Scienze: Percorsi Regionali Integrati. U.S.R. - Ufficio Scolastico Regionale. I.S.S. - Insegnare Scienze Sperimentali

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1 Scienze: Percorsi Regionali Integrati a.s U.S.R. - Ufficio Scolastico Regionale in collaborazione con I.S.S. - Insegnare Scienze Sperimentali DA UN MONDO DI Poche informazioni trasmesse per racconto Rapporti diretti con persone e cose semplici Lunghe ore con la famiglia, nei laboratori o nei campi Gusto nel fare insieme qualcosa, nel meravigliarsi Gusto nell aggiustare e nel costruire Il nuovo contesto socio-culturale A UN MONDO DI Troppe informazioni attraverso canali diversificati Rapporti semplici con cose complicate Frenetico calendario di impegni Indifferenza ed eccesso di immagini fruite passivamente Gusto nel comperare Consuetudine al riutilizzo Sviluppo delle abilità manuali Mentalità dell usa e getta Sviluppo delle abilità tecnologiche Fiducia nell esperienza dell anziano Informazioni non collimanti, sfiducia nel sistema CONSEGUENTE URGENZA EDUCATIVA: OCCORRE SVILUPPARE UN SANO SENSO CRITICO PER EVITARE CHE LO STUDENTE DIVENTI SCETTICO, INDIFFERENTE O QUALUNQUISTA

2 Il ruolo del Docente di SCIENZE Il docente di Scienze riveste un ruolo fondamentale nel processo di costruzione di una cittadinanza scientifica responsabile. Questo perché SCIENZA e DEMOCRAZIA rappresentano un binomio inscindibile: "Non conosco nessun miglior depositario dei poteri supremi di una società all'infuori del popolo stesso, e se non lo giudichiamo sufficientemente illuminato da esercitare questo controllo con rettitudine, il rimedio non sta nel negarglielo, ma nell'orientarlo nella giusta direzione Thomas Jefferson E dunque l EDUCAZIONE SCIENTIFICA deve BISOGNO PRIMARIO della società diventare un Il ruolo dell insegnante di scienze diventa anche IMPEGNO CIVICO Quali strumenti per l Educatore? COSA DI TUTTO CIO CHE SAPPIAMO DOBBIAMO INSEGNARE? Dobbiamo indurre a pensare per conto proprio BRUNER: Non occorre imparare molte più cose, basta imparare cose diverse spostare l attenzione dall OGGETTO della conoscenza al PROCESSO, dai FATTI alla STRUTTURA ORGANIZZATIVA DEL SAPERE PRIMA DI INSEGNARE, E BENE COMPIERE UN LAVORO DI ANALISI DISCIPLINARE CONCETTI FONDAMENTALI, IDEE CHIAVE, NUCLEI FONDANTI DELLA DISCIPLINA I REALI ORGANIZZATORI DEL SAPERE E DELLE CONOSCENZE

3 C è un bisogno di fondo nell insegnamento per l apprendimento delle scienze: la necessità di un modello globale per l insegnamento della biologia, delle scienze della terra, della chimica e della fisica al fine di garantire l'acquisizione unitaria di competenze in queste discipline e di ricomporre la frattura, oggi esistente, tra le varie discipline afferenti alle Scienze della Natura. Affinchè sia possibile una reale integrazione di queste discipline è fondamentale operare una riflessione sullo statuto epistemologico disciplinare, attraverso l analisi dei nuclei fondanti. Solo una reale consapevolezza di questi principia comuni ci permetterà di filtrare efficacemente le nostre conoscenze universitarie e metterle a disposizione degli studenti. Ma cosa si intende per NUCLEO FONDANTE? I nuclei fondanti sono i concetti fondamentali, che ricorrono in vari luoghi di una disciplina o di più discipline, che abbiano perciò valore strutturante e generativo di conoscenze. Per tale motivo essi determinano una trasformazione permanente del sistema cognitivo; hanno funzione di ancoraggio per nuovi concetti e nuove conoscenze. Possiamo distinguere: NUCLEI FONDANTI DISCIPLINARI, che individuano l oggetto (sono i sistemi biologici e quelli geologici e i loro livelli di scala e di organizzazione), il fenomeno (unicità-varietà degli oggetti e loro natura relazionale) e il processo (evoluzione nel tempo e nello spazio); NUCLEI FONDANTI PROCEDURALI, che sono le strategie di conoscenza (osservazione, comparazione, misurazione, modelli concettuali, regole, teorie, leggi generali) NUCLEI FONDANTI EPISTEMOLOGICI, che riflettono sui principia della conoscenza scientifica disciplinare Volendo semplificare il concetto, è come il prodotto di una reazione chimica svolta in laboratorio: Ambiente di reazione Reazione chimica Reagenti Catalizzatore Operatore Contesto di apprend.to Percorso didattico Contenuti - Concetti Docente Studente PER LO STUDENTE:

4 Un attenta analisi disciplinare, e la conseguente costruzione di una mappa disciplinare consentono al docente di: scomporre e ricomporre i contenuti della disciplina; individuarne le idee chiave, che svolgono il ruolo fondamentale di organizzatori delle conoscenze ; collegare insieme tali concetti costruendo una rete di connessioni associative tra essi. Spesso le misconoscenze degli alunni o le loro difficoltà nello studio si addensano proprio intorno ai nuclei fondanti Più avanti proporrò alcune domande-stimolo, che fanno leva proprio sulle misconoscenze dello studente. Eccone qui un semplice assaggio: Le cellule di un elefante sono più grandi di quelle di una formica? Dietro questo problema si nasconde una serie di perché e un nucleo fondante. Vedremo insieme quale. Il Vivente Pietro Omodeo, uno dei padri della moderna zoologia italiana ed internazionale, ci fornisce una definizione di essere vivente, l oggetto di studio della biologia, che contiene i principali concetti fondanti per un un sistema di conoscenze strutturato ed epistemologicamente fondato. Un essere vivente è un sistema cellulare aperto, autoriproducibile, attraversato da flussi autoregolati di materia, di energia e di informazione che ne consentono la crescita, lo sviluppo e la conservazione dello stato stazionario. Per queste loro caratteristiche le popolazioni dei viventi sono in grado di evolversi nel tempo adeguandosi alle mutevoli condizioni ambientali. Tali concetti non sono esclusivi della biologia, ma appartengono ad un dominio disciplinare molto più ampio essendo in comune anche con altre discipline, soprattutto scientifiche (scienze della terra, chimica e fisica).

5 COMPLESSITA! EVOLUZIONE! OMEOSTASI! FLUSSI! DI MATERIA! DI INFORMAZIONE! DI ENERGIA! Che cos è un concetto strutturante (organizzatore cognitivo) E compito del docente, tenuto conto dei nuclei fondanti, progettare il curricolo e scegliere in relazione alla fascia di età degli allievi gli organizzatori cognitivi appropriati, che rappresentano i traguardi delle tappe di un percorso che conduce ai nuclei fondanti stessi. I concetti strutturanti hanno dunque valore didattico e rappresentano il ponte che permette allo studente di giungere a possedere i nuclei fondanti della disciplina, che restano il significato primo (in termini di importanza) e ultimo (in termini di tempo) dello studio della natura.

6 POSSIBILE RELAZIONE TRA NUCLEI FONDANTI E CONCETTI STRUTTURANTI NUCLEI FONDANTI: OMEOSTASI! FLUSSO DI MATERIA! FLUSSO DI ENERGIA! FLUSSO DI INFORMAZIONE! CONCETTI STRUTT.: Equilibrio dinamico! Ciclo! Gradiente! Organizzazione! Qualche esempio di nucleo fondante NUCLEI FONDANTI DELLE SCIENZE DELLA MATERIA! I corpi (D)- proprieta' della materia! Misure, errori, strumenti - lo strumento matematico (P)! Forze - pressione - temperatura e calore - elettricitaʼ (D)! La natura della materia - miscugli e sostanze pure - gli stati fisici - trasformazioni fisiche ed energia (E) - forze e movimento (D)! Dal macroscopico al microscopico: dalle leggi fondamentali alla struttura particellare della materia (D,P,E)! Linguaggio simbolico e modelli (P)! Le trasformazioni chimiche della materia (E)! Reazioni ed energia (E)! Energia e spontaneita' dei processi naturali (D,E)! Risorse energetiche (D,E)!

7 ANALISI DI UN TESTO SCIENTIFICO La Cornucopia di Isaac Asimov LEGGETE ATTENTAMENTE IL TESTO DISTRIBUITO; RILEGGETELO, RICERCANDO E SOTTOLINEANDO IN ROSSO QUELLI CHE RITENETE I CONCETTI STRUTTURANTI E IN NERO LE PAROLE CHIAVE CON LE PAROLE CHIAVE RICOSTRUITE UNA MAPPA CONCETTUALE CHE EVIDENZI ALCUNI DEI CONCETTI DEL BRANO SECONDO VOI PIU SIGNIFICATIVI COSTRUITE UNA BOZZA DI POSSIBILE PERCORSO PER TRASMETTERE QUESTI CONCETTI AI VOSTRI STUDENTI LE CONCLUSIONI TRATTE DA VAN HELMONT SONO CORRETTE? COME SI POTREBBE PROCEDERE PER PROSEGUIRE L INDAGINE? ALCUNI NUCLEI FONDANTI DELLA BIOLOGIA! Gli esseri viventi sono SISTEMI COMPLESSI (E)! I viventi sono SISTEMI APERTI, cioè scambiano materia ed energia con l'ambiente (D,E)! I viventi sono sottoposti alle LEGGI CHIMICO-FISICHE che governano la Natura (P)! Gli esseri viventi mantengono l'omeostasi (E)! I viventi sono dotati di un PROGETTO INTERNO (E)! I viventi sono dotati di meccanismi di REGOLAZIONE - CONTROLLO (E)! Nei viventi STRUTTURA E FUNZIONE sono strettamente collegate (D,E)! Nei viventi si manifestano UNITA' e VARIETAʼ (D)! I viventi possiedono capacita' di ADATTAMENTO (E)! I viventi sono soggetti ad un processo di EVOLUZIONE a livello popolazionale (E)! Il vivente è organizzato in livelli di crescente COMPLESSITAʼ (E)! LʼUomo occupa una precisa posizione NELLA BIOSFERA (D,E)!

8 IMPLICAZIONI IN BIOLOGIA! Caratteristica Presenza di diversi livelli di organizzazione Sistemi aperti Carattere di autoreferenzialità degli esseri viventi e di autorganizzazione della loro struttura interna Irriducibilità della loro storia a fattori strutturali Conseguenza Impossibilità di una spiegazione riduzionista del rapporto tra due livelli. Flussi di materia, energia e di informazione. Generalizzazione del concetto di feedback (retroazione) come meccanismo che consente l autorganizzazione. Intervento aleatorio di fattori esterni nell evoluzione dei processi (ruolo del caso e dipendenza dal contesto) M. Cini, Il linguaggio delle Scienze della Natura e la visione del mondo, Roma, 22 ottobre 1999, Ministero Pubblica Istruzione

9 Ancora esempi di nuclei fondanti NUCLEI FONDANTI PER LE SCIENZE DELLA TERRA! 1. LA TERRA È UN MEMBRO UNICO DEL SISTEMA SOLARE, ANCHE SE NON POSSIAMO ESCLUDERE CHE ESISTANO REPLICHE IN ALTRE GALASSIE DELL'UNIVERSO (TERRA NELLO SPAZIO).! 2 - LA TERRA HA UN'ETÀ DI ALMENO 4,5 MILIARDI DI ANNI (TERRA NEL TEMPO).! 3 - LA TERRA È UN SISTEMA COMPLESSO IN CUI INTERAGISCONO CINQUE SISTEMI: TERRA SOLIDA, ARIA, ACQUA, GHIACCIO, VITA (ORGANIZZAZIONE DEL PIANETA TERRA).! 4. - I SISTEMI TERRESTRI HANNO SUBITO NEL TEMPO UNA CONTINUA EVOLUZIONE (EVOLUZIONE DEL PIANETA TERRA).! 5 - I SISTEMI TERRESTRI INTERAGISCONO RIPETUTAMENTE NEL TEMPO (CICLICITÀ DEI PROCESSI).! 6 - I MUTAMENTI NEI SISTEMI TERRESTRI AVVENGONO NEI PERIODI CHE VANNO DAI MICROSECONDI AI MILIONI DI ANNI (TEMPO DI EVOLUZIONE).! 7 - LA SCALA DEI FENOMENI NEI SISTEMI TERRESTRI VARIA DA SUBATOMICA AD ASTRONOMICA (SCALA DEI FENOMENI TERRESTRI).! 8 - I SISTEMI TERRESTRI CONTENGONO UNA VARIETÀ DI RISORSE RINNOVABILI E NON RINNOVABILI CHE SOSTENGONO LA VITA (RISORSE DEL PIANETA TERRA). Quando ci apprestiamo a costruire un percorso di apprendimento su di un tema specifico, dobbiamo prefigurarci una sceneggiatura o copione delle attività che includa le modalità di organizzazione del lavoro, le indicazioni sulle metodologie didattico-educative, i concetti strutturanti attraverso cui veicolare determinati n.f., i modelli valutativi, le esperienze laboratoriali, ecc. alla luce delle seguenti domande: Quale ambito di senso Quale il problema di partenza Come valutare i saperi naturali e le preconoscenze Quali i nuclei fondanti Quali possibili misconoscenze Quale metodologia Quali indicatori per la valutazione Quali attività pratiche Come documentare l attività e monitorare il processo Quale verifica sull apprendimento Quali agganci con le altre discipline

10 Domande stimolo E sufficiente, per definire un vivente, dire che nasce, cresce, si riproduce e muore? Le piante respirano solo di notte? Le cellule di un elefante sono più grandi di quelle di una formica? Perché siamo costituiti da tantissime cellule molto piccole e non da un minor numero di cellule più grandi? Se è vero che le informazioni genetiche sono scritte nel DNA, che è uguale per tutte le cellule di un organismo, come mai queste non sono tutte uguali? Una biologia o due biologie? E importante che il docente abbia chiara la distinzione tra biologia funzionale e biologia evolutiva. Queste due biologie sono caratterizzate da linguaggi, metodi e tipi di domande differenti. La biologia funzionale studia i processi funzionali ai diversi livelli ed ha mutuato il linguaggio e i concetti dalla fisica e dalla chimica. La biologia evolutiva si è invece sviluppata intorno al pensiero darwiniano e si è definita scienza storica; ogni cosa è vincolata al tempo e allo spazio, il metodo di studio è quello osservativo comparativo. Le due biologie sono autonome... qualsiasi fenomeno biologico non può essere compreso appieno se non lo si indaga da entrambe le prospettive (Todaro, La riflessione storico epistemologica è strumento metodologico per la ridefinizione del curricolo di scienze della natura?, Le scienze naturali nella scuola, n.16, pag. 7 16, luglio 2000.).

11 La biologia del come e quella del perché La biologia funzionale affronta le questioni del come: Come è strutturato un certo organo? Come funziona? mentre la biologia evolutiva è inerente alle questioni del perché: Perché quell organo è strutturato in un determinato modo? Nel primo caso lo scopo è infatti quello di capire come è fatto e come funziona, nel secondo quello di indagare sulle cause remote (evoluzionistiche) che spiegano perché quell organo è così come è. Volendo fare una distinzione nell ambito del programma di biologia afferiscono alla biologia funzionale contenuti come: La Cellula La Bioenergetica La Genetica Il Corpo Umano: anatomia e fisiologia afferiscono alla biologia evolutiva contenuti come Classificazione degli esseri viventi L evoluzione L ecologia La sistematica Qualche parola sui sistemi Un sistema è una porzione di ambiente che è oggetto della nostra indagine. Il sistema contrae dunque relazioni con l ambiente in cui si trova (quindi con altri sistemi), ma anche al suo interno, tra le parti che lo compongono. Dal punto di vista energetico, si distinguono sistemi aperti, chiusi e isolati, a seconda che scambino con l ambiente sia materia che energia, o solo energia, o niente del tutto. Un sistema può essere indagato in modo differente, a seconda che si tratti di un sistema lineare (deterministico) o complesso Un sistema, in ultima analisi, è un unità contenente una struttura di retroazione: quindi è in grado di elaborare informazioni. Vi sono sistemi ecologici, sistemi sociali; in questo senso tecnico anche l organismo individuale più l ambiente con cui interagisce è un sistema [G. BATESON, Una sacra unità, Milano, Adelphi, 1997, p. 393]

12 Sistemi deterministici e metodo scientifico Un sistema deterministico è caratterizzato da precise e semplici relazioni di causa-effetto.! Esempio: Un cubetto di ghiaccio posto a temperatura ambientale si scioglie.! Indagare questo fenomeno significa:! formulare domande adatte alla sua comprensione! utilizzare un metodo che permetta di trovare risposte adeguate! individuare variabili e invarianti, nonché cause ed effetti, sulla base dellʼassunto che in ogni fenomeno naturale si può riconoscere una causa che determina un effetto; la stessa causa, nelle medesime condizioni, dà origine allo stesso effetto.! PROBLEMA: E POSSIBILE GIUNGERE AD UNA CONOSCENZA OGGETTIVA DEL FENOMENO?? Sistemi complessi INPUT SISTEMA OUTPUT FEED-BACK

13 Retroazione di autobilanciamento INPUT SISTEMA OUTPUT INPUT OUTPUT INPUT OUTPUT INPUT OUTPUT Retroazione di autobilanciamento INPUT SISTEMA OUTPUT FEED-BACK Valutazione della deviazione dalla rotta Modifica della deviazione Correzione della direzione

14 INPUT SISTEMA OUTPUT FEED-BACK IL SANGUE SI SCALDA Retroazione di autorafforzamento Noto da centinaia di anni con il termine di! Circolo vizioso! per gli effetti più evidenti rispetto ai pur più diffusi anelli di retroazione di autobilanciamento! QUALCHE ESEMPIO: La profezia che si autoavvera L eutrofizzazione Il carro del vincitore

15 Sistema complesso particolare: IL VIVENTE Analisi del questionario RAGGRUPPATE LE MOTIVAZIONI PER CATEGORIE GENERALI; ESTRAPOLATE DA QUESTE LE CARATTERISTICHE TIPICHE DI UN VIVENTE PROGETTATE QUALCHE POSSIBILE PERCORSO DI APPROFONDIMENTO DA ALCUNE DI QUESTE CARATTERISTICHE EMERSE (COMPITO X CASA) PROGETTATE QUALCHE ALTRO MODELLO DI INDAGINE DICOTOMICA SUL TIPO DI QUELLO APPENA ELABORATO

16 MODELLO RAPPRESENTAZIONE RIDOTTA, APPROSSIMATA E SIMBOLICA DELLA REALTA. Esempi: Una carta geografica o una mappa di una città; La rappresentazione di una cellula attraverso un disegno La rappresentazione schematica di un ala Un plastico Mappa topografica! Carta stradale! Scala 1: Equidistanza: 25 m Scala 1:

17 Rappresentazioni cellulari! come funziona un ala?!

18 Le mappe concettuali! Le mappe concettuali!

19 Quale osservazione? Quale osservazione?

20 Quale osservazione? Quale osservazione? QUANTI PUNTI NERI CI SONO NELL IMMAGINE?

21 SISTEMA COMPLESSO O LINEARE? Variazioni nel diametro della pupilla umana indotte da variazioni di luminosità L EUTROFIZZAZIONE Abnorme proliferazione di biomassa, prevalentemente vegetale (microalghe).! Il termine "eutrofizzazione", dal greco eutrophia (eu = buona, trophòs = nutrimento), si riferisce ad una condizione di ricchezza in sostanze nutritive (nitrati e fosfati) in ambiente acquatico, per cause varie.! Tali condizioni risultano idonee ad uno sviluppo eccessivo di alghe, e di conseguenza (output) la produzione di quantità maggiori di sostanza organica e di nutrienti, che retroalimentano il sistema! ricchezza in sostanze nutritive! Proliferano le alghe! Le alghe si decompongono sottraendo ossigeno!

22 Profezia che si autoavvera Il carro del vincitore