Metodo Scientifico

 

Il metodo scientifico e la “conoscenza scientifica”:

            Il cosiddetto “metodo scientifico” è un metodo di indagine basato essenzialmente sulla osservazione di oggetti ed eventi (fenomeni, esperimenti), su domande che ne nascono (“perché” succede questo o quello, o come fa a succedere), sulla ricerca e costruzione (creazione) di spiegazioni  o modelli che danno risposta alle domande e permettono in generale di proseguire l’indagine estendendola ad altri fenomeni o esperimenti connessi a quelli di partenza, cioè relativi al medesimo oggetto di indagine. Fa parte dell’indagine anche la comunicazione ad altri del percorso svolto, delle spiegazioni trovate o dei modelli creati. Spiegazioni e modelli sono inoltre valutati criticamente, cioè messi in relazione con quanto si sa già, e messi a confronto con altre possibili spiegazioni o altri possibili modelli. Vengono anche messi alla prova mediante altre osservazioni o mediante nuovi esperimenti. Le osservazioni, sia prima che nel corso di esperimenti, si possono fare con attrezzature e strumenti che estendono i sensi e permettono di fare delle misure, e in tal caso di usa dire che “si raccolgono dati”. Strumenti adatti ai primi anni di scuola sono per esempio righe graduate (“metri”), orologi, termometri, bilance, lenti di ingrandimento, ecc.

…ripercorrere le indagini sull’aria fatte negli incontri precedenti (a settembre)……riconoscere in quanto abbiamo fatto l’uso del “metodo scientifico” di cui sopra…..

Le varie forme di conoscenza:
La conoscenza a cui si arriva usando il metodo scientifico si chiama di solito “conoscenza scientifica”.
La conoscenza scientifica ha molto in comune con le altre conoscenze, perché come le altre conoscenze è il risultato (sempre provvisorio) di una relazione “a tre” e cioè della relazione fra il mondo dell’esperienza, quello del linguaggio (o dei linguaggi, modi di rappresentare) e quello della conoscenza stessa.
Le diverse conoscenze si differenziano tra loro per i diversi  tipi di esperienze e di linguaggi, e anche, ovviamente, per le diverse motivazioni profonde che ci spingono a cercarle.
I linguaggi sono anche quelli del corpo, quello musicale, del disegno o del colore, quello verbale-poetico, ecc.
A  parer mio ci sono anche “conoscenze” che non si prestano ad essere rappresentate con alcun linguaggio, che non possono quindi essere comunicate, ma riconosco che in questo caso l’espressione “conoscenze” può non essere la più appropriata. Sto pensando all’esperienza-conoscenza dei sapori, a quella dell’amore e a quella del divino (in senso mistico).

            Nel caso della conoscenza scientifica le esperienze riguardano la relazione con il mondo fisico (gli oggetti, gli eventi, i fenomeni, ecc., in genere tutto quello che può essere descritto e quantificato) e i linguaggi tendono ad essere linguaggi precisi, logici, razionali, capaci di una comunicazione non ambigua.

 

Fare scienza piuttosto che imparare le conoscenze scientifiche:
Il metodo scientifico è un metodo che usiamo normalmente nella vita quotidiana e che in particolare usano i bambini fin dalla più tenera età, perché è il modo per acquisire la “conoscenza del mondo”.
Si tratta soprattutto di diventare consapevoli di questo metodo e approfondirlo se si vuole aiutare i bambini ad approfondirlo a loro volta, se in sostanza si vuole fare “educazione scientifica”. Si tratta ovviamente di educazione scientifica di base e non “disciplinare”.

            Per diventare consapevoli del metodo scientifico e per approfondirlo (e quindi  per acquisire conoscenze scientifiche e mettersi in grado di acquisirne di nuove) occorre essere soggetti attivi, occorre condurre in proprio le indagini, fare personalmente una attività esplorativa , anche se è possibile farla collaborando con altri.  Si tratta di “fare scienza” e non di apprenderla da chi la sa già (dai libri per esempio), anche se questo porta a riscoprire cose che già si sanno.  
E’ il “valore processo” che conta nella educazione scientifica di base, non il “valore prodotto”.
Nel libro “Insegnare scienza” l’indagine scientifica è paragonata alla attività di esplorazione o di colonizzazione di un territorio in gran parte sconosciuto.
“Il problema dell’educazione scientifica (di base) è in definitiva sostanzialmente analogo a quello della colonizzazione di un territorio, in cui l’aspetto più importante non è quello di saper imboccare la strada giusta, e di percorrerla fino a un certo punto, quanto quello di trovare criteri con cui procedere, organizzando il territorio stesso, padroneggiando le proprie riserve e le proprie possibilità, e cercando di accrescerle”. (da “Insegnare Scienza” pag. 22).

I bambini già praticano il metodo scientifico e sono capaci di astrazioni:
Le “spiegazioni” o i “modelli” che caratterizzano l’indagine scientifica implicano una capacità di astrazione di cui i bambini sono già capaci fin da quando cominciano a padroneggiare il linguaggio comune (prima dunque dei tre anni). Forse anche prima, perché quando i bambini fanno cadere a terra ripetutamente degli oggetti sperimentano che aprendo la mano ogni oggetto cade e non solo il cucchiaio o il bambolotto (e questa è la prima formulazione – astratta – della legge di gravità!).
“Non è vero che i bambini hanno conoscenza solo di frammenti di mondo, in attesa che gli adulti li riordino: è sempre in atto in loro uno sforzo enorme per costruire reti che tengano insieme fatti diversi, anche quelli che appaiono sconnessi fra loro; e questo sforzo, di capire e spiegare i fatti, esiste nei ragazzi forte come la voglia di vivere. Il problema per noi (adulti e insegnanti) è dunque quello di inserirsi costruttivamente in questa organizzazione di conoscenza; non solo non ignorarla, non fare finta che non ci sia, ma saper coerentemente entrare nella sua costruzione, cercando di arricchirla, di svilupparla senza distruggerla, di estenderla senza negarla”. (da Insegnare Scienza, pag. 25).
“Anche i bambini più piccoli sono sensibili a formulazioni fortemente astratte e a relazioni causali. Essi le usano per guidarsi nel generalizzare, per inferire e per dare senso al mondo. C’è (fra gli studiosi) un riconoscimento crescente della ricchezza e variabilità delle comprensioni dei bambini che implicano componenti quali “implicito ed esplicito”, “non simbolico e simbolico”, “associativo” ed “esplicativo”.  Nello sviluppo dei bambini non c’è dunque un semplice progredire dal concreto verso l’astratto” (da “Taking Science to School, K-8”, pag. 54).

            Naturalmente queste capacità di astrazione dei bambini rispetto alla “organizzazione fisica” del mondo si sviluppano in stretta e reciproca corrispondenza con i canali di percezione e motricità; perché si sa che il bambino si accosta alle trasformazioni del mondo esterno mettendole in relazione con le esperienze del proprio corpo.

 

Educare a comprendere, valorizzare la conoscenza che già si esprime:
“….davanti a un ragazzino non si dovrebbe avere la pretesa di spiegare sempre cose nuove, ma tendere più spesso a far prima “riconoscere” le cose che già si sanno in qualche modo per poi arricchirle e farle crescere” (da Insegnare Scienza, pag. 31).
“….si tratta di riuscire ad utilizzare gli spunti della vita di ogni giorno, quelli più normali, come quelli più provocanti, o più provocati, per costruire contesti di elaborazione coerente di esperienze, linguaggi e conoscenze sempre più articolati” (da Insegnare Scienza, pag. 39).

Affermazioni analoghe o coerenti con queste si trovano nelle recenti “indicazioni ministeriali per il curriculum della scuola dell’infanzia”.

Le scuole dell’infanzia di Lonato usano già un metodo pedagogico basato sull’ascolto dei bambini e sull’ attenzione (nella programmazione delle attività) alle loro esperienze e domande e ai loro desideri.
Si tratta di estendere questo metodo a percorsi orientati alla conoscenza scientifica. Questi si possono realizzare se gli insegnanti ne sono a loro volta capaci, cioè capaci di usare il metodo che è proprio di questi percorsi (quello dell’indagine, vedi sopra).
E verso  quali campi (contenuti, argomenti) indirizzarsi? Con quali premesse o basi culturali?

Dagli “standards”  (USA): un riferimento culturale per l’educazione scientifica di base:

Per orientarci una possibilità è quella di utilizzare (criticamente, si capisce) gli “standards” sull’educazione scientifica  prodotti negli Stati Uniti poco più di 10 anni fa.

I capitoli che riguardano gli standards sui contenuti scientifici (cioè quali conoscenze nei vari campi della scienza e quali abilità è opportuno acquisire nei vari livelli scolastici) iniziano con una lista dei principali “concetti e processi unificanti” che sono unificanti perché si applicano o si ritrovano in tutti i campi di indagine del mondo naturale (alle scienze fisiche, a quelle della vita, ecc.) e si applicano o si ritrovano ad ogni livello dell’educazione scientifica (dalla scuola dell’infanzia alla media superiore). Se si diventa consapevoli di questi concetti e processi unificanti allora ogni nuova indagine scientifica è facilitata perché è come sapere già qualcosa su come muoversi e su quello che si andrà a scoprire.

Esempi di concetti unificanti:
Sistema: tanti oggetti o elementi che sono collegati o sono in relazione fra loro e formano un tutto significativo.
Esempi: sistema solare, la foresta pluviale, un albero, un qualunque organismo vivente, il sistema circolatorio, una cellula, ecc.
I sistemi hanno di solito confini, componenti, flussi, funzioni, risposte a stimoli esterni, ecc.
Possono essere aperti o chiusi.
I bambini tendono ad osservare il mondo (i fenomeni) in termini di singole variabili piuttosto che in termini di sistemi dove ci sono più variabili tra loro in relazione (esempio delle forze).
Ordine: l’universo “non è capriccioso”, le stesse cause in genere producono gli stessi effetti; la natura è la stessa ovunque ed è comprensibile e prevedibile (proprio grazie alla indagine scientifica che quindi riduce l’incertezza e l’ignoranza rispetto agli avvenimenti: il potere della scienza!).
Organizzazione: è un altro modo di considerare i sistemi, attraverso i diversi livelli di organizzazione. Per esempio per i sistemi viventi abbiamo cellule, tessuti, organi, organismi, popolazioni, comunità.
Evidenza: si riferisce a osservazioni o dati “evidenti”, che nessuno può negare, come l’alternarsi del giorno e della notte, quello delle stagioni, la durata di questi cicli, ecc.
Modelli: schemi (mentali o astratti) o strutture (anche fisiche) che hanno un potere esplicativo rispetto a oggetti reali, eventi, ecc.
Spiegazioni: i modelli sono già spiegazioni, ma lo sono anche le ipotesi, le leggi, i principi, le teorie. In genere le spiegazioni tengono conto di tutto (osservazioni, esperimenti, modelli) e si basano sempre su ragionamenti logici. Per es. la spiegazione della differenza tra le stagioni ….
C’è il rischio che modelli e spiegazioni siano presi per “veri”, cioè come corrispondenti alla realtà, mentre sono solo strumenti provvisori di indagine e comprensione del reale.
Costanza e cambiamenti: ciò che resta costante e ciò che cambia. Abbiamo già sentito dire che “nulla si crea e nulla si distrugge” (frase attribuita a Lavoisier) o che “tutto si trasforma”. Ebbene è proprio quello che si incontra nel corso di ogni indagine scientifica. Ma naturalmente questi concetti diventano utili all’indagine quando il “nulla” e il “tutto” diventano qualcosa di più preciso. Per esempio “la massa si conserva nelle reazioni chimiche” (nel senso che le sostanze cambiano perché gli atomi si combinano diversamente, ma non ci sono atomi che spariscono o nuovi atomi che compaiono dal nulla!). Oppure “l’energia si conserva in un sistema chiuso” (nel senso che un tipo di energia si può trasformare in un altro, ma non c’è energia che scompare; così è nel caso di un pendolo o una altalena lasciati oscillare: l’energia di movimento si trasforma in energia di posizione e viceversa e un po’ di questa energia si trasforma costantemente in energia di calore per via dell’attrito; quando il pendolo o l’altalena si fermano l’energia si è tutta trasformata in energia di calore).
Ci sono cambiamenti che sono interessanti in relazione a qualche altra cosa che cambia: per esempio la velocità di un corpo in movimento è data dal rapporto fra il percorso fatto e il tempo impiegato a percorrerlo (si parla anche di tasso o ritmo di cambiamento dello spazio rispetto al tempo).
Quando le velocità diventano confrontabili con quelle della luce allora è la somma di massa ed energia che rimane costante (Einstein).
Misurazioni: sono gli strumenti di misura, e talvolta i calcoli matematici, che permettono di quantificare i cambiamenti (nelle indagini scientifiche è necessario stabilire di quanto una cosa è cambiata e non sono che è cambiata).
Evoluzione ed equilibrio: sono concetti che si applicano non solo al mondo biologico, ma anche a quello fisico (se un corpo caldo è accanto a uno freddo ci sarà una evoluzione e l’equilibrio si avrà quando i due corpi saranno entrambi tiepidi, alla stessa temperatura; questo se il sistema dei due corpi è isolato).
Forma e funzione: …..

Ci fermiamo qui con i concetti e processi unificanti e passiamo agli standards di contenuto, cioè ai contenuti scientifici che gli autori degli standards ritengono sia importante apprendere nelle varie fasce di età, cioè nei vari livelli scolastici. Naturalmente noi ci limiteremo alla fascia di età più bassa (scuola dell’infanzia e primi anni della scuola elementare).
Un contenuto è scelto come standard (e cioè come fondamentale) se:

• rappresenta un evento o fenomeno centrale nel mondo naturale;
• rappresenta un principio organizzativo e una idea scientifica centrali;
• ha un ricco potere esplicativo;
• guida verso indagini fruttuose;
• si applica a situazioni e contesti comuni nelle esperienze quotidiane;
• può essere collegato a significative esperienze di apprendimento;
• è appropriato allo sviluppo cognitivo degli studenti del livello considerato.

I contenuti scelti come standards sono raggruppati in diverse aree:

• scienze fisiche
• scienze della vita
• scienze della terra e del cielo
• scienza e tecnologia
• la scienza nella prospettiva personale e sociale
• natura e storia della scienza

 

qui nel seguito, soprattutto perché non ho avuto il tempo di fare di più, prendo in esame soltanto le prime tre aree, che peraltro mi sembrano in un certo senso le più importanti:  

Scienze fisiche:

• proprietà di oggetti e materiali
• posizione e movimento di oggetti
• luce e calore

 

commenti di tipo generale:

Quando i bambini descrivono e manipolano oggetti spingendoli, tirandoli, facendoli cadere o rotolare, essi cominciano anche a focalizzarsi sulla posizione e sul movimento degli oggetti: descrivono la sistemazione di un oggetto come “in su”, “in giù”, di fronte, o dietro , e scoprono i diversi tipi di movimenti e forze necessari per controllare quella sistemazione.
……………..
I bambini non possono comprendere un concetto complesso come quello di energia. Tuttavia essi hanno idee intuitive dell’energia, per esempio che è necessaria per fare le cose; gli esseri umani ricavano energia dal cibo. Gli insegnanti possono valorizzare le nozioni intuitive degli studenti senza richiedere che essi memorizzino delle definizioni tecniche.
……
Man mano che i bambini acquisiscono facilità di linguaggio, le loro descrizioni diventano più ricche ed includono maggiori dettagli.
……
….fin dai primi livelli di scuola (anche K, cioè scuola dell’infanzia) gli studenti possono qualificare il movimento  di un oggetto come veloce, più veloce e velocissimo. Andando avanti nei livelli essi possono rappresentare il movimento con dei semplici grafici e descrivere la velocità come la distanza percorsa in una certa quantità di tempo.

 

Principali concetti e principi che sono alla base di questi standards:

• per le proprietà degli oggetti e dei materiali:

 

• gli oggetti hanno molte proprietà osservabili come dimensione, peso, forma, colore, temperatura, e la capacità di reagire con altre sostanze.   ………..
• gli oggetti sono fatti di uno o più materiali, come carta, legno e metallo. Gli oggetti possono essere descritti per mezzo delle proprietà dei materiali con cui sono fatti, e tali proprietà possono essere usate per separare o estrarre un gruppo di oggetti o materiali.
• I materiali possono esistere in diversi stati , cioè come solidi, liquidi o gas. Alcuni materiali comuni come l’acqua, possono essere cambiati di stato con il riscaldamento o il raffreddamento.
• Anche l’aria come l’acqua va inclusa fra i materiali in quanto è fatta di materia, sia pure allo stato di gas. Anche aria ed acqua hanno molte proprietà osservabili come peso, forma (quella dei recipienti che le contengono), colore, ecc. Aria e acqua possono fare da collegamento tra scienze fisiche e scienze della vita.

b)   per posizione e movimento di oggetti:

 

• la posizione di un oggetto può essere descritta localizzandolo rispetto a un altro oggetto oppure rispetto allo sfondo
• gli oggetti possono essere messi uno sopra o accanto all’altro, o incollati o ecc. in modo da costruire oggetti composti con nuove proprietà e finalità
• il movimento di un oggetto può essere descritto tracciando o misurando la sua posizione nel tempo
• la posizione e il movimento di oggetti possono essere modificati spingendo o tirando gli oggetti stessi e l’entità del cambiamento può essere collegata alla forza dello spingere o del tirare
• gli oggetti messi nell’acqua possono galleggiare o andare a fondo e una cosa simile succede con l’aria ….
• il suono è prodotto da oggetti che vibrano …

           

• per luce e calore:

• la luce viaggia nell’aria in linee rette (raggi) fino a che non incontra un oggetto. Gli oggetti producono ombre. La forma delle ombre dipende da quella dell’oggetto e dalla sorgente della luce (da come è fatta e da quanto è distante dall’oggetto). La luce può essere riflessa da uno specchio, rifratta da una lente, o assorbita da un oggetto (gli oggetti si scaldano al sole, e anche vicino a una lampadina, o al fuoco, come noi…).
• Il calore può essere prodotto in molti modi , come bruciando, strofinando o mescolando sostanze. Può passare da un oggetto a un altro …

 

Scienze della vita:

• caratteristiche degli organismi
• cicli di vita degli organismi
• organismi e ambiente

 

Commenti di tipo generale:

I bambini sono naturalmente interessati alla vita, a quella propria e degli altri esseri umani, come a quella degli animali e delle piante. Su piante e animali si pongono domande del tipo: le piante vivono? Come si cibano? Quale è la pianta più grande? Perché degli animali mangiano altri animali? Ecc.
Bisogna prima ascoltare i bambini per conoscere le esperienze che hanno avuto ed hanno (per esempio rispetto agli animali, rispetto alla nascita e alla morte, ecc.) e le domande che si pongono.
Altri argomenti che interessano normalmente i bambini rispetto alla vita:
Come distinguere gli esseri viventi, in base a che cosa?
Come raggruppare e classificare gli animali?
La riproduzione. Nascita e morte.  Il cibo e la sua digestione. La cacca.

Principali concetti e principi che sono alla base di questi standards:

• per caratteristiche degli organismi:

 

• gli organismi hanno dei bisogni di base. Per esempio gli animali hanno bisogno di aria, acqua e cibo; le piante richiedono aria, acqua, terra e luce. Il mondo ha ambienti molto diversi (come per es. quelli dove fa molto freddo e quelli dove fa molto caldo) e ambienti diversi sostengono la vita di diversi tipi di organismi.
• Ogni animale o pianta ha diversi organi o strutture che corrispondono a diverse funzioni nella crescita, sopravvivenza e riproduzione.
• Il comportamento di singoli organismi è influenzato da caratteristiche o bisogni che nascono dall’interno dell’organismo stesso (come la fame) o dall’esterno (come i cambiamenti nell’ambiente, ivi inclusi quelli prodotti dagli altri esseri viventi). Esistono “organi di senso” per il dentro e per il fuori.

• per cicli di vita degli organismi:

 

• piante e animali hanno cicli di vita che includono nascere, diventare adulti, riprodursi e morire.
• Piante e animali assomigliano alle piante e agli animali che li hanno generati.
• Molte caratteristiche di un organismo sono ereditate, altre dipendono dall’influenza  dell’ambiente.

• per organismi e ambiente:

 

• tutti gli animali (anche gli esseri umani naturalmente) dipendono dalle piante e le piante dipendono dal terreno e dai minerali e dalla luce. Quello che mangiano gli animali….
• I vari modi in cui un organismo dipende dall’ambiente ivi inclusi gli altri organismi presenti. Se l’ambiente cambia profondamente alcuni organismi sopravvivono nello stesso ambiente, altri vi muoiono, altri cercano nuovi ambienti.
• Tutti gli organismi influenzano l’ambiente nel quale vivono e l’influenza può essere benefica (a sé e agli altri) o nociva.

scienze della terra e del cielo

• proprietà dei materiali della terra
• cambiamenti sulla terra
• il cielo (il sole nelle varie stagioni, le forme della luna, le stelle)

 

trovo su questi argomenti gli standards poco soddisfacenti, ma gli argomenti citati sono di interesse dei bambini e meritano di essere indagati; seguono solo alcune sommarie indicazioni:

…….incoraggiare i bambini a osservare da vicino oggetti e materiali del loro ambiente ….osservare i cambiamenti, quelli lenti (come quelli delle stagioni, del clima, o l’erosione) e quelli veloci (come l’acqua in una corrente).

Le rocce, la vegetazione, come cambiano da luogo a luogo, in colore e aspetto….piantare semi in terreni (suoli) diversi…

Nella terra (in certi terreni o certe rocce)  si possono trovare i fossili….

Come cambia la superficie della terra: per l’azione degli uomini, per l’erosione e i cambiamenti climatici, le eruzioni vulcaniche, i terremoti, …

Il corso del sole, quello della luna (e la sua forma), le stelle …..Il sole e la terra, le stagioni, …

Parlare di ciò che si è osservato, incoraggiare il disegno….