INDAGINE SULLE CONOSCENZE DI CHIMICA POSSEDUTE DAGLI STUDENTI AL MOMENTO DEL LORO INGRESSO ALL’UNIVERSITÀ

 

Rinaldo Cervellati, Maria Francesca Manfrin, Daniela Perugini

 

Introduzione

I risultati qui presentati sono frutto di una indagine condotta nell’A.A. 1977-78 sugli studenti iscritti al 1° anno del corso di laurea in Astronomia, ed estesa nel l’A.A. 1978-79 anche agli iscritti al 1° anno dei corsi di laurea in Chimica e in Fisica dell’Università di Bologna.  Tale indagine aveva lo scopo di accertare quali e quante conoscenze di chimica fossero possedute da gli studenti al momento del loro ingresso all’università e quindi di fare un bilancio, seppure parziale, del "prodotto" della scuola secondaria superiore.  L’indagine è stata condotta per mezzo di un questionario, suddiviso in tre sezioni:

sezione 1: contenente richieste di informazioni sulla località di provenienza, sul tipo di scuola frequentata, sul programma di chimica svolto, con particolare riguardo alla presenza o meno di esercitazioni pratiche (Tab. 1);

Tabella 1

Prima sezione

1.1       Luogo di provenienza

1.2       Tipo dì scuola di provenienza

1.3       Per quanti anni hai studiato chimica?

1.4       Libro di testo usato : titolo

            Autore

1.5       La tua scuola disponeva di un laboratorio di chimica?

1.6       Il tuo insegnante di chimica era coadiuvato da un assistente di laboratorio?

1.7       Hai mai eseguito esperimenti?

            Se sì, quali?

1.8       Hai assistito ad esperimenti?

1.9       Indica quali dei seguenti argomenti facevano parte del tuo programma di chimica:

a) struttura atomica

b) legame chimico

c) stati di aggregazione della materia

d) reazioni chimiche

e) reazioni di ossidoriduzione

f) aspetti energetici (elettronici e termici) delle reazioni

g) acidi e basi

h) nozioni di chimica inorganica

i) nozioni di chimica organica

 

sezione 2: contenente domande di tipo "convenzionale",ad esempio formule di elementi e composti, semplici reazioni definizione di concetti fondamentali (Tab.2);

Tabella 2

Seconda sezione

2.1       Scrivere i simboli dei seguenti elementi: sodio ....... cesio ......

mercurio ....... azoto ........ fosforo ......... zinco ........ iodio ........

2.2       Scrivere la formula dei seguenti composti:  acqua ........ acqua ossigenata ........ acqua pesante ........ acido fosforico ........ idrossido di calcio ........

2.3       Definire la natura del legame nelle seguenti sostanze:

NaCl ........................................................................................................

O2 ............................................................................................................

CO2 ..........................................................................................................

2.4       Scrivere in formule la seguente reazione: carbonato dì calcio reagisce con acido cloridrico per dare cloruro di calcio, anidride carbonica e acqua.

2.5       Scrivere in formule e completare la seguente reazione; acido cloridrico e idrossido di sodio reagiscono per dare .........................................................................

2.6       Che cos’è il gesso?

2.7       Che cosa è la ruggine?

2.8       Esiste in natura CaCO3?

2.9       Che cosa è un orbitale atomico?

2.10     Che cos’è la mole?

 

sezione 3: contenente domande a scelta multipla, sul tipo di quelle utilizzate nei paesi anglosassoni per accertare non solo le nozioni possedute da gli studenti, ma anche e soprattutto la loro capacità di applicarle (Tab. 3)

Tabella 3

Terza sezione

3.1       Un certo elemento forma un ossido solido, che quando è sciolto in acqua forma una soluzione acida.  Quale, tra le seguenti,è la deduzione più ragionevole?

a) è sodio

b) è carbonio

c) è un non metallo

            d) è un metallo

3.2       Un atomo di bromo pesa più di un atomo di idrogeno.  Quale delle seguenti quantità di sostanza contiene il maggior numero di molecole?

a) 1 g di bromometano CH3Br

b) 1 g di dibromometano CH2Br2

c) 1 g di bromoformio CHBr3

d) 1 g di tetrabromuro di carbonio CBr4

3.3       Quando si mescolano in acqua cristalli di solfato idrato di magnesio essi scompaiono e rimane un liquido trasparente; si possono riformare i cristalli facendo evaporare l’acqua.  Quale tra i seguenti è il modo corretto per descrivere ciò che accade quando i cristalli vengono mescolati all’acqua?

a) i cristalli fondono

b) i cristalli si sciolgono

c) acqua e cristalli reagiscono per formare una sostanza nuova

d) i cristalli evaporano

3.4       Quale dei seguenti procedimenti non può portare alla formazione di ossido di alluminio?

a) riscaldare l’alluminio in presenza di aria

b) riscaldare l’alluminio in presenza di ossido di ferro

c) riscaldare l’alluminio in azoto

d) riscaldare l’alluminio in vapore acqueo

3.5       In quale delle seguenti reazioni il reagente sottolineato si comporta come un acido?

a) OH (acq) + H+ (acq)  H2O (liq)

b) BaCl (acq) + Na2SO4 (acq)  BaSO4 (s) + 2NaCl (acq)

c) HCl (acq) + AgNO3 (acq)  AgCl (s) + HNO3 (acq)

d) NH4+ (acq) + OH (acq)  NH3 (g) + H2O (liq)

 

3.6       Nella tavola periodica il sodio è l’elemento che si trova sotto il litio, e il bromo è l’elemento che si trova sotto al cloro.  Considerate la formazione dei seguenti composti dai loro elementi:

a) cloruro di litio

b) cloruro di sodio

c) bromuro di litio

d) bromuro di sodio

In quali di questi casi viene liberata più energia?

3.7       A temperatura di 0°C e pressione di 1 atmosfera, 5,6 litri di un composto gassoso, formato da un elemento A e da un elemento B, pesa 7 g.  La massa atomica di A è 12, e la massa atomica di B è 16.  Una grammo-molecola di un gas alla temperatura di 0°C e alla pressione di 1 atmosfera occupa 22,4 litri.  Quale delle seguenti formule rappresenta una molecola del composto gassoso in questione?

a) AB2

b) AB

c) A2B

d) A2B2

3.8       Nell’elettrolisi del bromuro di calcio fuso si liberano due grammoatomi di bromo per ogni grammoatomo di calcio.  Quale delle seguenti risposte dà la migliore spiegazione di quanto accade?

a) la massa atomica del bromo è due volte quella del calcio

b) la carica elettrica dello ione calcio è doppia di quella dello ione bromuro

c) il raggio dello ione bromuro è doppio rispetto a quello dello ione calcio

d) la formula del bromuro di calcio è Ca2Br

3.9       Una soluzione è una miscela omogenea di due o più componenti.  In questo contesto, l’omogeneità non significa semplicemente omogeneità nell’aspetto visibile, ma l’impossibilità di una separazione dei componenti per mezzo di un qualsiasi sistema meccanico: filtrazione, centrifugazione e simili.  Sulla base di questa definizione, quale delle seguenti non è una miscela omogenea?

a) aria

b) petrolio

c) acqua fangosa

d) saliva

3.10     Un certo solido X viene riscaldato in una corrente di ammoniaca, gas composto di idrogeno e azoto.  Dopo il riscaldamento X si è trasformato in un altro solido buon conduttore di elettricità, e nello stesso tempo si sono formati acqua e azoto.  Quale tra le seguenti è la conclusione più ragionevole?

a) X era l’ossido di un elemento metallico

b) X era l’ossido di un elemento non metallico

c) X era un elemento metallico

d) X era un elemento non metallico

 

Hanno risposto al questionario 160 studenti, pari al 61% degli iscritti; la percentuale è tale da permettere conclusioni significative.  Esamineremo ora i risultati ottenuti sezione per sezione.  Alcuni risultati relativi alla sezione 1 sono raccolti in Tab. 4,

 

Risultati della prima sezione

Tabella 4 : Risultati della prima sezione.

 

 

Chimici

Fisici

Astronomi

Totale

 

 

 

1977-78

1978-79

 

N. studenti esaminati

31

55

35

39

160

% sugli iscritti

65

53

63

72

61

Domanda 1.1

Chimici

Fisici

Astronomi

Totale

 

 

 

1977-78

1978-79

 

% Bologna

36

20

29

26

26

% Regione Emilia Romagna

19

49

23

23

31

% Altre Regioni

45

31

49

51

43

Domanda 1.2

Chimici

Fisici

Astronomi

Totale

 

 

 

1977-78

1978-79

 

% Lic. Class.

29

7

23

13

16

% Lic. Scient.

35

73

51

67

69

P. Chimici

% ITI

Altre sp.

23

 

 

13

 

6

 

3

4

 

7

% Altre scuole

13

7

20

18

14

Domanda 1.7

Chimici

Fisici

Astronomi

Totale

 

 

 

1977-78

1978-79

 

% Lic. Class.

0

0

63

20

23

% Lic. Scient.

45

55

30

38

45

% ITI

100

100

100

100

100

% Altre scuole

50

25

0

86

41

 

Dalle risposte alla domanda 1.1 (luogo di provenienza) si nota che la percentuale di studenti provenienti da regioni diverse dall’Emilia Romagna è molto elevata.  Dalle risposte alla domanda 1.2 (tipo di scuola di provenienza) si nota che gran parte degli iscritti proviene dal Liceo Scientifico: si va dal 35% di Chimica al 73% di Fisica; per quanto riguarda i provenienti dagli Istituti Tecnici Industriali, tutti quelli iscritti a Chimica sono periti chimici, mentre negli altri corsi di laurea predominano largamente i periti elettronici ed elettrotecnici.  Fra le "altre scuole" sono compresi Istituti Tecnici Commerciali, sia per ragionieri che mercantili, Istituti Magistrali ed Istituti Tecnici per geometri.  Alla domanda 1.5 (la tua scuola disponeva di un laboratorio di chimica) le percentuali di risposte affermative sono elevate per tutti i tipi di scuole: si va dal 72% del Liceo Classico al 100% degli Istituti Tecnici Industriali; molti studenti fanno però notare che il laboratorio è scarsamente attrezzato e poco utilizzato.  Alla domanda 1.7 (hai mai eseguito esperimenti) la percentuale di risposte affermative è bassa nel caso del Liceo Classico (23%), mentre sale al 45% per il Liceo Scientifico e al 41% per le "altre scuole"; per gli Istituti Tecnici Indù striali è ovviamente del 100%.  La percentuale su tutti i 160 studenti è del 47%, e sale al 64% se si considerano le risposte affermative alla domanda 1.8 (hai assistito ad esperimenti);queste percentuali sono relativamente elevate rispetto alla situazione media della scuola italiana: va però fatto notare che molti studenti specificano di avere eseguito un solo esperimento o due in tutto l’arco dei loro studi.

 

Per quanto riguarda il programma svolto (domanda 1.9) esso appare in genere abbastanza completo, soprattutto nel caso del Liceo Classico e ovviamente dell’Istituto Tecnico Industriale ad indirizzo chimico.  L’unico argomento che in tutti i tipi dì scuola viene trascurato (fatta eccezione naturalmente per l’I.T.I. specializzazione chimici) è quello degli aspetti energetici (elettronici e termici) delle reazioni, che viene trattato solo dal 9% degli studenti delle "altre scuole", e raggiunge la percentuale più alta per il Liceo Scientifico con solo il 33%.  Prima di passare ai risultati della sezione 2 e 3 è necessario precisare come è stato attribuito il punteggio: mentre per le domande a scelta multipla è stato attribuito semplicemente un punto ad ogni risposta esatta (e quindi zero punti sia nel caso di risposta errata che di mancata risposta), per le domande "convenzionali" si è presentata la necessità di "normalizzare" i punteggi ottenuti per avere risultati confrontabili.  Si è perciò attribuito anche in questo caso punteggio uno ad ogni risposta "sufficiente", dopo aver stabilito per ogni domanda un criterio di giudizio (ad esempio nella domanda 2.2 veniva attribuito punteggio uno se lo studente indicava correttamente almeno tre delle formule richieste).  Il punteggio massimo raggiungibile da ogni studente è in tal modo di dieci punti in ciascuna delle due sezioni.

 

Risultati delle domande convenzionali

I risultati ottenuti in queste domande sono mostrati in Tab. 5.

 

Tabella 5 : Risultati delle domande convenzionali.

 

Punteggio Medio

 

 

 

 

 

Lic. Sci.

Lic. Clas.

I.T.I.

Altre

Generale

Chimici

4,5

4,0

8,5

7,0

5,5

Fisici

4,0

4,5

5,5

3,0

4,0

Astr. 1977-78

4,5

5,5

3,5

1,0

4,0

Astr. 1977-78

4,0

4,0

5,0

4,0

Generale

4,0

4,5

6,5

4,0

4,5

 

Percentuale di risposte esatte alla singole domande

 

 

2.1

2.2

2.3

2.4

2.5

2.6

2.7

2.8

2.9

2.10

Chimici

87

55

87

48

55

19

61

58

71

29

Fisici

86

60

33

20

38

6

55

36

51

18

Astr. 1977-78

74

46

43

26

46

8

40

71

17

Astr. 1977-78

87

44

51

10

28

3

80

33

82

28

Generale

84

52

50

24

41

8

64

40

67

22

 

La considerazione più immediata che si può trarre è che il punteggio medio è basso e pressoché uguale per tutti i corsi di laurea: infatti se si toglie il contributo dei periti chimici il punteggio medio del corso di laurea in chimica diviene 4,5.  Esaminando la distribuzione dei punteggi si nota una grande disomogeneità nella preparazione degli studenti.  Consideriamo ora la percentuale media di risposte esatte domanda per domanda: si ottengono buoni risultati solo alla domanda 2.1 (simboli degli elementi) con una media generale dell’84% di risposte esatte, il 64% degli studenti sa cosa è la ruggine (domanda 2.7), il 5 2% sa scrivere le formule di semplici composti chimici (domanda 2.2), il 50% definisce correttamente la natura del legame in almeno una del le tre sostanze presentate (domanda 2.3).  Solo il 24% degli studenti sa scrivere la reazione tra carbonato di calcio e acido cloridrico (domanda 2.4), e solo l’8% sa che esiste in natura CaCO3 (domanda 2.8: ma se la domanda fosse stata formulata "esiste in natura il carbonato di calcio" si sarebbe probabilmente ottenuto un numero maggiore di risposte corrette).  È da notare che mentre il 67% degli studenti esaminati risponde, seppure spesso in modo scorretto, alla domanda 2.9 (concetto di orbitale atomico), solo il 22% sa cos’è la mole (domanda 2.10); ciò fa pensare che nell’attuale insegnamento della chimica venga dato troppo peso all’argomento degli orbitali, a scapito di altri argomenti che noi riteniamo, a livello di scuola secondaria superiore, più formativi.

 

Risultati delle domande a scelta multipla

I risultati ottenuti in queste domande sono mostrati in Tab. 6.

 

Tabella 6 : Risultati delle domande a scelta multipla.

 

Punteggio Medio

 

 

 

 

 

Lic. Sci.

Lic. Clas.

I.T.I.

Altre

Generale

Chimici

4,0

3,0

7,0

5,0

4,5

Fisici

4,0

4,5

4,0

4,5

3,5

Astr. 1977-78

3,5

4,0

5,0

0,5

3,0

Astr. 1977-78

3,0

4,5

5,0

3,5

Generale

3,5

4,0

5,5

3,5

3,5

 

Percentuale di risposte esatte alla singole domande

 

 

3.1

3.2

3.3

3.4

3.5

3.6

3.7

3.8

3.9

3.10

Chimici

39

48

68

71

16

19

13

45

77

55

Fisici

53

46

64

58

11

9

13

35

53

51

Astr. 1977-78

31

34

54

57

0

6

17

34

20

31

Astr. 1977-78

26

33

72

59

8

10

15

36

67

49

Generale

39

41

64

61

9

11

14

37

50

47

 

Nonostante che i test fossero a livello elementare (si pensi che so no stati tratti in gran parte da quelli proposti nel progetto Nuffield per l’O-Level, livello I, cioè destinati a studenti da 11 a 13 anni), il punteggio medio ottenuto è ancora più basso che per le domande convenzionali: questa è un’ulteriore conferma, se pure ve ne fosse bisogno, che la scuola italiana fornisce tutt’al più delle nozioni, ma abitua ben poco gli studenti al ragionamento.  Passando a considerare la percentuale di risposte esatte domanda per domanda, si nota che quelle che hanno realizzato i risultati peggiori sono la 3.5 (concetto di acido) col 9% appena di risposte esatte, la 3.6 (energia coinvolta nei processi chimici) con l’11% e la 3.7 che richiedeva di applica re l’equazione di stato dei gas perfetti, con il 14%.

 

Conclusioni

L’indagine da noi condotta avrebbe scarso significato se servisse solo a ribadire il basso livello raggiunto dall’istruzione media superiore in campo scientifico, ed in particolare in quello chimico.  I risultati che abbiamo riportato acquistano però maggior valore se vengono confrontati con quelli ottenuti dalle indagini condotte dal prof. Vito Donato Bianco sugli iscritti al 1° anno di Scienze Biologiche negli anni che vanno dal 1962 al 1973, e di quelle condotte dal prof. Aresta sugli iscritti al 1° anno di chimica negli anni 1969-1973 nell’Università di Bari, presentati al Convegno dell’Associazione Italiana di Chimica Inorganica svoltosi a Bressanone nel 1973.  Da tale confronto risulta che il livello di preparazione degli studenti non è significativamente cambiato durante questi sedici anni.  Pertanto siamo del parere che non ci si possa appellare agli eventi succedutisi in questi anni (contestazione studentesca, liberalizzazione degli accessi all’università, aumento degli iscritti alla scuola secondaria ...) o ad un presunto "diminuito interesse per lo studio" per giustificare la scarsa preparazione degli studenti: è evidente che le cause vanno ricercate altrove.

 

A nostro parere è proprio l’impostazione metodologica dell’insegnamento della chimica nella scuola secondaria responsabile di questi dati di fatto.  Infatti se si calcola il punteggio medio degli studenti che hanno eseguito esperimenti, è più alto di uno o due punti rispetto alla media generale.  Perciò la metodologia di insegnamento della chimica basata unicamente sulle due tecniche della "spiegazione" e dell’"interrogazione", (integrate a volte da "esperimenti dimostrativi" eseguiti dall’insegnante) che corrisponde ai due momenti della scuola tradizionale (insegnamento e verifica dell’apprendimento) deve essere profondamente modificata.  L’insegnamento della chimica e delle altre scienze sperimentali dovrebbe basarsi sul metodo proprio della ricerca, cioè quello induttivo-sperimentale.  È perciò fondamentale fare eseguire le esperienze agli studenti, singolarmente o a gruppi, impostare in modo diverso la lezione, stabilire nuovi e più efficaci criteri di verifica dell’insegnamento e dell’apprendimento.

 

Non si può però fare ricadere tutta la responsabilità sugli insegnanti della scuola superiore: essi infatti escono da questa università ed è l’università che non li prepara a svolgere il loro lavoro.  Infatti non solo i laureati italiani non hanno ricevuto una preparazione nel campo della didattica, ma vengono anche abbandonati al loro destino dopo la laurea: sono ad esempio assenti centri didattici di preparazione ed aggiornamento per gli insegnanti, ed i collegamenti tra docenti universitari e di scuola media sono carenti, soprattutto per quel che riguarda le materie scientifiche.  Va infine ricordato che le ricerche nel campo della didattica scientifica non sono incentivate né in termini di carriera né dal punto di vista economico, in nessun ordine di scuola.

 

 

Pubblicato originariamente su La Chimica nella Scuola, 1979, 4-5, 74-86. Riprodotto con l'autorizzazione del Prof. Pierluigi Riani, direttore di CnS.