L’INSEGNAMENTO DELLA CHIMICA NELLA SCUOLA DELL’OBBLIGO: MOTIVAZIONI, CONTENUTI, METODI

Due sperimentazioni svolte nell’ambito del Seminario Didattico dell’Università di Pavia

 

Carla Castellani Bisi

 

Non si dice cosa nuova affermando che l’attuale organizzazione della scuola italiana privilegia fortemente le discipline umanistiche rispetto a quelle scientifiche e che un rinnovamento dei contenuti educativi deve passare attraverso una più equilibrata ripartizione tra le diverse aree della conoscenza.  Ma quando si cerca di affrontare concretamente il problema di quali siano le discipline scientifiche da inserire nel curriculum della scuola dell’obbligo si incontrano delle difficoltà.  La specializzazione raggiunta dalle diverse branche della scienza è infatti tale che ciascuna di esse, possedendo un alto livello di compattezza, costituisce una disciplina a se, con una sua determinata ottica, un suo particolare linguaggio, una sua specifica metodologia, delle quali non si può non tener conto nel momento didattico; né d’altra parte si può operare una scelta tra discipline, proponendo l’approfondimento di alcune e trascurandone altre, perché, sia pure sotto aspetti diversi, hanno tutte pari valore educativo.

C’è dunque il rischio, per voler allargare la panoramica della cultura scolastica di base, di togliere unità ed omogeneità, facendo di ogni disciplina un compartimento chiuso, mancante di sufficiente intercomunicazione con gli altri.  Ciò sarebbe gravemente dannoso a livello della Scuola dell’Obbligo, dove è indispensabile presentare agli allievi una visione unitaria e ben organizzata della realtà, perché essi non possono ancora essere in grado, in questo stadio del loro sviluppo cognitivo, di operare processi individuali di sintesi delle conoscenze.

 

Non si dovrà pertanto parlare di "curriculum di chimica", né di fisica o di biologia etc, ma di un "curriculum di scienze" tout court, nel quale i diversi contenuti siano inse riti in un tessuto molto compatto e possano essere sviluppati didatticamente con una metodologia omogenea.  L’elaborazione di un curriculum di questo tipo richiede un paziente lavoro di collaborazione tra docenti di tutte le discipline scientifiche, ciascuno dei quali porti il contributo della sua competenza in un determinato settore.  Sarà pertanto indispensabile che il lavoro che si sta svolgendo in certi settori, ad es. la Divisione di Didattica della Società Chimica Italiana per quanto si riferisce alla chimica, venga messo a confronto con le analoghe proposte che sono in fase di elaborazione da parte di altre Società Scientifiche.

 

Curriculum di Scienze Chimiche nella Scuola dell’Obbligo

Venendo ora al problema specifico dell’inserimento di un curriculum di chimica nel ciclo dell’obbligo, mi sembra che in via preliminare si debba rispondere ai seguenti interrogativi:

a) Quali sono le ragioni per le quali le scienze chimiche sono a tutt’oggi completamente trascurate?

b) Esistono motivazioni valide per il loro inserimento nei programmi?

Alla prima domanda credo si possa rispondere senza tema di errore che l’unica vera ragione risiede nell’atteggiamento negativo degli insegnanti di fronte alla chimica.  Ciò non deve stupire se si riflette che la formazione scientifica dei maestri elementari è genericamente scarsa e che anche gli insegnanti di scienze delle scuole medie inferiori provengono da corsi di laurea nei quali l’insegnamento della chimica o non fa parte dei normali piani di studio (laurea in matematica), o costituisce corso propedeutico ad altre discipline considerate come qualificanti (laura in scienze biologiche o naturali), o è finalizzato a competenze professionali diverse dall’insegnamento (laura in chimica o farmacia).

 

Gli insegnanti perciò non riconoscono il valore formativo della chimica e la considerano una disciplina troppo teorica per pensare di in trodurne nei programmi, con rigore scientifico, almeno i concetti fondamentali.  La situazione del resto, non mi sembra molto diversa nel caso della fisica.  Questo atteggiamento degli insegnanti non è però suffragato da serie sperimentazioni didattiche, né poggia su validi presupposti psicologici; è più che altro il frutto di luoghi comuni e riflette l’inerzia di molti docenti di fronte al rinnovamento, sempre difficile, dei contenuti e dei metodi educativi.  All’estero, da quando l’attenzione degli psicologi e degli educatori in genere, si è particolarmente rivolta all’insegnamento delle scienze come strumento formativo dei processi del pensiero, l’insegnamento della chimica è stato grandemente rivalutato anche nelle scuole d’obbligo, come testimoniano gli autorevoli articoli che compaiono sulle riviste più qualificate in questo settore, come il Journal of Chemical Education, l’Education in Chemistry, ecc.  Se anche in Italia si vogliono raggiungere analoghi risultati ci si deve muovere lungo due direttive: a) convincere gli insegnanti che esistino motivazioni valide per l’inserimento della chimica nei programmi; b) elaborare proposte di insegnamento precise e ben strutturate che servano loro da guida sia per quanto concerne la scelta dei contenuti che la prassi metodologica.

 

Motivazioni e metodologia

Per quanto riguarda le motivazioni vorrei richiamare brevemente la recente lucida analisi di E. W. Jenkins [1].  Secondo l’Autore, la maggior parte delle ragioni che anche all'estero vengono invocate a favore dell'insegnamento della chimica nelle Scuole dell’Obbligo sono di ordine psicologico: riguardano cioè "l’addestramento mentale".  Si sostiene – e con ragione del resto – che lo studio della chimica stimola la curiosità, potenzia la capacità di osservare e dedurre, induce all’obbiettività e all’onestà mentale, favorisce l’acquisizione di un atteggiamento critico e razionale; inoltre, e questo aspetto è forse più marcato per la chimica che per altre discipline scientifiche, essa offre al docente una larga scelta di manipolazioni concrete strettamente correlate a principi teorici e sembra pertanto particolarmente idonea a fa vorire negli allievi il passaggio dal pensiero concreto a quello formale.

 

Non si può negare tuttavia che que sti stessi scopi possono essere raggiunti attraverso lo studio di altre discipline, molte delle quali derivano non dalle scienze naturali ma dalle scienze umane e già vengono in segnate nelle nostre scuole.  Non sono perciò solamente queste, a mio avviso, le motivazioni che rendono necessario l’inserimento della chimica nei programmi delle Scuole dell’Obbligo; ne esistono altre, altrettanto valide, anche se apparentemente più utilitaristiche e più banali.  Innanzitutto ci sono ragioni che chiamerei "storiche": è innegabile infatti che la cultura chimica ha a vuto un ruolo preminte nel trasformare le condizioni della vita umana e che anche gli anni a venire, sui quali incombono gravi problemi ecologici ed energetici, saranno largamente condizionati dallo sviluppo del la ricerca e dell’industria chimica.  La società dei prossimi decenni avrà bisogno di molti eccellenti chimici e il loro reclutamento non potrà avvenire che attraverso la diffusione, a tutti i livelli scolari, e iniziata da subito, della cultura chimica.  Mi sembra inoltre che nessuna delle altre scienze della natura possa essere insegnata ne appresa, in modo che non sia meramente nozionostico e qualitativo, prescindendo dai concetti chimici basilari.  Bisogna tener presente da ultimo (ma non è certo la meno valida delle motivazioni) che i ragazzi vengono continuamente a contatto diretto con la chimica nella loro vita quotidiana, anche se spesso in modo inconsapevole; inoltre molti problemi tipicamente chimici della nostra società giungono a loro attraverso i canali di informazione extra scolastici (giornali, televisione, dibattiti etc,); ignorare la chimica nelle scuole significherebbe ancora una volta approfondire quella dicotomia tra cultura scolastica e cultura extra scolastica che costituisce uno dei mali peggiori della nostra scuola.

 

Avere ben presenti motivazioni di questo tipo, durante l’elaborazione di un curriculum disciplinare, non significa che si debbano ignorare, come purtroppo spesso accade, quelle di ordine psicopedagogico, ne che si debba porre l’accento unicamente sull’informazione a scapito della metodologia: significa solo che la scelta dei contenuti va operata in modo da offrire agli allievi, oltre a strumenti validi per il loro sviluppo cognitivo, un panorama organico e il più possibile completo della realtà che essi vivono.  Ciò implica una certa duttilità nell'adozione dei metodi didattici: la sperimentazione diretta da parte degli allievi, alla quale va indubbiamente riservata una congrua parte di tempo e di impegno, deve essere integrata da lezioni teoriche e da ricerche sui testi; diversamente molti concetti di fondamentale importanza, che costituiscono pietre miliari del progresso scientifico (ad es. la costituzione particellare della materia) finirebbero per essere completamente ignorati solo per che non sono direttamente dimostrabili con esperienze alla portata dei ragazzi.

 

Contenuti

Come già ho accennato in precedenza è a mio avviso estremamente importante che gli insegnanti abbiano a disposizione proposte didattiche ben strutturate e ricche di dettagli operativi; mi sembra anche necessario che i programmi presentino, su tutto il territorio nazionale, una sostanziale omogeneità di contenuti e di metodi; pur senza voler ledere la libertà d’insegnamento, mi pare che durante il ciclo dell'obbligo non si debbano consentire ai docenti scelte arbitrarie e spesso immotivate, perche tutti gli allievi hanno il diritto di fruire della stessa istruzione di base.

Ciò porta alla convinzione che solo dal paziente confronto tra le proposte presentate dai diversi gruppi potranno emergere valide indicazioni programmatiche; pertanto nel presente articolo, presenterò il la voro svolto nel campo dell’educazio ne scientifica a livello dell’obbligo, da parte dei ricercatori del Seminario Didattico dell’Università di Pavia.  L’attuale organizzazione della Scuola Italiana ha reso impossibile, almeno in questa fase preliminare, l’elaborazione e la sperimentazione di un curriculum scientifico unitario per tutto il ciclo dell’obbligo; pertanto sono state elaborate due distinte proposte, una per la Scuola Elementare, l’altra per la Scuola Media Inferiore.

 

Scuola Elementare

La proposta didattica per la scuola elementare che viene qui illustra ta per sommi capi [2], è stata elaborata da docenti universitari delle diverse discipline scientifiche [3], in collaborazione con insegnanti elementari, direttori didattici e in collegamento con psicologi e pedagogisti.  Per la massima parte è già stata sottoposta a ripetute sperimentazioni e i risultati sono stati giudicati dai maestri assai incoraggianti.  Le attività elaborate per le varie classi sono state utilizzate in corsi di aggiornamento promossi dalla Provincia di Pavia e altri Enti.  Il programma, il cui schema generale è allegato, non ha certo una pretesa di completezza: si è cercato di scegliere temi di fondamentale importanza per la comprensione dei principali fenomeni naturali,ma con l’intento di privilegiare soprattutto gli aspetti formativi dell’osservazione scientifica.

 

Non è possibile individuare in esso una specifica area per la chimica, che si integra e si sovrappone con la fisica e la biologia.  Essa acquista comunque maggior rilievo negli ultimi due anni, nei quali vengono sviluppate attività che hanno come filo conduttore il problema delle relazioni tra l’energia e il mondo vivente.  In questa luce devono essere viste le attività che riguardano la combustione, lo studio dell’ossigeno e del biossido di carbonio, la sintesi, il trasporto e la demolizione degli alimenti.  Come già ho accennato nella parte introduttiva, la metodologia suggerita è varia; è fondamentalmente imperniata sulla sperimentazione diretta da parte degli alunni, ma prevede anche interventi "ex cathedra" degli insegnanti, quando siano necessari per coordinare i concetti, arricchire le informazioni e ravvivare l'interesse.

 

Scuola Media Inferiore

Nella Scuola Media la situazione è, per certi aspetti, più complessa che nella Scuola Elementare.  I ragazzi hanno spesso un atteggiamento di insofferenza o di rassegnazione di fronte allo studio, anziché di genuino interesse e la domanda che pongono più di frequente è questa: "A cosa mi serve?".  Le motivazioni di un curriculum disciplinare dovranno perciò apparire chiare e valide anche agli occhi degli allievi; i contenuti dovranno esse ancorati molto saldamente alla realtà tramite riferimenti continui alla vita quotidiana così che "l’utilità" dei concetti appresi a scuola risulti evidente.  Inoltre, nella Scuola media inferiore, si è ormai verificata una certa cristallizzazione dei contenuti, imperniati sulla zoologia, la botanica, l’anatomia e la fisiologia umane a scapito della fisica e della chimica; l’insegnamento è di tipo prevalentemente libresco, forse anche a causa della grave carenza di attrezzature e materiale scientifico.  In questa situazione sono proponibili due diversi tipi di intervento: uno "a corto raggio", che offra a docenti ed allievi l’opportunità di integrare immediatamente l’usuale curriculum, sia dal punto di vista contenutistico che metodologico, attraverso una serie di esperienze significative, articolate attorno un unico centro di interesse l’altro, realizzabile in tempi lunghi, che preveda la ristrutturazione completa dell’insegnamento attuale, mediante una più equilibrata ripartizione dei contenuti tra le diverse discipline, il rinnovamento della metodologia e l’aggiornamento degli insegnanti.

 

Nell’ambito del Seminario Didattico dell’Università di Pavia si è ritenuto opportuno dedicarsi, in via preliminare, alla elaborazione e alla sperimentazione di una proposta didattica del primo tipo nella convinzione che si possa giungere ad una valida ristrutturazione del curriculum scientifico solo attraverso una serie di modifiche graduali collaudate sperimentalmente.  In una prima fase di lavoro, docenti universitari di fisica, chimica, matematica, scienze geologiche, biologiche e naturali [4], in collaborazione con numerosi insegnanti di osservazioni scientifiche, hanno cercato di identificare i "contenuti irrinunciabili" delle diverse discipline; in un secondo momento si è provveduto a coordinare le varie proposte in un unico contesto che presentasse un particolare significato per la comunità alla quale gli alunni appartengono.  Per la grande importanza storica, culturale, economica ed ecologica che il Ticino riveste per la città di Pavia, si è ritenuto utile scegliere, come argomento unificante, "il fiume".  In questa scelta si è anche tenuto presente il fatto che la maggior parte delle località italiane si trovano in prossimità di corsi d’acqua o del mare e che le esperienze proposte sarebbero state agevolmente adattabili a scolaresche di altre zone.

 

La sperimentazione del progetto si è svolta nell'arco di due anni, a partire dalla II media.  Lo studio di un’ansa di Ticino è stato affrontato, in II media, dal punto di vista geomorfologico, fisico e naturalistico-biologico; in III media sono stati sviluppati gli aspetti chimici.  Ne è risultato un piccolo corso monografico interdisciplinare da svolgere "a latere" del normale programma di scienze, nel quale il vero elemento unificante è costituito più che dal tema prescelto, dalla metodologia.  I vari argomenti sono infatti presentati da un punto di vista strettamente sperimentale; le esperienze sono di facile attuazione; alcune sono adatte ad essere eseguite direttamente dai ragazzi, altre devono essere condotte dall’insegnante, mentre è riservato agli allievi il compito di rilevare i dati, tabularli, riportarli in grafico; attraverso una discussione tra insegnanti ed allievi, si perviene alla enunciazione delle leggi o alla descrizione accurata dei fenomeni.  Quasi tutte le esperienze consentono uno sconfinamento più o meno ampio dal tema strettamente imposto dall’esperimento verso argomenti nei quali è significativo il fenomeno studiato.  Il criterio che ha informato la scelta delle esperienze chimiche è stato quello di inserire su di un unico tema di largo respiro – l’acqua – la maggior parte dei contenuti chimici che sono stati ritenuti "irrinunciabili" dal gruppo di lavoro. 

 

Lo schema del programma svolto che viene allegato, è riportato in dettaglio; esso non ha presentato per gli allievi difficoltà concettuali ed è riuscito a sostenere il loro interesse per molte lezioni.  In questo senso potrebbe costituire una prima base operativa per l’elaborazione di un curriculum di chimica per la scuola media inferiore realizzabile in tempi lunghi.  Naturalmente i diversi capitoli dovrebbero essere integrati e distribuiti lungo i tre anni della scuola media, in correlazione allo sviluppo delle capacità cognitive dei ragazzi e allo svolgimento degli altri argomenti di scienze.  In I media si potrebbero presentare le proprietà e i mezzi di separazione dei sistemi eterogenei ed omogenei, i passaggi di stato e alcu ne reazioni significative (per esempio le combustioni).  Come risultato i ragazzi dovrebbero acquisire il concetto di trasformazione chimica e intuire il ruolo fondamentale giocato dall’energia.  In II il discorso si può approfondire e si può giungere alla illustrazione della natura particellare della materia, cioè presentare le molecole e gli atomi.  A questo punto potrebbero essere introdotti gli elementi sia come costituenti di tutto l’universo, sia, attraverso i loro simboli, come segni fondamentali del codice chimico.  In III media il programma potrebbe riferirsi più specificatamente all’interazione dell’uomo con l’ambiente e lo studio della chimica do vrebbe riguardare gli aspetti merceologici, ecologici, e sanitari.

 

Schema della proposta didattica sperimentata in alcune scuole elementari di Pavia

I Elementare

– Descrizione e classificazione degli oggetti in base alle loro proprietà.

– Proprietà non rilevabili direttamente con i sensi: l’interazione.

– Relazione tra le proprietà di una sostanza e il suo uso.

– Individuazione di una sostanza attraverso la ricerca di sue proprietà caratteristiche.

II Elementare

Le sostanze possono presentarsi in diversi stati di aggre gazione

Proprietà dei solidi e dei liquidi

Individuazione dello stato gassoso e primo contatto con gas diversi dall'aria.

Confronto degli oggetti in base alle loro dimensioni (pre misura).

III Elementare

Come misurare: arbitrarietà della scelta dell’unità di misura e sua influenza sul risultato numerico della misura.

Misure di volume, lunghezza, superficie.

Misure di massa e misure di tempo.

Scaldando gli oggetti (dilatazione e cambiamenti di stato).

Il termometro e le misure di temperatura.

Influenza delle variazioni di temperatura sul mondo vivente.

IV Elementare

Un presupposto per la vita: la disponibilità di energia.

La combustione, un modo per produrre energia.

I due gas delle comuni combustioni: l’ossigeno e il biossido di carbonio.

La respirazione: la ''combustione" negli esseri viventi.

V Elementare

I combustibili degli organismi viventi: gli alimenti (digestione, problemi alimentari).

Amido e zucchero, un tipo di alimenti.

L’acqua: il veicolo per il trasporto delle sostanze negli organismi viventi.

La produzione degli alimenti

la fabbrica: le piante verdi;

le materie prime: acqua, biossido di carbonio, sali minerali;

la fonte di energia: il sole il processo produttivo: la fotosintesi.

 

Schema degli argomentti chimici sviluppati nella proposta didattica ''studio di un tratto di fiume''

Sperimentata dalla Prof. Mara Miradoli Zatti nella Scuola Media "Leonardo da Vinci" di Pavia [5] e dalle Proff. Umberta Failla e Luciana Fiorina nella Scuola Media "Airoli" di Milano.

·   Esame di campioni di acqua fluviale e discussione preliminare.

·   Definizione di "sistema" e "fase"

·   Sistemi eterogenei.  Esperienze: a) decantazione; uso dei coni Himoff e richiami alla geometria dei solidi; b) filtrazione; richiami alla filtrazione na turale delle acque e alla filtrazione negli impianti di depurazione.

·   Relazione tra le dimensioni delle particelle della varie fasi e le dimensioni delle maglie del filtro: primo approccio intuitivo al concetto della costituzione particellare della materia.

·   Definizione di molecola.

·   Sistemi omogenei: soluzioni.  Esperienze: a) prove di solubilizzazione in acqua di varie sostanze, b) evaporazione a secchezza c) distillazione.

·   Relazione tra il passaggio di stato liquido-vapore o viceversa ed energia termica.  (Richiami alla traspirazione, agli effetti climatici dei mari e dei laghi, al problema della distillazione delle acque salmastre.

·   Altri passaggi di stato.  Esperienze : a) sublimazione dello iodio; digressione sulla liofilizzazione; b) congelamento dell’acqua e costruzione del relativo diagramma.

·   Digressione sulle misure di temperatura.  Esperienza: costruzione di un termometro.

·   Concetti di temperatura ed energia termica.

·   Discussione generale sui passaggi di stato e illustrazione dei modelli interpretativi. Concetto di forze intermolecolari.

·   Riflessioni sulla densità dell'acqua liquida e del ghiaccio e sulle conseguenze biologiche della loro differenza di densità.

·   Abbassamento del punto di congelamento nelle soluzioni; discussione delle conseguenze biologiche del fenomeno.  Esperienza: congelamento di campioni di soluzioni saline a diversa concentrazione e costruzione dei relativi diagrammi.

·   Osmosi.  Esperienze eseguite con membrane osmotiche artificiali e con una carota munita di fasci radicolari.

·   Discussione sull’importanza biologica dei fenomeni osmotici con particolare riferimento agli animali di acqua dolce e di acqua marina.

·   Costituzione chimica dell’acqua.  Esperienza: elettrolisi.

·   Primo contatto con il codice chimico: cosa è un simbolo; cosa è una formula.

·   Gli elementi chimici naturali.

·   I composti chimici.

·   Preparazione e combustione dell’idrogeno.

·   Preparazione ed esame dell’ossigeno.

·   Esame qualitativo delle proprietà dei gas.

·   Riflessioni sulle combustioni con particolare riguardo alla formazione di acqua.

·   Come si scrive una reazione chimica.

·   Considerazioni sull’aspetto energetico delle reazioni chimiche con particolare riferimento alle combustioni.

·   Un tipo particolare di reazioni chimiche: le ionizzazioni.  Esperienza: conducibilità dell’acqua e dì soluzioni saline.

·   La ionizzazione dell'acqua: neutralità, acidità, basicità.  Esperienze: a) Gli indicatori; b) esame di alcune soluzioni di uso comune: acqua pot£ bile, acqua minerale, coca-cola etc.

·   Carattere neutro, acido o basico dei liquidi dell'organismo; acidosi come manifestazione patologica; come prevenirla, come curarla.

·   Requisiti dell’acqua per consentire la vita.  Esperienze: a) esame qualitativo del contenuto di ossigeno in campioni di acqua fluviale; b) test biologici di inquinamento da sostanze chimiche.

·   Discussione e ricerca sull’inquinamento delle acque.  Digressione su detergenti, petroli, sali metallici, sostanze radioattive.

 

Bibliografia

1. Ed. Chem., 13, 84 (1976).

2. Essa è in corso di stampa in tutti i suoi dettagli operativi sulla rivista L’Educatore, Fabbri Editore, (anni scolastici 1978-79 e 1979-80).

3. L’equipe universitaria è composta dai Proff. G. Bonera, L. Borghi, C. Castellani Bisi, A. De Ambrosis, I. Massara.

4. L’equipe universitaria è composta dai Proff. C. Castellani Bisi, M. Ferrari, G. Marchetti, P. Mascheretti, P. Mosconi Bernardini, L. Pellegrini, P. Trivelli Ricci.

5. Il resoconto dettagliato della prima parte della sperimentazione (geomorfologica, fisica, scienze naturali) è pubblicato in L’insegnamento della matematica, 8, 94 (sett.-dic. 1977).

 

 

Pubblicato originariamente su La Chimica nella Scuola, 1979, I (6), 21-32.  Riprodotto con l’autorizzazione del Prof. Pierluigi Riani, direttore di CnS.