2.2.1 Il positivismo classico, Popper e Kuhn
Oggi la scienza non si interessa più alla natura presa come un tutto ma a suoi frammenti [40, p. 46]: si costruisce i suoi oggetti di osservazione.
2. Basi epistemologiche e cognitive
Questo “ritagliare” è un prodotto teorico. In fisica, ad esempio, oggi non si descrivono quasi più osservazioni “naturali”, ma osservazioni condotte nel quadro del modello in vigore, produzioni organizzate di fenomeni da osser- vare (come ad esempio negli apparati sperimentali di fisica delle alte energie del CERN). Questa posizione [40, p. 44] ribalta la visione, storicamente mol- to importante, del positivismo classico, che si basa sulla separazione fra una teoria scientifica (nella forma solitamente di teoria deduttiva) e la base os- servazionale (deputata a fornire un’interpretazione della teoria), ove la base osservazionale è completamente indipendente da ogni teoria e tutti i dati teorici si possono ridurre a dati osservabili. Questa, tra l’altro, è la visione comune della scienza dominante inconsapevolmente presso i non scienziati (ma spesso anche condivisa da scienziati).
Quando ci disponiamo a introdurre gli studenti alla meccanica quantisti- ca, in effetti, siamo costretti a esulare dal collaudato schema osservazione - ipotesi - misure - conclusioni: se guardiamo la meccanica quantistica nel suo sviluppo storico, è difficile presentare agli studenti quali ipotesi si possono formulare sulla base di fenomeni che, allora, erano pressoché straordina- ri; e se la guardiamo da un punto di vista di teoria consolidata, è difficile presentare agli studenti una serie di assiomi che non hanno una immediata rispondenza con fatti comunemente osservati come ad esempio la caduta dei gravi. Quindi come la scienza si è costruita il suo oggetto di studio, cioè la meccanica quantistica, così la didattica della scienza si deve costruire un approccio che non può più essere quello della fisica classica.
Potrebbe essere utile però riflettere con gli studenti su come «arriva la teoria ai teorici» [40, p. 50]: la meccanica quantistica non è una costru- zione puramente teorica, ma è nata con l’esigenza di spiegare una certa categoria di fenomeni che, all’epoca, non trovavano spiegazione nel quadro di riferimento della fisica classica.
• Il “criterio di confutazione” popperiano [56] prevede l’esistenza di espe- rienze che sono concepite proprio per stabilire se una teoria può essere confutata (e quindi abbandonata) o mantenuta in vigore.
• Secondo Duhem1 [21], non è così semplice: se anche un’esperienza
fornisce un risultato negativo, come si fa a sapere quale ipotesi esat- tamente si deve rifiutare? Un modello, infatti, in genere non è co- stituito da una sola ipotesi: potrebbe bastare un riarrangiamento lo- cale del modello stesso per ristabilire la corrispondenza fra teoria e esperimenti.
1Pierre Maurice Marie Duhem, 1861-1916, filosofo, storico della scienza, fisico e
matematico francese.
2.2. Un’epistemologia per la didattica della meccanica quantistica
• Kuhn2 [41] distingue fra periodi di “rivoluzione scientifica” e periodi di
“scienza normale”. La rivoluzione scientifica stravolge l’epoca di scien- za normale, in cui gli scienziati condividono un paradigma in maniera conservatrice, tale da impedire di concepire teorie nuove. Nei periodi di scienza normale funziona il riarrangiamento locale popperiano di cui si è detto.
• Alcuni epistemologi, detti “esternalisti”, sostengono l’influenza della società sulla comunità scientifica, al contrario degli “internalisti”, che sostengono la specificità del discorso scientifico: la scienza vive della propria storia e dei propri problemi. Per gli esternalisti invece, se anche la scienza ha una sua autonomia, non può essere separata dalla storia generale.
2.2.2 Gli ostacoli epistemologici nell’apprendimento della meccanica quantistica
Il progresso della scienza ruota intorno al concetto di problema. Ma il concetto di problema è importante anche nell’insegnamento delle scienze: come vedremo fra poco, esistono alcune teorie dell’apprendimento basate sui problemi.
Mentre l’insegnamento della fisica classica, come si è più volte ribadito, si basa su un collaudato schema che parte dall’osservazione dei fenomeni che circondano lo studente, l’insegnamento della fisica quantistica obbliga studenti e insegnanti a mettersi in relazione con problemi che esulano dalla loro esperienza primaria e invitano a costruire una nuova epistemologia, che spesso può anche rimanere implicita. Non si tratta infatti, come nella fisica classica, di interpretare solo un fenomeno con categorie che sono già note (forza, velocità, accelerazione, . . . ) ma di costruire e accettare nuove teorie. Si tratta, nella didattica della meccanica quantistica, di un problema, molto delicato, di avanzamento della conoscenza degli studenti.
Quali sono alcune posizioni epistemologiche che possiamo tenere pre- senti sulle modalità dell’avanzamento della conoscenza? Per Popper,3 ad
esempio, il problema è una creazione umana, e la scoperta scientifica con- siste nel delimitare strettamente il problema e presentare ipotesi quanto più refutabili è possibile sul piano empirico [56]. Questo processo però non sembra rendere conto del movimento strutturale della scoperta scientifica. Per Lakatos4 [42] la progressione scientifica si ottiene allo stesso tempo col
2Thomas Samuel Kuhn, 1922-1996. 3Karl Raimund Popper, 1902-1994. 4Imre Lakatos, 1922-1974.
2. Basi epistemologiche e cognitive
mantenimento di una continuità (quella dello spazio dei problemi) e con rot- ture parziali. Non si tratta di un metodo universale della scoperta, perché le rotture sono limitate al dominio in cui si sta operando. L’avanzamento della scienza consiste nello spostamento dei problemi. L’euristica di Laka- tos comprende due parti: una negativa che mediante precisazioni successive e ipotesi ausiliarie vuole proteggere il cuore della tradizione di ricerca, una positiva che mira a sviluppare le potenzialità del programma più che a di- fenderlo. In questo approccio si può evitare una confutazione definitiva, ad esempio modificando una definizione o sviluppando una teoria più vasta che elimini un’eventuale contraddizione. Ma nelle scienze sperimentali questo non sempre è possibile. È utile in proposito ricordare il concetto di “rivolu- zione scientifica” di Kuhn già citato. Solo nei periodi di scienza “normale” sarebbe possibile adottare l’approccio di Lakatos: nei periodi di rivoluzio- ne scientifica è più problematico ritoccare una teoria con lievi modifiche di definizioni.
È possibile però all’interno di una scienza accettare certe rotture, con le ristrutturazioni concettuali, metodologiche e sperimentali che tali rotture si portano dietro. Per descrivere queste rotture Bachelard5 ha elaborato
il concetto di ostacolo epistemologico, l’effetto limitativo di un sistema di concetti sullo sviluppo del pensiero.
Bisogna porre il problema della conoscenza scientifica in ter- mini di ostacoli. Non ostacoli esterni, come la complessità e la fugacità dei fenomeni o la debolezza dei sensi e dello spirito umano. Ma è proprio nell’atto di conoscere che si mostrano len- tezze e opacità. Chiamiamo ostacoli epistemologici queste cause di stagnazione e regressione [6].
Bachelard elenca diversi ostacoli epistemologici, ma il primo è per lui il “senso comune”, l’esperienza primaria, quella che viene prima della critica, che è l’elemento integrante dello spirito scientifico. L’esperienza primaria ad esempio impediva ai pregalileiani di cogliere la portata delle idee di Ga- lileo. Per superare questi ostacoli occorre una rivoluzione scientifica alla Kuhn, ma il concetto di ostacolo epistemologico può essere utile anche in una accezione più ridotta, come si vede nell’esempio che segue. Nella fase di euristica positiva di cui si è già parlato, in cui certi sistemi di concetti hanno dato struttura al pensiero consolidando una scienza (o un suo am- bito ristretto), la coerenza raggiunta di quel sistema di pensiero impedisce anche solo di immaginare che un giorno il sistema stesso potrà essere di- verso. In questo esempio, quindi, è la sicurezza che ci viene dalla teoria
5Gaston Bachelard, 1884-1962, filosofo della scienza francese.