UN PROGETTO DI SCIENZE PER LE SCUOLE ELEMENTARI

 

Gianni Bonera, Lidia Borghi, Carla Castellani Bisi, Anna De Ambrosis, Isella Massara

 

Da alcuni anni anche in Italia è stata rivalutata l’importanza dell’insegna mento scientifico nel suo duplice aspetto formativo e culturale e si è sentita la necessità di un rinnovamento dei curicula di scienze nelle Scuole dell’obbligo.  È, ad esempio, di data molto recente la formulazione dei nuovi programmi ministeriali per la scuola media inferiore,nei quali si raccomanda insistentemente di utilizzare una metodologia induttivo-sperimentale e di usare un approccio interdisciplinare ai problemi.  In tali proposte programmatiche, tutt’ora per la verità abbastanza generiche per quanto riguarda i contenuti, non si fa accenno a "prerequisiti" che gli alunni dovrebbero possedere all’inizio della scuola media dell'obbligo.  È ben noto d’altra parte che gli in segnanti medi lamentano con insistenza che gli alunni provenienti dalle elementari sono scarsamente motivati allo studio delle scienze e che spesso le affrontano con un atteggiamento mentale sbagliato (nozionistico-mnemonico).  In realtà è indispensabile che l’insegnamento scientifico abbia inizio, con una metodologia corretta, il più precocemente possibile, cioè fin dalle prime classi elementari o addirittura, secondo alcuni, dalla scuola materna.

 

Le scienze sperimentali infatti (fisica, chimica, scienze della natura) con il loro duplice aspetto, empirico e teorico, sono particolarmente idonee a stimolare lo sviluppo dei processi cognitivi nel bambino e nel preadolescente; quando l’alunno si trova nello stadio del pensiero concreto, l’insegnamento scientifico, opportunamente condotto, stimola le capacità di manipolare, osservare, descrivere, registrare, confrontare; via via che l’allievo cresce, lo abitua a collegare le osservazioni fatte, a stabilire relazioni di causa ed effetto, a fare ipotesi, a programmare verifiche, a trarre le prime deduzioni; in una parola a raggiungere gradualmente lo stadio del pensiero formale o ipotetico deduttivo.  Perché questa azione formativa sia efficace è necessario che i curricula di scienze si svolgano senza soluzione di continuità lungo tutto il ciclo dello obbligo, seguendo un filo logico che preveda approfondimenti successivi dei principali schemi concettuali (andamento a spirale dell’insegnamento) e nello stesso tempo eviti inutili e tediose ripetizioni mnemoniche delle stesse nozioni.

 

È anche necessario sfatare l’opinione abbastanza diffusa che gli allievi, quando sono molto giovani, debbano limitarsi a fare delle osservazioni sul mondo della natura, allo scopo di acquisire un certo "habitus" scientifico, ma che non sia necessario che le nozioni che via via apprendono si inquadrino in un insieme rigoroso e coerente.  Noi riteniamo invece che le osservazioni dei bambini non debbano rimanere frammentarie e scorrelate ma essere finalizzate alla acquisizione di concetti tra loro collegati secondo una linea precedentemente programmata dall’insegnante.

 

In questo modo tutte le varie nozioni potranno essere inserite in uno schema che via via si preciserà al ragazzo così come tessere di un mosaico che alla fine riveleranno un quadro completo.  Non sarà necessario che il quadro rappresenti la natura con grande minuzia di dettagli, ma sarà importante che le linee fondamentali del panorama risultino ben chiare agli occhi degli alunni.  Una delle maggiori difficoltà che si incontra nell’elaborare un curriculum di scuola elementare che si basi su questi criteri, è quella di saper commisurare le proposte didattiche allo sviluppo cognitivo del bambino; è noto infatti che per quasi tutto il ciclo elementare il bambino è in grado di effettuare solo operazioni basate su entità concrete: si dovrà perciò rinunciare ad usare prematuramente concetti che richiedono operazioni di tipo formale, come ad esempio i concetti di pressione e di densità, che implicano un rapporto tra grandezze; la necessità di semplificare i concetti per renderli comprensibili porterebbe infatti inevitabilmente a creare nel bambino idee inesatte.  È chiaro a questo punto che il problema dell’educazione scientifica nella scuola dell’obbligo e in particolare nel ciclo elementare, si lega strettamente a quello della formazione e dell’aggiornamento degli insegnanti.

 

Mentre la questione della formazione richiede soprattutto interventi legislativi di riforma delle strutture scolastiche magistrali, l’aggiornamento degli insegnanti può essere fin da ora affrontato, sia pure su scala ridotta, attraverso un lavoro di ricerca didattica che veda impegnati in stretta collaborazione docenti universitari delle diverse discipline e insegnanti delle scuole dell’obbligo, in collegamento con psicologi e pedagogisti.  Una ricerca didattica di questo tipo è in corso presso il Seminario Didattico della Facoltà di Scienze mm.ff.nn. dell’Università di Pavia fin dal 1975.  Risultati di questa attività sono stati tra l’altro l’elaborazione di un progetto di scienze per le scuole elementari (P S S E) e la sua diffusione sperimentale in molte scuole di Pavia, sotto il controllo costante dell’equipe universitaria operante presso il Seminario Didattico.  Il progetto è anche stato utilizzato ripetutamente come base per corsi di aggiornamento patrocinati dal Ministero della Pubblica Istruzione, dalla Provincia di Pavia e da altri Enti.  In base alle esperienze acquisite in questi anni riteniamo di poter concludere che un aggiornamento impostato su una presentazione teorica di argomenti fondamentali non si rivela efficace.  Esso infatti, se può servire a colmare in parte le lacune presenti nella preparazione scientifica di base degli insegnanti, non affronta in alcun modo il problema di come impostare efficacemente in classe l’insegnamento sperimentale delle scienze.

 

Anche una forma di aggiornamento che preveda una attività sperimentale in laboratorio, ma lasci agli insegnanti il compito di trasferire agli alunni i concetti affrontati, non si è rivelata del tutto soddisfacente.  La forma di aggiornamento più efficace consiste, a nostro parere, nel formare gruppi di lavoro comprendenti sia universitari che insegnanti elementari in modo che anch’essi partecipino direttamente alla ricerca e alla progettazione didattica.  Il lavoro dei gruppi che operano attualmente nel Seminario Didattico si articola in incontri quindicinali in cui viene programmato il lavoro da svolgere in classe, vengono illustrati i fondamenti teorici che stanno alla base delle attività previste e vengono infine discussi i risultati emersi dalla sperimentazione delle attività precedenti.  Nonostante questo modo di operare comporti un notevole impegno per gli insegnanti, abbiamo sempre riscontrato da parte loro una grande disponibilità.  Gli insegnanti che da tempo hanno condotto attività di ricerca nei gruppi possono poi agevolmente svolgere a loro volta il ruolo di aggiornatori, permettendo così di raggiungere un numero maggiore di maestri.  Essi, inoltre, comunicando ai partecipanti ai corsi le esperienze da loro vissute nella classe, sono in grado di illustrare efficacemente le reazioni più frequenti degli alunni, le possibili domande e risposte, di fornire informazioni precise circa i tempi necessari a condurre una determinata attività: gli insegnanti che decidono di affrontare per la prima volta una sperimentazione inconsueta si sentono rassicurati e incoraggiati se constatano che essa è già stata condotta, con esito positivo, da colleghi operanti nelle stesse condizioni.

 

L’ultimo corso di aggiornamento organizzato dal Seminario Didattico, su incarico del Ministero della Pubblica Istruzione, si è svolto secondo i criteri sopra illustrati.  Ogni incontro si articolava in due fasi:

 

a.    una lezione, tenuta da un universitario, nella quale venivano ampiamente illustrati e discussi i concetti alla base delle attività da svolgere sperimentalmente;

b.    una fase di laboratorio nella quale gli insegnanti svolgevano personalmente alcune delle attività proposte, utilizzando lo stesso materiale e le stesse modalità consigliate per la classe.

 

Caratteristica comune a tutti i corsi di aggiornamento da noi organizzati è che in essi viene sempre inizialmente presentato in sintesi lo sviluppo di tutto il programma che verrà sviluppato, così che i maestri possano averne chiare le linee conduttrici; ciò agevola anche l’inserimento nel curriculum: programmato da ogni singolo insegnante delle varie attività proposte durante il corso.

 

Il progetto P S S E

La metodologia del progetto è prevalentemente sperimentale: le proposte infatti sono strutturate in modo che l’alunno partendo dalla manipolazione diretta degli oggetti risulti il protagonista della sperimentazione: le attività prevedono che i ragazzi lavorino in gruppi, così da acquisire la capacità di collaborare e la consapevolezza che in ogni ricerca scientifica è di grande importanza la fase di confronto e di discussione dei risultati.  I gruppi previsti non sono troppo numerosi (tre o quattro sembra essere il numero migliore) per evitare disordine e inattività da parte di alcuni.  Grande importanza viene data fin dall’inizio al lavoro di registrazione che diventa via via più puntuale man ma no che il ragazzo si abitua ad esprimere con un linguaggio appropriato i risultati della sua sperimentazione. Si è avuto cura di sviluppare nel progetto concetti comuni a tutte le scienze.  Gli ampi collegamenti alle più varie tematiche, con i quali il curriculum base può essere arricchito dall’insegnante, conferiscono al progetto una notevole flessibilità e adattabilità alle diverse situazioni scolari.  I contenuti sono stati scelti in modo da avere in se stessi una notevole rilevanza culturale e da poter servire di base per un successivo approfondimento nelle scuole medie inferiori.

 

Schema del progetto: Primo ciclo

Oggetti e loro proprietà

Il bambino viene avviato ad una corretta metodologia dell’indagine attraverso l’osservazione, la manipolazione, la descrizione degli oggetti in termini delle loro proprietà; ciò consente di:

a.    effettuare classificazioni e seriazioni;

b.    introdurre l’idea che attraverso lo studio delle proprietà caratteristiche di una sostanza è possibile individuarla anche quando essa è "confusa" con altre;

c.    correlare le proprietà di un oggetto e il suo uso;

d.    comprendere che le proprietà di un oggetto possono cambiare a causa di "interazioni".

 

Le proposte didattiche per il 1° ciclo, facilmente adattabili sia alla Ia che alla IIa classe, secondo le esigenze dell’insegnante, sono le seguenti:

 

·   descrizione e classificazione degli oggetti in base alle loro proprietà

·   confronto di oggetti in base alle dimensioni

·   proprietà non rilevabili direttamente con i sensi.  Interazione

· uso di interazioni per individuare una sostanza

· relazione tra proprietà di una sostanza e il suo uso

· lo stato di aggregazione come proprietà delle sostanze

· proprietà di solidi e liquidi e individuazione dei gas.

 

Secondo ciclo

In terza elementare viene sviluppato il tema della misura, già introdotto, a livello qualitativo, nel primo ciclo.  È intorno agli otto anni infatti che i bambini incominciano a sentire la esigenza di una descrizione più esatta delle cose che li circondano.  Il problema è affrontato da un punto di vista prevalentemente operativo, dando particolare rilievo a quelle grandezze fisiche, come la massa, il tempo e la temperatura per misurare le quali è necessario costruire degli appositi strumenti.  I concetti di base che vengono sviluppati in tutte le attività su "la misura" sono i seguenti:

 

a.    la scelta dell’unità di misura è arbitraria

b.    il risultato numerico della misura dipende dall’unità scelta.

 

Le attività sulle misure di volume, di lunghezza, di massa, di tempo, si inseriscono agevolmente nel lavoro abituale che ogni insegnante porta avanti in terza elementare; le attività sulla temperatura (sul concetto di temperatura il progetto insiste particolarmente) possono servire di base per sviluppare molte delle parti descrittive e nozionistiche che costituiscono l’usuale programma di scienze riportato dai sussidiari.  Le attività che vengono successivamente sviluppate per le classi IV e V hanno come filo conduttore il problema della vita.  Si parte dal concetto che "il vivere comporta un continuo consumo di energia" e che quindi ogni essere per vivere deve avere continuamente a disposizione dell’energia da utilizzare.  Si passa quindi allo studio della combustione, individuando in tale fenomeno un’importante sorgente di energia e si osserva che tutte le più comuni combustioni avvengono consumando ossigeno (di norma l’ossigeno dell’aria) e producendo biossido di carbonio.

 

Si verifica poi che il consumo di ossigeno e la produzione di biossido di carbonio costituiscono l’aspetto fonda mentale della funzione respiratoria nell’uomo e negli altri esseri viventi: ciò permette di chiarire ai ragazzi come la combustione degli alimenti sia la sorgente dell’energia necessaria per la vita.  Infine lo studio di alcuni alimenti e della loro produzione da parte delle piante, permette di riconoscere nel sole la sorgente primaria di energia.  Partendo da questi concetti dovrebbe essere molto più facile sviluppare in termini di funzioni e non meramente descrittivi, lo studio del corpo umano,degli animali, dei vegetali e delle loro relazioni con l’ambiente.  Le proposte didattiche sono:

 

· il confronto di lunghezze, di volumi e di superfici

·   misure di lunghezza – Arbitrarietà della scelta dell'unità di misura e opportunità di adottare una unità di misura standard

·   misure di volume

·   misure di massa.  Costruzione di una bilancia a bracci uguali

·   misure di tempo

·   caldo e freddo.  Esame del riscaldamento e raffreddamento di oggetti.  Dilatazione termica e passaggi di stato

·   misure di temperatura.  Costruzione di un termoscopio.  Esame del funzionamento di un termometro

·   influenza della temperatura sul mondo vivente

·   la combustione, un modo per produrre energia

·   la respirazione: la "combustione" degli esseri viventi

·   gli alimenti: i combustibili degli organismi viventi

·   l’utilizzazione degli alimenti (circolazione e digestione)

·   produzione di alimenti da parte delle piante

·   tutta l’energia viene dal sole.

 

Dietro sollecitazione dei maestri stessi che hanno collaborato alle varie sperimentazioni del progetto nelle classi si è ritenuto utile darne più ampia divulgazione attraverso la pubblicazione su di una rivista specializzata per gli insegnanti elementari; le attività proposte nel progetto possono pertanto essere reperite sulla rivista "L’educatore" Fabbri Ed., anni scolastici 1378-79, 1979-80.  La seconda edizione, naturalmente, è più completa e tiene conto delle osservazioni emerse dalla sperimentazione effettuata durante lo scorso anno scolastico.

 

 

Pubblicato originariamente su La Chimica nella Scuola, 1980, 2 (1), 9-14.  Riprodotto con l’autorizzazione del Prof. Pierluigi Riani, direttore di CnS.