I pregiudizi concettuali. Con la serie di esempi che seguono, tutti di carattere astronomico, si intende favorire una visione concreta di che cosa siano le concezioni divergenti da quelle scientifiche accreditate, in modo da fornire una panoramica della quantità e della qualità delle interferenze che ostacolano la formazione e l’apprendimento delle concezioni scientifiche in contesti didattici reali. 1. La Terra nell’Universo. Qualsiasi scolaro di scuola elementare si è sentito dire che la Terra è rotonda ed è sospesa nell’Universo, ma quali effettive concezioni del nostro pianeta corrispondono a quest’affermazione ‘ Un’indagine in tal senso è stata effettuata con ragazzi statunitensi, israeliani e nepalesi dagli 8 ai 14 anni, ottenendo risultati sostanzialmente equivalenti (Nussbaum, 1985). Si è trovato che, soprattutto ai livelli di età inferiori, ma in qualche caso ancora verso i 12 anni, è diffusa l’idea che la Terra sia piatta, e che la sua rotondità coincida con le curve delle strade o delle montagne, o con una forma a disco. Quest’ultima rappresentazione spiegherebbe nei ragazzi sia la circumnavigazione che le fotografie riprese dai satelliti. Ci sono poi bambini che ritengono che la Terra a forma di globo non sia quella su cui viviamo, ma un altro pianeta sospeso in cielo come tutti gli altri. Questo stratagemma consente loro di conciliare le proprie concezioni con le informazioni scientifiche apprese da insegnanti e libri. Vi sono molte altre soluzioni basate su simili stratagemmi. Una di esse riprende lo sdoppiamento appena indicato, collocando però le persone, in uno stesso disegno, sia sulla Terra sferica vista come pianeta, che su un suolo piatto sottostante che rappresenta le normali condizioni di vita (vedi Figura 1). Per quanto il fautore dell’indagine dichiari di trovare inspiegabile questa rappresentazione, essa esprime molto bene la mescolanza di idee tratte dall’esperienza quotidiana e dalla conoscenza scientifica. Figura 1: Rappresentazione di alcune concezioni ingenue relative alla Terra. Altri ragazzi (vedi sempre Figura 1) pensano che il cielo sia situato solamente al di sopra della Terra sferica, tanto che i sassi si possano lanciare verso di esso solo se possono andare verso l’alto così identificato (l’alto del foglio nel loro disegno, che presumibilmente coincide con la rappresentazione mentale di un alto assoluto nell’Universo), ed essendo impossibilitati a farlo al Polo Sud poiché la Terra si frappone come ostacolo insormontabile! Secondo un’altra concezione, condivisa più o meno alle stesse età, la Terra è sì una sfera, ma cava e contenente nell’emisfero inferiore il suolo su cui viviamo e in quello superiore l’aria o il cielo. Il Sole, la Luna, e le stelle vengono immaginate tanto dentro la sfera, quanto sulla sua superficie, che all’esterno. 2. L’Universo orientato. Anche ritenere che la Terra oltre che sferica sia piena, non testimonia necessariamente un modo corretto di concepirla dal punto di vista astronomico. Dei ragazzi tra i 10 ed i 14 anni intervistati, circa un quarto, pur sapendo che la Terra è una sfera piena, è convinto che nell’Universo ci siano un alto ed un basso assoluti. Essi pensano che in qualsiasi punto della superficie dei sassi lasciati andare da una persona che li avesse in mano, cadrebbero secondo una direzione dall’alto al basso, identificata sostanzialmente con la direzione dal Polo Nord al Polo Sud, e proseguirebbero all’infinito "al di sotto" della Terra. Per lo stesso motivo una bottiglia d’acqua aperta al Polo Sud si svuoterebbe ed il suo contenuto si riverserebbe nello spazio sottostante. Un comportamento analogo avrebbero dei sassi lasciati cadere al Polo Nord in una galleria che attraversasse l’intero pianeta. Anche in altre gallerie variamente orientate la loro caduta sarebbe sempre verso un basso assoluto. Alcuni ricercatori italiani hanno proposto anche a persone adulte i quesiti relativi alle cadute lungo gallerie scavate nella Terra (Duprè et al., 1981). L’aver scelto soggetti adulti sposta l’attenzione dalla loro età al tipo di istruzione posseduta, quale "variabile indipendente" cui correlare le risposte ottenute. I 343 soggetti intervistati erano studenti universitari del primo anno del corso di laurea rispettivamente di fisica (154), di biologia (63) e di psicologia (77), e 49 insegnanti elementari. I primi due gruppi di studenti erano all’inizio dell’insegnamento di Fisica dei rispettivi corsi. Le risposte ottenute hanno evidenziato sostanzialmente quattro modelli del comportamento dei corpi nell’Universo e delle gravità. Per il primo la Terra è inserita in un Universo concepito con un alto ed un basso assoluti conformemente all’esperienza quotidiana sulla Terra stessa: i corpi cadono "all’ingiù", intendendo la direzione dall’alto al basso come coincidente con quella dal Nord al Sud, e dall’emisfero australe si perdono nello spazio. Per il secondo modello gli oggetti cadono verso la Terra sulla sua superficie, ma verso un basso assoluto al suo interno. Il terzo modello si basa sull’idea del "centro di gravità", ma inteso non come riferimento astratto in rapporto alla distribuzione della massa terrestre, bensì come il suo centro concepito quale nucleo o punto materiale, che esercita esso solo l’attrazione. Infine il quarto modello corrisponde a quello accreditato che considera la forza peso esercitata da tutta la massa in modo tale da avere al centro l’annullamento delle forze concorrenti. Nell’interpretazione di senso comune del moto mancano quindi concetti equivalenti a quelli utilizzati in Fisica, particolarmente quelli relativi ai sistemi di riferimento ed alla gravità. Anche rispetto ad affermazioni che esteriormente sembrano conformi alle concezioni fisiche, un’analisi più attenta può rivelare che si tratta di ripetizioni più o meno meccaniche di discorsi non capiti. Ciò riguardava, ad esempio, quanti parlavano di attrazione verso il centro della Terra, intendendo però magicamente la forza di gravità. Questa concezione è risultata quella di gran lunga più diffusa, e testimonia che si può parlare di gravità in maniera apparentemente scientifica pur avendone un’idea magica. Altre idee relative alla Terra. Da una recente indagine condotta in Italia (Cavallini, 1995) in una scuola media inferiore sono emerse varie discrepanze tra i modi di concepire la Terra da parte dei ragazzi e quelli scientifici. La ricerca è iniziata assegnando ai ragazzi alcune prove scritte e grafiche sulla falsa riga dell’indagine svolta da Nussbaum, adattata alla realtà della classe. Le prove somministrate sono state le seguenti: 1. "Qual è la forma della Terra’ Fai un disegno che la rappresenti e spiega da dove vengono le tue informazioni". 2. "Ci sono tre esploratori, uno al Polo Nord, l’altro al Polo Sud, il terzo in un paese africano che si trova all’Equatore. Disegna i tre esploratori". 3. "I tre esploratori tengono in mano un filo a piombo. Disegna il filo a piombo e spiega a parole il tuo disegno". Sintetizzando le concezioni più significativamente rilevate, dall’indagine emerge una sorta di indifferenza per i sistemi di riferimento, ad esempio per il piano orbitale della Terra riguardo all’orientamento dell’inclinazione del suo asse; i ragazzi possiedono un’idea vaga dei Poli, dell’asse terrestre, dei meridiani e paralleli (qualcuno non considerava come paralleli i circoli polari, i tropici e l’Equatore), dello schiacciamento polare, dell’orbita terrestre intorno al Sole; vi è la tendenza a concepire la Terra come abitabile solo in una parte piatta superiore, o vagamente anche in una inferiore sapendo che la gente vive anche nell’emisfero australe, ma non nelle parti "curve" percepite come laterali e talmente ripide che si cadrebbe nel vuoto. Sono quindi risultate concezioni simili a quelle più ingenue trovate da Nussbaum, come la diffusione della concezione di un orientamento assoluto dall’alto al basso, spesso fatto coincidere con la direzione dal Nord al Sud. In quanto all’idea di posizione diritta, più o meno consciamente verticale, anziché di posizione perpendicolare al suolo in funzione del centro di gravità, va anche tenuto conto del fatto che l’enorme alterazione, sul disegno rispetto alla realtà, delle proporzioni delle dimensioni della Terra e delle figure umane, e l’enorme riduzione delle dimensioni terrestri, impediscono di percepire come la curvatura della superficie terrestre sia tanto ridotta da far risultare praticamente piatta una zona circoscritta a dimensione umana. Viene così a mancare nel disegno un tratto piano corrispondente che faccia da riferimento per la perpendicolare, e si vede infatti che i ragazzi cercano di rimediarvi in modi ingenui. D’altronde, i ragazzi non hanno certo chiaro il concetto di verticale come linea di riferimento primaria, e tanto meno come linea individuata operativamente con l’orientamento del filo a piombo (Aarons, 1992). Molte altre dichiarazioni raccolte in varie classi di scuola media confermano quante e quali barriere cognitive si oppongano all’adozione di una prospettiva astronomica, e alla corretta interpretazione delle relative nozioni insegnate. Diffusissima, ad esempio, è la convinzione che l’alternarsi delle stagioni sia provocato dalla variazioni di distanza tra Terra e Sole, anche in seguito all’idea che i ragazzi in genere hanno dell’orbita terrestre attorno al Sole come di un’ellisse molto schiacciata. Quando si ricorda o si dice loro per la prima volta che, anzi, la vicinanza tra i due è leggermente maggiore durante l’inverno che durante l’estate boreale, e che comunque rimarrebbe la situazione inversa dell’emisfero australe, anche se essi capiscono il discorso sul piano verbale e razionale, poi ne alterano il significato o non ne tengono conto nelle considerazioni successive. C’è chi allora, riferisce alle diverse zone della Terra le differenze di distanza dal Sole che causerebbero le diversità di temperature, spiegandosi o con la sfericità del pianeta o con l’inclinazione di questo il fatto che, ad esempio, il Sole risulti più vicino all’equatore e più distante dai Poli. Evidentemente, non c’è la minima idea degli ordini di grandezza riguardo alla distanza tra Terra e Sole rispetto alle dimensioni terrestri. Si può essere tentati di credere che si tratti di esempi di ignoranza e di immaturità che esprimerebbero solamente posizioni marginali di una minoranza di ragazzi, ma poco significative rispetto ai normali processi di conoscenza. In realtà non è così. Sono esempi di idee analoghe a quelle ricorrenti nelle conversazioni scolastiche con frequenze che risultano statisticamente significative (vedi Appendice A: I preconcetti più comuni in campo astronomico). 1. La rimozione dei pregiudizi concettuali. Da quanto detto, appare manifesto che limitarsi ad esporre le nozioni formali non può produrre cambiamenti cognitivi consistenti nel singolo individuo, e comunque si scontra con l’invadenza di una gran quantità di idee e di modi di pensare che travisano continuamente in larga misura il significato dell’insegnamento svolto. Questa promiscuità tocca in profondità le strutture e i processi del pensiero, per cui non sono solo i singoli contenuti specifici trattati ad esserne investiti, ma lo è l’intero modo di interpretarli e di collegarli o meno alla restante conoscenza personale, e più in generale di elaborare l’informazione. Anche dopo aver appreso conoscenze che si contrappongono alle proprie concezioni precedenti, e dopo che sono stati in grado di ripetere tali conoscenze ed eventualmente di applicarle con successo, gli studenti spesso tornano facilmente a pensare nello stesso modo. Quindi disimparare i preconcetti potrebbe dimostrarsi l’unico fattore decisivo nell’acquisizione e nella conservazione delle nuove conoscenze. Ora, l’insegnamento non è sempre sufficiente per la completa rimozione di un preconcetto, poiché, come in precedenza sottolineato, vi è la tendenza ad adattare le nuove informazioni alla vecchia struttura esistente, e le nuove conoscenze spesso rappresentano solo una sorta di vocabolario più ampio per descrivere i preconcetti già esistenti. Per raggiungere questo obiettivo, un metodo adottabile suggerito da David Ausubel (Ausubel, 1978), lo psicologo pedagogico che per primo ha riconosciuto l’importanza in fase di apprendimento delle conoscenze antecedenti possedute dagli studenti, è quello di porre al soggetto delle domande mirate con lo scopo di identificarne le convinzioni errate. Successivamente si debbono fornire osservazioni e ragionamenti che lo portino a mettere in discussione il proprio modo di pensare. Viene così generata una sorta di contraddizione interna che sfocia nella ristrutturazione delle proprie idee. Solo a questo punto si possono fornire i nuovi concetti secondo la metodologia proposta da Karplus. 2. L’applicazione del "Ciclo di Karplus". Risulta ora certamente più chiaro come la rimozione dei pregiudizi e l’apprendimento per mezzo del "Ciclo di Karplus" si realizzino facilmente tramite una struttura ipertestuale e multimediale. È inoltre da sottolineare che l’Astronomia è una scienza particolarmente efficace per tale tipo di ristrutturazione (Vosniadou & Brewer, 1987): si pensi ad esempio a come sia avvenuto nel corso della storia il passaggio dal Sistema Geocentrico a quello Eliocentrico. L’applicazione del ciclo di Karplus avviene secondo le seguenti modalità: 1. Dapprima viene proposta all’utente l’indagine di un fenomeno mediante simulazioni od osservazioni virtuali. 2. Successivamente il soggetto è sottoposto ad un test di comprensione a risposta multipla. 2a) Nel caso in cui selezioni la risposta sbagliata gli vengono mostrate le conseguenze della scelta, viene portato all'autocontraddizione e può quindi correggere la sua risposta (come suggerito da Ausubel). 2b) Nel caso in cui la risposta sia corretta, vengono offerti ulteriori testi, immagini e filmati di approfondimento, preparando il terreno per l’argomento successivo (come indicato nella fase conclusiva del ciclo di Karplus). Per la costruzione dei test e l’identificazione dei pregiudizi, ci si è basati su lavori di ricerca svoltisi negli Stati Uniti, dai quali è emersa una certa frequenza degli stessi preconcetti, in prima approssimazione collegati all’età ed al livello di istruzione. È stato compilato così l’elenco delle idee errate più diffuse consultabile in Appendice A. Appendice A I preconcetti più comuni in campo astronomico. Fisica generale. § Gli oggetti si fermano se non c’è una forza costante che li tiene in moto § Le distanze tra gli oggetti sono dello stesso ordine degli oggetti stessi. La forma della Terra e la forza di gravità § § § § § § § § § § La forza di gravità è dovuta alla pressione dell’atmosfera sugli oggetti La gravità non esisterebbe in assenza d’aria perché richiede un mezzo materiale attraverso il quale agire. La gravità agisce dall’alto verso il basso. La gravità aumenta con l’altezza. La gravità è diretta verso il suolo. La gravità agisce in modo selettivo, cioè in modo diverso sui vari oggetti, e su alcuni non agisce affatto. Nello spazio esistono direzioni assolute ( alto-basso, destra-sinistra). La Terra è piatta. Se la Terra fosse sferica, gli abitanti dell’altro emisfero dovrebbero "cadere giù". La Terra è sferica, ma noi la vediamo piatta perché viviamo in una zona piatta della sua superficie ( o sul lato piatto di un suo emisfero). § La Terra è appoggiata sopra qualcosa. Terra, Sole e Luna. § § § § § § § § § § § § § § § § L’alternarsi del dì e della notte è dovuto al fatto che il Sole ruota intorno alla Terra. Il dì e la notte sono dovuti al fatto che la Terra si muove entro l’ombra del Sole. Il dì e la notte sono dovuti al fatto che le nubi bloccano la luce del Sole durante alcune ore. L’alternarsi del dì e della notte è causato dalla rivoluzione della Terra intorno al Sole. Di notte il Sole "va via". La rotazione e la rivoluzione terrestre sono due moti incompatibili tra loro. A mezzogiorno il Sole è allo zenith. L’alternarsi delle stagioni è dovuto al variare della distanza tra la Terra e il Sole: durante l’inverno la Terra è più distante, durante l’estate è più vicina. La Luna non ruota su se stessa, infatti rivolge verso la Terra sempre la stessa faccia. Le fasi lunari sono provocate dall’ombra della Terra sulla Luna. Le eclissi di Luna sono un tipo particolare di fasi lunari. Da diversi luoghi della Terra si vedono fasi lunari diverse nello stesso istante. La Luna ruota intorno alla Terra in un giorno. La Luna emette luce propria come il Sole. La Terra è più grande del Sole. Il Sole sorge ogni giorno esattamente ad Est e tramonta esattamente ad Ovest. Il Sistema Solare. § I pianeti non sono visibili ad occhio nudo. § I pianeti appaiono ogni notte in cielo nella stessa posizione. § Il Sole non è l’unica stella del Sistema Solare. § § § § § § Le distanze tra i pianeti sono confrontabili con le dimensioni dei pianeti stessi. Il Sole non è una stella. Il Sole è una stella particolare. Il Sole è eterno, non si "consumerà" mai. Le stelle cadenti sono stelle che si staccano dal cielo e cadono. Il Sole è molto più denso dei pianeti. La radiazione. § La luce non si propaga sotto forma di particelle Le stelle § § § § § § § § § Le stelle hanno le punte, perché è così che appaiono al telescopio. Le stelle fanno parte del Sistema Solare. Le stelle sono rotonde. Tutte le stelle hanno le stesse dimensioni. Tutte le stelle sono bianche. La Stella Polare è la più brillante del cielo. Le costellazioni sono raggruppamenti di stelle associate tra loro. Se al posto del Sole ci fosse un buco nero, la Terra verrebbe inghiottita immediatamente da esso. I buchi neri hanno un colore nero e non possono quindi essere rivelati in nessun modo. Le galassie e l’Universo. § § § § § § Lo spazio è vuoto. Nello spazio non c’è alcuna forza gravitazionale. La nostra è l’unica galassia dell’Universo. La nostra galassia si trova al centro dell’Universo. L’Universo è statico e immutabile. L’Universo contiene solo il nostro Sistema Solare. Pregiudizi indotti dalla fantascienza o altro. § § § § § È possibile costruire navi spaziali che viaggino più velocemente della luce. È possibile viaggiare nel tempo. L’astrologia è in grado di predire il futuro. L’astrologia è una scienza, con basi fisiche. Gli extraterrestri hanno visitato la Terra.