CHIMICA, BIOLOGIA, SCIENZE DELLA TERRA

 

 

 

Giuseppe Del Re

Maria Luisa Sasso

 

§1) NATURA E FINALITA’ DELLA DISCIPLINA

 

§1.1) Premessa

 

Nelle considerazioni e proposte che seguono, e che riguardano la chimica, la biologia e le scienze della terra, non della geografia fisica e dell’astronomia, da inserire nel gruppo fisico-matematico, si parlerà sistematicamente di «scienze della natura» o di «discipline naturalistiche», intendendo con questi termini le discipline scientifiche che mirano alla conoscenza della natura quale ci si presenta o direttamente o indirettamente ai sensi utilizzando se necessario le informazioni sulle leggi generali e sui costituenti ultimi della materia fornite dalla fisica. Principali fra tali discipline sono la chimica, la biologia molecolare, la biologia generale e la geologia. Queste discipline sono per loro natura connesse, anzi la chimica ne costituisce la base a livello submicroscopico. Pertanto pare da condividere l’idea di affidarne l’insegnamento ad un unico docente, purché abbia una completa preparazione universitaria e salvo quando è necessario scendere a un livello di formazione professionale.

 

 

§1.2) Formazione, scienza, cultura

 

Indichiamo anzitutto alcuni punti utili nella definizione operativa delle finalità d’insegnamento del complesso chimica-biologia-geologia:

-                    Non vi può essere formazione culturale completa dell’individuo se alla sua realizzazione non ha contribuito in maniera puntuale la conoscenza della realtà naturale e dei metodi generali utilizzati per conoscerla e decifrarne gli aspetti salienti.

-                    Sarà sempre più necessario acquisire consapevolezza del rapporto uomo-ambiente, che poi è un aspetto della collocazione dell’uomo nella biosfera.

-                    È necessario indirizzare gli allievi in modo che possano formarsi un’opinione scientificamente valida sul reale «valore vita», sulle scelte eticamente compatibili, sui limiti che la scienza pone a se stessa.

-                    Occorre mettere in netta evidenza il limite che separa scienza e tecnologia.

 

 

§1.3) Finalità e obbiettivi

 

Cos’è la scienza? La scienza ha come obbiettivo la conoscenza razionale della natura. Tale conoscenza procede dalla raccolta ordinata e analitica dei fatti che sono oggetto della nostra esperienza sensibile, la loro classificazione, la loro correlazione in termini di catene causali e la loro interpretazione in termini di regolarità, che vengono chiamate leggi della natura e vengono a loro volta correlate come casi particolari di leggi più generali chiamate «principi». La spiegazione di un evento o del comportamento di un particolare oggetto o essere consiste nel ricondurre tale evento o oggetto alle sue cause prossime e poi inquadrarlo nelle leggi generali.

In questo contesto occupano un posto importante i processi, cioè le catene di trasformazioni che portano da uno stato di cose a un altro (i processi fisici, chimici, biologici, geologici, eccetera); l’identificazione del gioco di cause ed effetti che rende possibile un processo si chiama spesso «meccanismo» del processo stesso.

L’apprendimento della scienza non si esaurisce perciò nell’acquisizione di informazioni, metodi e tecniche utili a vari fini pratici, ma nel raggiungere la consapevolezza di contenuti generali che riguardano il modo d’interpretare la natura, l’uomo e la società. Infatti ogni società ha in sé, e quindi dovrebbe trasmettere, una specifica immagine e una concezione del mondo che indica il modo in cui questo può essere concepito ed investigato e anche quale può essere il ruolo dell’uomo nella natura. Lo scienziato, in quanto uomo, racchiude in sé storia e valori che vanno oltre la scienza, ma ne condizionano lo sviluppo se non altro, all’inizio, nella scelta dei problemi da affrontare, e, alla fine, nell’uso dei risultati.

La scuola deve perciò presentare due aspetti dell’insegnamento delle scienze:

-                    nei primi stadi dell’istruzione, l’osservazione analitica e quantitativa, l’individuazione delle strutture relazionali e la scoperta delle regolarità nel divenire a livello di argomenti abbastanza delimitati;

-                    negli anni successivi, la ricerca delle interdipendenze e schemi comuni di comportamento che portano a riconoscere l’esistenza di sistemi complessi con vario grado di integrazione delle parti.

 

 

 

 

§2) COLLOCAZIONE DELLA DISCIPLINA NELLE AREE E NEGLI INDIRIZZI

 

Passiamo ora all’attuazione pratica nell’insegnamento delle linee generali sopra esposte.

Distingueremo obiettivi e contenuti delle discipline per fasce d’età, le prime tre corrispondenti al primo ciclo d’istruzione, la quarta a tutto il secondo. Alle diverse fasce d’età distinte corrispondono altrettante fasi dello sviluppo psicologico e sociale dell’allievo. In forma molto schematica, la seguente tabella indica le linee di apprendimento nelle varie fasi, beninteso con indicazione approssimativa delle età.

 

 

 

 

Età

osservazione

terminologia

relazioni

interpretazione

6-8

diretta

semplice

analogiche

problemi-1

9-11

indiretta

specifica-1

c.e. elementari

problemi-2

12-13

strumentale

specifica-2

c.e. nascoste

leggi

14-18

critica

generale

complesse

principi

 

Legenda

c.e. = causa-effetto;

specifica-1 = concetti classificatori e relativi criteri;

specifica-2 = descrizione del cambiamento e delle cause

problemi-1 = primi interrogativi sul perché delle differenze e somiglianze;

problemi-2 = interrogativi sul divenire in termini di cause ed effetti;

complessità = relazioni fra le parti e il tutto.

 

Non si è proceduto invece ad un’articolazione delle diverse discipline a seconda delle diverse aree ed allo stesso modo si è rinunciato ad un’articolazione di diversi livelli di insegnamento. Le discipline in questione andrebbero infatti articolate in stretta relazione con l’adozione di una struttura con la definizione delle materie portanti, dei livelli di svolgimento con i relativi argomenti ed anche di un quadro orario che rende realistica una proposta programmatica più precisa. Per il secondo ciclo si è quindi proceduto all’indicazione di un nucleo di contenuti con collegate indicazioni metodiche, base per ulteriori specificazioni.

 

 

 

 

§3) OBIETTIVI E CONTENUTI

 

 

§ 3.1.) Primo ciclo (fascia d’età: 6-13 anni)

 

Elaborando lo schema dato sopra, vanno individuati i seguenti obbiettivi d’apprendimento:

-               sviluppare la capacità di osservare cogliendo e descrivendo le somiglianze e le differenze degli oggetti naturali;

-               cogliere le relazioni semplici, prima di analogia, poi di causa-effetto;

-               collegare i fatti osservati, ponendosi domande e avanzando ipotesi esplicative o generalizzazioni;

-               riconoscere la morfologia e le relazioni delle parti di un tutto unitario, particolarmente nel caso un organismo vivente;

-               distinguere tra fatti scientifici accertati e inferenze teoriche.

 

Al termine del primo ciclo di studi lo studente dovrà conoscere nelle linee generali gli oggetti di studio, gli obbiettivi conoscitivi e la metodologia delle varie discipline naturalistiche. Dovrà altresì essersi impadronito a livello elementare ma rigoroso dei loro concetti e metodi. In più, dovrà esser divenuto consapevole delle relazioni fra i vari campi del sapere soprattutto per mezzo di ricerche e discussioni fondate sulle informazioni ricevute, con illustrazioni concrete delle problematiche interdisciplinari.

 

§ 3.1.1.) Fascia d’età 6-8 anni

 

I fatti e i concetti verranno qui insegnati a livello elementare macroscopico

 

Approccio didattico

In questa fase appare importante porre l’accento sugli aspetti qualitativi, sviluppando nell’allievo l’attitudine all’esplorazione ed all’osservazione. Occorrerà però fornire un certo numero di nozioni e fatti elementari, possibilmente facendo vedere come un personaggio storico o ipotetico sia giunto a definirle. Questo faciliterà la memorizzazione e l’inquadramento delle informazioni in un contesto problematico senza esigere un discorso generale e astratto.

Sarà necessario prevedere piccoli esperimenti, osservazioni ed esempi concreti accuratamente scelti, concluse dall’acquisizione di pochi concetti fondamentali relativi all’esperienza diretta.

La verifica dell’acquisizione si potrà fare di preferenza chiedendo agli allievi appena possibile brevi testi in forma scritta (che più di ogni altra fissa la mente e si iprime nella memoria) contenenti formulazioni molto accurate di concetti, delle osservazioni e dei principi (con ricerca su vocabolario ove possibile).

 

Obbiettivi

-                    Addestramento all’osservazione diretta di oggetti ed eventi;

-                    definizione rigorosa dei termini più accessibili al discente;

-                    addestramento a cogliere somiglianze e differenze di aspetto e di comportamento;

-                    formulazione dei primi «perché» a partire da differenze e somiglianze.

 

Argomenti

Chimica e geologia

Ci si concentra sui materiali e sulle loro trasformazioni:

-                    materiali come «ciò di cui sono fatti gli oggetti»;

-                    materiali compositi a livello macroscopico;

-                    materiali cristallini e amorfi;

-                    metalli, vetro, materiali plastici e loro proprietà;

-                    miscele e operazioni di separazione;

-                    liquidi e loro proprietà;

-                    diffusione ed altri fenomeni di trasporto nei liquidi;

-                    fusione, evaporazione, ebollizione, sublimazione;

-                    minerali e rocce;

-                    trasformazione fisica e sua reversibilità;

-                    trasformazioni chimiche: irreversibilità;

-                    trasformazioni chimiche: azione del calore;

-                    trasformazioni chimiche: azione di particolari sostanze.

 

Biologia

Anche in questo caso si privilegiano i concetti che si possono proporre in base a osservazioni dirette. Questo conduce a dare più importanza alla botanica che non alla zoologia. Come animali da osservare si potranno privilegiare gli insetti:

-                    caratteristiche del vivente;

-                    conservazione, riproduzione, morte, mobilità, sensibilità;

-                    vegetali e animali;

-                    osservazione e classificazione: primi esempi;

-                    distinzione fra individuo e specie nei vegetali;

-                    parti di una pianta

-                    foglie e fiori come riferimento per una classificazione;

-                    concetto di habitat;

-                    relazioni tra specie e habitat;

-                    gli animali: schemi fondamentali di comportamento.

 

 

§ 3.1.2.) Fascia d’età 9-11 anni

 

Approccio didattico

Gli alunni di quest’età sono già più riflessivi e interessati a capire. Sembra ragionevole perciò proporre loro esperienze concrete più complesse, conducendoli a dare importanza ad aspetti meno appariscenti, in particolare quelli quantitativi. Per l’introduzione al mondo dell’invisibile si cureranno le analogie e gli esempi. Se è necessario supplire alla povertà del lessico e della capacità di esprimersi, l’insegnante di scienze dovrà dare la precedenza a colmare i vuoti, sia pure utilizzando principalmente la riflessione su argomenti scientifici, tenendo presente che sapersi esprimere è saper pensare.

 

Obbiettivi

-                    Addestramento a stabilire distinzioni precise, una catalogazione, una classificazione;

-                    sviluppo della sensibilità alla terminologia;

-                    verifica e sviluppo della capacità di formulare con precisione le relazioni logiche e analogiche;

-                    acquisizione su basi empiriche della relazione causa-effetto;

-                    acquisizione dell’idea di osservazione indiretta;

-                    familiarizzazione elementare ma ben assimilata con le ragioni per cui si crede nell’esistenza di entità invisibili (molecola, cellula, atomo).

 

Argomenti

Chimica e geologia

Si riprendono gli argomenti già visti e se ne aggiungono altri, cercando di portare il discorso sulla determinazione delle cause e sui relativi controlli sperimentali. Si cura l’aspetto quantitativo. Si introducono le idee correlate di sostanza pura e di molecola:

-                    proprietà fisiche e chimiche dei corpi;

-                    classificazione fenomenologica dei minerali e delle rocce;

-                    il materiale come causa delle proprietà di un corpo;

-                    miscele di liquidi e di solidi omogenee e non omogenee;

-                    materiali al microscopio: limiti della divisibilità;

-                    l’idea di sostanza pura e l’idea di molecola;

-                    sostanze pure di uso comune;

-                    operazioni chimiche fondamentali;

-                    i gas e le loro miscele;

-                    separazione dei componenti dell’aria;

-                    azione meccanica e chimica dell’aria;

-                    la natura come laboratorio chimico: il mare e i vulcani;

-                    conservazione della massa nei processi di combustione;

-                    relazione tra pesi: esempi di operazioni di pesata;

-                    relazioni tra pesi: la materia si conserva.

 

Biologia

Oltre alle relazioni causa-effetto si approfondiscono le correlazioni in genere e si apre il discorso su ciò che non si può osservare a occhio nudo. Si parla della cellula e degli esseri viventi unicellulari:

-                    tessuti al microscopio;

-                    la cellula;

-                    animali microscopici;

-                    struttura e riproduzione delle cellule;

-                    animali uni- e multi-cellulari;

-                    colonie e organismi;

-                    integrazione delle cellule nell’organismo

-                    integrazione degli organismi nel loro habitat;

-                    metabolismo delle piante come interazione attiva con l’ambiente.

 

 

§ 3.1.3.) Fascia d’età 12-13 anni

 

Approccio didattico

Questo è l’inizio della pubertà, e si pongono problemi psicologici, relativi soprattutto al rapporto «io e gli altri». Il lavoro iniziato nel periodo precedente dovrà perciò essere integrato con quegli aspetti storico-epistemologici della ricerca scientifica che mettono in luce il rapporto dello scienziato autentico con la società. Parlare per esempio di Mendel, di Linneo, di Lavoisier, di Koch, senza scadere nel sociologico ma mettendo in luce la loro passione per la conoscenza e il loro coraggio nel portare avanti discorsi nuovi potrà alimentare nei giovani la consapevolezza che vale la pena di sacrificarsi per capire e aiutare a capire la natura, riuscendo così anche ad aiutare chi ha bisogno.

 

Obbiettivi

Inizia la presentazione organica delle discipline, con la descrizione della strumentazione, almeno in grandi linee, mantenendo l’insistenza sul come-si-fa, cosa-si osserva, perché-così-e-non-altrimenti.

 

Argomenti

Chimica

-                    Gli elementi e i composti;

-                    definizione operativa degli elementi (Lavoisier)

-                    leggi delle proporzioni;

-                    Dalton e l’ipotesi atomica;

-                    Avogadro e le molecole;

-                    cenno alla valenza e alla struttura molecolare;

-                    sali, acidi e basi e loro impieghi tecnici;

-                    la composizione dei minerali;

-                    il cemento;

-                    i composti organici e i polimeri.

 

Biologia

-                    Tipi principali dei viventi;

-                    gli organismi estinti;

-                    il concetto di organizzazione;

-                    interdipendenza dei viventi;

-                    il concetto di nicchia ecologica;

-                    l’uomo come vivente particolarmente adattabile;

-                    le società animali e umane;

-                    comportamento istintivo e comportamento razionale.

 

 

§ 3.2.) Secondo ciclo (fascia d’età: 14-18 anni)

 

Approccio didattico

Questa è la fascia d’età nella quale, se la scuola è riuscita a svolgere le sue funzioni, gli alunni dovrebbero aver raggiunto una buona familiarità e una formazione generale allo spirito scientifico. Si passa allora a:

-                    presentare in modo ordinato e più completo la problematica e i contenuti delle singole discipline;

-                    mettere in luce le relazioni e interdipendenze fra tali discipline;

-                    presentare i grandi problemi interdisciplinari (ambiente, medicina, ecc.) e la loro origine e funzione storica;

-                    discutere il posto dell’uomo nella natura e le sue responsabilità nei confronti della natura stessa e degli altri uomini;

-                    mostrare che in ogni caso la conoscenza è un valore da ricercare per se stesso.

 

Obbiettivi

-                    Approfondimento e precisazione di oggetto, metodo, concetti propri e programma delle discipline chimiche e naturalistiche;

-                    acquisizione di concetti generali che la scienza e la tecnica utilizzano in tutti i campi, in particolare sistemi autoregolati; trasformazioni e processi deterministici, stocastici, ciclici; interdipendenza e funzioni delle parti in un tutto; unitarietà, diversità, variabilità; sviluppo, ontogenesi e filogenesi;

-                    acquisizione di una piena sensibilità alle caratteristiche delle teorie scientifiche, in particolare alle differenze fra principi, leggi, regole, congetture, ipotesi, dimostrazioni, prove, indizi.

 

Argomenti

Chimica e geologia

-                    Materia ordinaria e natura;

-                    materiali naturali e artificiali;

-                    trasformazioni fisiche e chimiche;

-                    miscugli e sostanze pure;

-                    reazioni chimiche;

-                    leggi fondamentali delle proporzioni;

-                    atomi e molecole da Dalton a Kekulé;

-                    struttura molecolare;

-                    nozioni qualitative di fisica statistica (gas e soluzioni);

-                    energia ed entropia nei fenomeni chimici;

-                    sostanze chimiche come risorse energetiche;

-                    tecnologie chimiche e loro impatto sociale;

-                    rassegna tettonica;

-                    le grandi teorie della geologia.

 

Biologia

-                    Rassegna degli organismi viventi;

-                    classificazione di Linneo e derivati;

-                    problemi di una classificazione estratta dalla realtà;

-                    informazione e organizzazione;

-                    funzione e progetto negli esseri viventi;

-                    organismi ed ecosistemi come sistemi complessi organizzati;

-                    la molteplicità delle specie oggi e nella storia della terra;

-                    la proposta evoluzionista: valore e difficoltà.

 

Note generali sulle indicazioni di programma

Si possono formulare i programmi di massima sopra indicati anche in relazione ai seguenti «percorsi formativi», che potrebbero formare oggetto di una parte conclusiva dei corsi (in particolare l’ultimo anno):

1.      Il Pianeta Terra e la sua rappresentazione.

2.      Componenti essenziali del Pianeta Terra.

3.      Il dinamismo della litosfera.

4.      I viventi e l’ambiente.

5.      Le caratteristiche dei viventi: istinti principali.

6.      I sistemi viventi e la loro organizzazione.

7.      L’uomo nella natura.

8.      La tecnica e la sua funzione nella società umana.

9.      Materiali naturali e artificiali

10.  La chimica e la salute.

 

 

§ 3.3.) Verifiche

 

Le verifiche dovranno riguardare i seguenti ambiti:

-                    conoscenze;

-                    lessico;

-                    uso degli strumenti;

-                    raccolta e rielaborazione dei dati;

-                    rielaborazione dei contenuti.

Gli obiettivi formativi sopra indicati richiedono anche la familiarizzazione con operazioni pratiche come:

-                    interpretazione di grafici, diagrammi ecc.

-                    combinazione critica (in particolare nel caso dei fenomeni geologici e biologici)

-                    osservazione diretta con l’uso di altri mezzi di osservazione (diapositive, illustrazioni ecc.);

-                    osservazione e interpretazione di modelli e schemi, come le carte geografiche;

riconoscimento in pratica delle (reali o possibili) interazioni tra l’ambiente geologico, la natura e l’uomo.