LA COSTRUZIONE DEL SAPERE CHIMICO: DALLE RICERCHE SULLA DIDATTICA ALLE RICERCHE PER LA DIDATTICA DELLA CHIMICA

 

Ezio Roletto

Gruppo di didattica della Chimica, Università dì Torino

 

1. Panorama delle ricerche

Come insegnanti ci troviamo di fronte ad un'impresa formidabile: è nostro compito fare tutto ciò che possiamo per organizzare l'insegnamento in modo da facilitare l'apprendimento da parte dei nostri studenti.  Per riuscire dobbiamo aiutarli a comprendere cosa deve fare chi impara; ma dobbiamo anche essere coscienti di cosa deve fare chi insegna.  E dobbiamo cercare di realizzare questo obiettivo in un contesto che sovente, a livello di classe, di istituto scolastico o di società nel suo insieme, è ben lontano dal favorire i nostri sforzi.  Nonostante tutti gli aspetti negativi o frustanti del nostro mestiere, è nostro interesse, professionale e psicologico, dotarci degli strumenti e delle conoscenze atti a svolgerlo nel migliore dei modi.  A questo fine, un aiuto importante può venirci dalla ricerca didattica che si sforza di dare risposta ai problemi che sorgono quando si deve insegnare qualcosa di nuovo, oppure adottando un diverso approccio ovvero quando ci si propone di insegnare meglio.  Possiamo infatti distinguere tre tipi di ricerche in didattica della chimica.  Il primo riguarda la messa a punto e l'aggiornamento dei contenuti dell'insegnamento ai diversi livelli di scolarità.  Sovente questo lavoro viene fatto sotto la spinta della crescita del sapere scientifico, ma possono entrare in gioco altri fattori di destabilizzazione.  Così, ad esempio, l'introduzione dell'informatica non per un "insegnamento assistito" ma per una "chimica assistita" del calcolatore, comincia ad avere una certa influenza sia sulla struttura della disciplina, quale viene presentata agli studenti, che sui percorsi di costruzione e applicazione dei concetti [1].  In questi casi, tenere conto dello sviluppo della disciplina è impegno costante del docente e del ricercatore in didattica, piuttosto che origine delle modifiche apportate ai contenuti d'insegnamento. 

 

Il secondo tipo di ricerche, che sovente ingloba tra le sue componenti il primo, è la messa a punto di curricoli o di elementi di curricoli.  Negli anni passati, in molte nazioni, gruppi di insegnanti e di ricercatori hanno lavorato a definire, per diversi livelli di scolarità obiettivi, contenuti, attività, materiali e documenti dei corsi di chimica.  Questi lavori possono essere considerati delle ricerche soltanto se accompagnati da un'accurata valutazione dei risultati formativi.

 

Il terzo gruppo di ricerche ha per oggetto l'acquisizione del sapere scientifico; in questi studi vengono affrontati i problemi legati all'apprendimento dei concetti ed alla costruzione di strutture concettuali, al loro progressivo ampliarsi e differenziarsi come risultato delle attività di insegnamento/apprendimento.  Se rappresentiamo il processo educativo con lo schema:

 

possiamo dire, in base ai tipi di ricerche prima presentati, che le ricerche del primo e del secondo gruppo hanno per oggetto il secondo ed il terzo elemento dello schema.  Solo da poco, con le ricerche del terzo gruppo, si è posta l'attenzione sul primo componente: colui che deve imparare.  Ma a quali concezioni più generali si richiama questo cambiamento di prospettiva e quali vantaggi può offrire per l'apprendimento e l'insegnamento della chimica ?

 

2. Didattica ed epistemologia

Non è raro trovare nelle prime pagine di molti testi di chimica, soprattutto se di autori americani o americaneg-gianti, l'affermazione che la scienza è basata sull'osservazione attenta dei fenomeni, non distorta da teorie pre­concette o da nozioni filosofiche.  Questa visione mitica della scienza risale al filosofo inglese Francis Bacon, per il quale la natura era un libro da sfogliare con la mente ridotta a "tabula rasa".  Alla visione baconiana della scienza come cumuli di osservazioni reiterate, gli epistemologi e gli scienziati contemporanei sostengono la concezione della scienza come invenzione e costruzione della mente umana.  "Les faits sont les matériaux nécessaires; mais c'est leur mise en oeuvre per le raisonnement expérimental, c'est-a-dire la théorie, qui constitue et édifie veritablement la science" scrive Claude Bernard [2].  Gli scienziati inventano i concetti ed i segni o i simboli che li esprimono.  Concetti e teorie sono il punto di partenza dei ragionamenti sperimentali, gli strumenti indispensabili per penetrare la realtà.  La scienza è quindi un processo continuo di messa a punto, di affinamento, di trasformazione e di sostituzione di quadri concettuali e di metodi di ricerca [3].  Le idee, i concetti, le teorie scientifiche sono dunque inventati dagli scienziati, sono dei prodotti dell'intelligenza dell'uomo e non delle scoperte.  L'educazione è l'insieme dei processi che consentono a chi impara di acquisire i concetti: nel corso del processo educativo i concetti si sviluppano, si legano ad altri in costruzioni mentali più elaborate, cambiano di significato.  Dunque l'apprendimento dei concetti costituisce l'essenza dell'educazione e l'acquisizione dei concetti rende possibile l'apprendimento.

 

L'analisi della letteratura specialistica degli ultimi dieci anni evidenzia l'interesse sempre più marcato dei ricercatori per i problemi dell'apprendimento.  In modo molto schematico possiamo dire che come gli epistemologi sono passati dalla concezione della scienza come "scoperta" a quella della scienza come "invenzione", così nel campo dell'apprendimento si è passati dal modello della "trasmissione" a quello della "costruzione" del sapere.  Questi modelli sono schematizzati in Fig. 1 [4].  Nel primo caso (Fig. la), si considera la mente del discente come uno spazio vuoto nel quale l'insegnante può travasare le sue conoscenze.  Questo è il modello di apprendimento tradizionale, quello che sta alla base dei curricoli di cui abbiamo già parlato e che probabilmente ne spiega il parziale successo.  Infatti, sono sempre più evidenti le prove che l'allievo, lungi dall'essere un contenitore vuoto, si presenta di fronte all'insegnante con una sua visione sulla realtà fisica, con una sua "scienza spontanea".  Quindi si può schematizzare il processo di apprendimento come interazione tra la scienza "formale" dell'insegnante e la scienza "spontanea" dell'allievo, il risultato essendo una miscela più o meno omogenea delle due (Fig. lb).

 

Fig. 1.  La concezione tradizionale (A) e costruttivista (B) dell'insegnamento.

 

I sostenitori di questo modello costruttivista dell'apprendimento ritengono che, di fronte ai fenomeni del mondo fisico, gli scienziati ed i ragazzi hanno lo stesso comportamento: cercano di capire il come ed il perché.  Colui che impara costruisce in modo attivo ed autonomo il proprio sapere a partire dalle proprie, personali esperienze.  "Il sapere viene costruito nella mente di chi impara" [5].  Il modello costruttivista dell'apprendimento deriva da quello di Piaget, ma con una differenza sostanziale.  Piaget e la sua scuola sostengono che il sapere viene costruito con un processo nel quale chi impara cerca di organizzare, strutturare e ristrutturare le sue esperienze alla luce di schemi mentali generali e preesistenti, completamente svincolati dal contenuto.  I costruttivisti, al contrario, centrano le loro richieste sul sapere individuale di contenuti specifici, lasciando cadere l'idea sia degli schemi generali che quella degli "stadi" dello sviluppo cognitivo, legato allo sviluppo genetico.  Secondo i costruttivisti, non esistono schemi generali; colui che impara costruisce i propri schemi interpretativi sulla base di ciò che già sa e delle impressioni sensoriali e verbali che riceve.

 

Il modello costruttivista porta anche a considerare sotto una nuova luce la così detta "pedagogia per obiettivi".  Non nel senso di negare l'aiuto che può portare agli insegnanti la formulazione precisa e operativa degli obiettivi didattici, ma per sottolineare che è illusorio pensare che basti redigere una lista di obiettivi perché tutto il resto (contenuti, tipo di attività, stile dell'insegnante, ecc.) risulti automaticamente definito.  In realtà, esiste un'interazione stretta tra contenuti, procedimenti pedagogici ed obiettivi e bisogna far si che ogni elemento svolga la funzione che gli spetta.  Per quanto riguarda gli obiettivi, molte voci si sono levate a condannare lo sminuzzamento del sapere in piccoli atti ben valutabili, al quale porta inevitabilmente il principio dell'operatività.  Se si vuole che gli obiettivi abbiano una funzione specifica nel processo educativo, bisogna che ogni obiettivo giochi un ruolo specifico.  Bisogna dunque passare dal concetto di obiettivo "capacità" a quello di obiettivo "ostacolo", muovendo dall'idea che gli allievi incontrano, lungo il loro tragitto formativo, un numero limitato di ostacoli superabili che corrispondono a dei progressi significativi sul piano del sapere [6].  L'ostacolo è costituito da una spiegazione o interpretazione sbagliata (misconception) che, per la sua semplicità, si impone con la forza dell'evidenza ed impedisce al soggetto di porsi le domande che gli permetterebbero di progredire nel sapere.

 

Questa nuova concezione degli obiettivi consente di trovare un punto d'incontro tra pedagogisti ed epistemologi.  I primi ricorrono agli obiettivi ostacolo per rendere più efficace l'intervento formativo; i secondi studiano gli ostacoli epistemologici che incontra il sapere scientifico nel suo sviluppo storico.  Il concetto di ostacolo è proprio di una pedagogia per la quale 1'apprendimento scientifico è costruzione di conoscenze a partire da un sapere anteriore e che si propone di eliminare gli ostacoli senza considerarli a priori come negativi, ma piuttosto come suscettibili di essere sfruttati come pedana di lancio per far progredire il sapere.  Le ricerche sull'apprendimento dei concetti possono servire a circoscrivere gli ostacoli e quindi a dare indicazioni utili per mettere a punto procedure di intervento che aiutano gli allievi a superarli.  L'importanza di queste ricerche risulta evidente solo se si tiene presente che l'insegnamento è destinato, in buona parte, a veicolare concetti, intesi come elementi costitutivi di strutture concettuali capaci di spiegare o di prevedere un ampio spettro di fenomeni.

 

Secondo Ausubel, l'apprendimento dei concetti può essere di due tipi, che chiariremo, "meccanico o per ripetizione" e "significativo".  Il primo è il risultato dell'acquisizione posticcia, al limite mnemonica, di nuove conoscenze all'interno del patrimonio cognitivo di cui dispone chi impara.  Il secondo risulta dall'integrazione cosciente e permanente di nuove coscenze all'interno della struttura cognitiva, dallo sforzo cosciente per riconoscere i concetti chiave e per collegarle ad altre.  Tra apprendimento "significativo" e apprendimento "meccanico" non esiste una dicotomia ma un continuum.  È improbabile che un allievo impari tutta la chimica prevista dai programmi in modo nominale, posticcio, ma è provato che la maggior parte degli studenti imparano la chimica in modo episodico, senza accedere ad una conoscenza della struttura delle discipline [7].  Queste ricerche sull'appropriazione dei concetti, sulla loro progressiva integrazione e differenziazione in quadri concettuali sempre più ampi, hanno stabilito una feconda relazione tra epistemologia e problemi dell'apprendimento.  Non vi è dubbio che sviluppare questo tipo di ricerche significa apportare un aiuto a chi, insegnante di chimica, è chiamato a favorire l'apprendimento cosciente e critico della disciplina.  Questa è dunque, a mio avviso, la ricerca per la didattica della chimica che viene ad integrare e ad arricchire di apporti applicativi più immediati la ricerca sulla didattica della chimica.

 

3. Metodi e tecniche di ricerca

Come già si è detto, l'interesse dei ricercatori per i problemi dell'apprendimento delle scienze, visti nella prospettiva "costruttivista" dell'appropriazione del sapere scientifico, è relativamente recente.  Per i chimici che si sentono interessati a questo tipo di problemi, vale la pena segnalare che le ricerche relative all'apprendimento dei concetti e dei modelli della chimica sono poche e che rimangono ancora ampie aree da esplorare.  E anche importante sottolineare che, dato il genere di problemi affrontati, non è tanto importante la quantità dei dati raccolti, ma la loro qualità.  I test scritti si sono ormai rilevati misure molto grossolane dell'apprendimento, riuscendo in genere a mettere in evidenza solo una percentuale estremamente ridotta, dell'ordine del 10%, del sapere posseduto da una persona in un determinato campo.  Le interviste cliniche sono degli indicatori molto più affidabili delle qualità e delle quantità delle conoscenze, ma le trascrizioni delle interviste sono laboriose e non sempre la loro interpretazione è facile.  Per fortuna è possibile ricorrere ad alcune tecniche per guidare ed assistere il colloquio e per rappresentare i quadri concettuali ricavati da questo.  Alcune di queste tecniche vengono brevemente presentate nei paragrafi che seguono.

 

3.1 - Le associazioni di parole

Si tratta della prima tecnica usata per studiare le strutture concettuali ed è anche la meno raffinata.  Consiste nel mostrare al soggetto esaminato una parola "stimolo" invitandolo a rispondere con tutte le parole evocate dallo stimolo.  In base al numero, tipo e ordine delle risposte fornite ed al sovrapporsi delle liste di risposte fornite per copie di concetti (stimoli), è possibile ricavare delle inferenze sulla struttura cognitiva, tenendo ben presente che questa tecnica non permette necessariamente di coglierla nella sua interezza né priva di distorsioni.  In effetti, il contesto nel quale il test viene condotto ha una influenza importante sul tipo di risposte fornite e può essere all'origine di qualche distorsione.  Inoltre, le stesse parole stimolo possono esercitare una qualche influenza sulle risposte dei soggetti esaminati, indirizzandole in una certa direzione.  Non è detto che questi effetti siano tutti negativi, ma è certo che queste variabili devono essere presenti nell'interpretare i dati.

 

3.2. La mappa concettuale

In questo caso si chiede allo studente di disporre i concetti in una mappa, unendo con delle linee quelli che sono in qualche modo collegati e specificando il tipo di relazione che li unisce.  Con queste mappe ci si prefigge lo scopo di ottenere delle informazioni strutturali sulla rappresentazione personale dei concetti, studiando le relazioni stabilite dall'intervistato tra i concetti che costituiscono un certo settore del sapere.  Le mappe concettuali possono essere ottenute in condizioni diverse.  È possibile, ad esempio, fornire agli studenti una lista di concetti (parole) relativi ad un determinato soggetto, invitandoli ad organizzarli in una mappa gerarchica, in modo tale che il concetto più generale stia alla sommità e sia poi via via seguito da quelli sempre più specifici.  Spetta allo studente scegliere il modo migliore per costruire la mappa e le parole o espressioni da usare per collegare i concetti tra di loro.  Un'altra possibilità consiste nel chiedere agli studenti di identificare, nella sezione di un manuale o in uno scritto qualsiasi (un articolo scientifico o di divulgazione, per esempio), i concetti importanti e di organizzarli poi in una mappa secondo un principio gerarchico.  È infine possibile far costruire agli studenti la mappa gerarchica di un argomento studiato, senza ricorrere a liste di concetti o a testi scritti, ma basandosi unicamente sul sapere acquisito.

 

Nelle mappe concettuali riveste una particolare importanza l'organizzazione gerarchica dei concetti, in modo che il concetto generale stia alla sommità della mappa seguito, a vari livelli orizzontali, da concetti via via meno generali.  Questa disposizione è, in genere, difficile da organizzare in quanto dipende non solo dall'argomento preso in considerazione, ma anche dall'importanza relativa attribuita all'uno o all'altro dei concetti che entrano nella rete concettuale.  È evidente che, passando da una porzione di sapere ad un altra, lo stesso concetto può occupare posizioni gerarchiche diverse.  Inoltre passando da una struttura gerarchica ad un'altra, è abbastanza frequente che cambino le proposizioni che legano i concetti tra loro.

 

Quindi, lavorare alle mappe concettuali, da un lato permette agli studenti di manifestare il livello di complessità della loro struttura cognitiva e, d'altra parte, serve anche a segnalare la presenza di quadri concettuali sbagliati.  Questi potrebbero essere imputabili a cause diverse: livello di complessità degli argomenti insegnati, tipo di insegnamento, quadri concettuali preesistenti all'insegnamento e non modificati da questo, ecc.  In questo modo, sarebbe possibile indicare i rimedi da adottare per permettere agli studenti di costruire quadri concettuali corretti, relativi a porzioni ben precise del sapere scientifico.  Alcuni esempi di mappe concettuali si trovano in un articolo di Novak [7].

 

3.3. II profilo epistemologico

Una tecnica più sofisticata delle precedenti è rappresentata dal profilo epistemologico di Gowin, che sembra molto utile per rappresentare come interagiscono concetti, principi e teorie con i fenomeni o gli oggetti che vengono presi in considerazione e con gli aspetti procedurali del sapere, quali registrare ed elaborare i dati sperimentali.  L'apice del profilo (Fig. 2) rappresenta il punto di partenza di ogni processo razionale in chimica.

 

 

Fig. 2. Il profilo epistemologico.

 

Nell'insegnamento della chimica, questo punto dovrebbe essere occupato dalle sostanze, dalle loro proprietà, dalle loro reazioni, dai fenomeni ai quali prendono parte, ecc...  Sulla destra troviamo i procedimenti ed i metodi usati per studiare i fenomeni o gli oggetti della chimica, nonché i risultati derivanti dall'uso di metodi e procedimenti.  Abbiamo quindi metodi sperimentali di studio delle sostanze e delle loro trasformazioni, metodi matematici di elaborazione dei dati ed infine delle conclusioni.  Queste naturalmente sono relative, nel senso che valgono soltanto perché si sono osservati oggetti e fenomeni in un certo modo e si sono elaborati i dati sperimentali secondo certe regole.  Sulla sinistra troviamo invece gli elementi concettuali che sono necessari per interpretare i fenomeni o gli oggetti studiati: si tratta di concetti, principi e teorie.  Potremmo chiamare il lato destro del profilo epistemologico quello del "fare" ed il lato sinistro quello del "pensare".  Tra i due lati troviamo la domanda o il problema al quale si può dare risposta solamente facendo interagire tra loro gli elementi che entrano nella struttura di questo strumento euristico.  Il profilo epistemologico ha il vantaggio di sottolineare, da un lato, l'importanza dell'osservazione, in quanto il suo vertice è occupato da ciò che gli scienziati osservano.  D'altro lato, mette anche in risalto l'importanza dei concetti che non soltanto ci guidano nella scelta degli oggetti e dei fenomeni da studiare, ma ci indicano anche quali valori sperimentali devono essere considerati e come devono essere elaborati.

 

4. Conclusione

L'epistemologia ha messo in evidenza il ruolo centrale che giocano i concetti nella costruzione del sapere scientifico e la loro natura evolutiva.  D'altro canto, gli studi sull'apprendimento hanno messo in risalto l'influenza delle idee e degli schemi concettuali acquisiti sull'appropriazione di nuovo sapere.  Grazie a queste ricerche, disponiamo ora di alcune tecniche per studiare l'interazione fra sapere di chi insegna e di chi apprende, in modo da identificare e cercare di rimuovere gli ostacoli che si frappongono alla costruzione di un sapere significativo.  Un'attività interessante, sia dal punto di vista della ricerca che dell'insegnamento, si apre per quei colleghi che si sentissero attirati da questo tipo di problemi e di ricerche.

 

Bibliografia

1. A. Kornhauser, Proceedings of the Sixth International Conference of Chemical Education, College Park, Md, University of Maryland, Lippincott W.T., 1982.

2. C. Bernard, Introduction à l'étude de la medicine expérimentale, Garnier-Flammarion, Parigi, 1966, 56.

3. D. Antiseri, Epistemologia e Didattica delle Scienze, Armando Armando, Roma, 1977.

4. J.K. Gilbert, RJ.Osborne, P.J. Fensham, Sci. Educ., 1982, 66, 623.

5. G.M. Bodner, J. Chem. Educ., 1986, 63, 873.

6. J.L. Martinand, Thèse d'Etat, Université Paris VII, Paris, 1982.

7. J.D. Novak, J. Chem. Educ., 1984, 61, 607.

 

 

Pubblicato originariamente su La Chimica nella Scuola, 1990, 12 (1-2), 15-18.