ATTIVITA’ DI LABORATORIO IN UN CURRICULUM DI CHIMICA PER LA SCUOLA SECONDARIA SUPERIORE:

I RISULTATI DI UNA SPERIMENTAZIONE

 

Carmen Mascia*, Sergio Torrazza**

* ITIS "M. Giua", Cagliari, ** Dipartimento Scienze Chimiche, Università di Cagliari

 

L’importanza dell'attività di laboratorio nell’insegnamento della Chimica è generalmente riconosciuta in tutti i sistemi scolastici in cui tale disciplina trova collocazione.  Costituisce invece tema di discussione l’individuazione e l’analisi degli obiettivi principali che con tale attività si intende perseguire, a seconda del ruolo e delle finalità educative ad esso attribuite [1-4].  Ancora più dibattuto e controverso [5-8] è il modo con cui l’attività di laboratorio viene presentata e fatta gestire dagli studenti: a tale proposito riveste un’importanza determinante la fascia d’età degli studenti cui l’attività stessa è finalizzata.  Indagini condotte su matricole di diverse facoltà scientifiche allo scopo di ottenere informazioni circa la qualità e la consistenza delle loro conoscenze chimiche in entrata, hanno evidenziato come il livello di conoscenza acquisito sia sensibilmente influenzato dall’attività di laboratorio svolta nella scuola secondaria superiore [9, 10].  I risultati ottenuti, indipendentemente dal ruolo e dalle modalità di impostazione dell’attività stessa, sottolineano l’effetto comunque positivo, in termini di qualità dell’apprendimento da essa esercitato.  D’altro canto è ugualmente accertato che l’attività di laboratorio non trova ancora adeguata diffusione presso la scuola secondaria superiore, particolarmente dove non figura espressamente prevista in orario.  Ciò è attribuibile sia a carenze strutturali ed organizzative, che a lacune nella formazione professionale dei docenti e costituisce un oggettivo ostacolo nei confronti delle lodevoli iniziative attualmente in atto [11], tendenti a rivalorizzare questa metodologia nell’ambito dei programmi per il biennio della futura S.S.S.

 

Ci è sembrato perciò importante verificare sperimentalmente la fattibilità, anche in situazioni strutturalmente carenti, ed i benefici dell’inserimento organico nel curriculum didattico di attività di laboratorio.  Tale attività non può essere infatti, a nostro avviso, un semplice supporto didattico, da utilizzare eventualmente anche in modo episodico, ma in tutto il curriculum deve esserci una connessione di tipo circolare fra l’osservazione dei fatti, la sperimentazione e l’elaborazione teorica dei concetti.  Riprendendo una pittoresca raffigurazione di H. Bent [12] gli elementi che contribuiscono alla formazione di conoscenza, e cioè riflessioni ed attività sensoriali, devono trovarsi contemporaneamente nell’ambiente di reazione (la mente) per dar luogo al prodotto di reazione desiderato (conoscenza).

 

Modalità della sperimentazione

La sperimentazione è stata condotta su classi di licei scientifici della nostra Provincia, nell’anno scolastico 1986/87; essa ha coinvolto 2 coppie di classi e 2 docenti (vedi Tab. 1).  Nell’ambito di ciascuna coppia, una delle classi ha svolto attività di laboratorio in relazione ad alcuni temi preventivamente scelti; l’altra classe parallela, in cui non è stata svolta attività di laboratorio, ha costituito il campione di confronto per una valutazione il più possibile limitata al parametro considerato.  A tale scopo gli insegnanti impegnati nella sperimentazione hanno operato in modo da creare condizioni omogenee di sfondo nelle 2 classi loro affidate (stesso curriculum, eguale dimestichezza con l’uso di questionari e con attività di calcolo).  Un tempo sostanzialmente equivalente a quello indicato in una delle classi all’attività di laboratorio è stato impiegato nell'altra classe per la presentazione dei concetti trattati e relativa esemplificazione e verifiche di tipo tradizionale, in modo da minimizzare l’influenza del parametro tempo relativamente ad eventuali differenze riscontrate nella qualità dell’apprendimento.  La scelta dei temi oggetto di attività di laboratorio è stata condotta, di comune accordo con i docenti, in modo da privilegiare gli aspetti dinamici del curriculum, con particolare riguardo alla reattività.  I temi prescelti sono stati:

 

1)         conservazione della massa in una trasformazione chimica

2)         determinazione dei coefficienti di reazione

3)         velocità di reazione e fattori che la influenzano

4)         acidi e basi.

 

Ciascun tema è stato trattato dagli insegnanti nelle proprie classi soltanto dopo la verifica della sussistenza dei relativi prerequisiti, individuati congiuntamente in sede di progettazione della sperimentazione.  Per le classi impegnate nell’attività di laboratorio sono stati predisposti per ciascuna esperienza una guida, indicazioni di massima per la stesura di una relazione finale ed un test di verifica "a caldo" del livello di acquisizione degli argomenti trattati, costituito da domande a scelta multipla ed esercizi di calcolo.  Al termine di ogni esperienza si è tenuta una discussione collettiva sulle risultanze della stessa ed una disamina articolata delle relazioni e dei test di verifica dell'esperienza precedente.  Nelle classi non impegnate nell'attività di laboratorio, sono stati somministrati testi di verifica per ciascuno degli argomenti presi in esame nella sperimentazione, successivamente alla loro illustrazione.

 

Tab. 1 Punteggi medi corretti () ed intervalli di punteggio (Pmax-Pmin) riportati nel test a distanza dalle diverse classi.

 

Classe

N. Studenti

P

(Pmax-Pmin)

A

19

45,1

24

B

19

34,7

48

C

23

40,7

21

D

15

28,7

32

 

Le Classi A e C hanno svolto l'attività di laboratorio

Classi A e B: docente 1

Classi C e D: docente 2

 

Tab. 2 Confronto tra % di risposte corrette per domande uguali presenti nei test "a caldo" (I) ed in quello di tempo (II).

 

Argomento

Classe A

Classe B

I

II

I

II

Determ. dei Coeff. di Reaz.

44

85

Velocità di reazione

88

92

Acidi e Basi

93

100

94

74

 

Questi test non sono direttamente comparabili con quelli somministrati "a caldo" nelle classi con attività di laboratorio, in cui alcune domande vertevano su conoscenze conseguibili esclusivamente tramite l’attività sperimentale, tranne che per l’argomento "acidi e basi" (vedi Tab. 2).  Un test finale relativo a tutti gli argomenti oggetto della sperimentazione, costituito da 33 domande a scelta multipla, è stato proposto all’inizio dell’anno scolastico successivo in tutte le classi, comprese quelle di confronto allo scopo di verificare a distanza di tempo la qualità e la consistenza delle conoscenze chimiche acquisite e poter trarre indicazioni sull’efficacia della sperimentazione dal confronto dei risultati ottenuti.  Il confronto è reso possibile dal fatto che il test finale è stato impostato sul grado di acquisizione dei contenuti e non su conoscenze conseguibili esclusivamente tramite l’attività sperimentale.  Ovviamente con questo tipo di confronto non vengono valutati altri obiettivi dell’attività di laboratorio da noi perseguiti come quello dell’acquisizione di un metodo scientifico di indagine, ed altri ancora di tipo psicomotorio ed affettivo (tra questi la concretizzazione della disciplina, la motivazione degli studenti, l’abitudine al lavoro di gruppo, ecc).

 

La precisione del test di verifica finale è stata controllata tramite verifica della coerenza interna, mediante l’applicazione della formula di Kuder-Richardson.  I valori del coefficiente di attendibilità riscontrati per le diverse classi sono risultati sempre superiori a 0,71 e quindi sono stati ritenuti accettabili, considerata la struttura non omogenea del test.

 

Analisi dei risultati

A) Dati desumibili dalla verifica "a caldo" attuata nelle classi che hanno svolto l'attività di laboratorio.

Una prima indicazione si riferisce alla qualità ed alla organizzazione delle relazioni successive alle esperienze.  Inizialmente esse rappresentavano un coacervo confuso di osservazioni e misure: col procedere della sperimentazione hanno invece acquistato in chiarezza espositiva ed in razionalità.  Ciononostante non sono stati completamente eliminati errori e lacune nel modo di presentare i dati (grafici) e nella loro significatività.  Per esempio, nelle relazioni relative alla determinazione sperimentale del rapporto molare di reazione, numerosi studenti hanno esplicitamente considerato validi valori non corretti, o non hanno tentato di avanzare delle spiegazioni al riguardo.  Appare quindi opportuno insistere sulla effettiva assimilazione di concetti che si configurano come prerequisiti per un efficace insegnamento di qualunque scienza sperimentale, se si vuole utilizzare in senso compiuto l’attività di laboratorio.

 

 

Fig. 1. Percentuali di risposte corrette (R.C.) per i diversi argomenti trattati.

 

Il colore scuro rappresenta le classi che hanno svolto l’attività di laboratorio

Il colore chiaro rappresenta le classi che non hanno svolto l’attività di laboratorio

1 – conservazione della massa

2 – determinazione dei coefficienti di reazione

3 velocità di reazione e fattori che la influenzano

4 – acidi e basi

 

Per quanto concerne i test immediatamente successivi alle esperienze di laboratorio svolte, le percentuali totali di risposte esatte fornite dagli studenti possono essere considerate complessivamente soddisfacenti.  Infatti per più della metà delle domande prospettate (52%), le rispose corrette fornite dagli studenti sono risultate superiori all’80%, mentre soltanto nel 12% dei quesiti si è ottenuta una percentuale di risposte esatte inferiore al 50%.

 

B) Dati desumibili dalla verifica a distanza di tempo

In Tab. 1 sono riportate le classi su cui è stata condotta la verifica a distanza, i punteggi medi corretti [10] conseguiti ed i relativi intervalli di punteggio.  Si può constatare come la differenza nei punteggi medi sia significativa, a vantaggio delle classi che hanno svolto il ciclo di esperienze di laboratorio.  È anche importante sottolineare la maggiore omogeneità nell’apprendimento riscontrato in tali classi, desumibile dall’intervallo di punteggio più limitato.  Un’analisi delle risposte corrette in riferimento ai quattro argomenti trattati (vedi Fig. 1) conferma sostanzialmente lo stesso tipo di andamento, tranne che per l’argomento relativo alla determinazione dei coefficienti di reazione.  È interessante valutare le risposte fornite dagli studenti in funzione dei diversi livelli di conoscenza coinvolti.

 

Fig. 2 Percentuale di risposte corrette (R.C.) in funzione dei livelli di conoscenza (L).

 

A tale proposito i quesiti del test finale sono stati classificati sulla base dei seguenti 3 livelli di conoscenza:

 

I° livello

conoscenza dei termini

II° livello

conoscenza dei fatti

III° livello

conoscenza delle regole e dei principi

 

In Fig. 2 sono riportati gli andamenti relativi.  Si può osservare come nelle classi che hanno svolto attività di laboratorio la diminuzione della percentuale di risposte esatte in corrispondenza al terzo livello di conoscenza considerato sia molto meno pronunciata rispetto a quella registrata nelle altre classi.  Questo risultato conferma la bontà della metodologia di laboratorio ai fini di un apprendimento più "significativo" dei concetti chimici.  Esaminando nel dettaglio le risposte fornite ai singoli quesiti del test finale, emergono alcune indicazioni su cui è opportuno riflettere.

 

·   Nel caso di domande presentate in forma negativa, la percentuale di risposte errate cresce sensibilmente, anche nella classe con migliore punteggio medio (classe A).  Questo dato, già riscontrato anche nell’indagine sulle matricole [10], dovrebbe a nostro avviso essere oggetto di attenta considerazione da parte degli insegnanti al momento della verifica, perché sicuramente indicativo di un apprendimento concettuale parziale.

·   Le risposte che richiedevano l’esecuzione di semplici calcoli stechiometrici hanno dato risultati decisamente insoddisfacenti.  Ciò sembra attribuibile principalmente a carenze nell’apprendimento del concetto di mole; può peraltro essere parzialmente conseguenza della relativa limitatezza del tempo complessivo messo a disposizione per il test (1 h), unitamente ad una certa desuetudine in tale tipo di calcoli.

·   Nel test finale sono state reinserite alcune domande già presenti nei test parziali assegnati dopo ciascuna esperienza di laboratorio.  Il confronto tra le percentuali di risposte corrette riferite a tali domande è riportato in Tab. 2.  La percentuale aumenta nelle classi che hanno svolto attività di laboratorio, mentre diminuisce nell’unico dato di confronto relativo alle altre classi.  Questo andamento è soltanto indicativo, data l’esiguità delle domande e la limitatezza del campione; se peraltro esso risultasse confermato in sperimentazioni successive, dimostrerebbe non soltanto una significativa persistenza nel tempo dei concetti appresi attraverso l’attività di laboratorio, ma anche un consolidamento nella qualità del loro apprendimento.  Quest’ultimo fatto è probabilmente attribuibile anche alle possibilità di verifica immediata costituita dalla relazione collegata all’esperienza, dalle risposte al test e dalla discussione collettiva conseguente, che consente un intervento più efficace del docente nel processo di apprendimento.

 

Considerazioni finali

L’insieme delle indicazioni desumibili dalla sperimentazione attuata, pur nei limiti imposti dalla complessità e numerosità dei parametri in gioco, conferma l’importanza dell’attività di laboratorio ai fini dell’apprendimento dei concetti chimici di base.  Ma questo risultato, importante anche se atteso, è stato conseguito anche grazie al contemporaneo concorso di fattori altrettanto importanti, quali l’interesse registrato negli studenti coinvolti nella sperimentazione e l’impegno profuso dai loro docenti.  A tale proposito ci pare estremamente significativo che gli stessi docenti, alla luce dell’andamento complessivo della sperimentazione attuata e delle risultanze delle prove di verifica condotte, abbiano deciso di inserire in modo regolare nel successivo anno scolastico l’attività di laboratorio nonostante le difficoltà di ordine strutturale ed organizzativo presenti nei licei di appartenenza.  L’insieme di queste risultanze ci pare rappresenti una soddisfacente realizzazione degli obiettivi fissati per la sperimentazione descritta.

 

Bibliografìa

1. J.R.L. Swain, Educ. Chem., 1974, 11, 152.

2. G. Pezzatini, F. Olmi, Didattica della Scienza, 1982, 99, 3.

3. A. Borsese, V. Dolcetto, R. Orgera Tirelli, Orientamenti pedagogici, 1984, 31, 125.

4. R. Cervellati, F. Olmi, Tecniche di verifica dell'apprendimento in chimica, Ed. Zanichelli, Bologna, 1985, 69.

5. J. Shawb, L’insegnamento della Scienza come ricerca, Ed. Armando, Roma, 1976, 83.

6. M. Pickering, J. Chem. Educ., 1985, 62, 487.

7. M. Pickering, R.M. Crabtree, J. Chem. Educ., 1979, 56, 487.

8. A.H. Johnstone, A. Wham, Educ. Chem., 1979, 16, 86.

9. R. Cervellati, D. Perugini, Chim. e Ind., 1982, 64, 376.

10. M. Cannas, A. Lai, G. Navarrà, S. Torrazza, CnS, 1988.

11. S.C.I. Divisione di Didattica Chimica Documento ufficiale approvato al III° Convegno Nazionale della Divisione, CnS, 1983, 5/6, 69.

12. H.A. Bent, H.E. Bent, J. Chem. Educ., 1980, 57, 609.

 

 

Pubblicato originariamente su La Chimica nella Scuola, 1990, 3-4, 23-26. Riprodotto con l'autorizzazione del Prof. Pierluigi Riani, direttore di CnS.