ISSN 0392-5942 Anno XXVII, n. 5, 2005 Giornale di Didattica della Società Chimica Italiana n C S LA CHIMICA NELLA SCUOLA S p e d iz io n e in a b b o n a m e n to p o s ta le A rt. 2 METANO E ORBITALI IBRIDI PROTEINE AL COMPUTER c o m m a 2 0 /C IL COMPLETAMENTO L eg DELLA TAVOLA PERIODICA g e 6 6 2 /9 6 F GIOCHI E OLIMPIADI DELLA CHIMICA ilia le IL CALENDARIO d i B o lo g n a http://www.soc.chim.it http://www.didichim.org LA CHIMICA SOMMARIO NELLA SCUOLA EDITORIALE La Chimica (e la didattica) negate 121 di Eleonora Aquilini DALLA COPERTINA Anno XXVII Novembre - Dicembre 2005 Justus von Liebig 123 Direttore responsabile di Francesca Turco Pierluigi Riani Dipartimento di Chimica e Chimica Industriale Via Risorgimento, 35 - 50126 Pisa ESPERIENZE E RICERCHE Tel. 0502219398 - fax 0502219260 e-mail: [email protected] Da un’indagine, spunti per la Chimica: Past-Editor Indagine nella scuola secondaria - II parte 124 Paolo Mirone e-mail: [email protected] di Maria Antonietta Carrozza Redattore La Didattica in 3D: come studiare le proteine Pasquale Fetto Favoltà di Medicina Veterinaria al computer 129 Via Tolara di Sopra, 50 - 40064 OZZANO E (BO) Tel. 0512097897 - fax 0516511157 di Giovanni Casavecchia e-mail: [email protected] LA CHIMICA NELLA STORIA Comitato di redazione Liberato Cardellini, Marco Ciardi, Pasquale Fetto, Paolo Mirone, Ermanno Niccoli, Fabio Olmi, Pierluigi Il completamento della Tabella Periodica 133 Riani, Paolo Edgardo Todesco, Francesca Turco, Giovanni di Roberto Zingales Villani Comitato Scientifico LA CHIMICA NELLE SSIS Luca Benedetti, Rinaldo Cervellati, Rosarina Carpignano (Presidente della Divisione di Didattica), Luigi Cerruti, Il metano era tetraedrico anche prima degli Giacomo Costa, Franco Frabboni, Gianni Michelon, Ezio Roletto orbitali ibridi? 138 Editing di Silvia Ripoli Documentazione Scientifica Editrice Via Irnerio, 18 - 40126 Bologna SCI - CRUPPO GIOVANI Tel. 051245290 - fax 051249749 Periodicità: bimestrale (5 fascicoli all’anno) Proteomica Funzionale 146 di Maria Monti, Stefania Orrù, Daniela Pagnozzi, Abbonamenti annuali Italia euro 48 - Paesi comunitari euro 58 Piero Pucci Fascicoli separati Italia euro 12 Fascicoli separati Paesi extracomunitari euro 15 I PREMI NOBEL Gli importi includono l’IVA e, per l’estero le spese di spedizione via aerea La via di degradazione delle proteine controllata Spedizione in abbonamento postale Art.2 comma 20/C Leg- ge 662/96 Filiale di Bologna dall’ubiquitina 152 Ufficio Abbonamenti di Giovanni Cercignani Manuela Mustacci SCI, Viale Liegi, 48/c - 00198 - Roma RUBRICHE Tel. 068549691 fax 068548734 E-mail: [email protected] Copyright 1995 Società Chimica Italiana LETTERA AL LETTORE 162 Pubblicazione iscritta al n. 219 del registro di Cancelleria Lo iato tra programmare e insegnare del Tribunale di Roma in data 03.05.1996 di Ermanno Niccoli La riproduzione totale o parziale degli articoli e delle illu- strazioni pubblicate in questa rivista è permessa previa autorizzazione della Direzione GIOCHI E OLIMPIADI DELLA CHIMICA La direzione non assume responsabilità per le opinioni Il Calendario 163 espresse dagli autori degli articoli, dei testi redazionali e pubblicitari RECENSIONE 164 Editore Lavoisier da leggere e da insegnare SCI - Viale Liegi 48/c - 00198 Roma di Eleonora Aquilini Stampa LE GRAFICHE RECORD snc Le figure esornative sono tratte dal testo: P.Lugol - Leçons élémentaires S. Giorgio di P. (BO) - Tel. 0516650024 de Chemie - Paris, Libraire Classique Eugène Belin - 1905 EDITORIALE di Eleonora Aquilini La Chimica (e la didattica) negate Come insegnanti di Chimica, come persone che si stauro, ben declinati nelle conoscenze e abilità. occupano di didattica da molto tempo, come mem- Del resto come si può uscire da un liceo artistico e bri della divisione di Didattica della società Chimica non conoscere la fluorescenza ultravioletta e la ra- italiana non possiamo che sentirci offesi per gli OSA diografia come tecniche d’indagine chimico-fisiche pubblicati dal MIUR. Ci era stato chiesto nell’au- utilizzate nel restauro? La chimica dei coloranti poi tunno 2003, nell’ambito del protocollo d’intesa è fondamentale… Del resto, viene da dire, come si MIUR /DD-SCI di produrre gli OSA per la chimi- fa a starci in questo liceo artistico a studiare la chi- ca nei Licei. Lo abbiamo fatto. Sono uscite bozze mica e altro se gli insegnamenti si preannunciano con degli OSA che avevano poco a che vedere con il questi ritmi a rotta di collo? nostro lavoro che era pensato per la Chimica come Che grado di comprensione si può avere degli ar- disciplina autonoma all’interno dell’insegnamento gomenti trattati? scientifico. Sono cambiati i nostri OSA e la Chimica Forse qualcuno pensa che siano contemplate altre è stata accorpata in vario modo nei diversi licei. L’ul- ore…Le ore di cui si sta parlando sono sempre le tima novità è la Chimica inserita nelle Scienze Inte- stesse…(due ore in terza e due in quarta di Scienze grate nel biennio del Liceo tecnologico. Gli Osa at- Naturali). Detto per inciso, lo scorso anno scolasti- tuali contengono anche i nostri: cambiati, rivisti, co nell’insegnamento di Analisi chimica nell’ITIS per denaturati di senso e di significato. Questo non ci Chimici in cui insegno, con otto ore settimanali, io piace per niente. personalmente non ho avuto modo d’inserire la fluo- La prima cosa che colpisce è che questi OSA per i rescenza fra gli argomenti svolti perché i ragazzi ave- vari licei sono tanti (una valanga) se si considera il vano problemi con le tecniche spettrofotometriche numero esiguo di ore che è riservato non solo alla più semplici. Forse gli alunni del liceo artistico han- chimica, ma all’insegnamento scientifico in genera- no altre capacità di assimilare la chimica ad alta le. Il principale criterio è quello enciclopedico: met- velocità che viene proposta dagli estensori di que- tiamo dentro tutto, indipendentemente dal numero sti OSA, chissà... di ore, a prescindere dagli interessi specifici dei vari Onestamente, credo che qui si sia giunti alla follia. licei. La chimica è questa e deve essere insegnata Gli OSA per la Chimica non soltanto sono a fisar- tutta: questo è l’imperativo (didattico). Allora il tem- monica ( gli stessi argomenti si stringono e si allar- po diventa un fattore secondario e questi elenchi gano a seconda delle ore), ma sono spezzettabili in enciclopedici immessi nelle Indicazioni nazionali diversi punti con questo solo criterio: quello dell’im- sono gli stessi per il Liceo Classico che ha Scienze portanza della chimica in un determinato liceo. Naturali per quattro anni (3/2/2/2 ore settimanali) e Le considerazioni che noi da anni facciamo sul ruo- per il Liceo Artistico a indirizzo Architettura Design lo del biennio sono state ignorate sistematicamente. Ambiente o a indirizzo Audiovisivo Multimedia Noi della DD-SCI avevamo data un’indicazione Scenografia che hanno Scienze Naturali solo nel chiara nei nostri OSA pubblicati su CnS: nel biennio secondo biennio per 2 ore settimanali. Sia nel Liceo gli argomenti da trattare per genere e qualità dove- Classico che nel Liceo Artistico si comincia con la vano essere gli stessi per tutti i licei. Cosa vuol dire? materia e i suoi stati fisici e si finisce con le pile e Vuol dire che quello che può essere insegnato a l’elettrolisi. Nel Liceo Artistico si riesce anche a livello di biennio, con tre/quattro o ore settimanali fare di più: vengono proposti temi trasversali d’inte- fino a 16 anni è la Chimica classica e niente altro. resse specifico (Chimica, Biologia, Scienze della Se le ore sono di meno si fa di meno e si diluisce nel Terra) e si collocano, senza colpo ferire (si fa per tempo ciò che abbiamo indicato per un biennio. Per 121 dire), due argomenti niente male per la loro com- noi, infatti, l’insegnamento è di qualità se è capace plessità: la chimica dei colori e la chimica per il re- di contribuire alla formazione culturale di base di Novembre - Dicembre 2005 CnS - La Chimica nella Scuola Editoriale tutti gli allievi. La conoscenze chimiche che posso- Invece la storia del pensiero dà fastidio agli estensori no diventare cultura per gli alunni del primo biennio di questi OSA che anche quando ricalcano le no- sono quelle comprensibili in una fase della vita in cui stre indicazioni, stanno bene attenti a togliere i rife- il pensiero astratto si va costruendo su quello con- rimenti espliciti alla storia della Chimica, che per i creto e non ha ancora vita completamente autono- professionisti della disciplina, coloro che la iden- ma. Bisogna quindi scegliere gli argomenti chimici tificano con l’aspetto tecnico, è roba vecchia, inuti- che sono per gli alunni di una determinata fa- le e stantia. La Chimica vera, quella da insegnare è scia d’età in modo da costruire basi solide per la invece quella che serve nelle industrie… ma i nostri conoscenza della Chimica.Il tipo di liceo non varia alunni non sono gli scienziati del gruppo di ricerca, le caratteristiche psicologiche degli alunni e il dove- sono persone che hanno bisogno di imparare i fon- re di noi insegnanti di proporre un insegnamento damenti della chimica, di imparare a ragionare e di significativo per i nostri alunni. Nell’ambito poi di un amare ciò che studiano. La freddezza tecnica dei determinato quadro orario si potrà far di meno o di libri di testo non affascina nessuno. più ma sempre in un ben preciso quadro di riferi- Nella logica della preparazione al lavoro nell’indu- mento psico- pedagogico ed epistemologico. stria (a eseguire le ricette di cui altri comprenderan- La storia del pensiero chimico, ossia la storia e no il significato) il biennio tecnologico (quello che l’epistemologia della chimica che noi avevamo avvia alla vera chimica) è stato ripulito ben bene esplicitato nei nostri OSA per i bienni, sono neces- da ogni riferimento a un insegnamento che utilizzi sarie per dare senso ai problemi trattati , per non criteri diversi dall’usuale e da tutto quello che può far sentire inadeguati gli alunni che hanno concezio- far conoscere la scienza come impresa umana e non ni prescientifiche come molti grandi scienziati prima come sequenza di verità assolute. Gli argomenti sono delle geniali intuizioni che hanno portato alle grandi aumentati perché lì si hanno a disposizione otto ore… scoperte. Gli OSA attuali hanno invece come mo- e quindi si può fare tutto. Peccato che in queste otto dello i libri di testo che, banalizzando, trattano le ore settimanali si debbano fare anche tutta la Bio- varie leggi e definizioni come se ogni teoria discen- logia, tutta la Fisica e tutte le Scienze della Terra. desse dalla precedente con logica deduttiva. La sto- La conseguenza di questa corsa al nozionismo sarà ria e l’epistemologia su cui abbiamo insistito nei no- che gli alunni si allontaneranno ancora di più dalla stri OSA avevano lo scopo di proporre un insegna- Chimica e si alimenterà l’odio verso tutte le scienze, mento che potesse diventare cultura per il cittadino: in quanto incomprensibili, fredde, difficili. S’insegne- per coloro quindi che continuano a studiare la Chi- rà un po’ di tutto, con tanta superficialità, un po’ di mica dopo il biennio e per coloro che non la studia- linguaggio tecnico e tanto dogmatismo. no più . Tutti hanno bisogno di senso. 122 CnS - La Chimica nella Scuola Novembre - Dicembre 2005 DALLA COPERTINA Justus von Liebig Darmstadt, 1803 – Monaco, 1873 A cura di FRANCESCA TURCO [email protected] Justus von Liebig nacque a Darmstadt il 12 maggio 1803 in una famiglia di commercianti. Svolse le prime, collauda- te, preparazioni nel retrobottega della drogheria paterna e, attratto da “fatti chimici” fu per due anni apprendista farmacista. Ammesso all’università studiò a Bonn e ad Erlangen, dove si laureò giovanissimo, nel 1822. Sugge- segno di riconoscimento, la rivista prese il nome di Justus stionato da Schelling, si orientò temporaneamente verso Liebig’s Annalen der Chemie. Come molti contemporanei la filosofia ma attratto dalla fama della Sorbonne si recò a Liebig fu preoccupato per la grave carenza alimentare che Parigi dove, grazie alla raccomandazione di Humboldt, avrebbe - secondo Malthus - colpito la già travagliata condusse ricerche sui fulminati nel laboratorio di Gay- popolazione europea, in espansione in seguito alla rivo- Lussac. Grazie ancora all’appoggio di Humboldt ottenne luzione industriale; si interessò quindi ad applicazioni la cattedra di chimica a Giessen, Professore Straordinario chimiche in campo agricolo e alimentare. Ricerche sull’as- nel 1824 divenne Ordinario l’anno seguente. Qui, nono- sorbimento delle sostanze chimiche da parte del terreno stante i contrasti dovuti ad un carattere autoritario unito portarono alla dimostrazione dell’efficacia dei concimi alla giovane età, riuscì a fondare un laboratorio che giun- minerali, almeno pari a quella degli organici tradizionali, e se presto a fama internazionale. Il laboratorio di Giessen, diedero origine all’industria dei concimi artificiali e allo frequentato da numerosi ricercatori di prima grandezza, sfruttamento dei depositi di guano del Cile. La pubblica- divenne una delle migliori scuole scientifiche di tutti i tem- zione fondamentale in questo campo è Die organische pi; vi transitarono Frankland, Gerhardt, Hofmann, Kekulé, Chemie in Ihrer Anwendung auf Agricultur und Sobrero, Volhard e molti altri. Il 1826 fu un anno rilevante Physiologie, del 1840. Il grande successo dell’opera, fon- per la didattica, in quanto Liebig inaugurò l’insegnamen- damentale per lo studio della biochimica delle piante e per to sperimentale, e per Liebig stesso che sposò Henriette la chimica dell’agricoltura, esercitò una vera e propria in- Moldenhauer e incontrò Wöhler, con il quale intraprese fluenza sugli agricoltori, soprattutto in Inghilterra. Su fi- una fertilissima collaborazione pochi anni più tardi. Nel siologia e patologia animale si indirizzano altri lavori, di- 1831, dopo sei anni di ricerche, fu messa a punto una vulgati nell’opera del 1842 Die organische Chemie in ihrer nuova metodologia di analisi organica elementare, grazie Anwendung auf Physiologie und Pathologie, mentre a questa vennero corrette le formule di alcuni composti meno fruttuoso fu lo studio dei processi di fermentazione organici. Particolarmente rilevante l’assegnazione (in base e putrefazione, che vide decadere l’ipotesi meccanico-chi- si pesi atomici di Berzelius) della formula C H O all’aci- 14 12 4 mica di Liebig all’affermarsi delle teorie di Pasteur. L’inte- do benzoico e C H O all’essenza di mandorle amare 14 12 2 resse per l’alimentazione si acuì durante i moti del 1847- (aldeide benzoica). Liebig e Wöhler osservarono che in 1848 e portò alla preparazione del celebre Fleischextrakt, questi due composti e nel cloruro di benzoile resta inva- l’estratto di carne commercializzato negli anni 1850 a Mo- riato il ‘gruppo’ C H O, battezzato benzoile; il concetto 14 10 2 naco come extractum carnisi che costituì l’unico succes- di radicale ricevette così, nel 1832, una seconda dimostra- so commerciale di Liebig: nel 1865 fu fondata la Liebig’s zione sperimentale (quattro anni prima Dumas e Boullay Extract of Meat Company che fruttò centinaia di migliaia avevano individuato in CH il radicale etilene nell’alcol e 4 4 di marchi. nell’etere). Nel 1837, dopo una riunione della British Dopo la chiamata alla cattedra di Monaco del 1852, Liebig Association for the Advancement of Science a Liverpool, non affrontò più temi rilevanti di ricerca e contemporane- venne incaricato di redigere un rapporto sullo stato della amente ridusse gli impegni didattici a favore di quelli mon- chimica organica. Durante il ritorno incontrò Dumas a dani; i suoi ultimi anni furono quindi caratterizzati da una Parigi, i due chimici definirono sui Comptes rendus (5, certa amarezza, proprio mentre andava consolidandosi la 1837) la chimica organica come “la chimica dei radicali”, sua fama in Europa e negli Stati Uniti. Morì a Monaco, nel concetto a cui Liebig restò legato. Ancora nel 1832 Liebig 1873. fondò gli Annalen der Pharmacie, più tardi rinominati Annalen der Chemie und Pharmacie, che ben presto di- Per chi vuole approfondire: W. H. Brock, “Justus von 123 ventarono una delle più conosciute e diffuse riviste di Liebig : the chemical gatekeeper”, Cambridge: Cambridge chimica dell’Ottocento in Germania. Dopo la sua morte, in university press, 1997. Novembre - Dicembre 2005 CnS - La Chimica nella Scuola ESPERIENZE E RICERCHE Da un’indagine, spunti per la Chimica Indagine nella scuola secondaria - II parte - Molti studi sono stati condotti sia sul funzionamento MARIA ANTONIETTA CARROZZA * della mente umana sia su nuove e interessanti modalità di verifica/valutazione, quali ad esempio la narrazione la cui adozione mette in evidenza da una parte gli aspetti forma- Riassunto tivi per il singolo e per il gruppo, dall’altra la necessità di Dopo aver affrontato il fondamento dell’innovazione abbandonare un modello trasmissivo dell’insegnamento metodologica insito nella sperimentazione dei program- a favore di uno cognitivista. mi Brocca, in particolare nell’indirizzo scientifico tec- - L’innovazione metodologica rende necessaria la riflessio- nologico e aver sottolineato l’importanza dell’analisi ne sulla distinzione della tipologia di domande sottolinean- della disciplina insegnamento, si pone l’accento, consi- do come le domande illegittime siano domande da sfavorire derando nuclei fondanti quali stati della materia e tra- in un processo di insegnamento/apprendimento e come sia sformazioni di stato, sullo stato delle competenze cultu- indispensabile nell’insegnamento di una disciplina esegui- rali e metodologiche con cui studenti di biennio acce- re una attenta analisi disciplinare mantenendo integra, nel- dono al triennio. La somministrazione di un questiona- la trasposizione didattica da disciplina “ esperta” a discipli- rio ad allievi del triennio del liceo scientifico tecnolo- na insegnamento, la sua struttura sintattica. gico ed ordinario, mette in luce alcuni problemi relativi - L’analisi disciplinare conduce alla individuazione di nu- al processo di insegnamento/ apprendimento che clei fondanti ad alto valore formativo per i discenti di una evidenziano come nella nostra scuola, a tutti i livelli di scuola di base superiore, portando avanti la necessità di formazione, l’insegnamento di discipline a carattere discriminare, in ordine di tempo da impiegare nell’appren- sperimentale abbia ancora spiccatamente tipologia de- dimento, tra nuclei fondanti a forte valenza formativa e scrittiva. nuclei fondanti ad alto valore descrittivo. - A tal proposito è stato proposto un questionario a stu- Abstract denti di classi terze di indirizzo di studi scientifico-tecno- After the treatise of the innovation carried out by logico e ordinario di cui presento in questa II parte sia la “Brocca” scholastic programs, in this second part of the tipologia che i risultati. paper, we analyze the cultural and methodological knowledge of the students passing from the second to 2.Indagine sui nuclei fondanti stati della materia e tra- the third class, taking in consideration fundamental sformazioni di stato concepts such as the state of the matter and the state L’insegnamento della chimica nei licei scientifici a indirizzo transformation. tecnologico dovrebbe cominciare nella prima classe di scuo- For this purpose, we have given a questionnaire to la secondaria superiore con l’insegnamento del laborato- students of the final three years of the scientific rio di chimica e fisica che viene condotto per cinque ore technologic and ordinary lyceum. The results outline settimanali; in questo indirizzo il numero di ore che il legi- that there are a few problems related to the teaching/ slatore ha voluto assegnare all’apprendimento di queste learning process and that in our school, at every due discipline e il fatto che esse siano state accorpate in formation level, the teaching of experimental disciplines un unico insegnamento risponde ad un disegno ben preci- is still essentially descriptive. so, svelato nel corso delle tante discussioni che hanno accompagnato la nascita e la messa in opera della 1. Introduzione sperimentazione di questo insegnamento. La nuova disci- portiamo avanti il discorso del precedente intervento di plina di insegnamento, negli intenti del legislatore, non cui richiamiamo i punti essenziali: vuole delineare un percorso di apprendimento che si pre- - I programmi Brocca hanno costituito un tentativo di rin- senti come l’intersezione di temi appartenenti alla fisica e novamento della scuola secondaria superiore italiana, il alla chimica ma, come esplicitamente sottolineato nei pro- rinnovamento può essere possibile solo mettendo in atto grammi, il corso intende far esperire ai discenti le un’innovazione metodologica che comporti l’abbandono metodologie e le procedure proprie dell’indagine scientifi- del modello trasmissivo dell’insegnamento a favore di ca. Metodologie e procedure si esperiscono se il percorso quello cognitivista. di insegnamento permette agli allievi di cimentarsi con i - A tal proposito occorre ridefinire il ruolo dell’insegnante nel processo insegnamento/ apprendimento che diventa problemi per i quali le due discipline hanno trovato vie di un facilitatore dell’apprendimento invece che produttore soluzione. Il termine laboratorio è utilizzato volutamente di conoscenze. con significato differente da “luogo dove si eseguono 124 * Docente di Laboratorio di Didattica della Chimica e SVT – SSIS esperimenti” a “momento in cui si educa alle operazioni mentali e manuali sugli oggetti della conoscenza”. L’attivi- del Veneto Docente di Scienze presso il Liceo Scientifico “Fracastoro” di Verona tà pratica è orientata all’esercizio degli apparati intellettivi CnS - La Chimica nella Scuola Novembre - Dicembre 2005 Maria Antonietta Carrozza ed esplicativi delle discipline oggetto di insegnamento · la disposizione delle particelle di acqua nel vapore anziché alla verifica di leggi e principi studiati in classe su un libro di testo. Il fatto di accorpare le due discipline in un Riguardo al concetto di passaggi di stato le domande unico insegnamento risponde alle esigenze di partire da poste nel questionario sono state le seguenti (3 e 4): un problema del mondo fenomenologico e di impadronirsi 3. Accanto alle frasi che seguono scrivi a quale tipo di fenomeni fisici esse fanno riferimento: della sua conoscenza mediante l’utilizzo degli apparati processuali delle due discipline. Frase Fenomeno fisico Con questo bagaglio culturale e metodologico studenti Dopo la doccia i vetri della finestra erano appannati che hanno superato un biennio di liceo scientifico tecno- È tornato il sole e le strade si sono asciugate Questo inverno il lago era coperto di ghiaccio logico dovrebbero accedere a un triennio dove le discipli- La naftalina spande il suo odore nell’aria ne di insegnamento, fisica e chimica, sono oggetto di in- Aggiungi un po’ di zucchero alla limonata, per favore segnamento non più congiunto ma separato. Fai attenzione, il tuo gelato si sta sciogliendo! L’indagine eseguita per più anni su studenti (circa 250) 4. Di seguito sono riportati: in grafico 1 le curve relative ai che avevano concluso il biennio ad indirizzo sperimentale processi di riscaldamento in ambiente a temperatura co- ed ordinario relativamente ai nuclei concettuali stati del- stante di due sostanze X e Y; nel grafico 2 è riportato l’an- la materia e passaggi di stato ha messo in evidenza alcu- ni rilevanti problemi nel processo di insegnamento/ap- damento della temperatura di una sostanza Z che, dopo il prendimento di questi due nuclei fondanti e i risultati non processo di riscaldamento, viene posta in ambiente a tem- si discostano nei due indirizzi di studi. Una analoga inda- peratura costante gine è stata condotta per più anni su laureati in ingresso ai corsi di perfezionamento in didattica della chimica del- l’Università di Modena ed anche qui i risultati hanno messo in luce alcuni aspetti problematici nella concettualizzazione degli stati della materia e dei passaggi di stato. 3.Il questionario A studenti in uscita dal biennio è stato somministrato un questionario per rilevare i saperi in ingresso relativi a que- sti due nuclei fondanti disciplinari; le domande del que- stionario miravano a indagare non tanto il possesso di conoscenze dichiarative quanto: · la consapevolezza della maturazione di processi semplici come quello classificatorio, Grafico 1 · l’utilizzo del linguaggio scientifico per definire (o catalo- gare) fenomeni normalmente presenti nella vita di tutti i giorni, · la rappresentazione mentale di un fenomeno che lo stu- dente si costruisce dopo averlo esperito, · la lettura dei dati di una rappresentazione grafica di pro- cessi di riscaldamento fino al passaggio di stato di una sostanza. Riguardo al concetto di stato della materia, nel questio- nario (volutamente anonimo), sono state formulate le se- guenti domande (1 e 2): 1. di seguito sono elencati in ordine alfabetico alcuni ”oggetti”: acqua, alcool, anidride carbonica, aria, birra, bracciale d’oro, farina, filo di rame, gesso, lamina di ferro, latte, ossigeno, pezzo di legno, plastica, sabbia. Raggruppa in tre insiemi gli “oggetti” Grafico 2 elencati secondo il criterio dello stato fisico; spiega, caso per caso e in poche parole, perché hai inserito “l’oggetto” in quel dato gruppo. a) indica quali sostanze hanno subito il passaggio di stato e speci- (Per favorire la comprensione del testo, nel questionario sono fica il motivo che ti ha indotto a pensare che si tratta di un state costruite tre tabelle simili alla seguente: passaggio di stato, b) osserva con attenzione il grafico 2 e indica il nome del processo STATO:........................... MOTIVAZIONI rappresentato, spiegando quali fatti ti hanno guidato nell’indivi- duare il processo, 1. c) segna con precisione sulle curve dove avviene il passaggio di 2. stato delle sostanze e prova ad esplicitare a parole ciò che hai 3. segnato nel grafico, 4. d) illustra come si comporta la temperatura durante i processi di ... passaggio di stato. 2. Descrivi con semplici disegni: 4. Analisi dei risultati 125 · la disposizione delle particelle di acqua nel ghiaccio Domanda n°1: i risultati del questionario hanno messo in · la disposizione delle particelle di acqua nell’acqua liquida evidenza che tutti gli studenti hanno sistemato gli “og- Novembre - Dicembrebre 2005 CnS - La Chimica nella Scuola Da un’indagine, spunti per la Chimica Indagine nella scuola secondaria - II parte getti” elencati correttamente negli stati appropriati, la mag- di fusione e di ebollizione ad essa relativi. Solo il 2% ri- gior parte di essi però (75%), identificava come criterio di sponde correttamente. Riguardo alla domanda c), il 100% appartenenza ad uno stato, il fatto che l’oggetto conside- degli allievi segna con correttezza e precisione sulla cur- rato si trovasse allo stato solido, liquido o gassoso o che va dove avviene il passaggio di stato, ma nella richiesta fosse un solido suddiviso alle ordinarie condizioni di tem- di riferire per iscritto, il 100% degli allievi risponde essen- peratura, senza nemmeno considerare la pressione. Que- zialmente riportando quanto segue “la temperatura del- sta percentuale di studenti rispondeva infatti: “questi la sosta termica delle due sostanze è…” e legge corretta- materiali che ho individuato nello stato solido in natu- mente la temperatura. ra si trovano allo stato solido”, facevano lo stesso per I problemi relativi a questa parte di risposta riguardano gli insiemi di oggetti inseriti nelle rispettive tabelle da loro due aspetti: la tendenza a leggere il valore della tempera- contrassegnate come stato liquido e gassoso. Il 25% de- tura di passaggio di stato senza considerare il suo anda- gli studenti individuava come criterio di classificazione di mento nell’intervallo di tempo in cui il passaggio di stato un “oggetto” in un dato stato solo la proprietà della for- avviene, e la tendenza a considerare il termine sosta ter- ma. mica, che sta a significare, per loro, l’invarianza della tem- Domanda n°2: le risposte hanno confermato quanto peratura in un dato intervallo di tempo durante il passag- esplicitato in precedenza; nessun disegno riportato met- gio di stato, come sinonimo del processo di cambiamento teva in evidenza che il concetto di stato fisico era legato a stesso; mentre, è bene sottolinearlo, i termini si riferisco- proprietà come forma e volume. no al comportamento invariante della temperatura duran- Domanda n°3: i risultati hanno messo in evidenza che te la trasformazione fisica in un dato intervallo di tempo. tutti gli studenti (100%) hanno identificato con precisio- Nella domanda d), il 97% degli studenti riferisce che la ne il fenomeno della solidificazione: infatti ognuno di loro temperatura varia, dimostrando di confondere il processo ha individuato nella frase “quest’inverno il lago era co- di riscaldamento o di raffreddamento riportati in grafico, perto di ghiaccio” il fenomeno della solidificazione. in cui l’uno e l’altro processo sono condotti fino al cam- Solo il 10% degli studenti ha parlato di fusione nel caso biamento di stato fisico ed oltre, con il processo di pas- della frase “fai attenzione il tuo gelato si sta sciogliendo”, saggio di stato. Solo il 3% degli studenti risponde corret- mentre l’80% ha riferito che si tratta di scioglimento e il tamente alla domanda. 10% non risponde. Il 100% degli studenti individua come scioglimento il pro- 5. Alcune riflessioni preliminari… cesso di dissoluzione dello zucchero. Alcune riflessioni sono necessarie dopo l’analisi di que- Il 68% degli studenti individua come vaporizzazione il sti dati. fenomeno esplicato sia dalla frase “dopo la doccia i vetri I risultati mettono in evidenza che gli studenti sottoposti della finestra erano appannati” sia “è tornato il sole e all’indagine, nell’apprendimento del nucleo fondante sta- le strade si sono asciugate”. ti di aggregazione della materia e passaggi di stato non Il 77% degli studenti ha individuato nella frase “la hanno avuto modo di esperire, nel corso di tutta la loro naftalina spande il suo odore nell’aria” il fenomeno della carriera scolastica, che una osservazione sistematica e sublimazione, il 23% lo ha individuato come fenomeno di statica di un oggetto permette di conoscere l’oggetto iso- evaporazione. landone le proprietà che più lo caratterizzano e sulle quali Domanda n°4: i risultati hanno messo in evidenza che gli possono essere condotte osservazioni qualitative e studenti non presentano alcuna difficoltà ad individuare quantitative. Queste proprietà costituiscono criteri che nei grafici le curve che rappresentano i cambiamenti di permettono la classificazione in insiemi differenti; l’ope- stato mentre le motivazioni che adducono sono più inte- razione di classificazione è sempre una operazione di co- ressanti in quanto fanno rilevare nell’apprendimento di noscenza qualitativa. Ad esempio, nell’osservazione di questi nuclei fondanti, la tendenza a far ricorso a informa- un “oggetto” allo stato solido, fin dalla scuola di base zioni memorizzate con uno studio teorico piuttosto che primaria, occorrerebbe abbandonare la descrizione nuda basarsi sulla reale lettura dei dati riportati in grafico. Infat- e cruda o la ripetizione mnemonica della descrizione idea- ti, relativamente alla domanda a), il 100% degli studenti le di un oggetto solido e passare alla manipolazione del- individua correttamente quali sostanze passano di stato l’oggetto stesso e all’identificazione delle proprietà che ma, nel motivare il passaggio, il 100% risponde che ha si presentano con regolarità in tutti gli “oggetti”. E’ ne- individuato il passaggio di stato grazie alla presenza della cessario consolidare la consapevolezza che sono le rego- “sosta termica” (parole degli studenti). Non viene preso larità rilevate che consentiranno la costruzione del con- in considerazione da alcun alunno la lettura della tempe- cetto che verrà “etichettato”, ad esempio, con i termini di ratura e dell’intervallo di tempo in cui questa si mantiene “stato solido”. La rappresentazione mentale di stato soli- costante. Relativamente alla domanda b), il 98% degli alun- do deve contenere perciò, le regolarità che identificano ni ritiene che la curva del grafico 2 rappresenti il processo qualsiasi solido e cioè forma e volume propri. Per cui di passaggio di stato chiamato solidificazione riferendo bracciale d’oro, pezzo di legno, filo di rame, lamina di che i fatti che li hanno guidati nella individuazione della ferro… presentano tutti una regolarità, cioè due proprietà trasformazione sono relativi alla diminuzione della tempe- caratteristiche, forma e volume propri, che consentono, ratura e alla sosta termica. La lettura del grafico ovvia- se rilevate in “oggetti” mai visti, di classificarli nell’insie- mente non è corretta rispetto a ciò che la domanda chiede: me “stato solido”. infatti il processo rappresentato è il raffreddamento di una Lo stesso vale per gli stati liquido e gassoso che verran- sostanza fino al suo cambiamento di stato e ulteriore no identificati rispettivamente dalle proprietà: forma non 126 raffreddamento nel tempo; nulla fa pensare, nella lettura propria e volume proprio per i liquidi; forma non propria e del grafico, che si tratti di solidificazione: infatti non è volume “non proprio” per i gas (sottolineo che il signifi- riportato il nome della sostanza, né una tabella con i punti cato di non proprio è relativo al fatto che i gas occupano CnS - La Chimica nella Scuola Novembre - Dicembre 2005 Maria Antonietta Carrozza tutto lo spazio a disposizione, non che non possiedono consiglio di classe e non solo di una sua componete. un loro volume). Per questo stato della materia un’altra proprietà, la comprimibilità, è la regolarità che permette di 6. …e possibili interpretazioni distinguerli rispetto agli altri due stati della materia. Poiché l’indagine è stata condotta sia su classi di indirizzo Nella rappresentazione mentale di un oggetto, di un feno- ordinario sia su classi sperimentali senza mostrare, riguar- meno, di un processo o di un evento esperito devono do a questi nuclei fondanti, sostanziali differenze nei risul- ritrovarsi le regolarità che permettono la costruzione di tati, si possono formulare due interpretazioni a riguardo. quella categoria concettuale, cioè le proprietà caratteristi- La prima è relativa al fatto che l’insegnamento di questi che per cui un fenomeno, oggetto o processo è stato di- temi potrebbe non aver subito sostanziali variazioni con- stinto da un altro. servando, nonostante gli sforzi, carattere descrittivo. I dati dell’indagine mettono in evidenza come, molto spes- La seconda riguarda l’aspetto privilegiato nell’insegna- so, fenomeni sottoposti ad attività laboratoriali non sono mento di queste tematiche. messi in relazione con fenomeni rilevabili concretamente Se è stato privilegiato lo studio macroscopico di un siste- nella realtà che ci circonda (vedi domanda 3 e suoi risulta- ma, la sua conoscenza comporta la definizione di proprie- ti); ed inoltre che manca la consapevolezza che i termini del tà, rilevabili ad occhio nudo, che variano e di proprietà linguaggio specifico della scienza non sono semplicemen- che restano costanti; questo approccio richiede il ricorso te nomi, ma concetti e cioè “designanti di oggetto o di a sistemi concreti e fenomeni rilevabili nella realtà vissuta gruppo” (Aldo Borsese) che identificano pacchetti di pro- dai nostri allievi ed essi si appropriano di strumenti per prietà caratteristiche; caratteristiche che, nel caso dei feno- leggere ed interpretare la realtà che li circonda. Sono meni di trasformazioni fisiche, danno luogo a cambiamenti spiegabili i risultati relativamente agli stati fisici della ma- ben precisi nelle proprietà degli stati di aggregazione. teria se nelle classi in cui l’indagine è stata condotta si è Ad esempio, a questo livello di età (fine biennio di una dato per scontato l’aspetto macroscopico scuola superiore), la costruzione della categoria concet- Se invece si è privilegiato l’aspetto microscopico, il ricor- tuale identificata dal termine fusione, deve contenere che so a proprietà come forma e volume non viene preso in si sta considerando un fenomeno fisico che comporta un considerazione. Intraprendere il percorso microscopico cambiamento di stato relativo ad una porzione di materia richiede, a questo livello di età, notevoli capacità di ela- che perderà la forma propria, assumerà quella del reci- borazione e di astrazione; ed è, a mio parere, improponibi- piente che la contiene, cambierà il suo volume, conserve- le quando si trattano gli stati di aggregazione e le trasfor- rà la massa e la natura chimica e subirà quel processo solo mazioni di stato. Diventa invece perfettamente proponibile se le condizioni ambientali di temperatura o pressione o dopo le leggi della chimica, in quanto stati fisici, passaggi entrambe, cambieranno fino al raggiungimento di valori di stato e leggi ponderali portano naturalmente a formula- caratteristici per ogni sostanza. Gli allievi devono cioè re un modello interpretativo microscopico della materia. È comprendere che “fusione” per un chimico non è sempli- chiaro allora che il ricorso al concetto di particella non è cemente un termine specifico ma è una categoria concet- possibile se non si è concluso il percorso arrivando alle tuale ben precisa che contiene due altre “sottocategorie”, leggi ponderali. identificate da proprietà che cambiano e da proprietà Alla domanda “quale approccio occorre allora adotta- che si mantengono costanti; ed è verso la scoperta di re nell’insegnamento della chimica nei bienni e quale queste categorie che deve mirare un processo di insegna- bagaglio di competenze servono per il triennio”, le ri- mento/apprendimento. Per meglio precisare, il processo sposte sono state date da lunga data e si trovano tutte didattico deve tracciare un percorso ben preciso di inse- nella proposta dei programmi. Sono in effetti ricorrenti gnamento che tenga conto di queste categorie concet- nelle finalità frasi quali “lettura di eventi del mondo reale tuali, che metta in atto strategie di insegnamento efficaci come trasformazioni fisiche e chimiche”; questo ci sug- per la costruzione di queste trame concettuali, che svilup- gerisce immediatamente l’approccio da utilizzare. Il baga- pi la consapevolezza nello studente degli schemi di azioni glio di competenze deve riguardare sistemi di azioni men- processuali impiegati per impadronirsi di quel determina- tali ricorsivi relativi a processi come il problem solving: to campo di conoscenza. Queste strategie di insegnamen- allora questi sistemi di azione diventano porsi domande to cioè, da un lato devono salvaguardare la struttura della buone, (se il problem solving è quello che prima abbiamo disciplina insegnamento nei suoi nuclei fondanti ad alto delineato: cosa succede ad una porzione di materia allo valore formativo, dall’altro devono far emergere, median- stato solido quando viene sottoposta a riscaldamento? te attività metacognitiva, la consapevolezza delle strate- le domande buone diventano: quali variabili sottopon- gie con cui lo studente si impadronisce di quel campo di go a controllo? Come falsifico l’ipotesi che ho formula- conoscenza. to?); il porsi le domande buone conduce all’invenzione di L’indagine ha fatto emergere altri due aspetti ricorrenti un percorso operativo di falsificazione e alla necessità di nel processo insegnamento/apprendimento: il primo è re- raccogliere e ordinare dati che permettano di trovare ri- lativo alla tendenza a far ricorso ad informazioni incame- sposte alle domande buone, di analizzarli per arrivare alla rate per mezzo di uno studio teorico ed a servirsi di queste conoscenza del fenomeno. per interpretare un grafico, piuttosto che attenersi alla Mi è capitato di sfogliare alcune pagine in Internet di un reale lettura dei dati riportati in grafico; il secondo riguar- corso di laboratorio di un istituto superiore, dove tra stati da il problema, sempre più comune negli studenti attuali, della materia, passaggi di stato e leggi ponderali non esi- di adottare una lettura del testo scritto molto superficiale; ste nessuna relazione, e quel che è peggio relativamente questo aspetto coinvolge tutti gli altri insegnamenti e non alle leggi ponderali sono proposte esperienze come “ve- solo quelli del settore scientifico, il problema è affrontabile rifica della legge di Lavoisier, di Proust e di Dalton”. Se 127 solo con adeguata programmazione interdisciplinare sul- è innegabile il contributo di esperienze fattibili in labora- le competenze trasversali da costruire, compito di tutto il torio su questi argomenti, è criticabilissimo e avvilente Novembre - Dicembre 2005 CnS - La Chimica nella Scuola Da un’indagine, spunti per la Chimica Indagine nella scuola secondaria - II parte l’approccio: le leggi vengono prima esposte e raccontate In un qualsiasi processo di insegnamento/apprendimen- poi si passa appunto alla verifica. Ovviamente parlo delle to che coinvolga la scuola di base o l’università credo leggi ponderali e delle trasformazioni fisiche per rimanere che occorrerebbe impostare l’analisi disciplinare in fun- in tema, ma per il resto delle tematiche l’approccio non è zione della spendibilità per gli allievi nel percorso intra- diverso. preso e dell’alto valore formativo dei nuclei fondanti di- È avvilente sfogliare libri di testo di chimica, anche uni- sciplinari. Nella scuola di base il nuovo insegnante non versitari, leggere le lezioni di insegnanti universitari intro- dovrà privilegiare (non vuol dire che non dovrà trattare) dotte nei siti delle varie università e rilevare che, nono- quei nuclei fondanti della disciplina esperta che possono stante tutto, la formazione degli studenti, magari futuri essere trasposti nella disciplina insegnamento solo in insegnanti, in campi specialistici è ancora meramente de- modo descrittivo. scrittiva e puramente contenutistica. In quali e quante Solo così non solo la chimica, ma tutta la scienza in gene- sedi universitarie italiane si mette in evidenza agli studen- rale, avrà l’alto valore formativo che le compete. ti che affrontano studi specialistici, la formazione del lin- guaggio scientifico? In quali università si analizza il rap- Bibliografia porto fra questo e il linguaggio comune o si mettono in P.Riani, La struttura particellare della materia nella evidenza le regole sintattiche del primo, o la relazione di scuola media inferiore: risultati di una indagine e ri- significato tra termine concetto e pacchetti di proprietà flessioni didattiche. CNS La Chimica nella Scuola N°3 ad esso collegate? A mio parere, in tutto il nostro sistema pag. 79-85 (1995) formativo si pensa ancora e solo in termini di contenuti R.Andreoli, L.Contaldi, La struttura particellare della senza considerare minimamente i processi di apprendi- materia: risultati di una indagine condotta su alcuni grup- mento, si pensa in termini di sapere e non di competenze e pi di insegnanti e futuri insegnanti. CNS La Chimica nel- di strategie messe in atto per impadronirsene. la Scuola N°3 pag. 97-100 (2000) Timidi tentativi sono stati fatti, nei percorsi di formazione P. Mirone, Gli orbitali sono realmente necessari nell’in- messi in atto dalle scuole di specializzazione per l’inse- segnamento della chimica di base?, CnS anno XXV, n. 4, gnamento dove si è cominciato a sperimentare l’integra- 2003 zione tra pedagogia-didattica e disciplina, una ventata di P.Atkins, L.Jones, Chimica generale (Zanichelli, 2002) novità che è stata apportata anche grazie alla possibilità/ S.Steven, S.Zumdahl, Chimica (Zanichelli, 1997) necessità di contatto diretto università e scuola anche se molto resta ancora da costruire. Occorre recuperare a tutti Ringraziamenti i livelli formativi la consapevolezza che la struttura con- Un vivo ringraziamento prof.Gianni Michelon dell’Univer- cettuale di una disciplina non è mai disgiunta dalla sua sità di Venezia per i preziosi consigli forniti sia nel corso struttura sintattica e in un processo qualsiasi di insegna- dell’indagine sia nella stesura dell’articolo e al prof.Roberto mento/apprendimento i due aspetti non possono mai es- Andreoli dell’Università di Modena per i preziosi consigli sere separati. forniti nella stesura in fase iniziale dell’articolo. 128 CnS - La Chimica nella Scuola Novembre - Dicembre 2005