Didattica delle Scienze Naturali e Biologia

Didattica delle scienze

Perché insegnare le scienze?

• Per costruire una coscienza civile (un buon cittadino)
• Per fornire agli studenti gli strumenti per comprendere al meglio il mondo che li circonda
• Incoraggia la curiosità e lo spirito critico
• Per l'educazione e l'evoluzione della personalità

Il sapere è un bisogno innato. L'uomo ha desiderio di cultura, capire gli elementi che lo circondano e capire anche come funzionano. Questo desiderio di conoscere comprende non solo l'uomo, ma anche gli animali.

Nei primi mesi di vita il cucciolo dell'uomo non è molto diverso da quelli di molti altri mammiferi. Col passare del tempo le differenze si accentuano come lo sviluppo del linguaggio che è tipico della nostra specie ed è uno strumento fortissimo per descrivere la realtà. Ciò porta allo sviluppo delle ipotesi, dove vi è alla base l'osservazione, la descrizione e la comunicazione insieme all'evoluzione culturale.

Un'altra caratteristica dell'uomo è la capacità di riflettere sulle proprie esperienze. Il cambiamento e l'evoluzione fino all'uomo moderno, in un certo senso, è possibile vederlo anche nella crescita di un bambino in pochi anni: nei primi mesi le loro capacità sono simili a quelle di uno scimpanzé, ma già ad un anno la differenza è netta. Tuttavia, la completa maturazione della capacità di usare il pensiero astratto, superando il pensiero legato al concreto, richiede tempi più lunghi che si verificano intorno ai 12-14 anni.

Il significato e l'importanza della scienza

La scienza è definita come puro interesse culturale, è desiderio di sapere, serve a soddisfare la curiosità innata nell'uomo. E il suo primo scopo è cercare di capire quali sono le leggi che regolano il mondo.

Per scienza si intende un sistema di conoscenze ottenute attraverso un'attività di ricerca prevalentemente organizzata con procedimenti metodici e rigorosi, con l'obiettivo di giungere ad una descrizione oggettiva della realtà e delle leggi che regolano i fenomeni. Non è un insieme di osservazioni certe, o stabilite una volta per tutte, ma è in continuo divenire.

Divisione delle scienze

• Scienze sociali (origine e lo sviluppo delle società)
• Scienze naturali

Scienze naturali

Scienza dal latino “scientia” che significa conoscenza; e Natura dal latino “natus”, participio passato di nasci: nascere. Quindi le scienze naturali studiano gli oggetti e le leggi della natura. Conoscenze ordinate dei fenomeni naturali, oggetto di esperienza sensibile (toccare con mano ad esempio) e dimostrazione logica (serie di passaggi per arrivare alla risposta della domanda iniziale).

Componenti delle scienze naturali:

• Fisica
• Biologia
• Astronomia
• Geologia
• Chimica

Le scienze naturali comprendono lo studio degli aspetti fisici, chimici e biologici della terra, compreso l'uomo. La didattica delle scienze naturali dà il proprio contributo ad imparare, apprezzare e conoscere questa parte della nostra cultura. Deve dare una consapevolezza agli allievi dei rischi e delle opportunità legate allo sviluppo delle coscienze tecniche e scientifiche, nonché sviluppare il senso di responsabilità verso se stessi e la società. Far capire anche che il progresso umano dipende dalle scoperte scientifiche (medicina, ecc).

Obiettivi del corso

• Acquisire i concetti base delle scienze naturali
• Consapevolezza della complessità della natura
• Conoscenze e competenze didattiche relative alle diverse discipline scientifiche interconnesse

L'insegnamento delle scienze nasce negli anni 50, soprattutto dopo le innovazioni spaziali degli USA e URSS. Inizia il dibattito su qual è il migliore insegnamento delle scienze, come potenziare le personalità del bambino. Lo studio scientifico nella scuola dà la possibilità di acquisire strumenti e metodi specifici che mettono in grado il bambino di operare scelte. È importante il fatto che egli faccia parte dei fenomeni che osserva e ai quali deve dare un significato.

Dal punto di vista storico, l'insegnamento scientifico si è evoluto: inizialmente si davano delle certezze oggettive, ma col tempo si è perso il carattere di assolutezza, adesso il soggetto interagisce, si interroga e fa esperimenti (il cosiddetto metodo scientifico).

Quindi il bambino deve essere posto nella condizione di comprendere e conoscere il mondo. Gli scopi sono:

• Valorizzare la soggettività dell'esperienza
• Necessità di conoscere i vari processi
• Spiegazioni e guide da parte dell'insegnante e condivisione con gli altri

Le modalità con cui l’insegnante deve affrontare i vari argomenti dipendono dall'età dei bambini. Animismo: i bambini piccoli credono che gli oggetti che si muovono siano animati (ciò declina dopo i 7 anni). Egocentrismo: interpretare gli eventi solo dal proprio punto di vista (una bambina sa di avere un fratello maggiore, ma non comprende che suo fratello ha una sorella minore). Funzionamento della memoria: far capire al bambino quale sia il funzionamento della memoria così da poter migliorare l'immagazzinamento delle informazioni. Capacità di classificare: difficoltà nel disporre gli elementi in maniera gerarchica. Influenze ambientali: l'ambiente in cui cresce il bambino influenza la sua percezione della realtà. Dal concreto all'astratto: la capacità di seguire ragionamenti fondati su basi astratte matura nell'adolescenza avanzata. (Pensiero operatorio concreto: il bambino procede in prevalenza tramite nessi concreti; pensiero operatorio formale: saper riflettere su una situazione).

Bisogna attuare con i bambini un'osservazione diretta (es. Lente di ingrandimento, no ad esempio il microscopio perché l'immagine che si vede è lontana da quella che si vede nella realtà). Dopo le prime sensazioni del bambino, segue l'apprendimento, che riguarda l'analisi, la selezione e l'elaborazione delle informazioni raccolte attraverso cui si formano gli schemi ambientali. Gli schemi ambientali hanno quattro componenti:

• Componente cognitiva: dove si trova, cosa contiene
• Componente comportamentale: cosa è possibile fare all'interno
• Componente affettiva: emozioni che quell'ambiente suscita
• Componente valutativa: valutare, rispetto alle proprie aspettative, ciò che si può fare in quell'ambiente

Perché col tempo si impara ad odiare la scienza

La causa è il metodo con cui viene insegnata attraverso termini difficili da imparare a memoria creando così una disciplina priva di significato che porta a spegnere completamente l'entusiasmo e la curiosità.

Biofilia

Il biologo Wilson fu il primo a definire BIOFILIA come “innata tendenza a concentrare l’attenzione sulle forme di vita e su tutto ciò che le ricorda e in alcuni casi ad affiliarsi emotivamente”. In altre parole è l’amore per la vita.

L’ambiente naturale cattura spontaneamente la nostra attenzione. Favorisce in maniera involontaria il recupero di qualsiasi tipo di stress evocando sentimenti di piacere e uno stato di rilassamento. Le emozioni evocate dall’ambiente naturale sono immediate, innate e universali. Ma la Biofilia è un qualcosa che va stimolato, non avviene in maniera automatica. Alla base vi è un’empatia asimmetrica, cioè mettersi nei panni dell’altro e prendersi cura non degli uomini, ma degli altri esseri viventi.

Gli ambienti naturali sono diversi dagli ambienti quotidiani: sono ricchi di ecosistemi da osservare, percorsi da esplorare, sono caratterizzati da elementi (acqua, alberi, animali) che attirano l’attenzione involontaria e offrono una vasta gamma di attività come gite, passeggiate, ecc.

È possibile avere:

• Un’attenzione diretta, che è la capacità di saper orientare l’attenzione verso l’oggetto (es. compito difficile che necessita di concentrazione). Richiede sempre grande dispendio energetico.
• Un’attenzione involontaria, che è uno stato di vigile consapevolezza, indipendente dagli stimoli esterni. È resistente alla fatica, non richiede sforzo (es. la natura esercita fascino e l’attenzione involontaria si attiva senza sforzo).
• Un’attenzione aperta, che è una forma di attenzione inconsapevole (abitudine).

Una buona educazione ambientale andrebbe strutturata seguendo 3 stadi del legame bambino-natura:

• 4 – 7 anni: casa e giardini vicini. Incoraggiare sentimenti di affetto e cura nei confronti di cuccioli e animali in generale.
• 8 – 11 anni: quartiere. Andare oltre i confini di casa/scuola: saltare ruscelli, cercare tesori, scoprire ambienti sconosciuti.
• 12 – 15 anni: centro città, parchi, ecc. Iniziano le azioni di tutela dell’ambiente e si va alla scoperta del sé e del sentirsi parte della società.

L'educazione ambientale è l’educare gli esseri umani a gestire i propri comportamenti in rapporto agli ecosistemi con lo scopo di vivere in modo sostenibile, senza cioè alterare gli equilibri naturali. Quindi l'educazione ambientale ha come fine quello di trasformare la visione antropocentrica del rapporto uomo-natura in una visione biocentrica che considera l'uomo una componente della biosfera. Tutto ciò che il bambino impara dai 3 agli 11 anni rimane ben impresso nella memoria, orientando la sua vita adulta.

I bambini piccoli si interessano pressoché a tutto ciò che li circonda, ma, sin dai primi mesi, stabiliscono un rapporto speciale, ed emotivamente coinvolgente, nei confronti degli esseri viventi (cuccioli di animali, ecc).

• Periodo sensomotorio (0-2 anni): il bambino costruisce categorie di oggetti e cerca di comprendere lo spazio, la distanza e la profondità.
• Periodo pre-operatorio (2-7 anni): simboli e immagini per rappresentare oggetti, ma una caratteristica per volta. È una fase ancora egocentrica, ma iniziano i primi ragionamenti di causa-effetto.
• Periodo delle operazioni concrete (7-12 anni): strutture logiche per operazioni mentali, vede cambiamenti dovuti al tempo: oggetti che esistono indipendentemente dal bambino, conoscenza di percorsi, punti per localizzare oggetti e luoghi.
• Periodo delle operazioni formali (dai 12 anni): operazioni mentali estratte dalla realtà: conoscenza per mappe cognitive, uso della misurazione e geometria, uso di simboli per rappresentare uno spazio.

Affordance ambientali

Significato funzionale dei luoghi. In altre parole, gli stimoli e le opportunità di azione che l’ambiente offre a un individuo (es. oggetto con manico può essere afferrato, ecc). Il bambino ha 3 modalità di esposizione all'ambiente:

1. Diretto: contatto con elementi naturali (piante, animali) nel loro habitat specifico (nidi sugli alberi, anatre al lago, pesci in mare, ecc) in contesti poco manipolati dall’uomo (bosco, spiaggia, ecc).
2. Indiretto: contatto con elementi naturali in situazioni «artificiali» come zoo, acquari, giardini botanici, orti, fattorie, ecc.
3. Contatto simbolico: avviene attraverso immagini, rappresentazioni, filmati, ecc.

La vegetazione rappresenta un habitat fondamentale che ha una funzione:

• Protettiva: riduce l'azione battente della pioggia limitando l'erosione superficiale.
• Paesaggistica: elemento visivo percettivo.
• Ricreativa: offre spazi per il gioco, per lo sport, per il riposo, ecc.
• Educativa: osservazione e rispetto per le specie animali e vegetali.
• Architettonica: vegetazione utilizzata per arredo.
• Estetica: sensazione di piacere.

Avere una vista naturale può aiutare ad allontanarsi momentaneamente dall'attività che si sta svolgendo in aula o in un determinato posto. Ciò che l’insegnante deve fare è:

• Stimolare l’attenzione e la curiosità
• Coinvolgere gli studenti
• Sperimentare
• Realizzare delle verbalizzazioni scritte individuali e discussioni di gruppo

Metodi di insegnamento

Le prime esperienze scientifiche devono essere delle attività concrete che permettono ai bambini di sviluppare la capacità di relazionarsi ad esse, parlarne, spiegarle e rappresentarle. Bisogna passare da una dimensione informativa (trasmissione di nozioni) a una dimensione formativa attraverso un percorso di esperienze organizzate. Ci deve essere un contatto diretto con gli oggetti di osservazione e di studio e la scuola ha il compito di creare le basi affinché si instauri un corretto rapporto tra i bambini e l’ambiente, sollecitandoli a scoprire e a coltivare quell’amore e interesse per la natura che è presente in ognuno di noi sin da piccoli.

Tra i metodi passivi - recettivi, dove l'insegnante è il trasmettitore e l'alunno è l'ascoltatore vi è:

• Metodo espositivo. Vi è la cosiddetta “lezione frontale" in cui il docente realizza una trasmissione unidirezionale dell’informazione e non esiste praticamente interazione con gli allievi.
• Metodo espositivo interrogativo. Qui vi è l’intervento degli allievi alla fine della lezione con domande e successive risposte da parte del docente.
• Metodo espositivo partecipato (dialogico). Durante l’esposizione si lascia che gli allievi intervengano con domande e pareri personali.

Invece tra i metodi attivi - costruttivi, dove gli alunni sono sollecitati in vario modo a costruire la propria conoscenza lavorando sia come singoli o come gruppo sotto la guida del docente, vi è:

• Metodo laboratoriale. È un qualsiasi spazio adattato ed equipaggiato per lo svolgimento di una qualsiasi attività formativa.
• Metodo operativo sperimentale. Qui il laboratorio assume il significato proprio di spazio attrezzato per eseguire esperienze e può essere sia uno spazio chiuso, ma anche aperto.

Ci sono 3 tipi di metodi: induttivo, deduttivo e ipotetico - deduttivo

1. Induttivo (particolare -> generale). Si parte dall’osservazione dei fatti, per poi arrivare ad una definizione generale e universale.
2. Deduttivo (generale -> particolare). Si parte da una considerazione generale per poi dedurre, attraverso la logica, una serie di fatti consequenziali.
3. Ipotetico - deduttivo. Si cerca di spiegare le osservazioni verificando delle ipotesi. Tali indagini devono essere condotte seguendo il cosiddetto metodo scientifico.

Metodo attivo – costruttivista – induttivo poiché si è stimolati a costruire la propria conoscenza e si è chiamati a risolvere problemi secondo i metodi propri dell'indagine scientifica. L'insegnamento frontale dei fenomeni scientifici non è efficace.

Metodo scientifico

Il metodo scientifico è la modalità tipica con cui la scienza procede per raggiungere una conoscenza della realtà oggettiva, verificabile e condivisibile. Esso consiste in:

1. Osservazione
2. Formulazione di una domanda
3. Ipotesi
4. Esperimento
5. Raccolta dei dati
6. Conclusione e formulazione di una legge
7. Divulgazione

Anche se la paternità ufficiale del metodo scientifico è attribuita storicamente a Galileo Galilei, alcuni studi sperimentali e filosofici hanno notato alcune radici storiche…

• Negli antichi papiri egizi, si possono individuare le forme di un primitivo "metodo scientifico". In particolare, nelle descrizioni di interventi di chirurgia in cui venivano indicati i vari passaggi fino al decorso post-operativo.
• I Greci usavano la ragione e l'argomentazione che portarono alla nascita della filosofia, progenitrice della scienza. Loro cercavano un sapere innegabile, immutabile e definitivo.

Si ha una rivoluzione scientifica nel 600 quando Galileo Galilei e Newton formularono per primi le caratteristiche che doveva avere una ricerca per poter essere definita scientifica, mettendo in evidenza che occorre basarsi su osservazioni e fatti e non su idee preconcette.

Nella scienza, come in altri ambiti, bisogna andare alla ricerca della verità attraverso l’eliminazione degli errori. Quando si formulano delle ipotesi, si va alla ricerca dei punti deboli cercando di eliminare i possibili errori che ci mostrano la falsità della nostra ipotesi. Gli errori possono essere:

• Sistematici che sono spesso dovuti a strumenti di misura di scarsa qualità o usati in modo scorretto.
• Accidentali che sono dovuti a piccole variazioni delle condizioni in cui si esegue la misura e tale errore si può ridurre eseguendo un numero elevato di misure e calcolando la media aritmetica.

L’ipotesi è una supposizione circa il rapporto tra le variabili indipendenti e dipendenti:

• La variabile indipendente è il fattore che lo sperimentatore varia intenzionalmente.
• La variabile dipendente è invece il fattore che cambia come conseguenza dei cambiamenti fatti alla variabile indipendente.

Oltre a questi, come dati vi sono anche le costanti che sono i fattori che lo sperimentatore mantiene invariati. In un esperimento scientifico vi è un gruppo di controllo che assicura che i dati raccolti sono effettivamente dovuti al cambiamento della variabile che si sta testando.

Metodo IBSE

Il metodo IBSE è un approccio pedagogico che porta il metodo scientifico nella didattica. (Inquiry Based Science Education - Educazione scientifica basata sull`investigazione). Questo metodo mette lo studente nella condizione di costruire la propria conoscenza e si basa...