Rappresentazioni mentali sulla natura della scienza

Carey e Smith (1993) sostengono che la centralità dell‟apprendimento scientifico è quello di focalizzare gli sforzi nell‟aiutare gli studenti a comprendere la natura dell‟impresa scientifica. L‟importanza di questo risiede nel fatto che gli studenti nel percorso scolastico di base conosceranno solo una piccola parte dei saperi scientifici ma come cittadini saranno chiamati a prendere posizione su temi di pubbico dominio che possono presentarsi come grandi controversie. Perciò, un curriculum di successo in ambito scientifico sarà quello in grado di alimentare un interesse continuo per le scienze e quello che favorirà un apprendimento di competenze per la vita tra le quali primeggiano senso critico e di giudizio e valutazione.

Il coinvolgimento attivo degli studenti e la comprensione della

natura della scienza sono i punti chiave per innescare un processo

continuo di interesse verso le scienze.

Altro aspetto focale è rappresentato dall‟attivazione di un processo di

mutamento paradigmatico che è sempre molto difficile da innescare

perché un processo del genere è una sfida intellettuale. Gli studenti arrivano a scuola con rappresentazioni mentali, cioè teorie e concetti che sono molto diversi da quelle della scienza accreditata e renderli consapevoli di questo può aiutarli al successo nell‟apprendimento.

La visione di scienza di cui gli studenti sono portatori, affermano Carey e Smith, ma anche Hodson (1985, 1988), Nadeau e Desanteles (1984) e Strike e Posner (1985), corrisponde alla visione di matrice induttivista o empirista secondo la quale l‟origine della conoscenza scientifica poggia solo su dati attorno al mondo e la natura è lì fuori pronta per essere conosciuta dagli scienziati che scoprono fatti e danno risposte sulla base di queste scoperte. I fatti stessi quindi esistono come fossero oggetti reali e basta solo scoprirli. Il lavoro degli scienziati consiste solo nello scoprire le leggi della natura e formulare teorie sostenute da fatti. Sulla base di queste idee scoperte negli studenti, nel corso delle ricerche

citate, Carey e Smith sostengono, l‟importanza dell‟attivazione dsi un apprendiemnto scientifico che presenti una epistemologia della scienza più costruttivista in cui sia facilitata la comprensione che gli scienziati hanno teorie che stanno alla base della generazione sia di ipotesi specifiche sia di esperimenti.

Occorre cioè, attivare un processo di comprensione relativo al fatto che

la conoscenza delle regolarità della natura sia più una conseguenza del susseguirsi di congetture che la scoperta di

regolarità e che il possesso di una prospettiva teorica è alla base sia dell‟osservazione sia della sperimentazione. Quindi, attivare il mutamento concettuale per favorire la visione secondo la quale le

teorie non riflettono la realtà ma sono invece una costruzione intellettuale su larga scala e le congetture sono a loro volta le

fondamenta su cui si edifica qualsiasi lavoro scientifico e la guida di ogni processo di conoscenza del mondo.

Altre ricerche (Aguirre, Haggerty, Linder, 1990; Harris, 1992, Shapiro, 1996) hanno indagato invece le rappresentazioni mentali dei docenti di tutti i livelli scolari della scuola di base anche italiana (Roletto,1998)40

sulla scienza e i quadri teorici che ne escono non differiscono dalle rappresentazioni dei discenti.

Secondo queste ricerche la visione della scienza è di essere un riflesso della realtà, tale concezione corrisponde ad una visione positivista datata tra la fine dell‟800 e gli inizi del 900 ed è di natura empirica, cioè si assiste alla prevalenza dei fatti sulla teoria, ed è realistica in senso stretto, cioè la corrispondenza tra teorie e realtà costituisce la verità della scienza.

40_{Roletto E., Epistemologia e formazione degli insegnanti: punti di vista degli insegnanti sulla scienza,}

5.3 Rappresentazioni mentali come credenze, le ricerche in campo scientifico

In tutti i Paesi da ormai 30 anni si è sviluppata (Donaldson, Driver, 1978; Carey, 1985;Koslowski, 1996, Kun, Amsel e O‟Loughlin, 1988, Kuhn, 1991 Shayer, 2003) la ricerca sulla formazione e l‟apprendimento dei concetti scientifici in molti campi delle scienze, possiamo ammettere ormai che non esistono campi rimasti esclusi dall‟indagine.

Le indagini citate hanno messo in evidenza che comunemente le persone sono portatrici di convinzioni che divergono in modo netto da quelle della scienza accreditata e che spesso queste concezioni influenzano il successo dell‟apprendimento in questo campo. Queste ricerche hanno portato a fare sempre più chiarezza e a sistematizzare che si deve parlare di vere e proprie epistemologie e cioè di credenze, di teorie della mente e non di conoscenze o concetti errati, secondo i vecchi orientamenti.

Mason (2001) a proposito di conoscenze e credenze presenta alcune prospettive, una prima prospettiva (orientamento proposto da Abelson, 1979) suggerisce di operare una netta distinzione tra credenze e conoscenze evidenziando “sette tratti che consentono di distinguerli, di cui gli ultimi cinque appaiono più evidenti dei primi due. 1. Gli elementi(concetti proposizioni, regole ecc) di un sitema di credenze non sono consensuali, in quanto possono risultare abbastanza differenti da quelli di un altro sistema dello stesso dominio…al tratto della non consensualità di un sistema di credenze si accompagna quello del suo diverso grado di consapevolezza della possibilità di costruzione di alternative. 2. I sistemi di credenze rigurdano in parte l‟esistenza o meno di alcune entità concettuali(es dio, streghe, ecc) entità che solitamente funzionano come categorie generali di organizzazione del sistema, e giocano un ruolo che non è riscontrabile nei sistemi di conoscenze. 3. i sistemi di credenze spesso includono rappresentazioni di mondi alternativi…si tratta di abbandonare totalmente delle vecchie regole e stabilire delle nuove…4. I sistemi di credenze si basano

fortemente su componenti valutative e affettive, cioè sulla coesistenza di aspetti cognitivi e motivazionali. Un sitema tipico di credenze possiede categorie di concetti definiti come “buoni” o “cattivi”…tali polarità…possono stabilire una rete molto fitta di connessioni, ritrovabile solo assai raramente nei sistemi di conoscenze. 5. I sistemi di credenze tendono ad includere una quantità considerevole di episodi dell‟esperienza personale o tratti dal folclore se riguardano le convinzioni culturali, oppure dalla propaganda se riguardano idee politiche. E‟ la forza degli episodi che vengono raccontati a costituire “prova” di una credenza…6. L‟insieme dei contenuti incluso in un sistema di credenze è generalmente molto aperto. Non appare chiaro dove vada tracciata la linea di confine per escludere ciò che sta al di fuori del sistema in quanto non pertinente…7. Le credenze possono essere mentenute con gradi diversi di certezza” (pp22,23,24, 2001).

Secondo questa visione, quindi, una distinzione tra credenze e conoscenze fa ritenere le credenze cariche di elementi valutativi e affettivi e privi di elementi cognitivi, mentre le conoscenze, al contrario, sono ritenute prive di elementi valutativi, basate su fatti oggettivi e cariche di elementi cognitivi.

La seconda prospettiva segue, invece, le posizioni attuali (Schoenfeld 1983, Boscolo 1997) che vedono le conoscenze costituite anche da elementi valutativi oltre che cognitivi come pure ritengono che le credenze contengono elementi cognitivi.

In conclusione, un sistema di credenze guida i modi di agire delle persone impegnate in operazioni cognitive, e le convinzioni fissano i limiti delle risorse cognitive da mobilizzare nell‟apprendimento in seno alle varie discipline arrivando a rendere inaccessibili una grande quantità di informazioni registrate nel sistema LTM (Long Term Memory). Shoenfeld (citato da Mason, 2001), per esempio, con i suoi studi su ciò che condiziona negli studenti la possibilità di risoluzione di problemi in matematica, ha messo in evidenza come la loro convinzione relativa al fatto che “essere in grado di risolvere un problema in matematica

significava essere veloci nel risolverlo” era alla base dell‟effettiva prestazione manifestata dagli studenti. Per cui la credenza “impiegare pochi minuti nella risoluzione di un problema=saper risolvere il problema/ non impiegare pochi minuti= non essere capace di risolvere il problema”, condizionava l‟apprendimento nella risoluzione dei problemi in matematica; possibilità che nella rappresentazione degli studenti era data dal richiamare alla memoria una procedura esatta. Quindi le epistemologie personali e sociali (Greno pp134-141,1989, citato da Mason, 2001) sono agenti orientanti le attività mentali, intendendo dire che pensiero e apprendimento non sono slegati dalla situazione ma in relazione con essa e che, pertanto, coinvolgono sempre un sistema: agente-situazione anziché una “mente solitaria”( Mason, pag 22, 2001). Le ricerche sulle credenze scientifiche hanno riguardato sia concezioni di fenomeni nei contesti specifici, sia credenze più generali relative alla natura della scienza e metodo scientifico, la rappresentazione mentale di chi fosse lo scienziato e il suo lavoro, cosa fossero e quale fosse l‟utilità dei modelli, sulla concezione dell‟esperimento scientifico ecc. Le indagini sulla natura della scienza e il metodo scientifico si differenziavano per il contesto in cui sono state eseguite e cioè all‟interno di una data attività scientifica oppure etranea ad essa. I risultati di queste ricerche hanno confermato che la maggior parte degli studenti si situava nel possesso di una epistemologia definita come “copy theory” (Mason, 2001), cioè positivista della scienza, confermando le ricerche citate in precedenza (Roletto, Aguirre, Haggerty, Linder, Harris, Shapiro) fondata sulla credenza che la conoscenza scientifica procuri una reale conoscenza del mondo e quindi sia una ”copia fedele del mondo” (ibidem, 2001). Larochelle e Désauteles (1991) riferiscono anche per studenti delle scuole superiori credenze di tipo tecnico-empiriste e certe della natura della conoscenza scientifica. Riguardo alla concezione dei “modelli scientifici” (Grosslight, 1991) sia studenti delle medie sia studenti delle superiori possedevano epistemologie sostanzialmente simili e piene di realismo naif, ad esempio: concepire i modelli come modellini di cose

reali che non prevedevano le rappresentazioni di idee; la seguente visione è risultata la concezione tipica degli studenti delle medie: “rendere il modello il più possibile aderente alle realtà” per misure e proporzioni in genere; per il gruppo di studenti delle superiori il modello veniva concepito come uno strumento che rendeva comprensibili le cose agli altri e a sé stessi; lo scopo di un modello era: dimostrare struttura e funzione di un oggetto, strumenti per aiutare a capire e semplificare, per cotruire una verifica. Riguardo a come si costruisce un modello scientifico per gli allievi delle medie era imprescindibile riferirsi alla cosa reale, mentre per gli studenti delle superiori la costruzione doveva rispondere al requisito della comprensibilità. Anche la possibilità di cambiamento di un modello è stata indagata e riguardo a questa, la maggior parte degli intervistati era in accordo con la mutabilità di un modello, ma riguardo alle ragioni, mentre gli studenti delle medie davano motivazioni disorganiche e confuse, gli studenti delle superiori mostravano la credenza che che i modelli cambiassero di fronte a nuove prove sperimentali che ne mostravano i limiti. Per la possibilità di modelli multipli tutto il gruppo di studenti lo riteneva possibile dichiarando che una stessa cosa poteva esere guardata da punti di vista differenti; non contemplavano invece spiegazioni diverse o rappresentazioni mentali diverse, o mettere alla prova ipotesi alternative.

Riguardo alle credenze nei campi specifici le ricerche ormai storiche sono quelle condotte da Hammer (1994) in gruppi di studenti universitari iscritti alla facoltà di fisica.

Riguardo alla struttura della fisica le concezioni degli studenti si posizionavano su due distinti binari epistemologici, uno che faceva ritenere la fisica come una “collezione di pezzi distinti e separati di informazione” (Mason, pag 169, 2001), l‟altro “faceva ritenere la fisica un insieme coeso di conoscenze, per cui andavano risolti i conflitti e trovate le idee chiave dal potere generativo” (ibidem, 2001). Le epistemologie relative al contenuto delle conoscenze fisiche

dimostravano una concezione della disciplina sia come una raccolta di dati, formule e procedure e la risoluzione dei problemi in fisica era possibile grazie al recupero di formule adeguate e al rimaneggiamento algebrico delle formule stesse; sia come campo di concetti esplicitati da formule e simboli.

Sul‟epistemologia dell‟apprendimento della fisica si distinguevano due gruppi di rappresentazioni mentali: quelle centrate sulla relazione apprendere=memorizzazione e recupero delle conoscenze trasmesse da persone competenti nel campo specifico, e quelle centrate su una concezione costruttivista dell‟apprendere e cioè sulla relazione: apprendere=cambiamento di idee costruite dalla persona (ibidem, 2001).

Altre ricerche hanno puntato a esplorare le concezioni di studenti delle superiori relativamente alla fisica e alle scienze in generale, i risultati sono stati resi noti da Roth e Roychoudhury (1993) e mettono in evidenza, anche qui, una concezione empirista delle scienze e la rappresentazione della conoscenza come travaso di informazioni da una testa di un esperto o da una fonte autorelole quale un manuale, a quella di un soggetto in apprendimento. Relativamente alla fisica il contenuto in trasferimento riguardava essenzialmente elaborazioni matematiche ritenute difficili da comprendere o definizioni di concetti da memorizzare. Un‟altra ricerca interessante sui modelli mentali di scienza è stata condotta da Ryder, Leach e Driver ( 1999) su studenti all‟ultimo anno di università e impegnati in un progetto specifico e individuale in diversi campi delle scienze, gli studenti frequentavano materie scientifiche diverse.

I risultati della ricerca hanno messo in evidenza che riguardo alla natura delle linee dell‟indagine scientifica oggetto dell‟investigazione, si poteva evidenziare un progresso nelle epistemologie degli studenti impegnati in questi progetti. Le interviste infatti mostravano uno spostamento nelle concezioni degli attori tra l‟inizio e la fine del progetto, nel senso che le interviste finali sottolineavano la tendenza degli studenti a considerare

l‟importanza dell‟impianto teorico nel direzionare la ricerca. Riguardo alla dimensione sociale della scienza, invece, non era evidenziabile un movimento nel quadro epistemologico di ingresso e di uscita degli studenti partecipanti al progetto.

Dato importante emergente da queste indagini è l‟esistenza di “profili di immagini della scienza” dipendenti dalle situazioni e dai contesti, nel senso che l‟epistemologia degli studenti sembrava essere contestuale e dipendente dall‟ambito e dallo scopo dell‟attività scientifica, evidentemente la formazione di queste epistemologie si fonda su una estesa scala di esperienze scientifiche.

5.4 Le concezioni non conformi a quelle della scienza