse nazioni, hanno messo in evidenza come un approccio basato sull'inquiry

- permetta lo sviluppo di competenze scientifiche di alto livello;

- aumenti l’interesse e il rendimento  degli alunni;

- stimoli la motivazione degli insegnanti.

Questi tre aspetti concorrono a rendere possibile un apprendimento significativo delle scienze e in generale  a migliorare la literacy scientifica degli alunni.

D'altra parte, esiste una ugualmente vasta letteratura che mette in guardia dall'aspettarsi che i bambini prima e i ragazzi poi possano effettivamente "ragionare come scienziati", e che la costruzione della conoscenza segua gli stessi passi del procedimento scientifico.

Come sempre, in questi casi, tocca a ciascun insegnante farsi una propria idea, dopo aver studiato e magari sperimentato direttamente le varie metodologie.

Storia dell'IBSE

Circa 20 anni fa il National Research Council (agenzia educativa degli USA) ha riconosciuto l’inquiry-based learning come la miglior pratica nell’educazione scientifica (NRC, 1996, National Science Education Standards).

Da allora, lentamente sono aumentate le sperimentazioni nelle scuole e si sono accumulati molti dati qualitativi che

Caratteristiche essenziali della metodologia, secondo il National Research Council (2000):

• 1.  Gli studenti sono coinvolti attivamente da domande significative dal  punto di vista scientifico;

  2.  Agli studenti viene richiesto di raccogliere evidenze attraverso cui sviluppare e valutare le spiegazioni che affrontano le domande scientifiche;

  3.  Agli studenti si chiede di formulare spiegazioni a partire dalle evidenze;

  4.  Gli studenti discutono le varie spiegazioni e le valutano alla luce di spiegazioni alternative;

  5.  Infine sono capaci di comunicare e giustificare le spiegazioni da loro proposte.

La organizzazione dei principi e delle fasi della metodologia IBSE si deve a Bybee e collaboratori (2006).

Secondo Bybee possiamo suddividere il percorso IBSE in cinque fasi. Siccome in inglese le cinque parole chiave di queste fasi cominciano tutte con la lettera E, le cinque fasi vengono di solito indicate con 5E.

Le cinque E

ENGAGE (coinvolgere): creare interesse, generare curiosità, stimolare domande da parte degli studenti; capire quali idee hanno gli studenti sull'argomento.

EXPLORE (esplorare):familiarizzare con il modello oggetto di studio attraverso esperienze, spesso concrete, esplorare le proprie idee pregresse e le idee nuove, e progettare e svolgere investigazioni.

EXPLAIN (spiegare): focalizzare l’attenzione su alcuni aspetti delle esperienze fatte, chiarire i concetti scientifici, utilizzare il lessico scientifico appropriato, discutere le idee (anche errate) emerse.

ELABORATE (elaborare): approfondire e rinforzare la comprensione di ciò che si è appreso, applicandolo in situazioni nuove. 

EVALUATE (valutare): auto-valutare la propria comprensione di quanto appreso e le abilità acquisite; valutazione da parte dell’insegnante circa il raggiungimento degli obiettivi didattici.

Analogia tra attività scientifica "inquiry based" e attività didattica "inquiry based"

Per capire meglio come funziona la metodologia IBSE, vediamo come gli scienziati affrontano un problema scientifico (l'esempio è tratto  e modificato dal testo Inquiry and the National Science Education Standards: A Guide for Teaching and Learning, scaricabile gratuitamente in rete in formato pdf)

Nella costa ovest degli Stati Uniti, in una dozzina di località tra lo stato dell'Oregon, quello di Washington, la California settentrionale, in un tratto di circa 100 km, si trovano "foreste morte" come quella dell'immagine qui sotto

La zona corrisponde, da un punto di vista geologico, alla zona di subduzione di Cascadia (Cascadia Subduction Zone CSZ), in corrispondenza del margine convergente tra la placca del Nord America e la placca Juan De Fuca e altre placche minori.

Quella che segue è la storia di come alcuni scienziati hanno affrontato questo problema.

Lo scienziato:

1. Mostra curiosità e formula domande  a partire dalle sue conoscenze

• • Cosa può avere ucciso così tanti alberi in un’area così grande?

  • Gli alberi sono morti tutti nello stesso momento?

  • La loro morte è collegata ad una vicina attività vulcanica o a qualche sorta di malattia biologica?

  • Vista la loro posizione vicino alla costa, c’è qualche relazione tra l’acqua salata e la distruzione delle foreste?

2. Raccoglie prove

• Determina l’età degli alberi datando gli anelli esterni con il metodo radiometrico del carbonio-14.

  • La datazione radio-carbonio ad alta precisione ha limitato la data di morte degli alberi tra il 1680 e il 1720 (Atwater et al., 1991; Nelson and Atwater, 1993; Nelson et al., 1995).

• Non trova evidenze di depositi vulcanici.

• Gli alberi non sono bruciati, né mostrano segni di infestazione di insetti.

3. Usa ricerche precedenti

• 1964: gran parte delle coste dell’Alaska è scesa sotto il livello del mare quando lo sprofondamento della placca del Pacifico sotto quella Nordamericana ha generato un terremoto devastante. Molti chilometri di foreste lungo la costa morirono perché sommerse dall’acqua salata in seguito al maremoto.

4. Propone una possibile spiegazione

Dal momento che l'ambiente geologico della CSZ è simile a quello della costa dell'Alaska, gli alberi nello stato di Washington e in Oregon  potrebbero essere morti a causa dell’acqua di mare a seguito di un terremoto avvenuto 300 anni prima?

5. Per testare la sua spiegazione raccoglie altri dati

Trova uno strato di sabbia diverso dal suolo scuro e ricco di argilla che lo ricopre.

• Da dove proviene?

• Si tratta di sabbia portata verso la riva durante lo tsunami causato dal terremoto?

L’analisi della sabbia dello strato indica una provenienza oceanica e quindi supporta l’ipotesi dello tsunami.

Trova evidenze di un abbassamento delle superfici del suolo, con sepoltura di terreni, piante e  alberi ricoperti da fango intertidale.

6. Pubblica la spiegazione basata sulle evidenze

Gli alberi morti e lo strato di sabbia trovato lungo la costa sono evidenze di un grande terremoto verificatosi circa 300 anni fa, proprio quando i coloni europei arrivarono nella regione

(Atwater, 1987; Nelson et al., 1995).

Chi fosse interessato alla metodologia IBSE troverà molte proposte didattiche e riflessioni sul blog della prof.ssa Barbara Scapellato: IBSE e dintorni