La tecnologia nell’insegnamento delle scienze … applicate
Premessa
Parlando di tecnologia si potrebbero prendere in considerazione aspetti diversi. Potremmo iniziare citando alcune attività cosiddette “tecnologiche” (quali progettare e costruire, inventare e creare, gestire e mantenere, utilizzare oggetti tecnici, scoprire il mondo fatto dall’uomo …), per poi far riferimento allo specifico linguaggio della tecnologia, alla struttura concettuale della tecnologia che mira all’efficienza, al rendimento, all’ottimizzazione e all’affidabilità. Esiste un “sapere tecnologico”, esiste l’intricato rapporto tra scienza e tecnologia, vi sono evidenti conseguenze dello sviluppo tecnologico sull’organizzazione del lavoro. Vi sono studi che ci classificano in base al nostro rapporto con la stessa tecnologia (come usiamo o padroneggiamo la strumentazione, come la tecnologia influenza le nostre scelte …).
Il progresso tecnologico ha ampliato le possibilità offerte al pieno dispiegarsi della vita umana, ad esempio nel campo della medicina, delle comunicazioni, dei trasporti. Il rapido sviluppo delle conoscenze scientifiche e delle capacità tecnologiche dell’umanità non solo ha profondamente modificato il nostro modo di vivere, di lavorare, di curarci, di comunicare e di muoverci, ma ha profondamente cambiato la nostra visione del mondo e della natura.
Sono note, parlando di sviluppo tecnologico, le relative problematiche legate all’impiego delle risorse e alla sostenibilità ambientale, le questioni etiche nel campo della biologia e della genetica, la necessità della tutela della privacy nelle comunicazioni, la delicata questione sugli armamenti e sulla sicurezza. Tutti importanti argomenti di ampio dibattito, sicuramente degni di analisi e di studio la cui trattazione non può certo esaurirsi in poche righe. Mi limiterò, ad alcune considerazioni molto vicine fisica, e all’uso della tecnologia nella scuola, ambito nel quale un’apparecchiatura tecnologica può trasformarsi in un importante strumento cognitivo.
Scienza e tecnologia: quale rapporto?
Considerando scienza e tecnologia possiamo dire che entrambe procedono in modo non sempre “lineare”: esse si intrecciano e si influenzano a vicenda. Non soltanto la ricerca “incide” profondamente sulla tecnologia, ma, contrariamente al pensiero di molti, quest’ultima può consentire fondamentali avanzamenti scientifici.
La strumentazione scientifica ha svolto un ruolo chiave nello sviluppo della fisica: senza il telescopio Galileo non avrebbe aperto la strada all’astronomia moderna, senza gli sviluppi nella tecnologia del vuoto e l’invenzione di una pompa capace di produrre “vuoto spinto” Thomson non avrebbe potuto scoprire l’elettrone; senza la tomografia assiale computerizzata la diagnostica medica non avrebbe potuto fare i passi avanti che sperimentiamo ogni giorno come pazienti, senza i calcolatori elettronici la stessa scienza non sarebbe progredita così velocemente, senza la “tecnica delle bassissime temperature” lo studio sulla superconduttività non avrebbe potuto procedere portando il CERN di Ginevra alla scoperta del bosone di Higgs (teorizzato nel 1964 e rilevato per la prima volta nel 2012 negli esperimenti con l’acceleratore LHC). Numerosissimi sono gli esempi “simmetrici”: dalla NASA (Ente Spaziale Americano) fu calcolato che i brevetti frutto delle cosiddette “ricadute tecnologiche e scientifiche” derivanti dal programma spaziale furono, fin dai tempi del Programma Apollo, decine di migliaia (citiamo il gorotex, utilizzato per le tute degli astronauti, oggi comunemente usato per le giacche a vento e/o per le calzature sportive; il velcro, ideato appositamente per gli astronauti nelle stazioni spaziali, al fine di per potersi fermare in un punto preciso ed evitare di fluttuare di continuo in assenza di gravità; il teflon, utilizzato per proteggere i cavi elettrici nei moduli del servizio Apollo, la tecnica delle valvole delle pentole a pressione, gli arti artificiali, che utilizzano materiali super resistenti, spesso realizzati nei programmi spaziali; i coagulo-metri tascabili, ideati per gli astronauti delle stazioni spaziali che permettono, a chi affronta terapie anticoagulanti, di tenere sotto controllo lo stato del sangue … Da quando sono stati inviati in orbita i laboratori orbitanti e le stazioni spaziali non si contano gli sviluppi nel campo dell’elettronica e dell’informatica che hanno migliorato, ad esempio, la sicurezza dei voli aerei, la strumentazione utilizzata per il meteo, per le telecomunicazioni, o per la navigazione.
Alcune considerazioni didattiche
In base ai risultati del gruppo di ricerca in didattica dell’Università di Milano (con il quale per anni ho collaborato), ma anche in base a ricerche internazionali in tale ambito, i ragazzi sono sicuramente affascinati dai contenuti e dalle implicazioni concettuali della fisica dell’ultimo secolo (pensiamo ad argomenti quali la Relatività o di Fisica delle Particelle) più di quanto non lo siano, in generale, dalla Fisica Classica; allo stesso modo sono attratti dalla tecnologia, quale applicazione concreta della Fisica Moderna. Come utilizzare tale interesse nell’ambito dell’insegnamento? Per quanto riguarda lo strumento e/o l’apparecchiatura tecnologica, ad esempio, una cosa è “spiegarne il funzionamento”, “addestrare l’allievo all’uso”, altra cosa è utilizzarla in un processo di apprendimento. Una data apparecchiatura, può aiutare a comprendere certi aspetti della metodologia della ricerca di base i quali, una volta affrontati su problematiche ed esempi semplici, talvolta storicamente importanti, permettono di meglio comprendere l’essenziale di buona parte dei più complessi metodi e tecniche delle attuali ricerche di frontiera in un ampio spettro di ambiti di fisica fondamentale o applicata. Quanto detto non è specifico della fisica moderna, accade in numerose branche disciplinari, ma è peculiare e fondamentale proprio in tale ambito, per esempio nell’indagine dell’infinitamente piccolo, in astrofisica o nella scienza dei materiali. Alcuni esempi peculiari, accuratamente scelti nell’ambito della fisica moderna, possono svolgere il ruolo di trampolino di lancio per far comprendere molte delle attuali ricerche di frontiera in fisica e delle loro ricadute culturali ma anche pratiche, permettendo così anche al non fisico una adeguata comprensione delle metodologie della ricerca, della rilevanza delle tematiche scientifiche e una maggior consapevolezza della tecnologia del mondo in cui viviamo. Ricordo, a questo proposito, l’utilizzo di una camera a nebbia per l’indagine sul metodo di rilevazione delle particelle alfa di radioattività ambientale (progetto realizzato con una classe del “Levi” e premiato al CERN Consiglio Europeo per la Ricerca Nucleare di Ginevra “Cern Competition Award”).
Per citare un altro esempio (forse meno “appariscente”, ma didatticamente significativo), potrei riferirmi all’utilizzo della termo camera che, da comune strumento di indagine “non invasiva” (nel campo dell’elettronica, per evidenziare parti difettose di circuiti elettrici, ma anche dell’edilizia, per individuare ponti termici o distacchi di intonaco, o presenza di elementi strutturali nascosti e non visibili a occhio nudo, usata anche nel campo medico …), viene spesso impiegata nel nostro laboratorio di fisica come valido supporto allo studio ed alla comprensione della termodinamica e dei suoi principi.
Gli “attori” ed i “protagonisti” del loro apprendimento sono gli stessi ragazzi: questa considerazione si regge su una serie di ricerche nazionali ed internazionali nel campo della metodologia didattica; tale metodologia è stata adottata in una serie di attività laboratoriali (realizzate anche in collaborazione con l’Università), prima ancora che la sua importanza nell’insegnamento/apprendimento venisse chiaramente evidenziata nelle linee guida ministeriali che accompagnano l’impostazione dei “nuovi” licei e dei tecnici; più volte i risultati ottenuti sono stati oggetto di presentazioni in congressi di didattica.
La valenza formativa delle scienze applicate
In quale prospettiva si pone l’insegnamento delle scienze (in particolare della fisica) nella formazione dei nostri ragazzi? Quale valenza avrà l’apprendimento scientifico nella futura vita di un avvocato, di uno scrittore, di un medico, di un architetto …, ma anche di un diplomato? Riporto qui di seguito alcune considerazioni, senza rispettare un ordine di importanza (che, francamente, faticherei ad individuare)
- Per quanto detto lo studio delle “scienze applicate” contribuisce al raggiungimento della cosiddetta “cittadinanza scientifica” che consiste nella capacità di inserirsi in una società quale è la nostra caratterizzata da un trend di sviluppo scientifico e tecnologico “esponenziale” con conoscenze e competenze adeguate per operare e fare scelte in modo consapevole
- Qualunque attività scientifica si basa sulla raccolta, gestione, elaborazione, di dati e loro interpretazione attraverso un procedimento logico, sequenziale, razionale. Questa sequenza di operazioni sviluppa la capacità di comunicare in ambito lavorativo, ma anche in un qualunque altro contesto sociale e/o familiare in modo costruttivo e positivo, utilizzando capacità argomentative basate su dati concreti ed esprimendoci con un prezioso linguaggio dialettico.
- Oltre alla precisione, ed alle procedure di ragionamento il metodo scientifico è uno strumento potente in termini di capacità predittiva: in questo modo si sviluppa la capacità di dominare la complessità e di leggere la realtà con strumenti adeguati
- Ho citato precedentemente il CERN di Ginevra: si tratta del più importante laboratorio di ricerca mondiale sulle particelle elementari. Ai progetti di ricerca del CERN lavorano migliaia tra tecnici, ricercatori, scienziati afferenti a diversi centri di studi ed università; vi partecipano 21 stati membri, anche paesi “osservatori” extraeuropei. Mi è capitato più volte di far visita ai laboratori: è’ sorprendente notare come, in questo contesto, si lavori superando qualunque tipo di barriera: disuguaglianze sociali, etniche, culturali … interloquendo nella lingua “veicolare Inglese” e … parlando di conoscenza, ricerca e tecnologia, contenuti che, da sempre, hanno stimolato la curiosità umana. Per concludere, quindi: avvicinare lo studente al “SAPERE”, in una proficua collaborazione senza confini, ecco l’ultima, ma non la meno importante motivazione allo studio delle scienze applicate.
Luigia Cazzaniga