MATERIALE

Classi I - II elementare

Il termine materiale ci dice “di che cosa è fatto un oggetto”. In questo senso la specificazione del materiale ci dice una proprietà di quell’oggetto, poiché ci fornisce informazioni sulla costituzione di quel dato oggetto. Ma il concetto di materiale è anche una generalizzazione del concetto di oggetto e pertanto appartiene a una categoria più sovraordinata. Una biglia, un vetrino portaoggetti e un bicchiere sono fatti dello stesso materiale, cosa che garantisce l’esistenza di un insieme comune di proprietà tipiche, come la trasparenza e la fragilità, pur trattandosi di oggetti diversi. Un materiale, pertanto, è caratterizzato e riconosciuto tramite diverse proprietà ricorrenti e, in questo senso, non può essere considerato esso stesso una proprietà.

Per tutto il percorso di alfabetizzazione scientifica, che copre l’intero arco della scuola di base, non utilizzeremo termini, indicanti la costituzione o la composizione della materia, più specifici del termine materiale. Termini quali sostanza, composto o elemento possono essere definiti appropriatamente solo alla luce della teoria atomica-molecolare e sono banditi da questo progetto.

Il materiale è identificato mediante l’esame delle proprietà che riguardano una qualsiasi porzione degli oggetti (le cosiddette grandezze intensive). Ovviamente ci sono ben pochi test di caratterizzazione e analisi alla portata dei bambini, e pertanto occorre mantenere la classificazione dei materiali a un basso livello di accuratezza e avvalersi di materiali comuni e possibilmente omogenei. Al tempo stesso sarà possibile evitare l’eccessiva semplificazione, distinguendo vari tipi di metallo (in base al magnetismo), vari tipi di plastica (in base al galleggiamento), di legno, ecc.

Molte guide operative suggeriscono esercizi sulla distinzione tra oggetto e materiale. Si tratta certamente di un esercizio utile ai fini della capacità di classificazione, ma occorre osservare che, in alcuni casi, la distinzione diventa alquanto sfuggente. L’acqua in un bicchiere è un materiale o un oggetto? Come si può definire “oggetto” un determinato volume d’aria? Sarà già tanto se i bambini ne riconosceranno la materialità. Anche i termini gesso, ferro, legno e carta possono essere usati con significato denotativo, riferendosi ad altrettanti oggetti, senza commettere errori.

PREREQUISITI: Concetto di proprietà

Nei seguenti esperimenti il concetto di proprietà è generalizzato anche ai comportamenti (solubilità, galleggiamento, magnetismo), che in genere implicano l’interazione tra oggetti. Pertanto questi esperimenti possono essere considerati preparatori al concetto di interazione ed essere utilizzati anche in seconda classe, qualora il programma di alfabetizzazione scientifica iniziasse da tale anno.

1. Di cosa sono fatti gli oggetti scritti sul cartoncino?

Materiale: almeno dieci oggetti, fatti di almeno cinque materiali diversi. Per ogni materiale devo esserci almeno due oggetti. Per esempio: fermaglio, moneta, cucchiaio (metallo); suola, tappo (sughero); giornale, blocco notes; fazzolettino (carta); biglia, bicchiere; lampadina (vetro); tappo, bottiglia, scatolina (plastica); cinturino, laccio, scarpa (cuoio), ecc. Ogni coppia di bambini estrae a sorte un cartoncino che indica uno degli oggetti e può disporre dell’oggetto corrispondente per osservarlo e rispondere alla domanda del problema. I bambini sono invitati a chiedere chi ha fornito la stessa risposta. Gli oggetti che hanno avuto risposte analoghe, saranno classificati insieme.

Invenzione

L’insegnante mostra gli oggetti raggruppati dai bambini e spiega loro che sono fatti dello stesso materiale. Che il metallo, il sughero, la carta, il vetro, ecc., sono tutti materiali. Chiede poi ai bambini: di che materiale è fatta la sedia? Il pavimento? La finestra? Quanti materiali ci sono in un temperamatite? A questo punto può essere costruita una lista condivisa di tutti i materiali noti alla classe.

Scoperta

1. Quali sono le proprietà di latte, acqua, olio?

L’insegnante mostrerà esempi di materiali liquidi e di materiali solidi. Liquido e solido sono tipi di materiali riconoscibili dal comportamento degli oggetti. Le polveri fini (farina, zucchero a velo) costituiscono un problema, perché fluiscono, più o meno, come i liquidi. Ma con tali polveri si ottengono mucchietti a forma di cono, mentre con i liquidi questo non è possibile. Gli allievi disporranno anche di bicchieri vuoti per mescolare tali liquidi e poter rispondere alle seguenti domande sulle proprietà dei liquidi:

Quale liquido è trasparente?

Quale liquido è opaco?

Quale liquido si mescola con l’acqua?

Quali liquidi ci sono in casa tua?

2. Il sale si scioglie in acqua? Si scioglie in olio?  Si scioglie prima il sale grosso o il sale fino?

L'insegnante gira fra i gruppi e versa i liquidi nei bicchieri. Gli allievi annotano sul proprio quaderno la solubilità o meno del sale nei due liquidi. Con la lente d’ingrandimento osservano i granelli di sale e li descrivono sul quaderno. Domande:

-         Quale proprietà cambia fra il sale fino e quello grosso? (Gli allievi possono anche macinare il sale grosso, con un sasso o un mortaio, e farlo diventare fino).

-         Il sale grosso e fino sono fatti dello stesso materiale? Quali sono le sue proprietà?

-         Quali proprietà sono diverse per l’acqua e per l’olio? Quali proprietà sono comuni a entrambi i materiali?

3. Lo zucchero si scioglie in acqua? Si scioglie in olio?

L'insegnante gira fra i gruppi e versa i liquidi nei bicchieri. Gli allievi annotano sul proprio quaderno la solubilità o meno dello zucchero nei due liquidi. Domande:

-         Quale proprietà cambia fra il sale e lo zucchero?

-         Quali proprietà sono diverse per l’acqua e per l’olio? Quali proprietà sono comuni a entrambi?

4. Caccia al materiale

Ogni gruppo estrae a sorte un cartoncino indicante il nome di un materiale e ricerca nello scatolone quanti più oggetti possibili formati da quel materiale.

5. Quali sono i materiali che galleggiano?

Fornire piccoli oggetti compatti e omogenei, formati da vari materiali, che i bambini potranno immergere in una brocca piena d’acqua. Per esempio: monete, gesso, gomma, tappi di plastica e sughero, perline di plastica, biglie di vetro, fili di rame, pezzi di alluminio, stoffa, legnetti ecc. Se si usano oggetti contenenti cavità (es. spugne, palline di foglio di alluminio, scatoline, ecc.) si potranno ottenere risultati diversi secondo il modo di immergere tali oggetti.

Prima di operare si invitano i bambini a descrivere, dopo avere scritto sulla lavagna e sul proprio quaderno le parole oggetto e proprietà, i vari oggetti e a rispondere alle seguenti domande:

- Qual è il materiale di quest’oggetto?

- Quest’oggetto ha una proprietà diversa dal colore e dalla forma?

Prima di passare alla vera e propria sperimentazione, si mostrano gli oggetti uno per volta e si chiede ai bambini di “indovinare” quale oggetto affonda e quale galleggia. Quindi, ciascun allievo scrive sul proprio quaderno le sue previsioni.

Al termine dell' esercitazione, si risponde alla domanda del problema. Si registrano a parte gli oggetti che affondano o galleggiano a seconda di come sono stati messi sull'acqua. L’aria è un materiale, molto “leggero”, che fa galleggiare anche materiali pesanti; questi, privati dell’aria, affondano nell’acqua. Esistono tipi di plastica che galleggiano (es. PE, PP) e materiali plastici che non galleggiano (es. PVC, polistirene, PET). La galleggiabilità di un materiale dipende dal suo peso specifico (se maggiore o inferiore a quello dell’acqua), ma dai bambini possiamo attenderci che differenzino la diversa “pesantezza” dei materiali che affondano e di quelli che galleggiano. Alcuni oggetti aventi peso specifico maggiore dell’acqua possono ugualmente rimanere a galla per la presenza della tensione superficiale dell’acqua (es. aghi, foglietti di alluminio). L’effetto si annulla immergendo tali oggetti o mettendo una goccia di detergente liquido per piatti nell’acqua.  

6. Quali oggetti sono di materiale metallico? Con una calamita separa i metalli in due gruppi.

I bambini hanno a disposizione un insieme molto eterogeneo di oggetti solidi, tra cui isolare i metalli. Dopo aver descritto e/o disegnato gli oggetti metallici, possono testare i metalli con la calamita e dividerli in magnetici e non magnetici. Si possono usare allo scopo monete e fermagli (nichel e ferro, entrambi metalli magnetici). L’acciaio inossidabile e temprato non è magnetico, come gli altri metalli (zinco, stagno, piombo, rame, alluminio, oro, argento, ecc.). Le nuove monete da 100 £, pur avendo il 19% di nichel (e il resto rame), non sono magnetiche, contrariamente alle vecchie, in acciaio inox 18/8.

    - La calamita attira tutti i metalli?

    - Quali proprietà sono presenti in tutti i metalli?

    - Quali tipi di metallo ci sono i casa tua?

7. Quanti tipi di legno ci sono nella scatola?

Occorre rifornirsi, da un falegname, di una serie di pezzi di legno di tipo diverso: noce, abete, pino, frassino, rovere, ciliegio, ecc.

    - Quali proprietà sono comuni a tutti i materiali legnosi?

    - La parola legno corrisponde a un solo materiale?

    - Quali tipi di legno ci sono in casa tua?

8. Quanti materiali ci sono nella sabbia?

I bambini, usando la lente su un piccolo campione di sabbia bagnata, riconosceranno la presenza di sassolini di diverso colore e registreranno le proprietà di ogni materiale. Utilizzare sabbia non troppo fine.

Conosci altri oggetti formati da più materiali?

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Filosofia del progetto

Scrive Vygotskij:

"L'adulto non può trasmettere al bambino il suo modo di pensare. Egli fornisce semplicemente il significato già pronto di una parola, intorno a cui il bambino forma un complesso [raggruppamento concreto e fattuale basato su rapporti associativi, collezioni, in base esperienziale e non logico-astratta] con tutte le particolarità funzionali, strutturali e genetiche del modo di pensare per complessi, anche se il prodotto del suo pensiero è in effetti identico per contenuto a una generalizzazione che avrebbe potuto essere stata formata secondo un modo di pensare concettuale".

Quindi il progetto si basa sull'uso esteso di problemi da risolvere sperimentalmente, aventi la funzione di contesti concreti nei quali il bambino possa appropriarsi dei termini scientifici e degli pseudo-concetti o "complessi". Il ritenere che le scienze vadano insegnate diversamente da altri ambiti, secondo il modello di "corpo di conoscenze esatte, legate tra loro da una struttura logica", porta a dover scegliere tra due punti di vista ugualmente fallimentari: a) l'allievo può possedere gli strumenti logici necessari solo a partire da una certa età, prima della quale egli non può fare scienza, dopo la quale qualsiasi studente degno di tale nome dovrebbe essere in grado di assumere la stessa rete logica tra i concetti che l'insegnante gli trasmetterà. Oppure, b) si insegna scienza anche in età scolare e prescolare, per apprendere o memorizzare certe conoscenze ritenute più importanti per il cittadino, più impellenti per il bambino, ecc., ma non legate tra loro né da strutture logiche né, soprattutto, da una rete di significati. La prima opzione, derivante dal modello sbagliato di scienza, è quella in uso nell'insegnamento delle scuole "superiori"; la seconda opzione possibile, derivante dallo stesso modello, ha trovato spazio in molte scuole di base, anche dopo l'introduzione dei moduli. 
Le cause di questo ripiego e ritardo dell'evoluzione nell'insegnamento delle scienze sperimentali, sono fondamentalmente due: 

1. La grave assenza di proposte strutturate, da parte della comunità scientifica ed educativa Italiana, che siano percepite come valide, testate e fattibili, dagli insegnanti della scuola di base.

2. La formazione scientifica, ricevuta dagli stessi insegnanti impegnati nei moduli di scienze, non fa che confermare il modello "statico" di scienza come corpo di conoscenze impersonale, creando un circolo vizioso.

Tutto ciò si verifica nonostante le maestre siano perfettamente consapevoli (sulla base della risposta  degli alunni) dell'inadeguatezza dell'insegnamento dell'ambito scientifico, specie quando tale insegnamento viene posto a confronto con i progressi compiuti dalla pedagogia nell'ambito matematico.
Noi riteniamo che l'insegnamento delle scienze debba essere affrontato al di fuori delle logiche disciplinari, ma perfettamente in sintonia con la costruzione dei concetti "embrionali" del bambino. Tale costruzione avviene con la mediazione degli adulti e con una ricerca di significati dei termini linguistici che il bambino attua autonomamente se si trova ad utilizzare materiale concreto in un adatto contesto sociale. Vygotskij insegna che lo sviluppo del linguaggio anticipa e sostiene lo sviluppo cognitivo. Nel caso degli ambiti linguistici, la vita di tutti i giorni e le necessità stesse della comunicazione coincidono col materiale concreto su cui il bambino opera. Nel caso delle scienze sperimentali si può continuare ad usare il quotidiano come riferimento concreto, ma è anche opportuno ricostruire in classe il "laboratorio" della natura, manipolare oggetti, farli interagire, ecc. 
Il solo osservare - produrre il fenomeno è ben poca cosa. L'unica funzione pedagogica dell'esperimento in quanto tale è che esso "focalizza l'attenzione" dell'allievo. Ma l'oggetto dell'osservazione non può essere il mezzo e il fine dell'esperienza di laboratorio; occorre aiutare i bambini a uscire dal contingente e veicolare la loro attenzione per il fenomeno verso la costruzione di significati generali e l'astrazione. Occorre che il bambino si senta libero di combinare in modo diverso gli oggetti dell'esperimento, che possa generare e rilevare errori e situazioni contraddittorie, che possa esplorare e ricercare la risposta alle proprie domande.

Il seme viene posto a germinare e dopo un giorno spunta la piantina, un momento magico. E' ciò che la maestra si aspettava; l'esperimento "è riuscito". Ha assorbito tutta l'attenzione per un po', ma poi? "Andare oltre" significa descrivere e confrontare la situazione di adesso con quella di ieri, abituare gli allievi a usare la parola "confronto", a utilizzare termini come "evidenza della trasformazione"; "interazione" (tra acqua e seme) ed "evidenza dell'interazione"; "sistema" (acqua + seme). Esplorare un fenomeno significa ripetere l'esperimento, ripeterlo con meno acqua, con un eccesso d'acqua, chiedersi cosa succederebbe senza acqua, chiedersi da dove proviene il germe e sezionare un seme, ecc. Meno interessanti sono i nomi "pericarpo", "tegumento", "ilo", "cotiledone", "albume", "embrione", "coleoptile", "radice". Né i primi né i secondi termini offrono una spiegazione meccanicistica di quanto è accaduto, dato che la spiegazione è di competenza della biologia molecolare e anche della fisica. Ma i primi termini sono utilizzabili anche in contesti diversi, per razionalizzare e schematizzare altri eventi; sono una lente "rovesciata" per guardare la realtà in chiave sintetica, generalizzante. Anche per questa ragione hanno una possibilità di essere integrati nel linguaggio spontaneo del bambino. I secondi termini ci aiutano a descrivere analiticamente il fenomeno germinazione, ma hanno una portata più limitata. Possiamo sperare che i bambini e i ragazzi li imparino solo perché obbligati e comunque per un breve periodo. Noi riteniamo pertanto che sarebbe un grave errore costruire l'insegnamento della scuola di base mettendo insieme quello che si ritiene essere "l'essenza" di ogni singola disciplina.
 Nella nostra proposta ogni esperienza ha la funzione di mettere in gioco una parola chiave, un concetto scientifico generale, in quanto propedeutico a più discipline. Poiché siamo consapevoli dell'importanza del linguaggio e della socializzazione nella formazione dei concetti, e poiché siamo convinti che gli insegnanti della scuola di base siano i mediatori più esperti dell'insegnamento delle basi linguistiche, riteniamo che la soluzione migliore consista nell'affidare ad essi l'insegnamento dei termini chiave della scienza, con le stesse tecniche usate per la lingua italiana.

Sempre Vygotskij scrive, a proposito della necessità del linguaggio disciplinare nella formazione dei concetti:

"la formazione di un concetto è un processo complesso a cui prendono parte tutte le funzioni intellettuali fondamentali. Il processo, tuttavia, non può essere ridotto ad associazione, attenzione, immaginazione, inferenza o a tendenze determinanti. Queste funzioni sono tutte indispensabili, ma non sono sufficienti senza l'uso del segno o della parola, che sono i mezzi con cui dirigiamo le nostre operazioni mentali, controlliamo il loro corso e le incanaliamo verso la soluzione del problema che ci sta davanti."

Il possesso di certi termini generali (v. parole chiave) fornisce al bambino:
a) la possibilità di guardare gli eventi, gli oggetti, e le relazioni tra essi, in modo "epistemico" oltre che analitico;
b) la possibilità di accelerare lo sviluppo del pensiero astratto e formale;
c) la possibilità di trasferire i concetti, anche nel loro stato embrionale, in altri campi della conoscenza.

I termini-concetto da noi scelti devono pertanto prescindere da questa o quella disciplina scientifica e le attività che ruotano intorno ad essi possono e devono costituire il terreno fertile su cui costruire, nei cicli scolastici successivi, le conoscenze scientifiche disciplinari.

La nostra preoccupazione fondamentale, come quella di Robert Karplus, ideatore del programma SCIS americano, è che tali idee-concetto permettano agli allievi di pensare in modo astratto e formale nell'approccio conoscitivo con la realtà. Non si tratta di pura speculazione, richiesta per "assorbire" i concetti così come sono "trasmessi" dall'insegnante, ma del particolare modo razionale di fronteggiare le evidenze fattuali e concrete con i concetti, che mette in condizione l'allievo di ricostruirsi gli stessi concetti con un percorso personale e che contraddistingue il pensiero scientifico.

"... per riuscire a utilizzare informazioni ricavate da altri, per trarre profitto dalla lettura di libri di testo e da altre fonti che presentano informazioni in forma astratta, l'allievo deve avere una struttura concettuale e un mezzo di comunicazione che gli permettano di interpretare le informazioni come se le avesse ottenute egli stesso. Questa comprensione funzionale dei concetti scientifici, alla quale daremo il nome di "alfabetismo scientifico", dovrebbe essere lo scopo principale della programma scientifico per la scuola elementare"

L'alfabetizzazione scientifica costituisce l' obiettivo a lungo termine del nostro progetto formativo per la scuola di base, in un'ottica di continuità con i cicli scolastici successivi.  Il fare e il pensare della scienza si caratterizzano con le seguenti attitudini tipiche, che risultano utili e applicabili in un dominio più esteso di quello strettamente scientifico-disciplinare.

1.     La curiosità e l’interesse per i fenomeni naturali e non naturali

2.     la capacità di esplorare e osservare fenomeni in maniera analitica

3.     l'attitudine al confronto critico e alla classificazione

4.     l'attitudine alla misura quantitativa e all’uso di diagrammi

5.     l'attitudine alla sistematicità e alla precisione

6.     l'attitudine a vagliare le evidenze e raggiungere conclusioni

7.     l'inventiva e abilità a immaginare nuove combinazioni di oggetti o idee

8.     il ragionare secondo modelli e teorie

9.     il selezionare e regolare variabili e costanti pertinenti all’indagine su un fenomeno

10. il costruire concezioni, idee, ipotesi o modelli nell’affrontare e interpretare situazioni nuove, inattese o problematiche.

Il senso comune del bambino, attraverso una serie di esperienze in situazioni nuove, come la risoluzione di problemi e la costruzione graduale dei termini scientifici, sarà a poco a poco trasformato in attitudine scientifica.

Il nostro percorso, che per ora consta di dodici parole chiave, prevede attività di esplorazione e di problem solving sperimentale da svolgere con cadenza settimanale (o quindicinale, se affiancate dal programma tradizionale), per i livelli scolastici che vanno dalla scuola dell'infanzia fino alle scuole medie. Nella sezione dedicata alle parole chiave si troveranno le descrizioni delle esperienze più significative elaborate dai tutor e dalle maestre durante la ricerca - azione dei primi due anni di sperimentazione.

Nella logica della continuità sarebbe preferibile coinvolgere, inizialmente, solo classi del primo ciclo, avviando un percorso formativo completo e a lungo termine. Ma ragioni pratiche, come la necessità di raggiungere il maggior numero di insegnanti e la necessità di standardizzare e sperimentare le attività, ci hanno indotto ad allargare l'esperienza anche alle classi più avanzate, dopo un recupero minimo dei prerequisiti, in modo da preparare la struttura futura per le classi pilota che sono giunte al secondo e terzo anno delle elementari con un percorso più completo. I risultati lusinghieri, in termini di apprendimento e motivazione degli allievi, nonché in termini di coinvolgimento delle maestre che si sono "avventurate" in un territorio sconosciuto, comprovano la riuscita del tentativo di inserimento di classi del secondo ciclo e anche di alcune prime medie. Nella maggior parte dei casi le maestre hanno acquisito un buon grado di autonomia nel condurre le attività sperimentali e hanno accresciuto la loro professionalità.