DIDATTICA DELLA BIOLOGIA E AGGIORNAMENTO

 

Maria Luisa Bertolè, Alba Gainotti

 

Le disposizioni ministeriali che regolano l’aggiornamento hanno istituito la possibilità di organizzare corsi per insegnanti all’interno della scuola di appartenenza con la partecipazione di insegnanti anche di altre scuole.  Nel nostro liceo, il Liceo Scientifico “L. Cremona” di Milano, abbiamo utilizzato questa opportunità per organizzare un corso di aggiornamento inteso non come approfondimento dei contenuti ma come ricerca “sul campo”, inteso cioè come ricerca su problemi di metodologie didattiche condotta nella scuola in cui svolgiamo il nostro lavoro di docenti.  In altri termini, invece di richiedere un corso di aggiornamento con l’intervento di “esperti” (in fondo allettante perché ogni tanto non dispiace rimettersi a fare gli studenti e stare ad ascoltare gli altri ...) abbiamo utilizzato la nostra esperienza di esperti in didattica per aver tempo e modo di affrontare alcuni aspetti più specifici dell’insegnamento della nostra disciplina.  Purtroppo la riduzione della spesa pubblica che si è da poco abbattuta anche sulla scuola ha tra l’altro pesantemente ridotto i fondi destinati all’aggiornamento.  Per il corrente anno scolastico non sarà prevedibilmente più possibile continuare questa esperienza.

 

Questa previsione è sconfortante anche perché il corso a cui ci riferiamo era come la continuazione di un corso analogo organizzato l’anno precedente centrato sulle difficoltà didattiche della concettualizzazione dei processi di trasformazione in chimica e rientrava in un progetto a lungo termine di ricerca in didattica delle scienze.  Il corso di quest’anno, pur restando nell’ambito delle difficoltà della concettualizzazione dei processi di trasformazione, riguardava la biologia, in particolare la biologia funzionale.  Temi come la respirazione, la digestione, la fermentazione non possono essere adeguatamente affrontati senza riferimenti chimici.  Per questo una indagine sulle difficoltà incontrate dagli studenti e sulle strategie didattiche più adeguate da parte degli insegnanti per affrontare questi aspetti della biologia ci è sembrata come una logica continuazione del lavoro precedente.  Già riguardo alla chimica avevamo avuto modo di rilevare che gli studenti, pur essendo in grado di rispondere a domande attinenti al testo, non danno risposte esaurienti quando le nozioni studiate devono essere applicate a esperienze della vita quotidiana.  In qualche modo la chimica studiata a scuola sembra riguardare solo la carta scritta, non altro.

 

Per esempio, molti studenti che espongono con chiarezza e proprietà la legge di Lavoisier della conservazione della massa, di fronte alla richiesta di spiegare cosa succede nella combustione di un foglio di carta, rispondono che il foglio si è consumato, la materia si è dispersa, o si è trasformata in energia.  Allo stesso modo avevamo accertato che le risposte a domande del tipo: ”Che cosa è successo alla zolletta di zucchero che hai mangiato qualche ora fa?” non si discostano dai dati percettivi.  Per esempio, digestione e assorbimento avvengono nello stomaco e non viene mai compiuta l’integrazione delle varie funzioni digestione-circolazione-respirazione cellulare.  Per esperienza sappiamo che mentre i nostri studenti non incontrano difficoltà nello studio della biologia descrittiva, (se hanno studiato il manuale, sanno dire quali sono le caratteristiche di un mammifero), trovano invece seri ostacoli nell’acquisizione di alcuni concetti portanti della biologia quando ci si addentra nello studio delle funzioni della cellula, quando cioè si abbandona la descrizione morfologica a livello macroscopico per capire la funzione, affrontando gli aspetti microscopici ed entrando nei domini della chimica.  Sulla base di queste premesse abbiamo scelto un tema di biologia che, pur facendo parte delle conoscenze scientifiche di senso comune, richiedesse minimi prerequisiti di chimica.

 

Il tema scelto dai partecipanti al corso è stato la fermentazione, tema trattato in quasi tutti i testi di biologia, anche di Scuola Media Inferiore, accanto alla respirazione cellulare.  Ogni insegnante ha deciso di affrontare questo tema in due o tre classi.  Se in una classe la fermentazione era già stata trattata precedentemente si è deciso di riprendere brevemente l’argomento non solo per garantire interventi omogenei, ma anche per preparare la classe alla prevista integrazione col laboratorio.  In un caso o nell’altro, infatti, l’intervento didattico si avvaleva soprattutto del laboratorio.  Erano proprio l’integrazione della parte teorica con il laboratorio ed il ruolo assunto dal laboratorio nell’interpretazione dei fenomeni l’aspetto più rilevante e predominante della ricerca.  Si è concordato perciò di mettere a punto una serie di semplici attività da compiere possibilmente in laboratorio per gruppi, ma che potevano essere eseguite anche dimostrativamente dal solo insegnante.  In seguito tutte le classi avrebbero compilato un questionario anch’esso elaborato prima dai docenti partecipanti al corso.  Insieme poi si sarebbe fatto uno “screening” delle risposte.

 

Il tema fermentazione ci è sembrato adatto per questi aspetti: 1) i saccaromiceti si possono osservare al microscopio e, col nome di lieviti, sono già comunemente noti; 2) i saccaromiceti possono essere nutriti semplicemente con saccarosio e si può seguire la loro riproduzione per gemmazione; 3) il fenomeno della lievitazione del pane è noto e può essere facilmente riproposto in laboratorio; 4) è possibile mettere in evidenza con un indicatore lo sviluppo di CO2 della fermentazione e metterlo in relazione con la respirazione.  L’attività di laboratorio è descritta di seguito.

 

Esame delle cellule del lievito

Porre su un vetrino una goccia di sospensione di lievito e osservare a 400 X.  Aggiungere una goccia di rosso neutro e osservare a 400 X.  (Preparazione di una sospensione di lievito: sciogliere 20g di saccarosio in 200 mL di acqua distillata; aggiungere 2g di lievito di birra e 0,5g di peptone.  Chiudere con tappo di cotone e porre in frigorifero.  Togliere dal frigo almeno 12 ore prima e porre in termostato a 37°C.  Il lievito in queste condizioni si riproduce per gemmazione: processo che consiste in una estroflessione del citoplasma e nella successiva formazione di una nuova cellula).  Muovere lentamente il vetrino per cercare le cellule in gemmazione.  Osservare inoltre una goccia di lievito bollito.  Annotare le differenze.

 

Produzione di gas da parte dei lieviti

3 beute: A) contenente 50 mL di sospensione di lievito (v. sopra); B) contenente 50 mL sospensione di lievito riscaldata a 100°C per 5 min.; C) contenente 50 mL di soluzione di saccarosio e peptone.  Portare le beute alla stessa temperatura, porre sul collo di ogni beuta un palloncino: il palloncino si gonfierà dove vi sarà sviluppo di gas.

 

Evidenziazione che il gas prodotto dai lieviti durante la fermentazione è CO2

In condizioni anaerobiche, le cellule di lievito demoliscono gli zuccheri liberando CO2.  La fermentazione in una coltura di lievito può essere osservata facendo gorgogliare il gas prodotto in una soluzione contenente indicatore: a) si pone in una provetta 10 mL di soluzione con l’indicatore blu di bromotimolo (blu): si soffia, l’indicatore virerà al giallo perché diventerà leggermente acido a causa della CO2 che si è sciolta.  Si è così dimostrato che la CO2 fa virare al giallo l’indicatore; b) si pone in una provetta acqua minerale gassata (appena aperta e fredda): si aggiunge blu di bromotimolo (5 mL), si noterà il viraggio al giallo; c) prendere 3 provettoni: porre nel 1° 30 mL di sospensione di lievito; porre nel 2° 30 mL di sospensione di lievito bollito; porre nel 3° 30 mL di soluzione di saccarosio-peptone (controllo) come nel secondo esperimento.  Il provettone è chiuso con un tappo forato: nel foro passa un tubo che pesca in una provetta contenente blu di bromotimolo.  Si osserverà in quale delle provette si avrà il viraggio dell’indicatore.

 

Panificazione

Si scioglie in acqua tiepida (37°C) zuccherata un po’ di lievito, si mescola e si impasta con farina leggermente salata; si pone al caldo sul calorifero a circa 37°C; si noterà il rigonfiamento e lo sviluppo di calore (volendo, valutabile con un termometro).

 

Preparazione dell'indicatore blu di bromotimolo

Sciogliere 0,05 g di polvere di blu di bromotimolo in 8 ml di NaOH 0,01 N e aggiungere acqua distillata fino a 125 mL.  Tutte le classi hanno compiuto l’attività proposta, sotto la guida dell’insegnante secondo le istruzioni e, in seguito, hanno risposto al questionario.  Il questionario è qui sotto riportato.

 

Questionario

1. I saccaromiceti osservati al microscopio in sospensione in acqua si presentano così (figura a).

 

figura a

 

Se aggiungiamo alla sospensione saccarosio dopo un certo tempo si presentano così (figura b).  Che cosa è successo?

 

figura b

 

La sospensione di saccaromiceti più saccarosio portata all’ebollizione al microscopio si presenta così (figura c) Confronta c con a e b e spiega le differenze.

 

figura c

 

2. Descrivi cosa è successo nelle tre preparazioni di laboratorio.

 

A  acqua

farina zucchero

 

B  acqua

farina zucchero

lieviti vivi

C  acqua

farina zucchero

lieviti portati all’ebollizione

 

3. Nelle tre beute A, B e C col palloncino hai visto solo B gonfiarsi. Perché?

 

4. Nelle tre beute A, B e C in una sola l’indicatore ha cambiato di colore.  In quale?  Perché?  Che cosa si è formato?  Da cosa proviene?

 

Le classi testate sono state 15 (prevalentemente 2ª e 4ª di liceo scientifico).  Le risposte ai questionari sono state esaminate insieme per decidere i criteri di catalogazione.  Si è deciso in particolare di classificare le risposte utilizzando le seguenti categorie: a) corretta;  b) scorretta; c) circolare; d) uso improprio delle conoscenze; e) non so. In particolare una risposta è stata considerata circolare quando era del tipo “acqua farina e zucchero – oppure l’impasto del pane – si è gonfiato perché è fermentato” oppure “perché è aumentato di volume”.  Una risposta è stata catalogata come uso improprio delle conoscenze quando la spiegazione data al fenomeno faceva riferimento a nozioni scientifiche fuorvianti e non appropriate.  Poiché il numero delle classi non era rilevante non sarebbe corretto riportare i risultati statisticamente.  Tuttavia le risposte sono state date in modo immediato e senza la preoccupazione del voto: proprio per questo l’esame dei questionari ci ha dato una indicazione di come alcune nozioni sono interiorizzate e ci consente di fare alcune valutazioni.  Eccole.

 

1) Per gli studenti non è chiaro il concetto di vivente: i saccaromiceti vengono spesso indicati come “reattivi” insieme al saccarosio (es: “si formano legami tra i saccaromiceti ed il saccarosio”).  In molti casi si parla di saccaromiceti e di lieviti come entità distinte.  Quando in seguito alla loro uccisione con il calore se ne osservano di meno, in molte risposte si dice che il calore “li ha divisi”. In poche risposte gli studenti mettono in evidenza di aver capito che i saccaromiceti sono morti.  Ci sono in qualche caso anche risposte del tipo “sono morti gli atomi di saccarosio” o “le cellule di saccarosio sono morte”.

 

2) Il rigonfiarsi dell’impasto in cui sono presenti i saccaromiceti è spesso attribuito al rigonfiamento dei saccaromiceti stessi o ad un aumento di volume dovuto alla gemmazione precedentemente osservata al microscopio.  Pochissime risposte parlano della formazione della anidride carbonica in seguito alla fermentazione. In qualche caso si attribuisce la formazione di anidride carbonica alla gemmazione.  Nelle classi superiori aumentano le spiegazioni con uso improprio delle conoscenze, per es. “l’impasto aumenta di volume perché col calore aumenta l’energia cinetica dei saccaromiceti”.

 

3) Per gli studenti non è chiaro il ruolo del saccarosio.  Spesso al saccarosio viene attribuito il ruolo di intervenire direttamente nella gemmazione.  Nelle classi che hanno fatto una certa parte del programma di biochimica si dice che lo sviluppo di CO2, evidenziato con il bromotimolo, è dovuto alla fermentazione del glucosio, senza fare riferimento al saccarosio; più spesso non si parla di fermentazione ma di respirazione.

 

4) Nelle risposte il termine “fermenta” è usato indifferentemente tanto nei riguardi del saccarosio che dei lieviti (es: – i saccaromiceti fermentano, i saccaromiceti subiscono la fermentazione – significano la stessa cosa?  Che cosa ha in realtà in testa lo studente?).

 

Nel complesso si evidenzia: a) la difficoltà di attribuire la natura e le funzioni di vivente a organismi molto piccoli e immobili; b) parlare di CO2 nella respirazione è un automatismo.  Poiché questo gas non si vede, i suoi effetti come il rigonfiamento della pasta del pane sono riportati a cause più elementari e legate ad esperienze percettive, come all’aumento del numero dei saccaromiceti osservato al microscopio (eppure la funzione e l’importanza di questo gas è talmente grande che varrebbe la pena di fare una ricerca sulle strategie didattiche più efficaci perché non resti una entità astratta, chiamata in causa solo meccanicamente); c) il linguaggio scientifico gioca un ruolo importante nella comunicazione, ma in alcuni casi non aiuta la comprensione dei fenomeni.  Mentre alcuni termini, inventati espressamente dalla scienza che ha scoperto alcuni meccanismi prima sconosciuti, non sono interpretabili ambiguamente, altri termini,  anche se utilizzati dalla scienza sono stati presi in prestito dal linguaggio comune: in questo caso i margini di ambiguità rispetto al loro significato sono ampi e, nell’insegnamento, infidi.  Per esempio, mentre termini come duplicazione del DNA o mitosi hanno un significato univoco, termini come respirazione, fermentazione, digestione vanno ridefiniti all’interno dei nuovi ambiti scientifici, invitando lo studente ad una eventuale contrapposizione e ridefinizione;

 

d) l’attività del laboratorio, se fatta sporadicamente, non è in grado di sostituire le spiegazioni di senso comune con quelle scientifiche.  Apparentemente le osservazioni che vengono qui fatte forse sono vissute dallo studente come un artifizio legato ai processi descritti nei libri, che tutto sommato ha poco a che fare con i fenomeni di tutti i giorni.  In ogni caso varrebbe la pena condurre un’altra ricerca di questo stesso tipo, ma con i gruppi di controllo con i quali viene fatta solo la parte teorica, senza l’attività di laboratorio.  Con classi sufficientemente omogenee sarà interessante esaminare in parallelo le risposte allo stesso questionario; e) anche nelle classi più avanzate le spiegazioni dei fenomeni sono determinate dai dati percettivi.  L’accumulo delle conoscenze scientifiche è piuttosto un accumulo di nozioni che con grande fatica e solo in pochi casi si integrano con l’esperienza e ne amplificano il significato.  Quasi sempre le nozioni scientifiche si associano in modo distorto alle spiegazioni di senso comune: non diventano “strumento per pensare”.  Resta in ogni caso da riflettere riguardo ai motivi di questa nostra osservazione.

 

Forse la scienza è una acquisizione del pensiero troppo recente e forse l’attività scientifica è esperienza di un numero troppo limitato di persone perché le conoscenze scientifiche acquisite nella scuola possano fornire significative chiavi di lettura dei fatti della vita quotidiana.  Occorre però riconoscere che si è pensato molto poco sulle strategie didattiche che si pongano come obiettivo il come affrontare l’insegnamento delle scienze in modo tale che esse diventino consapevolezza di relazioni, di nessi, di rapporti di causa-effetto che riguardano davvero il mondo che ci circonda.  Eppure, se oggi educare alle scienze significa, soprattutto nella scuola dell’obbligo e nel biennio, educare alla salute e all’ambiente, questo obiettivo diviene centrale perché affrontare oggi il problema ambientale significa modificare i comportamenti.  Ma se educare all’ambiente significa incidere sui comportamenti, questo obiettivo può essere raggiunto solo quando il rapporto di causa-effetto tra i comportamenti e l’ambiente si è “materializzato” nella mente dei nostri studenti.

 

 

Pubblicato originariamente su Naturalmente, 1993, 6 (1), 32-34.