Ispett. Giuseppe Valitutti ( coordinatore scientifico - supervisore generale)  

Prof. Alfredo Tifi ( responsabile tutor scientifici)

È possibile favorire lo sviluppo cognitivo dei bambini, attraverso lo studio delle scienze sperimentali? La risposta è senz'altro positiva. Questa proposta didattica si basa sulla tecnica di problem-solving sperimentale, a partire da consolidate esperienze americane (SCIIS), fondate sul pensiero di J. Piaget e sulle idee di Vygotskij. Le operazioni concrete, in senso piagetiano, sono operazioni mentali, processi di pensiero e non attività di tipo manuale. Le percezioni, che derivano da attività pratiche o dalle letture fatte e dai discorsi ascoltati, sono elaborate mentalmente. La caratteristica più importante delle operazioni concrete è il limitato numero di variabili a cui fa ricorso. Chi opera mentalmente a livello concreto, è capace di descrivere le situazioni ma non di spiegarle. Chi, invece, opera al livello delle operazioni formali, può maneggiare mentalmente problemi a più variabili e fornire spiegazioni degli eventi.

Gli allievi, e più in generale le persone, sviluppano le capacità di pensiero formale nel periodo dell'adolescenza. Tutto ciò avviene attraverso il collaudato meccanismo piagetiano di assimilazione-accomodamento. In genere, le percezioni vengono assimilate e conservate nelle strutture cognitive esistenti. Se risulta impossibile farlo, le strutture cognitive (schemi mentali) esistenti vengono modificate o se ne creano delle nuove. I fattori che influenzano tale complesso meccanismo mentale sono diversi: genetici, di maturazione, fisici ambientali, sociali, scolastici (influenza della scuola e del metodo di insegnamento). A questo proposito, l'influenza della scuola è significativa, per quanto concerne lo sviluppo intellettivo dell'allievo.

Quali sono le abilità di ragionamento, in ambito scientifico, che caratterizzano le operazioni formali? Non c'è dubbio alcuno che siano le capacità: a controllare le variabili, a comprendere il significato del rapporto, della proporzionalità, dell'equilibrio e della probabilità e, infine, a usare modelli astratti, per fare previsioni e per spiegare comportamenti.

Come possiamo migliorare le abilità mentali di ordine superiore e come possiamo dimostrare di aver raggiunto questo obiettivo? Quando l'allievo saprà trasferire le sue concezioni (somma di conoscenze concettuali e tacite conoscenze, cioè di conoscenze e abilità manuali non descrivibili a parole) in contesti diversi da quello scolastico.

Il modello dei cicli di apprendimento di Robert Karplus, qui riproposto, è semplificato e integrato dall’uso problemi da risolvere sperimentalmente e giochi. Gli allievi non sono completamente all’oscuro delle manipolazioni sperimentali.  Sanno usare bicchieri, forbici, calamite, le semplici bilance domestiche, ecc. e conoscono, per averli appresi a scuola o a casa, i significati di molte parole. Per risolvere il nuovo problema, essi dovranno, eventualmente, accomodare le strutture mentali esistenti. Tale processo potrà avvenire spontaneamente o attraverso il dialogo pedagogico con l'intera classe.

Quando l'allievo percepisce l'evento, che non può essere collocato all'interno delle preesistenti strutture mentali, è costretto a cambiare il suo modo di pensare. In questo modo le misconcezioni possono essere corrette e si può raggiungere la soglia dell'apprendimento significativo.

Durante il dialogo pedagogico affiorano gli aspetti metacognitivi. "Spiega agli altri il tuo pensiero e il tuo modo di risolvere il problema". Questa domanda va ripetuta in continuazione durante il dialogo. Gli allievi dovranno acquisire l'abitudine a riflettere sul proprio pensiero e porre attenzione sui processi mentali efficaci. La loro riflessione dovrà riguardare certamente le strategie dei problemi che essi hanno risolto. Se un allievo non è riuscito a risolvere un determinato problema o compito, è del tutto errato chiedergli di spiegare il suo pensiero in merito. Descrivendo invece le strategie che hanno avuto successo, l'allievo potrà migliorare l'autostima e indurre atteggiamenti positivi nei confronti della scuola e di se stesso. Per queste ragioni, bisogna riservare una cura particolare agli allievi in difficoltà. Con loro è possibile ricorrere a strategie alternative, che mettano in risalto i meccanismi di pensiero positivi, in ambito non scolastico. Saper andare in bicicletta, saper manovrare apparecchiature elettroniche e computer, saper giocare al calcio e al basket, ecc.., implica il possesso di abilità mentali superiori. Il compito difficile, riservato al docente, è proprio quello di aiutare lo studente a trasferire tali strategie efficaci nella risoluzione di problemi a scuola. Tutto accadrà, se si dedicherà il tempo dovuto al dialogo con l'allievo e si presterà  attenzione e interesse al suo pensiero.  

I concetti che verranno appresi dai bambini hanno la caratteristica di prescindere da una particolare disciplina scientifica e quindi l’insieme di tali termini non deve essere rappresentativo di tutte le scienze. Essi non coincidono necessariamente con i nuclei fondanti delle diverse discipline, la cui estensione alla scuola di base rappresenta a nostro avviso un grave errore. Ad ogni parola chiave, o concetto portante corrisponde un modulo, suddiviso nelle attività di esplorazione, invenzione e scoperta..

 La metodologia dei cicli di apprendimento, in tre stadi, è un approccio piagetiano sviluppato da R. Karplus nel progetto americano SCIS (Science Curriculum Improvement Study) negli anni settanta.

I bambini sono immersi in un contesto con dei materiali appositamente scelti per favorire l’esplorazione spontanea, senza istruzioni precise. Il bambino prende confidenza con i nuovi materiali, e tutti gli utilizzi di tale materiale offrono spunti per nuove idee. L’insieme delle idee emerse costituisce il background per l’introduzione di nuovi concetti.

Occorre tenere in mente che “l’invenzione” è solo l’inizio di un processo esperenziale per il bambino. La conoscenza, la comprensione e l’eventuale capacità di applicazione del concetto nella vita di tutti i giorni deriveranno dall’esperienza che i bambini faranno durante e dopo le attività di scoperta.

Attività in cui il bambino trova una nuova applicazione del concetto attraverso l’esperienza. Le attività di “scoperta” rafforzano il concetto originario ed estendono il suo significato. Tali attività possono essere progettate o essere già bagaglio dell’esperienza quotidiana dei bambini. Nell’immagine “ingenua” di scienza si è talvolta portati a vedere la scoperta di un fenomeno come un momento definitivo, di arrivo; in realtà le cose stanno ben diversamente: la scoperta è il punto di partenza per organizzare e sviluppare la conoscenza. La padronanza e la ritenzione dei concetti si conquistano attraverso la pratica e l’applicazione ripetuta dei concetti. Per abbiamo inserito diversi problemi da risolvere per via sperimentale, ma altri potranno essere costruiti dall’insegnante, in base alla propria esperienza e ai propri mezzi.

Il processo ha natura ciclica perché l’attività di scoperta permette sia di introdurre i concetti “inventati” precedentemente, sia di iniziare a esplorare nuovi concetti.

Tutte le attività incoraggiano lo sviluppo del linguaggio orale e scritto, costituendo così la prima importante ricaduta trasversale del programma formativo.

OGGETTO - NON OGGETTO          Attività

Il termine oggetto è il primo concetto astratto del percorso di alfabetizzazione scientifica. La scienza si occupa sostanzialmente di oggetti. Gli oggetti hanno proprietà, possono essere scelti e classificati; trasformati e aggregati a formare sistemi, contati e pesati. Il concetto di oggetto è prerequisito per il concetto di sistema. Può essere introdotto alla materna o con gruppi di allievi H. Sono oggetti tutti gli enti assoggettabili a osservazione sensibile. Un oggetto è qualcosa che può essere toccato, sentito, visto, che produce un suono o un odore. I non-oggetti formano una categoria ancora più astratta, di enti lontani dalla percezione diretta. Per molti bambini l'aria e la luna, essendo intangibili, non rientrano nella categoria degli oggetti; ma ci sono pure alcuni simboli, con i quali hanno molta confidenza (colori, cifre, lettere), che essi considerano oggetti. Con opportuni esempi e facilitazioni occorrerà ricondurli al criterio percettivo prima enunciato. Noi vediamo il foglio di carta e la traccia lasciata dalla matita, che sono due oggetti, mentre il numero è un’idea associata al simbolo. Il concetto di oggetto coincide con quello di corpo materiale, ma non può essere presentato in questa forma non operativa e implicante il possesso dell’idea di materia.

Un'utile distinzione, che normalmente è operata in prima elementare, è quella tra oggetti viventi e non viventi. In questo caso i criteri distintivi possono essere trovati con i bambini, cercando di mantenere la maggiore elasticità possibile, non limitandosi agli esseri "in vita". Alla categoria di vivente appartiene anche un pollo arrosto, dato che, almeno in una fase precedente della propria esistenza, quel dato "oggetto" è stato in vita. La stessa cosa si può dire delle parti degli organismi viventi, come una piuma o uno spicchio d'arancia.

PREREQUISITI:  Conoscenza e differenziazione dei cinque sensi.

Il gioco dei colori. I bambini vengono sistemati intorno a un tavolo contenente oggetti colorati alla rinfusa (palline, fiches, bottoni, tappi, ecc.) e dei vassoi. Ogni vassoio corrisponde a un gruppo di bambini. La consegna è che ogni gruppo deve prendere tutto ciò che è verde, o rosso, o giallo ecc.

Quindi l'insegnante spiega che tutte le cose che si possono vedere, toccare, odorare o sentire dal suono, sono oggetti. Utilizza altri esempi con oggetti più piccoli, molto più grandi, come la sedia, animati, come un'auto e anche viventi, come un animale, un albero.

Chiederà infine: chi ha raccolto gli oggetti rossi? Chi ha raccolto gli oggetti verdi? Ecc. i bambini potranno trovare altri esempi di oggetti.

Nelle esperienze di scoperta si mette in gioco il concetto di oggetto in situazioni nuove, atte a evidenziare nuove proprietà, i concetti quantitativi di dimensione e numero, come criteri di confronto.

1. Giochi con la scatola misteriosa

 Gli oggetti contenuti in una scatola sono riconosciuti dal tatto, dalla forma, dall'odore, dal suono prodotto. Più in avanti, in prima elementare, i bambini impareranno che il colore, la forma, l'odore ecc. sono proprietà degli oggetti. Gli scienziati hanno spesso a che fare con oggetti non osservabili, che possono essere studiati sulla base di indizi indiretti. La rappresentazione che essi costruiscono dell'oggetto si chiama modello, mentre l'insieme di spiegazioni, ipotesi e previsioni sulla sua struttura e sulle sue proprietà e comportamenti si chiama teoria.

2. Qual è l'oggetto più grande?

Si preparano i vassoi con una serie di oggetti dello stesso tipo, per esempio gessetti, matite, palline ecc. graduati per dimensioni. I bambini dovranno sistemare gli oggetti dal più piccolo al più grande e viceversa. Terminata l'attività si avvia la discussione, importante per la padronanza del linguaggio, con domande del tipo: qual è l'oggetto più grande? Qual è l'oggetto più piccolo? Qual è il bambino più alto? Qual è l'oggetto più grande nell'aula?

3. Quale collana contiene più palline?

In questo gioco i bambini hanno a disposizione una serie di collane con bottoni, palline forate, pasta ad anelli o a tubetti, ecc. L'obiettivo è che gli oggetti siano confrontati in base al numero. Si può chiedere di realizzare una collana con 5 palline. Se i bambini si mostrano pronti nell'uso della numerazione, si propone la seguente attività: si pongono sul banco due mucchi di libri o quaderni dello stesso spessore e si chiede: quale contiene più libri? Si sostituisce il libro sottile con uno più spesso e si ripete la domanda. Quest'ultimo quesito richiede la conservazione del numero degli oggetti, che è particolarmente difficile, data l'età dei bambini. Non occorre preoccuparsi se essi falliscono, dato che sull'idea si tornerà a lavorare in tante altre occasioni.

4. Quale recipiente contiene più bicchieri?

I bambini devono riempire delle tazze o bottiglie di diversa larghezza e altezza contando i bicchieri d'acqua che prelevano da un secchio. Per evitare che si bagnino si può sostituire l'acqua con pastina, riso ecc.

PROPRIETA'

La proprietà ci dice qualcosa su come è un oggetto o su come esso si comporta. Più si arricchisce il repertorio di termini e attributi riferiti alle proprietà, più il bambino diviene capace di osservare, studiare e comprendere il mondo che lo circonda.

Sono proprietà la forma, il colore, le dimensioni, il sapore, l'odore e il tatto, il suono, lo stato fisico, la durezza, il galleggiamento, la capacità di sciogliere o sciogliersi, il magnetismo e tante altre caratteristiche. Anche il materiale di cui un oggetto è fatto può essere considerato una proprietà dell'oggetto, ma qui preferiamo introdurre il termine materiale come concetto a sé stante.

Le classi prime o seconde che iniziano il programma di alfabetizzazione scientifica possono esplorare per primo tale concetto.

Il concetto di proprietà è il primo strumento di osservazione-oggettivazione della realtà, in un percorso che conduce ai concetti di variabile, di misura, di correlazione, per giungere al concetto di modello teorico. Gli oggetti si distinguono, connotano, classificano, seriano, in base a un insieme di proprietà. Rispetto al termine "caratteristica", proprietà ha un'accezione più scientifica, più mirata agli aspetti esperibili degli oggetti materiali. Le attività che utilizzano tale termine prevedono un ampio uso delle operazioni di classificazione e categorizzazione, con esperienze in cui i bambini raggruppano oggetti. La proprietà è il criterio di raggruppamento. La classificazione è un'operazione relativamente semplice, poiché il criterio (la proprietà) è data e i bambini utilizzano essenzialmente il pensiero deduttivo per includere/escludere ogni oggetto dal raggruppamento; inoltre tale criterio viene applicato o verificato su un oggetto per volta, sfuggendo così alla complessità. La categorizzazione, consistente nel riconoscere una proprietà comune (categoria) in un raggruppamento di oggetti, è un'operazione più difficile perché impegna il pensiero induttivo: ci obbliga a fare delle ipotesi che poi dobbiamo verificare, riscontrando la presenza della proprietà ipotizzata su tutti gli oggetti dell'insieme e anche la sua assenza su quelli che non fanno parte dell'insieme. Se, ad esempio, il gruppo è formato da bambine con i capelli biondi, mentre il resto della classe è formato da bambini e da bambine con capelli di altro colore, alla richiesta "qual è la proprietà del raggruppamento o insieme?", gli alunni risponderanno "sono tutte bambine"; altri riconosceranno una proprietà posseduta solo da alcune bambine, come il fatto che non indossano il grembiule, magari perché tale proprietà è stata usata in precedenza. A questo punto occorrerà evidenziare che ci sono anche bambine fuori dal gruppo e indirizzare il confronto: "è vero che sono bambine; ma in più hanno...". In certi casi i bambini possono riconoscere una proprietà diversa da quella da noi utilizzata nel costruire il raggruppamento di oggetti proposto, specie se non rimangono altri oggetti esclusi dal "vassoio". Sono i limiti del pensiero induttivo, tipici della scienza: un'ipotesi verificata non è necessariamente corretta, perché la verifica è riferita a un contesto limitato. Karl Popper insegna che solo la falsificazione di un'ipotesi è risolutiva. Quindi non dobbiamo dire al bambino che si è sbagliato, ma fargli esprimere verbalmente che tutti gli oggetti hanno la proprietà da lui riconosciuta.

Nell’operare sul concetto di proprietà, ci troveremo ad utilizzare una terminologia a vari livelli di generalizzazione, riferendoci alle proprietà stesse. Per esempio il termine “colore” è più astratto dell’attributo “giallo”. Dire che gli oggetti “sono tutti gialli” richiede capacità ben diverse, per il bambino, che non dire “sono tutti dello stesso colore”. Solo quando i bambini avranno acquisito confidenza con la classificazione degli oggetti reali potremo condurli alla classificazione delle proprietà nelle categorie principali: forma (rotonda, a punte, ecc.), colore, dimensione (spessore, lunghezza, ecc.), numero.

I bambini tendono ad attenuare le differenze tra gli oggetti simili e non posseggono il concetto di unicità. Occorre tenere presente che l’identità di due oggetti è impossibile, se non altro perché i due oggetti occupano posizioni diverse (la posizione è una proprietà, anche se non è una caratteristica intrinseca). I bambini devono essere abituati all’osservazione e alla ricerca degli attributi di differenziazione tra oggetti, operazione favorita dall’utilizzo di oggetti naturali (conchiglie, sassi, foglie, ecc.), piuttosto che blocchi logici, costruzioni o altri oggetti artificiali quasi identici. La ricerca di identità, somiglianze,  analogie e di elementi unificanti, invece, richiede una sintesi, impegnando capacità logiche e decisionali; un lavoro di astrazione favorito, anch’esso, dall’uso di oggetti naturali. Questi, infatti, ci obbligano a scegliere e definire i “contorni” delle classi; se, ad esempio, il bambino deve classificare le foglie per colore, avendo diverse gradazioni di verde dovrà scegliere se considerare le foglie diverse, rispetto alla proprietà colore, o se considerarle tutte verdi. Il criterio che si darà potrà variare a seconda che egli debba classificare anche foglie gialle, arancio e rosse, oppure che esse siano tutte più o meno verdi. Inoltre, supponendo che il bambino consideri verdi tutte le foglie di un gruppo, dovrà affrontare l’evidenza che il termine “verde” non si riferisce a un colore unico. Il colore “verde” si trasforma da esperienza percettiva a evento cognitivo. La stessa cosa può ripetersi per ogni altra proprietà.

Così come i bambini considerano identici gli oggetti molto simili, all’estremo opposto giudicano totalmente diversi e incomparabili (esclusivi) oggetti che hanno molte proprietà diverse o anche una sola proprietà che differisce molto dagli altri oggetti facenti parte della classe (per esempio, un bottone avente colore e forma simile agli altri, ma dimensione molto maggiore, viene isolato dalla classificazione). Gli oggetti naturali, pertanto, forniscono opportunità e problemi che facilitano la costruzione di una mente scientifica flessibile.

Tra le proprietà, infine, ve ne sono alcune che possono variare in modo più o meno graduale. La dimensione, il tono di colore e il numero di denti delle foglie o dei francobolli, sono esempi di proprietà variabili. La forma e il materiale, invece, non possono essere definiti con continuità. Quando abbiamo a che fare con queste proprietà si stimolano i bambini a compiere un’operazione di seriazione, cioè la costruzione di una serie ordinata di oggetti basata sulla variazione sequenziale di una data proprietà; si insiste, inoltre, sull’idea di proprietà opposte,(duro e morbido, rigido e flessibile, grande e piccolo, liquido e solido, ruvido e liscio ecc.) Questa attività, oltre all’esercizio logico-linguistico, li prepara ai concetti di variabile e di misura. È evidente che l’attività sul concetto di proprietà coinvolge fortemente l’area logica-matematica, oltre quella scientifica.

PREREQUISITI :  L’attività sul concetto di proprietà può essere affrontata anche senza aver sviluppato il concetto di oggetto-non oggetto.

Raggruppa gli oggetti che ti sono stati consegnati.

A ciascun bambino si consegna un vassoio con una serie di 6-10 oggetti dello stesso tipo (conchiglie, sassi, piume, semi, bottoni, palline di vetro, ecc.). I diversi bambini possono ricevere oggetti di diverso tipo. Durante lo svolgimento della consegna, è fondamentale rivolgere la domanda: “perché hai messo insieme questi oggetti?” L’insegnante può anche registrare sulla lavagna i diversi criteri di classificazione usati.

La maestra riprende tutte le spiegazioni dei bambini e afferma che l’essere grande, piccolo, marrone, bianco, rotondo o fine, sono tutte proprietà degli oggetti. Prendendo due oggetti diversi in mano, spiega che, anche se i due oggetti sono differenti, hanno alcune proprietà in comune, che passa ad elencare. Chiede poi ai bambini di dire quali proprietà ha un qualsiasi oggetto dell’aula. Infine i bambini possono raccontare le proprietà di oggetti della loro esperienza quotidiana, ma assenti al momento

1. Quali oggetti hanno la proprietà scritta sul cartoncino?

Ciascun gruppo sceglie un cartoncino tra almeno dieci, ciascuno recante scritta una proprietà (morbido, duro, liscio, ruvido, largo, stretto, grande, piccolo, pesante, leggero, alto, basso, rigido, flessibile, trasparente, opaco, ecc...). Quindi si raccolgono o si disegnano gli oggetti che posseggono quella proprietà. Questo problema si presta a essere ripetuto, facendo scegliere ai gruppi altri cartoncini un nutrito numero di oggetti con le proprietà richieste.

2. Quali proprietà hanno gli oggetti raccolti dal gruppo di Pierino?

3. Puoi riconoscere gli oggetti ad occhi bendati e senza toccarli?

I bambini riconosceranno gli oggetti utilizzando l’udito e l’olfatto, mentre i loro compagni faranno cadere gli oggetti sul banco o li sottoporranno vicino al naso. Si evidenzieranno quindi altre proprietà, come il rumore prodotto cadendo e l’odore. L’esperienza può essere effettuata una volta per il rumore e un’altra volta per l’odore.

Materiale per la proprietà odore: aranci, limoni, cipolle, foglie aromatizzanti varie (rosmarino, menta, basilico, salvia, ecc.). Liquidi: aceto, olio d’oliva, latte, vino, Coca Cola, aranciata, limonata.

4. Quanti tipi di foglie hai raccolto durante la passeggiata?

I bambini, giunti in aula, classificano le foglie raccolte in base a criteri più o meno soggettivi. L’insegnante chiederà loro quali sono le proprietà di ogni insieme di foglie. È importante chiedere se le foglie sono tutte dello stesso colore. Se le foglie sono tutte verdi, nessun bambino penserà di classificarle in base al colore, ma una volta notata l’esistenza di sfumature di verde, la classificazione sarà possibile e in più i bambini potranno “scoprire” che una proprietà può cambiare.

 5. Nel bicchiere ci sono semi diversi. Separa, conta e identifica i semi. Quali sono le loro proprietà?