La scienza: come se la rappresentano gli insegnanti

 

Eliane Orlandi

a cura di Giuseppina Primavera

 

Il dibattito sul significato dell’insegnamento/apprendimento delle Scienze Naturali nelle scuole primarie e secondarie ed il suo rapporto con le altre materie, è stato sempre assai fervido in Italia a partire dalla legge Casati (1859) ad oggi.  I docenti di Scienze Naturali, che da sempre hanno cercato nuovi spazi ed in qualche caso li hanno ottenuti (Scuola Media Unificata, anno 1962, e successive modifiche; Nuovi Programmi della Scuola Elementare del 1985, proposta Brocca per la auspicabile riforma della Scuola Secondaria Superiore), si sono soffermati, soprattutto a livello di associazioni di insegnanti, sul ruolo educativo, etico e culturale dell'insegnamento scientifico.  Il contesto epistemologico in cui si colloca il nostro insegnamento, i valori da trasmettere, la riflessione critica sui propri fondamenti, sulle modificazioni da provocare negli atteggiamenti degli alunni, sono problematiche che ho affrontato specificatamente negli stages organizzati dal LDES (Laboratorio di Didattica ed Epistemologia della Scienza) dell’Università di Ginevra, dall’Associazione Europea di Didattica della Biologia (Università di Lione), dall’Istituto di Psicologia del CNR, Roma, dal Centro per la didattica della Biologia, Università di Pavia.  "È risultato, in maniera inconfutabile, che la rappresentazione mentale costituisce una variabile significativa del processo di insegnamento/apprendimento, da prendere in considerazione nell’affrontare i numerosi problemi che si pongono oggi nell’educazione in generale ed in quella scientifica in particolare.

 

Non è facile per gli allievi passare da una rappresentazione prescientifica ad una che sia scientificamente giustificabile: l’ostacolo epistemologico può essere superato se l’allievo acquisisce familiarità con i procedimenti scientifici in senso stretto.  Non sempre il contesto epistemologico in cui si colloca l’insegnante è tale da favorire questo passaggio.  Infatti la scelta dei contenuti e delle metodologie di insegnamento sono necessariamente interpretate e deformate dai valori che l’insegnante possiede, dalle sue concezioni sulla scuola, sulla valutazione, sul ruolo del docente, in sostanza sulla sua immagine della scienza.  "L’educazione dell’educatore, secondo Henry Laborit (1991), va rivolta più che alla conoscenza della materia, alla conoscenza di se stesso ".  In questo contesto ho voluto proporre un caso oggetto di studio: Le rappresentazioni mentali degli insegnanti di Biologia relative alla metodologia sperimentale di Eliane Orlandi dell’equipe di ricerca dell’Università "Claude Bernard"di Lione.  Esso è tratto dal volume Conceptions et connaissances a cura di André Giordan,Yves Girault et Pierre Clement, Edizione Peter Lang-Berne 1994.  Una ricerca interessante sulle Immagini della scienza nei docenti di materie scientifiche e nei loro alunni è stata condotta da Lina Bertola del Dipartimento P.I. Ufficio studi e ricerche di Bellinzona, Canton Ticino, di cui potrei dare notizia in una prossima occasione.

Giuseppina Primavera

 

Nell’introduzione alla Histoire de la Biologie, André Giordan stabilisce un chiaro parallelo tra le concezioni degli insegnanti ed i procedimenti pedagogici adottati nelle classi.  La presente ricerca parte appunto dal presupposto che le diverse metodologie di insegnamento, applicate in classe, si esplicano, almeno in parte, secondo le concezioni soggiacenti degli insegnanti.  In particolare si tenta di evidenziare il nesso tra le pratiche pedagogiche e le concezioni degli insegnanti nei riguardi del procedimento sperimentale.  Le loro concezioni sono state rilevate dalle risposte ad una serie di domande preliminari:

- gli insegnanti attuano una logica rigorosa e lineare, caratteristica della scienza costruita, oppure una logica meno lineare, più prossima ad una scienza "da costruirsi"?  (Astolfi 1978 e 1984);

- in particolare il modello del metodo sperimentale ereditato da Claude Bernard, con le sue 6 tappe: O-HE-R-I-C (Giordan 1978), assume un ruolo precipuo?  (O-osservazione H-ipotesi E-esperimento R-risultato I-interpretazione C-conclusione);

- il procedimento sperimentale è caratterizzato dall'empirismo, dall’induttivismo ingenuo (Chalmers 1987): l’osservazione dei fatti assume un ruolo primario?

- qual è la funzione dell’esperimento nella metodologia sperimentale: mettere alla prova una ipotesi nel senso della falsificazione di Popper (Popper 1973)?  o si tratta semplicemente di riprodurre un esperimento ben segnalato, che assume allora la funzione di verifica e di illustrazione della teoria?

 

Per realizzare questi obiettivi, è stato scelto un argomento consono alla attività sperimentale e cioè gli alimenti e la digestione in una classe 1a superiore.  Sono stati intervistati 5 insegnanti di Biologia: ad essi è stato richiesto di descrivere le attività praticate in classe e di giustificare la scelta dal punto di vista pedagogico.  Sono risultate comuni ai 5 insegnanti due sequenze sperimentali: l'analisi chimica degli alimenti e la digestione in vitro degli stessi.  L'analisi comparativa delle descrizioni delle due sequenze sperimentali consente di individuare due procedimenti pedagogici tra loro contrastanti.  Allo stesso modo l’analisi delle risposte degli insegnanti consente due raggruppamenti contrapposti a proposito delle loro concezioni in merito al significato dell’esperimento e della metodologia sperimentale.  Confrontando i risultati delle due analisi si viene a stabilire una netta corrispondenza tra le tipologie delle metodologie sperimentali e le tipologie delle concezioni.

 

I procedimenti pedagogici

Gli aspetti essenziali che contraddistinguono i differenti percorsi vengono di seguito riportati.  1.1 Prima sequenza sperimentale: "Analisi chimica degli alimenti".  L’obiettivo è quello di mettere in evidenza, in un comune alimento (ad es. latte, pane) la presenza, dal punto di vista qualitativo, di determinati principi alimentari, usando semplici tecniche di riconoscimento biochimico: estrazione per riscaldamento per l’acqua, impronta su carta per i grassi, reattivi caratteristici (come la soluzione iodo-iodurata, il liquido di Fehling etc.) per gli altri costituenti.  I procedimenti pedagogici, ricostruiti in seguito al colloquio con gli insegnanti, si differenziano nel seguente modo: tre insegnanti, i professori A-C-E, attuano un procedimento che si basa su chiare indicazioni fornite sia in forma orale, sia con l’aiuto di dispense.  L’essenziale, per questi insegnanti, è quello di mettere in azione solamente le tecniche che condurranno a risultati positivi.  Ad esempio, per il latte, vengono saggiati: nella panna solamente i grassi, nella "pelle" e nel cagliato solamente i protidi, nel siero solamente il glucosio ed i cloruri.  L'attività sperimentale viene effettuata seguendo una logica precisa e cioè quella di tener in conto solamente le analisi delle sostanze realmente presenti nelle varie frazioni del latte.  Il professore tende ad evitare i falsi percorsi e i risultati negativi.  È evidente che, secondo questa logica, solamente l’insegnante che conosce a priori le reazioni che "vengono" può avere la padronanza del procedimento sperimentale.

 

L’alunno, invece, non possiede le conoscenze che gli permettono di prendere iniziative, per cui la sua attività è solamente manipolativa: si trova ad essere un semplice "esecutore".  Gli esperimenti, in questo caso, servono solamente ad illustrare l’argomento: infatti si tratta di far vedere piuttosto che di dimostrare.  Il procedimento seguito dai professori B-D, si distingue per il fatto che gli alimenti sono analizzati con tutta la gamma delle tecniche disponibili.  Addirittura il prof. B usa otto diversi saggi per l’olio, di cui solamente uno risulterà positivo.  In questo caso, scaturiscono alcune conseguenze: il percorso sperimentale risulta più aperto, meno canalizzato dall’insegnante nella "giusta" direzione, quella che dà risultati positivi; inoltre vengono vantaggiosamente sollecitate l'iniziativa e la riflessione degli alunni.  Il prof. D va più lontano in questo senso: dopo alcune nozioni preliminari sugli alimenti semplici e sulle loro reazioni caratteristiche, gli alunni ricercano, come gruppi autonomi, la composizione di un alimento comune usando, per tentativi e riprove successive, un ragionamento logico che sottende il loro protocollo sperimentale; alla fine redigono una tabella di risultati e traggono le loro conclusioni.  La composizione di un dato alimento viene dedotta analizzando i risultati positivi e negativi.  Sostanzialmente gli esperimenti assumono la funzione di test nell’ambito di una logica dimostrativa.

 

1.2 Seconda sequenza sperimentale: "La digestione di un alimento in vitro".  Questa sequenza risulta più specifica della precedente per l’apprendimento di una metodologia sperimentale.  Seguendo i termini del programma, l’esperimento deve precedere le nozioni teoriche sulla digestione, in quanto: "la trasformazione di un alimento nel tubo digerente sarà spiegata a partire dalla digestione in vitro".  Viene attuato, da parte dei cinque insegnanti, un percorso empirico che, dal dato sperimentale, risale alla teoria.  Questa sequenza si propone di mettere in evidenza quanto segue: la trasformazione di un alimento per azione dei succhi digestivi; la natura di questa trasformazione: molecola complessa -molecola semplice; la specificità dell’azione dei succhi digestivi e dunque degli enzimi che essi contengono.  In questo caso gli insegnanti hanno scelto di studiare l'azione della saliva, facile a raccogliersi, su un alimento ricco di amido; il pane (A-B-E), la patata (D), o direttamente l’amido (C).  Anche in questo caso l'analisi delle interviste permette di distinguere due percorsi: il prof. B adotta un procedimento che si caratterizza per: la molteplicità delle direzioni considerate e delle ipotesi verificate; la formulazione o la riformulazione delle ipotesi sulla base dei risultati ottenuti alla fine dell’esperimento.  Il procedimento inizia con una sequenza di domande a cui si deve rispondere ed una serie di ipotesi:

-nella bocca il pane si trasforma chimicamente?→H1

-nel caso, avviene ad opera della saliva?  (gli alunni pensano, per lo più, che la saliva sia acqua) →H2

-si ha una trasformazione dell’amido →H3

-del glutine? →H4

 

Gli esperimenti in vitro sono messi a punto dopo una serie di "tentativi": un primo saggio con pane macinato trattato con saliva è risultato un insuccesso.  Viene allora suggerito di studiare separatamente i due costituenti del pane: l'amido e di glutine.  Poiché in laboratorio non si ha glutine, viene usata l'albumina d’uovo.  I primi risultati conducono ad eliminare H4 ed a rinforzare H1-H2-H3.  Tutto ciò apre la via ad una nuova serie di domande e di ipotesi: il risultato della trasformazione dell’amido è un altro prodotto, quale?  Un altro glucide (H5)? un protide (H6)?, un lipide (H7)? Anche se H5 appare più probabile, alcuni alunni vogliono controllare gli altri casi.  La fase finale non conclude l’attività: gli alunni sono incoraggiati ad esporre le loro critiche, ad immaginare nuove ipotesi ed esperimenti.  I proff. A-C-D-E attuano un procedimento diverso: essi orientano la sequenza sperimentale, sin dall'inizio, verso una sola direzione, quella dei glucidi: il prof. C limitando lo studio alla digestione dell'amido il prof. D annunciando, all’inizio della lezione, che la patata può essere assimilata al suo costituente principale, l’amido; i proff. A ed E , partendo dall’osservazione che il "pane masticato assume un sapore dolciastro ", fanno desumere che quel qualcosa che si è trasformato in zucchero, deve per forza essere un altro glucide, l’amido del pane.

 

Questa osservazione, del resto precaria, assume tuttavia un ruolo molto importante: serve ad indirizzare la ricerca verso la direzione "utile", quella che darà buoni risultati, e ad evitare i percorsi erronei, ad es. quello del glutine.  Si potrebbe ulteriormente semplificare lo studio della digestione del pane, riducendolo alla formulazione di una ipotesi semplice da verificare: "l’amido si trasforma in zucchero sotto l’azione della saliva".  Si può rimarcare che, secondo il procedimento dei professori C e D, non vengono formulate ipotesi all’inizio, ma si dispongono delle provette con o senza saliva: gli alunni possono così avere l'illusione di fare degli esperimenti "per vedere".  In realtà le provette sono sistemate in funzione di ciò che l'insegnante vuole dimostrare e dei risultati che vuole ottenere.  Si è ben lontani da una situazione sperimentale che procede per tentativi empirici.  Inoltre, nel corso del procedimento, non si hanno tappe nettamente differenziate; infatti solo globalmente si individuano: esperimento-risultato-interpretazione-conclusione.  I professori A e E sono, al contrario, ben attenti nel rimarcare sia verbalmente che per iscritto, le fasi classiche del procedimento sperimentale e cioè: osservazione-ipotesi- esperimento-risultato-interpretazione-conclusione.  L’attività sperimentale, nel caso dei docenti A-CD- E, ha sempre dato luogo ad una conclusione precisa e definitiva che pone fine alla attività sperimentale.  Questo tipo di procedimento, dal momento che propone solamente la conferma dell’ipotesi, esplicita o implicita, attraverso un esperimento ben noto, al solo scopo di ottenere i risultati previsti, è innanzi tutto illustrativo, dello stesso tipo di quello dei professori A-C-E nella prima sequenza.  Il procedimento del prof. B è più vicino ad una attitudine di "falsificazione ", le esperienze sono realizzate per confermare o meno le ipotesi.  Si avvicina al metodo degli insegnanti B e D della prima sequenza.

 

1.3 Conclusioni

Si constata dunque una certa omogeneità nei procedimenti pedagogici attuati dagli insegnanti per le due sequenze sperimentali, eccetto che per il prof. D che lavora secondo una logica differente nei due casi: sperimentazione per tentativi nella prima sequenza, sperimentazione canalizzata per la seconda, pur con una apparente sperimentazione per tentativi.  Nella tabella che segue sono sintetizzati i punti principali che differenziano i due procedimenti sperimentali.

Tipi di percorsi pedagogici

 

L’analisi dei percorsi pedagogici rivela indubbiamente alcune concezioni degli insegnanti in rapporto al ruolo dell’esperimento.  Questo primo approccio è stato poi approfondito dall’analisi delle loro risposte, allorquando erano condotti, nel corso delle interviste, a giustificare l'interesse e la fondatezza delle due sequenze sperimentali attuate.  L’analisi delle argomentazioni degli insegnanti nei riguardi della prima sequenza rende evidenti le loro concezioni in rapporto al ruolo dell’esperimento condotto in classe.  L’analisi delle loro giustificazioni a proposito della seconda sequenza permette, più precisamente, di individuare le loro concezioni in merito al complesso del procedimento sperimentale.

Ruolo ed interesse dell'attività sperimentale

 

Secondo questa analisi gli insegnanti si ripartiscono globalmente in due gruppi: per i professori A-C-E, la maggior parte degli argomenti si posiziona sull'interesse del concreto, dell’attività pratica, senso-motoria degli alunni che, secondo loro, per le varie ragioni che hanno addotto, assume una dimensione formativa vera e propria ("Si apprende per l'80% con gli occhi, ma per il 100% nel fare le cose" dice il prof. C).  I prof. B e D parlano poco dell’interesse in sé e per sé dell’attività manipolativa degli alunni (se non per l’apprendimento del saper fare).  Il vantaggio dell'attività sperimentale si configura in termini di confronto con la realtà, con gli insuccessi, con i risultati inattesi.  Questi professori insistono sul ruolo formativo degli esperimenti che non danno i risultati previsti e per questo provocano, a loro vantaggio, la riflessione degli alunni.  A questo livello, si ritrova dunque lo stesso raggruppamento A-C-E e B-D che si era considerato a proposito dei percorsi pedagogici.  In particolare l’aspetto visivo, sensoriale dell'attività sperimentale è messo in primo piano solamente da quei professori che, secondo la loro logica, adottano un percorso a carattere illustrativo.  In questo caso emerge una concezione positivistica: i dati di fatto sono evidenti, basta fare una buona osservazione per capirli.  Questa concezione di ordine epistemologico è legata ad un'altra di ordine pedagogico: le operazioni concrete permettono un apprendimento migliore, un migliore passaggio all’astratto.  Si avrà un transfert dall’apprendimento pratico al dominio cognitivo.  Questa idea non è affatto espressa dagli insegnanti B-D: secondo loro gli alunni apprendono per lo sforzo intellettuale che mettono in atto durante la sperimentazione, "altrimenti l’attività pratica non presenterebbe di per sé un grande interesse" (prof. D).

Il procedimento sperimentale

 

Solamente gli insegnanti A-B-E hanno una idea veramente precisa sulle modalità di applicazione del procedimento sperimentale: per gli insegnanti A-E il modello del procedimento sperimentale risulta molto pregnante, benché nel corso delle interviste non si sia mai fatto riferimento a Claude Bernard.  Il prof. B, a partire dal modello OHERIC, ha costruito un suo modello, più complesso, più aperto, denominato modello a conchiglia di lumaca dell’insegnante B.

 

Nei tre casi si ha coerenza con la metodologia seguita nella seconda sequenza ed in particolare: rispetto scrupoloso delle 6 tappe (proff. A-E); verifica di ipotesi multiple e conclusioni che trovano sbocco in altri esperimenti (prof. B).  Invece i professori C-D adottano un modello di metodo scientifico a tre tappe: H-E-C.  Essi giustificano la loro scelta sostenendo di non aver formulato una ipotesi esplicita, in quanto non hanno orientato l’attività di classe per l’apprendimento di un percorso sperimentale.  Il prof. C, evidentemente, tende a giustificare il suo modo di procedere con il fatto che dà maggiore importanza agli aspetti contenutistici che metodologici.  Il prof. D sostiene che, piuttosto che un modello di percorso, cerca di far acquisire agli allievi uno spirito di ricerca, basato sul procedere per tentativi e sul riflettere nei riguardi degli errori (cf II e III), obiettivo che non è stato del tutto sviluppato se non durante la prima sequenza.  Le giustificazioni degli insegnanti sui fondamenti del percorso sperimentale, elencate in II-III, sono di due ordini: quello delle attitudini che essi cercano di sviluppare negli alunni, cioè fanno leva sul valore educativo; quello de "l’epistemologia spontanea" e cioè dell’idea che questi insegnanti si fanno della scienza e della ricerca.  Si constata ancora, chiaramente, la ripartizione degli insegnanti in due poli: un polo riferito alla mentalità logica, razionale che caratterizza il metodo sperimentale di C. Bernard, e, in generale, la scienza "costruita"; l’altro polo riferito invece a "la scienza che si va facendo", meno rigorosamente lineare.  Gli insegnanti insistono sulle difficoltà ed i fallimenti della ricerca, come del resto avviene nella vita.  Lo schema che segue evidenzia il parallelismo tra il percorso pedagogico e le concezioni sottese.

 

Parallelismo tra percorsi pedagogici e concezioni

 

Pertanto anche per situazioni sperimentali classiche e ristrette, come quelle qui riportate, esistono differenze a livello di pratica pedagogica collegate presumibilmente alle concezioni degli insegnanti sul procedimento sperimentale.  E' indicativo il fatto che i professori intervistati non hanno saputo fornire referenze sul piano filosofico o epistemologico; lo stesso Claude Bernard è stato a malapena citato.  Questa considerazione conferma, in un certo senso, che le scelte pedagogiche degli insegnanti sono in presa diretta con le loro concezioni.  Ne deriva un paradosso: insegnare la scienza è dunque trasmettere le proprie idee ed i propri valori personali, senza attuare il distacco necessario e caratteristico del procedimento scientifico? Pertanto si pone, senza alcun dubbio, il problema della formazione degli insegnanti: formazione che dovrà tenere conto, allo stesso modo che per gli alunni, delle loro concezioni e sviluppare, indirettamente, una adeguata riflessione in epistemologia e storia della scienza, per farle evolvere in senso propriamente scientifico.

(traduzione di Giuseppina Primavera)

 

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Pubblicato originariamente su Naturalmente, 1995, 8 (1), 7-11.