Una riflessione critica sull’insegnamento delle scienze sperimentali mette a tema la loro struttura categoriale in rapporto alle condizioni storiche che la scuola italiana sta vivendo. Le ipotesi di lavoro, sperimentate per anni dagli autori e dagli insegnanti del gruppo SEED, sono occasione di un confronto da realizzare nelle situazioni particolari.


La scuola italiana vive oggi un momento storico di forti tensioni, caratterizzato da una spinta riformatrice che tenta di rimetterla al passo con i tempi; d’altro canto però la direzione intrapresa dai riformatori sembra essere quella di una drastica rottura di ogni legame con la tradizione passata, in nome di un facile progressismo che fa riferimento a modelli scolastici (per esempio anglosassoni) che, agli occhi degli osservatori più sensibili al problema educativo delle giovani generazioni, già mostrano di segnare il passo. In questo contesto riteniamo che l’insegnamento scientifico possa rappresentare una possibilità di particolare valenza culturale e formativa.
Abbiamo alle spalle un tempo non breve durante il quale l’assoluta fiducia nella scienza ha via via ridotto, nella percezione comune, lo spazio della razionalità facendolo coincidere con un particolare aspetto della razionalità scientifica, quello di tipo ipotetico-deduttivo. La divulgazione scientifica in genere e la scuola stessa hanno largamente contribuito a confermare e amplificare nella mentalità comune questo equivoco di stampo riduttivista. Oggi, di fronte al crollo dell’utopia scientista che voleva la scienza come paradigma di ogni forma di conoscenza e strada per la soluzione di ogni problema, si possono riconoscere atteggiamenti mentali, verso il sapere scientifico e quello tecnologico, apparentemente antitetici, ma comunque frutto di una passiva acriticità: c’è chi rinuncia a comprenderli, chiudendosi in un presuntuoso atteggiamento antiscientifico e ultimamente irrazionale, c’è chi ancora persiste in una fiducia ottusamente scientista, c’è chi, di fronte all’evidente invadenza nella nostra vita di queste forme di sapere, si rassegna a questo dato di fatto attribuendo ad esse la responsabilità di ogni degrado della qualità della vita.
Quale via seguire perché, insegnando discipline scientifiche, non ci si trovi inconsapevolmente a portare acqua al mulino di questa generale crisi culturale?
Sostiene Evandro Agazzi, filosofo della scienza e pedagogista particolarmente impegnato in questi anni nel dibattito che si sta svolgendo sulla scuola: “Per quanto suoni a tutta prima paradossale, dobbiamo impegnarci per la promozione di una cultura della razionalità e per una cultura scientifica, e il termine cultura sta proprio a significare che scienza e tecnica non possono più limitarsi ad essere delle presenze imponenti (o addirittura incombenti) nella nostra vita personale e collettiva, ma debbono divenire oggetto di giudizio critico, di una valutazione complessiva capace di cogliere i loro notevoli aspetti positivi e i loro inevitabili limiti, limiti che, invece che comportare il loro rifiuto, esigono la loro integrazione in un quadro di conoscenze e di significati al quale altre voci della cultura arrechino il loro contributo.”1
Riteniamo che la scuola in generale, e gli insegnanti di discipline scientifiche in particolare, debbano essere in prima linea in un compito di così grave responsabilità; e lo saranno efficacemente a condizione di riuscire a cogliere la portata autenticamente culturale del sapere scientifico e di attuare una metodologia di insegnamento capace di far rivivere agli studenti le dimensioni intrinseche di ogni sapere scientifico.

Prospettiva educativa globale

Nel dibattito in corso attorno ai programmi per l’insegnamento delle diverse discipline scientifiche, nelle molteplici sperimentazioni ormai da anni attuate, capita spesso di imbattersi in posizioni astratte o semplicistiche.
Si parte dall’ultima moda in campo epistemologico, o dalla più recente tendenza pedagogica, per elaborare complesse architetture didattiche che presto si rivelano impraticabili o costringono l’insegnante ad un oneroso sforzo di adattamento che peraltro porta quasi sempre a stravolgere l’immagine innovativa iniziale.
Il semplicismo è la tentazione uguale ed opposta; si parte dalla considerazione del rifiuto da parte degli studenti e si tenta di andare incontro alle loro difficoltà (apparenti), al crescente disinteresse, riducendosi a trattazioni ipersemplificate che tolgono alla disciplina tutta la sua specificità formativa, la svuotano di ogni contenuto culturale senza peraltro riuscire a recuperare affezione e gusto da parte dei giovani.
Una seria impostazione dell’insegnamento, che consenta al docente di costruire una programmazione organica e di svolgere con gli studenti un itinerario efficace sul piano culturale e perciò educativo, se da un lato dovrà evitare queste facili tentazioni, dovrà soprattutto tenere presenti alcuni criteri di fondo.
Un primo criterio, che dovrebbe sostenere sia l’impianto della programmazione sia la pratica didattica quotidiana, vede l’insegnamento scientifico completamente inserito in una prospettiva educativa globale.
L’insegnante non può porsi semplicemente come esperto disciplinare, dispensatore di contenuti la cui proposta o si giustifica in nome di una generica modernità e in funzione di un uso che se ne potrà fare in seguito, oppure non si giustifica affatto. Né valgono, a riscattare l’insegnamento dall’accusa di nozionismo e tecnicismo (che restano statisticamente le modalità dominanti registrate nelle nostre scuole), le impostazioni didattiche che presentano la fisica, e le materie scientifiche in genere, come strumenti privilegiati per la formazione del senso critico. È indubbio che la capacità critica sia una componente inevitabile della conoscenza scientifica; tuttavia non ne è una prerogativa esclusiva. Soprattutto, sul piano educativo, non può essere la motivazione fondamentale né l’attenzione prioritaria da parte dell’insegnante che resta, prima di tutto, un educatore. E l’educazione, per sua natura, non può che essere globale: deve avere come costante punto di riferimento la persona che sta crescendo e che cresce sviluppando armonicamente tutte le sue dimensioni. L’obiezione, spesso implicita, di molti insegnanti che pensano le scienze estranee ed inadatte a generare una prospettiva globale deriva da una non approfondita riflessione sulla natura della disciplina e quindi dalla conseguente difficoltà a cogliere le ricche valenze educative di un insegnamento come quello scientifico.
In una prospettiva educativa globale l’apprendimento della fisica, della chimica o della biologia verrà motivato come una tra le modalità con cui la persona incontra la realtà naturale, cerca risposta ad alcuni interrogativi tipici del rapporto uomo-natura, impara ad utilizzare la ragione secondo modalità appropriate per scoprire comportamenti, spiegazioni e significati al di sotto delle apparenze sensibili e immediate.
Nella medesima prospettiva, l’insegnante sarà attento all’interezza di esperienza vissuta dallo studente: non si accontenterà della assimilazione di contenuti e procedimenti della disciplina ma avrà presente la maturazione complessiva della sua personalità, interagendo in questo, unitariamente, con gli altri colleghi. Allo stesso tempo saprà valorizzare appieno momenti e strumenti propri della disciplina come occasioni di proposta educativa e fattori di crescita dei singoli.

Realtà della disciplina

Sul rapporto con la realtà si focalizza tutta la problematica dell’insegnamento, se è vero, come crediamo, che l’insegnante è anzitutto educatore, che educare significa introdurre alla realtà e che ciò vale senza riduzioni e senza distinguo qualunque sia la disciplina insegnata. Un riferimento alla realtà che può ulteriormente dettagliarsi in tre livelli compresenti e interagenti: realtà della disciplina, realtà della condizione giovanile, realtà del contesto culturale.
L’impatto con una realtà varia, differenziata e pluralistica, quale è quella incontrata dai giovani oggi, dovrebbe aiutare a comprendere una verità peraltro già ben presente ai pensatori medioevali e che ha rappresentato una delle precondizioni sostanziali per il verificarsi della cosiddetta rivoluzione scientifica: la considerazione che la realtà ha tanti aspetti, che noi la possiamo incontrare sotto tante angolature e che ogni disciplina coglie qualcuno soltanto di tali aspetti. Lo statuto epistemologico di una disciplina si costituisce proprio a partire dalla consapevolezza del particolare punto di vista scelto e in base a questo definisce condizioni, criteri e metodi. Una posizione umana seria, e quindi un itinerario educativo valido, richiedono la progressiva consapevolezza di tale pluralità e il desiderio di ricomposizione unitaria.
Parallelamente anche l’uomo si ritrova costituito da una pluralità di dimensioni; si può affermare allora che ogni disciplina rivela e contemporaneamente educa a una particolare dimensione fondamentale. Così la storia rivela la dimensione della continuità con le proprie radici, il bisogno di ancorare l’esistenza a un contesto non effimero e significativo; la tecnologia rappresenta l’originaria tendenza dell’uomo a dominare la terra, a applicare tutte le risorse della propria genialità per trasformare la natura, in risposta a particolari bisogni personali e collettivi (una tendenza che, prima dell’epoca moderna, era accompagnata dal senso del rispetto per gli equilibri di una natura soltanto affidata all’uomo).
Le scienze fisiche, ad esempio, partono dall’esigenza di comprendere il comportamento della natura nei suoi componenti osservabili, ed esprimono la capacità dell’uomo di ricondurre i fenomeni a modelli razionalmente costruiti, di ipotizzare spiegazioni dei comportamenti osservati e di ideare esperimenti per controllare il grado di attendibilità di tali ipotesi. In questa ottica lo sviluppo della fisica, attraverso la conoscenza di un particolare aspetto della realtà naturale, ha posto l’uomo di fronte all’inesauribile e irrinunciabile vastità delle dimensioni del reale e lo ha reso di conseguenza più consapevole di sé e del suo destino. In questo senso è particolarmente significativo il brano conclusivo del saggio che Einstein e Infeld pubblicarono nel 1938: “Con l’aiuto delle teorie fisiche cerchiamo di aprirci un varco attraverso il groviglio dei fatti osservati, di ordinare e d’intendere il mondo delle nostre impressioni sensibili.
Aneliamo a che i fatti osservati discendano logicamente dalla nostra concezione della realtà. Senza la convinzione che con le nostre costruzioni teoriche è possibile raggiungere la realtà, senza convinzione nell’intima armonia del nostro mondo, non potrebbe esserci scienza.
Questa convinzione è, e sempre sarà, il motivo essenziale della ricerca scientifica. In tutti i nostri sforzi, in ogni drammatico contrasto fra vecchie e nuove interpretazioni riconosciamo l’eterno anelo d’intendere, nonchè l’irremovibile convinzione nell’armonia del nostro mondo, convinzione ognor più rafforzata dai crescenti ostacoli che si oppongono alla comprensione.”2
Secondo la breve descrizione sopra delineata, ogni scienza della natura si configura tipicamente come una scienza sperimentale; l’aggettivo sperimentale richiama tuttavia alla mente schematizzazioni riduttive che pretendono di sintetizzare il percorso scientifico per esempio nel modo seguente:
- la conoscenza scientifica ha inizio dalla raccolta di dati osservabili;
- l’individuazione di caratteristiche o di regolarità nei fenomeni in esame conduce a formulare un’ipotesi;
- l’ipotesi deve passare al vaglio dell’esperimento che riproduce in laboratorio il fenomeno, semplificandolo;
- le osservazioni ad hoc possono confermare o meno le previsioni fatte in base all’ipotesi;
- se i risultati sono coerenti con le aspettative, l’ipotesi è confermata e acquista la dignità di legge.
Le profonde e complesse interrelazioni tra esperimento e teoria costringono ad evitare queste troppo facili semplificazioni per mettere in primo piano sempre e comunque il quadro concettuale interpretativo in cui si collocano l’osservazione, l’esperimento e la teoria.
La riflessione epistemologica sulla disciplina insegnata non è uno scotto da pagare ad una certa moda culturale diffusa nei decenni scorsi. È piuttosto dettata da una profonda esigenza di realismo, di conoscenza delle caratteristiche peculiari di una forma di sapere che si deve trasmettere e a cui si deve educare. L’esigenza si comprende ancor meglio se ci si pone nella prospettiva, che riteniamo la più corretta, di insegnamento scientifico come educazione all’indagine sperimentale: educazione che, ovviamente, non si limita all’apprendimento di una metodologia ma si sostanzia di tutti i principali contenuti conoscitivi che tale metodologia applicata ha permesso di acquisire nei secoli.
Dobbiamo constatare che ancor oggi una simile impostazione non è molto diffusa e nella maggior parte dei casi l’insegnamento si riduce (e viene senz’altro percepito così dagli studenti) ad un “racconto... con formule”.
Le caratteristiche del sapere scientifico sperimentale, sopra indicate, non sono peraltro statiche né definitive; esse vengono continuamente riformulate nel corso dei secoli, a ribadire il carattere intrinsecamente storico anche di una disciplina come la fisica. La storicità si rivela non soltanto nell’aumento quantitativo delle conoscenze, ma si manifesta per il fatto che, col passar del tempo e col crescere delle conoscenze, la natura rivela particolari nuovi, prima impensati, evocando una irriducibilità di fondo delle sue strutture rispetto alla nostra capacità di afferrarle.
Nello stesso tempo l’uomo si rivela straordinariamente capace di novità, di immaginare nuove modellizzazioni, nuove ipotesi, nuovi formalismi matematici, in un crescendo inesauribile.
In realtà le stagioni del positivismo prima e del neopositivismo poi hanno modificato l’immagine della scienza come sapere consapevolmente delimitato. Una concezione plurilivellare della realtà era già presente implicitamente in Galileo stesso ed era esplicita in lui la rinuncia alla pretesa della scienza di cogliere l’essenza dei fenomeni naturali. Tale impostazione è stata in seguito soppiantata dalle posizioni riduttivistiche, per le quali la realtà viene appiattita al puro livello quantitativo e la scienza diventa l’unico strumento valido per accedere a quel livello e quindi modello esclusivo di conoscenza.
Nella mentalità comune, ma soprattutto nella scuola, permane ancora l’eredità pesante di tale riduttivismo. Recentemente tuttavia qualcosa sta mutando; la visione pluralistica del sapere sta tornando prepotentemente alla ribalta, trascinata anche dalle difficoltà e dai limiti incontrati dalle discipline tradizionali nell’affronto della complessità.

Realtà della condizione giovanile

Rispetto alle discipline scientifiche i giovani d’oggi vivono una posizione dualistica: da un lato si sentono attratti dal richiamo delle nuove tecnologie e da quelle visioni fantascientifiche che vagheggiano mondi futuri con condizioni di vita molto diverse delle attuali; dall’altro però sono sempre meno inclini a compiere lo sforzo di una conoscenza analitica, rigorosa, e metodica quale è richiesta dalle materie scientifiche.
Alcuni fattori, in particolare, favoriscono tale dualismo e rendono difficile affrontare in modo corretto e positivo le scienze naturali e specialmente la fisica.
L’essere immersi fin da piccoli in un mondo artefatto, dove l’incontro con la realtà è quasi sempre mediato da strumenti e dove spesso è labile il confine tra naturale e artificiale, riduce la sorpresa dell’incontro con la natura e smorza l’innata curiosità.
Il bombardamento di informazioni cui sono sottoposti i ragazzi, veicolato in passato prevalentemente dalla televisione, oggi e in futuro sempre più dai mezzi multimediali, contribuisce alla riduzione della curiosità e della capacità di interrogazione, anticipando una quantità di notizie e di pseudospiegazioni che danno al ragazzo la sensazione di sapere già e scoraggiano dall’intraprendere la fatica di un approfondimento.
Un terzo fattore viene proprio dal primo impatto con le discipline scientifiche nella scuola, spesso riduttivo. Per esempio, per la fisica si punta quasi sempre su una motivazione funzionalistica: la fisica vista come premessa per le applicazioni tecnologiche e non interessante di per sé, ma solo in quanto fornisce agli ingegneri le conoscenze di base per la realizzazione di strumenti, macchine e impianti. Tipico documento di tale approccio sono le esemplificazioni, e la stessa iconografia, presenti nei libri di testo: più ricavate dal mondo della produzione che dalla visione dei fenomeni naturali.
D’altra parte, l’attuale situazione di sgretolamento ideologico, di carenza di riferimenti e di generale incertezza, potrebbe rappresentare una condizione favorevole all’accoglimento di messaggi carichi di qualche significato; in effetti, alcuni attenti osservatori della realtà giovanile dei nostri giorni ritengono i giovani carichi di grandi attese e per nulla sordi a delle proposte, anche culturali, che in qualche misura sappiano agganciare la persona e la sua vita.
Quest’ultima osservazione, riportata all’interno dell’insegnamento della fisica, ci consente di individuare due bisogni fondamentali dei giovani, alla cui risposta l’insegnante può validamente contribuire mentre spiega le leggi della dinamica o guida gli studenti in un esperimento di chimica: la capacità di stupore di fronte alla natura e la scoperta del fascino dell’indagine; l’attitudine ad usare la ragione come uno degli strumenti per incontrare la realtà, acquistando consapevolezza delle condizioni di tale uso, dei suoi criteri operativi e dei suoi limiti.
Si tratta di dimensioni presenti fin dall’inizio nella storia della scienze naturali (e le memorie dei più grandi scienziati lo documentano ampiamente); tuttavia la prospettiva funzionalista e riduzionista sopra menzionata le ha censurate o distorte, relegando la prima tra le scelte opzionali dell’insegnamento e limitando la seconda a puro addestramento o a una criticità fine a se stessa. La loro sottolineatura invece, senza nulla togliere ad una corretta trasmissione del sapere scientifico, traduce nella pratica didattica una sensibilità pedagogica che considera il ragazzo come storicamente si presenta e non secondo un modello astratto, cercando peraltro di coglierne i bisogni profondi, al di là delle manifestazioni più superficiali e momentanee3.

Realtà del contesto culturale

I nessi tra le diverse concezioni della scienza e le categorie portanti del contesto culturale sono maggiori di quanto si pensi. E l’interazione agisce nei due sensi: la riflessione sui risultati scientifici incide sulla generale visione della realtà e viceversa.
La questione non è irrilevante sul piano didattico: infatti qualsiasi impostazione dell’insegnamento, consapevolmente o meno, ricalca un determinato orizzonte culturale che viene assimilato dagli studenti per quel tipico processo di osmosi che si verifica nei rapporti scolastici. Al punto che si può forse affermare che, nella maggior parte degli studenti, quello che resta della fisica non sono tanto i concetti o le formule quanto l’immagine globalmente trasmessa e le categorie di fondo che la sorreggevano.
C’è quindi chi resta convinto che ogni scienza sia una forma di sapere esatto, infallibile e incontrovertibile; c’è chi conserva l’idea di una finalizzazione totale ed automatica della scienza alla tecnologia; chi ritiene invece che si tratti unicamente di una serie di convenzioni, formalmente corrette ma prive di aggancio con la realtà.
Le contraddizioni dell’attuale contesto culturale si riflettono evidentemente anche sulla concezione che si ha della scienza. Oggi, come già si diceva, troviamo presenti e diffusi due atteggiamenti diametralmente opposti: accanto al persistere di posizioni neoscientiste, emergono atteggiamenti di tipo antiscientifico. Sono atteggiamenti spesso mascherati e non esplicitamente manifestati come tali, ma facilmente riscontrabili ad un esame un po’ attento. La fiducia senza limiti nel progresso scientifico o la diffidenza che sconfina nel rifiuto incondizionato di esso sono le due facce della stessa medaglia: una visione deterministica della scienza in base alla quale si deve ritenere che essa non possa in alcun modo essere orientata. Ne derivano due soli possibili atteggiamenti: o un ottimismo che sospende ogni giudizio o un pessimismo che blocca ogni sviluppo. Queste posizioni, entrambe irrazionali, non tengono in conto il fatto che ogni sapere, e quindi anche quello scientifico, è promosso da uomini e in quanto tale può essere orientato sulla base di criteri di valore; questi criteri però non sono interni alla scienza stessa, avendo origine, al di fuori di essa, in una concezione di uomo in relazione a una concezione globale dell’essere.
La confusione del contesto culturale odierno fa sì che l’insegnante di discipline scientifiche non possa dare nulla per scontato, non possa considerare come pacifici certi presupposti basilari: si pensi al presupposto iniziale dell’esistenza stessa della realtà naturale e della sua, almeno parziale, accessibilità per la mente umana. Un insegnamento che non tenga conto di tale condizione al contorno vede la sua incidenza minacciata alla radice; viceversa, la consapevolezza della situazione suggerirà una modulazione e una flessione della risposta didattica in grado di integrarsi in un progetto educativo complessivo ed unitario (laddove esso esista), favorendo anche la ricerca di linee e interventi comuni alle diverse discipline.

Propositività

Nella prospettiva di un insegnamento scientifico come educazione all’indagine sperimentale, c’è un terzo criterio pedagogico da tenere presente.
Come ogni esperienza che voglia essere educativa, anche quella di una disciplina scientifica dovrà essere una proposta. Non nel senso di presentare leggi e teorie come qualcosa di opinabile su cui gli studenti possano esprimere le loro preferenze. Quando sottolineiamo il carattere propositivo intendiamo porre l’accento su una modalità di comunicazione didattica che chiama sempre in causa il soggetto.
Anzitutto il docente, che non si può ridurre a trasferire meccanicamente i contenuti dei programmi ma deve mettere in gioco la sua sensibilità pedagogica e la sua posizione culturale nella scelta quotidiana di tempi, modi e strumenti di lavoro con la classe. Non è quindi un programma asettico che viene presentato agli studenti da docenti intercambiabili ma è una particolare flessione dei comuni programmi ministeriali, filtrati attraverso la personalità dell’insegnante. Ciò non toglie all’insegnamento autenticità e rigore, che restano salvaguardati dalla preparazione e competenza professionale del docente e della coerenza di ogni declinazione particolare con il dettato dei programmi ministeriali. C’è peraltro da osservare che tale personalizzazione è inevitabile: l’adozione di un dato libro di testo è già una proposta, come pure la decisione di utilizzare certi strumenti, di dedicare più o meno tempo all’attività di laboratorio, di dare spazio a letture e riferimenti storici. Purtroppo spesso si tratta di scelte poco meditate o confinate in determinati momenti della vita scolastica; anche la decisione di non personalizzare l’insegnamento, attenendosi ad una neutrale applicazione dei programmi, è una scelta e si traduce per gli studenti in una determinata visione della scienza e del suo valore.
Lo studente, dal canto suo, deve percepire che l’insegnante ha operato delle scelte in base a determinati criteri: spesso, specialmente negli ultimi anni del corso, le motivazioni di tali scelte dovranno essere esplicitate e diventeranno oggetto di discussione e di ulteriore comunicazione educativa. Soprattutto però il termine propositività vuole indicare l’attenzione per il soggetto del discente che, se si trova di fronte ad una proposta, non può restare passivo ed è costantemente chiamato ad una risposta consapevole e personale.

Conseguenze didattiche generali

I criteri che abbiamo esposto da un lato si traducono in alcune preoccupazioni generali che accompagnano tutta l’esperienza scolastica e si esprimono in una varietà e originalità di forme e strumenti; dall’altro suggeriscono una serie di obiettivi didattico-educativi specifici di ogni disciplina. La focalizzazione di obiettivi è spesso considerata (e vissuta) come una attività accademica, accondiscendenza ad una moda pedagogica ma senza incidenza nella pratica didattica reale. Riteniamo invece che possano effettivamente indicare una traccia di lavoro per gli insegnanti, sulla cui base costruire le singole unità didattiche e cui fare riferimento nella conduzione del lavoro in classe e per le verifiche periodiche (cfr. il riquadro di seguito).

obiettivi specifici A titolo esemplificativo elenchiamo gli obiettivi specifici dell’insegnamento della fisica che ci sembrano coerenti con i criteri generali esposti. - Semplificare e schematizzare situazioni e fenomeni fisici, ricordando che la fisica si basa sì su una semplificazione della realtà ma che questa operazione deve essere consapevole. - Individuare problemi aperti (anche semplicemente aperti dal capitolo precedente). - Evidenziare i fattori in gioco in un fenomeno e le corrispondenti grandezze fisiche. - Misurare con precisione e buona padronanza (pratica e teorica) degli apparati e strumenti di misura; rendersi conto della problematica degli errori e acquisire le conoscenze matematiche per dominare l’intrinseca incertezza della misura. - Vedere, e tradurre matematicamente, relazioni tra grandezze; stabilire analogie e differenze tra leggi diverse e tra differenti descrizioni di comportamenti fisici. - Avanzare congetture, ipotesi esplicative di problemi precedentemente analizzati. - Individuare le relazioni da sottoporre a controllo sperimentale o commentare le relazioni proposte dall’insegnante. - Suggerire idee, soluzioni, accorgimenti per la conduzione di esperimenti. - Elaborare i dati sperimentali; valutarne il grado di attendibilità; saper utilizzare pienamente le proprie conoscenze matematiche a tale scopo. - Esercitare la propria capacità di sintesi, sia collegando tra loro diversi argomenti che operando una sistemazione teorica delle acquisizioni.

Sintetizziamo di seguito alcune preoccupazioni generali che riteniamo particolarmente importanti.
- Il ragazzo deve poter rendersi conto che la proposta riguarda la realtà naturale, e che teorie e formule sono solo strumenti per tentare di comprenderne i comportamenti e la struttura dandone una spiegazione razionale; la dimensione conoscitiva deve essere indagata e compresa da un lato mettendone a fuoco le caratteristiche senza ingenui schematismi, dall’altro recuperando continuamente il binomio soggetto - oggetto senza il quale non si dà conoscenza scientifica.
- Occorre far emergere esplicitamente la dimensione storica del sapere scientifico: lo studente deve rendersi conto che quanto gli viene proposto è frutto di un lento e non sempre lineare cammino, dove anche componenti di natura non scientifica possono aver ricoperto un ruolo non indifferente nel giungere alla formulazione di leggi e teorie.
- Una corretta educazione scientifica ha come conseguenza non soltanto l’apprendimento di contenuti e metodi della disciplina ma anche lo sviluppo dell’attitudine all’indagine, della curiosità profonda che si manifesta nella capacità di interrogare la realtà. Sarà quindi preoccupazione dell’insegnante educare alla domanda, a porre domande appropriate, ben argomentate e con terminologia corretta.
- Una preoccupazione comune a tutte le discipline ma che trova in quelle scientifiche un notevole banco di prova riguarda la razionalità.
Accostandosi ad una disciplina come ad esempio la fisica, che si fonda su un metodo rigoroso e segue criteri definiti di indagine, lo studente impara ad applicare la razionalità in modo appropriato come strumento per incontrare e tentare di comprendere la realtà, differenziato al suo interno in una pluralità di forme e procedure. Impara anche a rispettare le regole di ogni particolare forma di razionalità, a distinguere tra le diverse forme e a riconoscere i confini della razionalità stessa, che non è onnipotente e non si può applicare indifferentemente ad ogni sorta di problemi.
Nello stesso tempo dovrà emergere il ruolo importante svolto, anche nelle scienze sperimentali, da altre componenti del processo cognitivo: intuizione, immaginazione, fantasia, senso estetico, visioni del mondo... Sono componenti che incidono soprattutto nelle genesi di un’indagine scientifica, che inizia in modo molto soggettivo per conquistare poi gradatamente livelli crescenti di intersoggettività.
- Le discipline scientifiche, e la fisica in particolare (prescindendo da alcuni recenti sviluppi nel campo della cosiddetta complessità), hanno un carattere fortemente analitico; sviluppano quindi nel giovane quell’attitudine che lo porta, di fronte ad un problema, a scomporlo e a risolvere uno alla volta singoli sottoproblemi. Lo stesso corpus sistematico della disciplina è tradizionalmente suddiviso in parti (meccanica, termologia, elettromagnetismo...) apparentemente distinte e scollegate. Accanto ad una giusta educazione alla analiticità, vista come condizione per il conoscere, diventa allora importante segnalare l’esigenza di sintesi, di unità, di ricomprensione di singoli frammenti di sapere entro quadri concettuali sempre più ampi. Ciò vale non solo per l’impostazione complessiva della proposta scolastica ma anche all’interno della singola disciplina, che deve vedere compresenti le due dimensioni analitica e sintetica, pena uno squilibrio formativo dello studente, che si può manifestare anche nel più generale affronto dei problemi esistenziali.
Riportiamo infine, a titolo di esempio, la descrizione di un’attività sperimentale svolta in un biennio di liceo scientifico, giocata proprio sui due piani, analitico e sintetico, che in un percorso formativo non possono mai essere totalmente disgiunti.
A conclusione di questa riflessione, che non vuole essere né completa né definitiva, sollecitiamo un confronto sui criteri e una verifica di esperienze in atto, intendendo nei prossimi numeri entrare nel merito delle diverse discipline.

Misura dell’ordine di grandezza delle dimensioni molecolari

Il quadro teorico in cui si colloca il problema di questa misura presenta un aspetto di carattere generale:
l’indagine del mondo microscopico non può essere realizzata esclusivamente aprendo una finestra su di esso e utilizzando una protesi dei nostri occhi; è per l’appunto con queste caratteristiche che si può utilizzare il microscopio ottico. Dopo aver fatto un’osservazione diretta della struttura cellulare con questo strumento, per esempio di una foglia di elodea, si discutono con gli studenti i limiti di tale strumento in ordine agli ordini di grandezza degli oggetti osservati. Si affronta allora il problema di costruire metodi indiretti di misura per superare il limite imposto dall’osservazione diretta: da un ordine di grandezza di 10-1 mm (dimensione di una cellula vegetale) a un ordine di grandezza di 10-6 mm (dimensione di una molecola di acido oleico). Realizzare una misurazione indiretta implica che, a partire dalle misure di grandezze macroscopiche, si facciano previsioni quantitative su grandezze microscopiche, sfruttando proprietà già note e procedendo per via logico-concettuale.
Si sceglie l’acido oleico che ha la caratteristica di espandersi sull’acqua in film sottili, monomolecolari e si considera questo un dato acquisito. Il procedimento logico-matematico che si attua è di questo tipo:
se ho un volume V di una data sostanza che riduco a una pellicola molto sottile di area S, lo spessore di tale pellicola è determinabile come rapporto tra il volume della sostanza e l’area della pellicola:

d = V/S

Prima di mettere piede in laboratorio si prepara il lavoro affrontando alcuni problemi mirati, la cui soluzione richiede l’uso della relazione precedente: la determinazione dello spessore di una lamina ottenuta da un battiloro da un dato volume d’ oro, dello spessore della pellicola di gasolio su una pozzanghera, del diametro di pallini da caccia che coprono il fondo di un vassoio rettangolare, sempre a partire da un volume noto.
Entrati in laboratorio, nel realizzare l’esperimento si devono affrontare difficoltà di tipo pratico quali:
una goccia di acido oleico si espande fino a coprire con una pellicola monomolecolare una piscina, per cui occorre preparare una soluzione di acido oleico con una sostanza non miscibile (soluzione di acido oleico e alcool al due per mille);
si deve determinare il volume di una goccia di acido oleico.
Questo doppio livello di impegno, di tipo concettuale e di tipo tecnico-pratico, da un lato fa rinsaldare il gruppo di studenti in una solidarietà costruttiva, dall’altro stimola il singolo ad un impegno personale fattivo e diversificato.
Ultimo stadio di questa attività sperimentale, è una modalità di verifica, volta a incrementare la consapevolezza dello studente circa la fecondità del metodo di misura attuato. In questa fase si offre ai ragazzi la possibilità di applicare il quadro teorico entro cui è stata costruita la misura della dimensione molecolare a un nuovo problema di misurazione, che appare ai loro occhi totalmente diverso: la determinazione dei millimetri di pioggia caduti in un certo periodo. Gli studenti sentono ripetere e ripetono questo dato metereologico senza riflettere sull’apparente paradossalità di questa unità di misura, paradossalità legata ovviamente all’idea intuitiva di misura, esclusivamente di tipo diretto. Si propongono uno o più problemi sul pluviometro, che si scopre basato sullo stesso principio. Esso infatti è costituito da un contenitore cilindrico in cui si raccoglie l’acqua piovana, attraverso un imbuto di grande sezione, ad esso saldato; pertanto risulta possibile calcolare i millimetri di pioggia caduti in un certo tempo, applicando la relazione:

mm di pioggia = volume dell’acqua raccolta / superficie dell’imbuto

Quando dalla soluzione dei problemi si comprende che, una volta misurato il volume dell’acqua piovana raccolta nel cilindro graduato, solo la superficie di raccolta dell’imbuto entra in gioco, si può passare alla progettazione e realizzazione empirica (imbuto e scatola di pelati !) di un pluviometro da usare sul balcone di casa.

Note

1 E. Agazzi, cultura scientifica e interdisciplinarietà, La Scuola, Brescia 1994, p. 8.

2 A. Einstein e L. Infeld, L’evoluzione della fisica, Boringhieri, Torino 1965. Questo saggio non intendeva accrescere il bagaglio di nozioni del lettore, ma illustrare le idee fondamentali del pensiero fisico e il processo storico della loro formazione. Per questo esso mantiene immutate la sua attualità culturale e la sua fecondità didattica.

3 Per i più grandi scienziati la bellezza è una guida nel cammino verso la conoscenza del vero. “Che una scoperta matematica trovi la sua esatta replica nella natura, mi convince ad affermare che la bellezza è ciò a cui la mente umana risponde nei suoi recessi più profondi e segreti. Che la semplicità è l’impronta del vero e che la bellezza è lo splendore della verità.” S. Chandrasekhar, Verità e bellezza, Garzanti, Milano 1990, p. 10.
E non si dà vera scienza senza che il ricercatore passi attraverso l’esperienza della contemplazione che è alla genesi anche di ogni opera d’arte. Cfr. V. F. Weisskopf, Knowledge and Wonder. The Natural World As Man Knows It ( Conoscenza e Stupore. Il mondo della natura come l’uomo lo vede), The MIT Press, Cambridge, Massachussetts and London, 1980.