LA DIVULGAZIONE SCIENTIFICA NELLA SCUOLA SUPERIORE

 

Brunella Danesi

 

Il presente lavoro è un esempio di come appropriate letture possano far nascere negli studenti il desiderio di approfondire determinati contenuti culturali e possano portarli a desiderare di verificare sperimentalmente quanto appreso.  Insegno scienze naturali in un liceo scientifico e ormai da anni, oltre al programma ministeriale, utilizzo in tutti e quattro gli anni di insegnamento testi di divulgazione scientifica.

 

Le motivazioni per questo tipo di lavoro sono dettate dall'esigenza di abituare gli studenti allo studio di testi scientifici, in modo da metterli in grado di compiere letture autonome anche complesse; inoltre il manuale da solo, non è sufficiente a mettere in luce la valenza culturale della disciplina, che a mio avviso rappresenta il compito principale di qualsiasi insegnamento di tipo formativo.  Le scienze naturali vengono sentite dagli studenti e dai non addetti ai lavori in genere, come materie meramente mnemoniche e spesso si può notare, da parte degli studenti più sensibili e culturalmente più motivati, una disaffezione per queste discipline, ritenute a torto aride e non soggette a ulteriori riflessioni.  Un approccio di tipo culturale generalmente sorprende positivamente gli studenti (naturalmente quelli che dalla scuola si aspettano, malgrado tutto, ancora qualcosa di più di un semplice diploma).  Il lavoro su un testo appropriato fa gradualmente e naturalmente scoprire allo studente la fondamentale unitarietà della conoscenza, al di là delle divisioni disciplinari; in questo modo l'alunno rielabora ed applica quanto ha precedentemente appreso anche dalle altre materie in modo autonomo e questo può aiutarlo a comprendere il vero scopo di uno studio che non sia legato ad un semplice gioco dei vecchi ruoli docente-discente.  L'altro vantaggio che a mio avviso scaturisce da questo tipo di lavoro è che in questo modo il testo affidato allo studente deve essere riletto attentamente dal docente per poterne vagliare tutte le possibili implicazioni e gli opportuni riferimenti ad altre discipline; egli in questo modo ha la possibilità di autoaggiornarsi e di riutilizzare immediatamente quanto ha appreso, sottoponendolo ad immediata verifica.

 

Nella scuola dove lavoro, l'insegnamento di chimica precede quello di biologia: chimica viene affrontata in seconda e in parte della terza come argomento propedeutico allo svolgimento del programma di biologia.  Già a partire dalla seconda a tutti gli studenti vengono dati da leggere alcuni testi.  Questo tipo di lavoro non richiede, come invece potrebbe sembrare, una grossa perdita di tempo; nell'arco dell'anno scolastico si presentano sempre delle ore morte per es, i primi giorni di scuola, i giorni che precedono immediatamente le vacanze o quelli che immediatamente le seguono, l'inizio del nuovo quadrimestre, il giorno successivo ad una gita scolastica...

 

Una volta impiegata circa mezz'ora per trattare brevemente l'argomento del libro e fornire consigli su come leggerlo in modo analitico, del resto, i dubbi che possono sorgere individualmente durante la lettura vengono chiariti all'inizio o alla fine di ciascuna lezione.  Le verifiche sulle letture vengono effettuate sia durante le interrogazioni quadrimestrali, ridiscutendo insieme alcuni argomenti affrontati dal libro al termine della verifica su argomenti strettamente programmatici, sia attraverso relazioni scritte, svolte dagli studenti; in questo caso viene fornita una opportuna traccia di lavoro.  Spesso da questo tipo di lavoro vengono fuori buone relazioni, frutto di approfondimenti su altri testi e di ripensamenti personali.  I libri vengono dati a scadenze regolari: uno viene suggerito all'inizio dell'anno scolastico e viene discusso prima dell'inizio delle vacanze, il successivo viene dato da leggere durante le vacanze invernali e viene discusso al rientro a scuola; la successiva scadenza può essere rappresentata dai giorni precedenti le vacanze di Pasqua...

 

Nella classe da cui è scaturito il lavoro qui presentato, all'inizio della seconda fu dato da leggere un libro di etologia ormai divenuto un classico sull'argomento: "il comportamento sociale degli animali" di N. Timbergen.  È questo un libro che utilizzo di frequente nelle classi seconde, in quanto generalmente l'etologia interessa molto gli studenti di quella fascia di età e il testo è scritto in modo semplice ma non banale.  Furono forniti anche brani tratti dal testo di J. B. S. Haldane "della misura giusta" (Garzanti 1987), in cui si evidenzia la relazione esistente fra dimensioni corporee e struttura, attraverso una precisa analisi del rapporto superficie-volume ed alcuni lessero il libro di Braitemberg "i veicoli pensanti" Garzanti 1984, in cui l'autore esamina i meccanismi di funzionamento del cervello attraverso l'analisi di modelli di automobili "programmate" per amare, odiare, vagabondare...

 

Alcuni studenti furono incaricati di svolgere relazioni su un certo numero di argomenti e le migliori, una volta corrette, furono battute a macchina e passate al resto della classe.  Può sembrare che l'etologia, il cervello, il rapporto superficie volume nei viventi, siano argomenti slegati, soprattutto se affrontati in una classe in cui si svolge prevalentemente il programma di chimica.  In realtà, a parte il primo libro, gli altri successivamente suggeriti sono scaturiti da discussioni sviluppatesi all'interno della classe; del resto il lavoro svolto in ciascun anno del corso deve essere visto a lunga scadenza e gli argomenti, che in seconda sono stati semplicemente "assaggiati", vengono ripresi e "sistemati" organicamente nelle classi successive.  Gli studenti in questo modo si rendono conto (o dovrebbero) che nessun argomento è mai concluso e soprattutto che la fine di un anno scolastico non li autorizza a perdere di vista quanto hanno appreso negli anni precedenti.

 

Nella seconda metà del terzo anno del corso, dopo aver svolto alcune lezioni introduttive alla teoria dell'evoluzione, fu dato da leggere il saggio "il bricolage dell'evoluzione" tratto dal libro "Il gioco dei possibili" di Francois Jacob (Ed. Mondadori, Saggi, 1983) e per le vacanze estive fu assegnato il volume di J. Monod "li caso e la necessità", chiedendo agli studenti che entro i primi dieci giorni dal rientro a scuola consegnassero una relazione su alcuni argomenti del libro.  Dato che questo libro non è facile, il lavoro fu assegnato solo ai promossi a giugno.

Alcune delle relazioni risultarono pregevoli, per cui si decise di continuare ad approfondire la teoria dell'evoluzione, ma in questo caso fu semplicemente fornita una bibliografia ragionata, comprendente saggi di vari autori (Mayr, Gould, Stanley, Dawkins e la voce "evoluzione" della enciclopedia Einaudi).  Durante lo svolgimento del programma furono anche affrontate le varie teorie evoluzioniste più recenti, per cui fu fatto cenno alle discussioni in corso fra gradualismo e catastrofismo ed a questo proposito alcuni lessero anche brani tratti dal libro "L'orologiaio cieco" di Dawkins (Ed. Rizzoli), in cui l'autore, sostenitore della teoria gradualista, parla di come poter simulare al computer l'evoluzione.  Uno studente, appassionato di informatica, ripeté quanto veniva suggerito nel libro ed ecco, nell'articolo seguente, i suoi risultati.

 

 

Pubblicato originariamente su Naturalmente, 1991, 4 (1), 9-10.

 

 

EVOLUZIONE SIMULATA

 

Massimo Francaviglia

 

Note sul concetto di selezione

Già abbiamo visto (*) la distinzione che Darwin fa tra i diversi tipi di selezione.  Una diversa distinzione è ancora possibile sul modo in cui agiscono le selezioni.  Si può parlare di selezione a passi singoli quando un determinato individuo viene selezionato solo se possiede tutte le differenze dal genitore per poter dare origine e una nuova specie: esempio di tale selezione è proprio quella di un mostro fortunato.  Sarebbe come passare da una tigre dai denti a sciabola a un gatto una volta che l'ambiento favorisca questo nuovo organismo nato per errore.  Si parla invece di selezione cumulativa quando questa favorisce un organismo che rispetto al suo genitore è cambiato di poco: per tornare al solito esempio: per arrivare al gatto dalla tigre si dovrebbe passare da una serie di piccole mutazioni (es. diminuzione delle dimensioni) selezionate perché anche se non del tutto favorevoli al nuovo ambiente, lo sono sempre di più della situazione precedente.

 

Un esempio classico di selezione a passi singoli, che qui riprodurre con un semplice algoritmo, e quello con cui si cerca di trovare una frase bene precisa scegliendo, ogni volta le lettere a caso.  Il computer qui sostituisce quella che una volta era la scimmia dattilografa, cioè un sistema randomizzante.  Se voglio comporre la frase:

 

EVOLUZIONE A PASSI SINGOLI

 

usando per esempio proprio questo tipo di selezione, dovrò ogni volta estrarre a sorte 26 lettere (quante quelle che formano la frase) fra le 27 dell'alfabeto (lo spazio tra due parole è considerato lettera), confrontare se la combinazione è uguale a quella prevista ed in caso negativo ripetere l'operazione da capo.  Dopo oltre mille prove il mio calcolatore non era giunto ancora ad alcun risultato.  La probabilità di trovare la combinazione sono in questo caso:

1/2728

 

attenzione, anche dopo un miliardo di prove il risultato sarebbe statisticamente il medesimo.

 

                                                YMFWUD PESWKGJMNSTEIKSDM J

                                                FQOETXOEURMNSZNBZHALAQYRBX

                                                LKSDYWOAZDGTYQNW ZKL IAHFB

 

Usando il tipo di selezione cumulativa dopo ogni tentativo viene selezionata la combinazione che ha il maggior numero possibile di lettere giuste al posto giusto.  Il seguente procedimento verrà poi eseguito sulla combinazione scelta, cioè verranno estratte a sorte solo le lettere sbagliate.  In questo modo sono bastati solo 102 tentativi per trovare la frase desiderata.

 

                                                1) DRXTVBNMCZTO IZZOPSSUSMJET

                                                2) OLBUNPURGMDN JP HRZSYWZILL

                                                3) TFFUSTZHNMDN EIGPVDSBETOLQ

                                                4) OTLCJWYMNWPW PQSWKSBJHOLE

                                                19) ETYLRZTVNECQ PVSSI SIGGOLC

                                                33) EVOLUZIONEZA PASSI SIPGOLJ

                                                83) EVOLUZIONEUA PASSI SINGOLI

                                                103) EVOLUZIONE A PASSI SINGOLI

 

Questo tipo di selezione, applicata con questo determinato algoritmo, prevede però il confronto con un preciso modello predeterminato.  Questo introduce, in un certo modo, il concetto di fine o di progetto dell'evoluzione, aprendo la strada a non poche polemiche anche di carattere epistemologico nei riguardi delle origini e dei fini del mondo, dell'esistenza di un architetto che si chiami Caso o Dio.  Questi problemi non sono però oggetto di questo lavoro.

 

La simulazione dell'evoluzione

Prendendo spunto dal capitolo 3 dell'opera di R. Dawkins "L'orologiaio cieco", cercherò di simulare con l'aiuto di un computer molto semplice un'ipotetica evoluzione di alcune specie di organismi.  L'autore del libro sopra citato si propone di dimostrare l'efficacia di una selezione cumulativa rispetto a quella a passi singoli.  Il mio modello è simile a quello di Dawkins anche se molto più semplice e quindi limitato.  Partendo da un semplice grafico sinusoidale di questo tipo:

 

 

introduco la possibilità di aumentare la larghezza, l'altezza, la "centralità" della funzione, la segmentazione e la crescita di imperfezioni.  La selezione avviene per mano mia, cioè sono io stesso che, facendo le veci della natura, scelgo i vari individui favorevoli fra la gamma di quelli riprodotti in modo da ottenerne tanti quanti sono i parametri in questione, ognuno mutato casualmente secondo uno solo dei seguenti parametri.

 

Ad ogni generazione ho così un numero sempre maggiore di individui possibili che però scelgo e quindi elimino in gran parte.  Con cinque parametri si determinano una serie infinita di individui disposti secondo un ipotetico spazio a cinque dimensioni che tende all'infinito con l'aumentare delle generazioni.  Gli organismi che vedo sono quindi solo una piccola parte di tutti quelli possibili.  La lentezza del mio calcolatore mi ha portato in seguito trasferire potere selezionante al computer mediante una scelta casuale. I risultati di un singolo tentativo (fig. 1) riportato quasi interamente (ho tagliato la prima parte poiché i cambiamenti erano impercettibili ed alcune parti intermedie per lo stesso motivo) sono abbastanza eloquenti.  La nostra fantasia può portare a far assomigliare questi grafici a degli animali, per lo più insetti.  Possiamo quindi osservare l'evoluzione di una specie nel tempo.  Se riportiamo questa simulazione su un piano reale possiamo supporre che la natura abbia agito da selezionatore scegliendo quegli organismi che meglio si adattavano ad un determinato ambiente.  Si può notare che a volte alcune specie intermedie sono particolarmente diverse tra loro, anche tra generazioni vicine.  Questo rafforzerebbe il concetto di cambiamento a livello di mutazione da parte del genotipo che causa grossi cambiamenti nel fenotipo di un organismo.  In questo caso le teorie gradualista e puntuazionista convivrebbero. 

Riportiamo adesso un esempio di evoluzione (fig. 2) in cui da un unico organismo primordiale si giunge alla determinazione di differenti specie o razze.  Se riferiamo arbitrariamente il nostro esperimento ad un sistema simile alla terra si potrebbe supporre, ad esempio, che il primo organismo fosse marino, che la successiva comparsa di appendici abbia permesso alle specie primordiali 1 e 3 di divenire terrestri per poi permettere alla specie moderna 4 di colonizzare i cieli.  Le possibilità di simulazione con il computer sono numerosissime.  In questa occasione mi sono limitato a lasciare la selezione al caso, ma avrei potuto programmare un ambiente, anch'esso mutante secondo le leggi del caso, che avrebbe operato la selezione.  Avrei potuto ampliare la nicchia introducendo altre specie che a loro volta operassero e subissero selezione, secondo quella Fig. 2 che va sotto il nome di evoluzione parallela.

 

Nota.  Anche se i risultati mi sembrano buoni, devo però riconoscere che il mio modello di organismo è molto semplice e già implicitamente orientato per produrre un certo tipo di animale invece di altri.  I grafici assomigliano per lo più a insetti, difficilmente potrebbero somigliare a mammiferi o uccelli.  Sono stato costretto a questo per la mia mancanza di conoscenze in campo matematico che mi avrebbero permesso di usare strumenti più precisi e di elaborare grafici migliori.  Mi sembra molto importante sottolineare che questo esperimento con il computer non tende a dimostrare niente: non la validità della selezione puntuazionista rispetto a quella a passi singoli, non quella della teoria dell'evoluzione in se e nemmeno la validità di teorie che riconducono l'origine della vita biologica e dell'universo, al così detto caso di cui molte volte sono stato costretto a parlare spesso in maniera impropria poiché una eventuale discussione su tale argomento richiederebbe un ulteriore lavoro molto più complesso di questo.  Tutto questo è determinato, come già è stato detto, dall'arretratezza dei mezzi e dal modo, minato di contraddizioni intrinseche, con cui è stato affrontato il problema.

 

(*) N.d.R. Il paragrafo introduttivo dell'articolo è stato omesso per ragioni di spazio senza compromettere l'organicità del testo.

 

Bibliografia

G. Hardin e Bajema, Biologia principi e applicazioni, Zanichelli.

R. Dawkins, L'orologiaio cieco, creazione o evoluzione, Rizzoli.

F. Jacab, Bricolage ed evoluzione, Mondadori.

Enciclopedia Einaudi, voce Evoluzione curata da R. Lewontine.

J. Monod, Il caso e la necessità, EST Mondadori.

 

 

Pubblicato originariamente su Naturalmente, 1991, 4 (1), 11-12.