Giocare a OpenCRISPR

30 aprile 201830 aprile 2018 / ibseedintorni / Lascia un commento

Siamo quasi alla fine dell’anno. La stanchezza dei ragazzi (e non solo) sta portando l’attenzione al minimo sindacale (anche meno). In quinta, poi, è anche peggio. Mentre cerco di tenerli ancorati al lavoro che dobbiamo ancora fare prima di finire, li vedo sognare ad occhi aperti (a volte chiusi), con la mente lontana anni luce da ciò che stiamo facendo in classe.

L’anno scolastico è stato, come sempre, molto impegnativo per loro (e non solo per loro) e ormai la scuola rappresenta l’ultima catena da spezzare prima di poter volare via, finalmente liberi, verso il loro meraviglioso futuro. Nonostante ciò, mi sforzo di tenerli agganciati (senza risultati brillanti) cercando di aiutarli a superare la voglia di mollare tutto e fuggire visto che li aspetta una delle prove più difficili della loro giovane vita: l’esame di Stato.

Fortunatamente, le tecniche, gli strumenti e le applicazioni della biotecnologie sono di per sè affascinanti per cui, attraverso esempi, cerco di far cogliere la rilevanza di tutte queste “informazioni” da apprendere per la loro vita oltre la scuola mostrando, al contempo, anche scenari attuali per possibili professioni da intraprendere.

Sapete quanto io ami i progetti di citizen science. Li inserisco nella mia didattica ogni volta che posso e così ne ho scovato un altro adatto a loro, giovani donne e uomini che potrebbero scegliere di fare della scienza una ragione di vita: il gioco online Open CRISPR creato su Eterna, la piattaforma di gioco di citizen science di Stantford.

Inizialmente lo scopo della piattaforma di gioco era quello di aiutare gli scienziati a comprendere l’RNA, ma poi sono state sviluppati altri giochi tra cui Open TB per sviluppare un nuovo dispositivo diagnostico con RNA per rilevare la tubercolosi nei pazienti utilizzando una sorta di “firma genica” recentemente scoperta e ora Open CRISPR, per progettare una classe di RNA a guida singola (sgRNA) per contribuire a rendere l’editing genetico più intelligente e più sicuro.

CRISPR è un acronimo che sta per Clustered Regularly Interspaced Short Palindromic Repeats, ossia brevi ripetizioni palindrome interspaziate in modo regolare.

Nel 1993, il biologo spagnolo Francisco Mojica ha scoperto che batteri e archeobatteri hanno una forma di immunità adattativa contro le infezioni virali che si basa su brevi ripetizioni palindrome di sequenze di basi di DNA estraneo (ad esempio virale o plasmidico) disposte a intervalli regolari. Ogni ripetizione palindroma è seguita da brevi segmenti di DNA chiamato spaziatore (non codificante) che sono state “strappate” a virus che hanno infettato la cellula in precedenza e poi integrate nel DNA batterico. Vicino alle sequenza CRISPR c’è anche un piccolo gruppo di geni Cas (Cas sta per CRISPR-associated, ossia geni associati a CRISPR), che contengono le istruzioni necessarie per difendere la cellula dall’attacco virale.

Il ruolo del sistema CRISPR-Cas nell’immunità adattativa

Una volta che il batterio ha acquisito la sequenza di DNA spaziatore nel locus CRISPR, quando lo stesso tipo di virus lo infetta nuovamente il DNA spaziatore viene trascritto in RNA (RNA guida) e questo viene utilizzato dalla cellula per riconoscere il DNA virale della nuova invasione grazie alla complementarietà delle basi.

Non appena le molecole di RNA guida si sono legate al DNA virale, l’enzima Cas9, un’endonucleasi che idrolizza i legami fosfodiesterici tra i nucleotidi del DNA codificato dai geni che si trovano fisicamente vicini alle sequenze CRISPR, si attiva e inattiva il DNA estraneo frammentandolo.

CRISPR-Cas9 ed editing genetico

Dopo anni di ricerche e studi per comprendere il funzionamento del sistema CRISPR-Cas9, nel 2012 Science ha pubblicato lo studio di due scienziate, la francese Emmanuelle Charpentier e l’americana Jennifer Doudna, in cui si dimostra sperimentalmente che è possibile ricreare il sistema CRISPR-Cas9 in vitro, alterare la sequenza dell’RNA guida e indirizzare l’enzima Cas9 verso un preciso punto di qualsiasi DNA (non solo quello batterico) per inserire un nuovo gene o rimuovere un tratto danneggiato o inattivo, aumentando così la possibilità di usare il sistema per correggere alcune mutazioni genetiche che causano malattie.

Tante le possibili applicazioni di CRISPR. Scienziati americani hanno già utilizzato una forma di CRISPR per modificare le zanzare in modo che non possano trasmettere la malaria, altri stanno modificando il riso per resistere meglio alle inondazioni e alla siccità; in Cina hanno ottimizzato un gene nei beagles per renderli più muscolosi…

Nonostante l’iniziale entusiasmo della comunità scientifica, l’uso di CRISPR per curare malattie genetiche dovute a singole mutazioni presenta ancora molte difficoltà perchè sembra che proteine estranee, come Cas9, possano anche provocare risposte immunitarie durature. La strada è ancora lunga ma piena di promesse.

OpenCRISPR

OpenCRISPR è un “gioco” progettato per aiutare gli scienziati a rendere l’editing genetico più intelligente e sicuro. Nell’ homepage si legge che la tecnologia CRISPR è un metodo basato su RNA che può indirizzare essenzialmente qualsiasi gene del DNA in un organismo vivente per cambiamenti genetici. Dalla sua prima dimostrazione oltre cinque anni fa, CRISPR ha rivoluzionato la biologia e promette di cambiare il modo in cui si affronta la cura di numerose malattie umane, dalla malaria al cancro.

Il Centro Personal Dynamic Regulomes di Stanford e l’Innovative Genomics Institute di Berkeley sfidano i giocatori di Eterna a risolvere un ostacolo che rimane ancora da superare per rendere questa tecnologia sicura per l’uso: i ricercatori non sono ancora in grado di controllare il funzionamento di CRISPR perchè non sono ancora in grado di accenderlo e spegnerlo a piacimento.

Lo scopo del gioco, quindi, è quello di riuscire a progettare molecole di RNA guida che funzionino da interruttori del sistema CRISPR. Queste molecole virtuali devono, dunque, soddisfare alcuni requisiti per essere corrette nella forma e potenzialmente efficaci nella realtà.

L’RNA, infatti, deve essere specifico per una determinata sequenza di DNA, deve essere riconosciuto da CRISPR, deve dirigere il sistema CRISPR-Cas9 al gene target e deve avere una specie di “tasca” di riconoscimento per piccole molecole che danno il segnale di attivazione del processo.

Il gioco prevede diversi livelli di difficoltà attraverso cui i giocatori possono accumulare punti, acquisire competenze e passare al livello successivo. I più bravi potrebbero vedere realizzate in laboratorio le proprie progettazioni e ricevere un feedback sulla loro effettiva validità in vitro, con la possibilità di interagire con i ricercatori per migliorare il progetto di molecola.

Al momento (30 aprile 2018) il gioco è in fase di “attesa” dei risultati del primo Round. Aspettando la riapertura del Round successivo, i ragazzi possono prendere confidenza con la piattaforma e gli strumenti di progettazione sfruttando i tutorial presenti su NOVA LAB. Non ci resta che cominciare a giocare!

Per saperne di più:

Teaching and tutorial puzzles
E l’uomo creò l’uomo. CRISPR e la rivoluzione dell’editing genomico, di Anna Meldolesi, Bollati Boringhieri
CRISPR-Cas 9 Mechanism & Applications (applicazione interattiva)

Formulare la domanda giusta

2 marzo 20182 marzo 2018 / ibseedintorni / 8 commenti

“Se avessi solo un’ora per risolvere un problema e la mia vita dipendesse da questo, userei i primi 55 minuti per formulare la domanda giusta, perché, una volta trovata, potrei risolvere il problema in meno di 5 minuti”.

Albert Einstein

Progettare un percorso inquiry-based può essere difficile. Finchè si tratta di trovare modi per agganciare i ragazzi, stupirli, affascinarli non abbiamo certo difficoltà. Abbiamo fantasia e ci piace scoprire sempre cose nuove, quindi saremmo in grado di tirar fuori dal cilindro attività di Engage nuove ogni volta che entriamo in classe. Il vero problema è lo step successivo: la fase di Explore.

Negli ultimi anni ho tenuto spesso corsi di formazione per gli insegnanti e ho potuto constatare che è proprio questo il punto dolente dove, a volte, ci si può bloccare.

Secondo il National Research Council americano (NRC 1996, 2000) per apprendere attraverso l’inquiry gli studenti devono, per prima cosa, essere coinvolti attivamente da domande significative dal punto di vista scientifico (investigabili).

Le domande investigabili sono, quindi, alla base dell’inquiry scientifico, del processo di ricerca scientifica e dell’insegnamento/apprendimento basato sull’Inquiry.

Non tutti i tipi di domande sono, però, significative dal punto di vista scientifico, ossia investigabili.

Domande come ad esempio “Perchè esistono i terremoti?” o “Perchè un bruco si trasforma in farfalla?” sono interessanti ma non portano a raccogliere/analizzare dati o evidenze per rispondere.

Wynne Harlen e Ann Qualter (The teaching of science in primary school, London: Routledge, 2009) hanno fatto un’attenta analisi delle possibili tipologie di domande che vengono utilizzate in classe e hanno concluso che queste ricadano quasi sempre in una delle seguenti categorie:

quelle a cui la scienza non può dare risposta: per esempio domande metafisiche o filosofiche del tipo “Perchè esistono gli animali?”;
quelle la cui risposta è estremamente complessa o sconosciuta: ad esempio “Perchè la calamita attrae le graffette?” o “Perchè il cielo è blu?”;
quelle che sono semplicemente richieste di fatti o definizioni a cui si può rispondere cercando su libri o altre fonti di informazione: ad esempio “Qual è il nome di questo minerale?”
quelle investigabili che portano gli studenti in direzioni produttive, in cui si intraprendono azioni e dove si utilizzano le evidenze sperimentali per sviluppare spiegazioni sul fenomeno scientifico oggetto di studio.

Le domande investigabili, quindi, sono quelle che comportano una scoperta attiva della risposta (Harlen, 2001).

Saper formulare domande di questo tipo è un’abilità che si acquisisce gradualmente e attraverso la pratica continua. Formulare domande che siano investigabili, infatti, non è per nulla semplice e, nelle fasi iniziali di un percorso di insegnamento basato sull’Inquiry, può anche capitare di bloccarsi e sentirsi frustrati.

L’ideale a cui tendere, poi, è che siano i ragazzi stessi a formularle ma questo richiede molto lavoro visto che gli studenti tendono a formulare domande che iniziano con perché (“Perché le piante crescono?”, “Perché i vulcani eruttano?”, “Perchè ci sono le stagioni?”) e come tale non sono direttamente investigabili.

Al momento, però, mi concentrerò esclusivamente sulle caratteristiche delle domande investigabili in modo che abbiate le idee chiare prima di approcciarvi alle domande formulate dai ragazzi.

Krajcik, Czerniak e Berger (1999) hanno identificato tre categorie di domande investigabili:

domande descrittive;
domande di relazione;
domande di causa-effetto.

Domande descrittive

Sono domande il cui scopo è produrre descrizioni qualitative o quantitative di un oggetto, un materiale, un organismo o un fenomeno. Questo genere di domanda solitamente ha una formulazione di questo tipo:

Quali sono le caratteristiche di…….?
Quanti….? Quanto spesso….? Quanto…?
Cosa accade quando……? (contesto naturale implicito; cambiamento non imposto)
Cosa accade se…. (quando si cambia qualcosa)

Ad esempio:

Quale tipo di cibo mangiano gli uccelli?
Lo zucchero si scioglie in acqua?
Cosa accade se metto le piante al buio?

Domande di relazione

Sono quelle che identificano associazioni tra le caratteristiche di fenomeni diversi. Possono includere:

domande di identificazione e classificazione: in cui si devono identificare fenomeni e porli in gruppi significativi;
domande focalizzate sulla comparazione: in cui si devono mettere in ordine (in serie) un gruppo di materiali sulla base di specifiche caratteristiche;
domande di correlazione: in cui si devono esaminare in che misura la presenza di una variabile è collegata a quella di un’altra variabile (e non confermare relazioni di causa-effetto)

Questo tipo di domande può essere formulata in uno dei modi seguenti:

In che modo…. è simile/diverso da….?
In che modo questi …. sono organizzati in gruppi?
Quale … (materiale/organismo/ecc.) è il più… (assorbente/forte/miglior conduttore/ecc.)?
In che modo … è collegato a …?

Ad esempio:

È più facile generare elettricità statica in un ambiente secco o umido?
Quale materiale è più assorbente?
In che modo queste foglie sono simili e in cosa sono diverse?
In che modo l’altezza di una pianta è collegata al numero delle foglie?
Le piante più alte hanno un numero maggiore di foglie?

Domande di causa-effetto

Sono quelle con cui si determina se una o più variabili causano o influenzano una o più variabili di risultato. Possono includere domande tipo:

Il/la … causa/influenza …?
In che modo …. influenza ….?

Ad esempio:

La luce del Sole influenza la crescita delle piante?
In che modo la temperatura influenza la velocità con cui il sale si scioglie nell’acqua?
In che modo la temperatura influenza la velocità di una reazione chimica?
In che modo il pH influenza l’attività di un enzima?

Per concludere, che fare di tutte queste informazioni quando si vuole progettare attività per la fase di Explore?

Una volta individuata l’attività che fa per voi, analizzatela attentamente per verificare innanzitutto se presenta o meno una domanda investigabile e per capire se va bene o meno tenendo presente che:

le buone domande investigabili sono interessanti (lo studente sarà interessato a scoprire la risposta a questa domanda?);
le buone domande investigabili sono quelle di cui non conosco già la risposta (conoscono già la risposta a questa domanda?);
le buone domande investigabili portano a un «piano d’azione», ossia un piano di ciò che ho bisogno di fare per rispondere alla domanda, includendo le evidenze che ho bisogno di raccogliere (questa domanda è scritta in modo che sia chiaro cosa ho bisogno di fare/osservare/ misurare/ cambiare/ ecc. per rispondere?)
le buone domande di ricerca sono quelle a cui posso rispondere con i materiali disponibili (ho a disposizione ciò che mi serve per rispondere alla domanda?)
le buone domande investigabili sono quelle che possono essere completate in un tempo ragionevole (ho il tempo che mi serve per rispondere a questa domanda?)

Se non ne avete già esperienza diretta, avrete, ormai, capito che formulare una buona domanda investigabile non è sempre una passeggiata, nemmeno per un docente (figuriamoci per uno studente) ma con la pratica, ve lo assicuro, diventa sempre più facile.

Una volta che avrete acquisito un po’ di esperienza, il passaggio successivo sarà quello di passare il testimone agli studenti che potrano imparare a formulare da soli le domande da investigare.

Questa è una competenza che per essere sviluppata (e insegnata) necessita di molta pratica. Per fortuna, però, ci sono tecniche che permettono di insegnare ai ragazzi come trasformare le loro domande complesse, o domande “perchè”, in domande investigabili. Se l’argomento vi interessa fatemelo sapere nei commenti e in un prossimo post ve lo racconterò. A presto! 🙂

Per saperne di più:

Inquiry and the National Science Education Standards: A Guide for Teaching and Learning, (NRC, 2000)
Elstgeest, J. 2001. The right question at the right time. in W. Harlen, Taking the plunge, Portsmouth, NH:Heinemann.
Harlen, W., e A. Qualter. 2009. The teaching of science in primary school. London:Routledge.
Kraicik, J., Czerniak C. e Berger C. 1999. Teaching children science: a project-based approach. Boston, MA: McGraw-Hill College.

Il magico potere della condivisione

24 febbraio 201824 febbraio 2018 / ibseedintorni / 6 commenti

Ieri è successa una cosa che mi ha dato una carica pazzesca e voglio raccontarvelo.

In questi ultimi giorni, ho lavorato alla fase di Explore del percorso sui minerali in modo da poter arrivare pronta al mio appuntamento con i ragazzi ma anche al mio (quasi) settimanale appuntamento con voi.

Quando trovo qualche idea interessante in articoli, libri o in rete, difficilmente mi limito a tradurre e mettere in pratica ma approfitto di ogni occasione per continuare a studiare, ad approfondire questo approccio che giorno dopo giorno ha cambiato, e continua a cambiare, il mio modo di vedere l’insegnamento e l’apprendimento dei ragazzi ma anche il modo di approfondire la mia stessa conoscenza scientifica.

E così è stato anche stavolta. Ho continuato a cercare idee per possibili attività di Explore sui minerali ma dopo averne analizzato qualcuna ho deciso di tornare all’ispirazione originale, ossia l’articolo della Prof.ssa Bridget Mulvey della Kent State University (Ohio).

Non si tratta di una investigazione da svolgere in laboratorio ma di un’attività che promuove una delle fondamentali abilità di processo scientifico: saper classificare.

Le attività di esplorazione inquiry-based comportano che, mentre apprendono i principi e i concetti della scienza, gli studenti applichino contemporaneamente una serie di abilità di processo (process skills) che riflettono il comportamento degli scienziati.

Le abilità di processo sono suddivise in due categorie: di base (più semplici) e integrate (più complesse).

Abilità di processi di base

Osservare: usare i sensi per raccogliere informazioni (dati) su un oggetto o un evento.
Fare inferenze: fare deduzioni logiche a partire dai dati.
Misurare: usare misure standard o non standard o fare una stima per descrivere le dimensioni di un oggetto o l’entità di un fenomeno.
Comunicare: usare parole o simboli grafici per descrivere un’azione, un oggetto o un fenomeno.
Classificare: raggruppare (o mettere in ordine) oggetti, organismi o eventi in categorie basate su proprietà o criteri.
Fare previsioni su ciò che accadrà in futuro basandosi su dati e deduzioni.

Abilità di processo integrate

Controllare le variabili – essere in grado di identificare le variabili che possono influenzare un risultato sperimentale, mantenendone la maggior parte costante mentre si modifica solo la variabile indipendente.
Definire in modo operativo – essere in grado di affermare come fare a misurare una variabile in un esperimento.
Formulare ipotesi – saper formulare il risultato atteso di un esperimento.
Interpretare i dati – saper organizzare i dati e trarre conclusioni da essi.
Sperimentare – essere in grado di porre una domanda che sia investigabile, formulare un’ipotesi, identificare e controllare le variabili, definire in modo operativo queste variabili, progettare un esperimento corretto, condurlo e interpretarne i risultati.
Formulare modelli – creare un modello mentale o fisico di un processo o di un evento.

Per apprendere i concetti scientifici attraverso l’inquiry, gli studenti devono diventare esperti nell’uso di queste abilità (NRC, 1996, 2000).

Le attività di inquiry non sono tutte uguali e possono presentarsi in molte forme diverse. Tra queste ci sono le attività di “classificazione” che prevedono di presentare agli studenti una gran varietà di campioni da analizzare allo scopo di identificare caratteristiche che li colleghino tra loro in modo da poterli organizzare in categorie significative dal punto di vista scientifico. Naturalmente, in questo tipo di attività è fondamentale assegnare un numero sufficientemente grande e vario di campioni in modo che non ci si riduca all’individuazione di categorie predeterminate.

L’attività di classificazione, naturalmente, non è un fine ma serve a raggiungere uno scopo più grande. La classificazione scientifica è utilizzata dagli scienziati per identificare campioni sconosciuti o per comprendere o fare previsioni sul comportamento o sulle proprietà di sostanze o fenomeni sconosciuti. A questo scopo, gli scienziati usano una grande varietà di schemi di classificazione che dipendono dalla natura delle entità da classificare e dalle necessità degli scienziati stessi.

L’attività deve, quindi, avere anche un contesto sia per motivare la formulazione dell’organizzazione che per guidare le decisioni su quali aspetti dei campioni sono più importanti.

Naturalmente, poiché c’è più di un modo per classificare i campioni, l’argomentazione delle scelte diventa una parte cruciale dell’attività di inquiry.

Quando gli oggetti vengono ordinati secondo attributi ascendenti o discendenti riguardo, ad esempio, a dimensioni, peso o complessità, la classificazione è di tipo seriale. Questo è forse il sistema più semplice per raggruppare oggetti simili. Ad esempio, la scala di Mohs della durezza dei minerali è una classificazione seriale che è stata sviluppata per aiutare i geologi a identificare rocce e minerali sconosciuti trovati sul campo.

La classificazione tassonomica, invece, si riferisce ad uno specifico schema di classificazione che ha una struttura di tipo gerarchico ma che è più complesso di un semplice schema di classificazione seriale. Il sistema tassonomico più noto è quello della classificazione biologica usato per gli organismi viventi. Una delle caratteristiche di questo schema di classificazione è che può essere usato per determinare somiglianze e differenze tra gli organismi.

Sia la classificazione seriale che quella tassonomica sono sistemi gerarchici di classificazione. Esiste, però, anche altri sistemi di classificazione: la classificazione concettuale e quella fenomenologica.

Questi due schemi di classificazione raggruppano oggetti o fenomeni secondo differenze concettuali o osservabili che non sono gerarchiche in termini di dimensioni, grado o complessità. Questi tipi di classificazione si focalizzano sulle somiglianze degli oggetti all’interno di ciascun raggruppamento piuttosto che sulle differenze tra i raggruppamenti. Questo è il metodo più comunemente usato dagli scienziati anche se non sempre le persone lo riconoscono come una forma di classificazione. Esempi possono essere: la classificazione dei vulcani secondo la forma dell’edificio vulcanico e la storia eruttiva (vulcano a scudo, strato vulcano…), la classificazione del suolo in base alle proporzioni delle sue componenti (ghiaia, sabbia, argilla, humus), la classificazione dei legami chimici (covalente, ionico, metallico…), la classificazione dei materiali secondo la capacità di condurre elettricità o sulle proprietà magnetiche e…. la classificazione dei minerali sulla base della formula chimica.

Ok avete ragione. Ho iniziato questa nostra “chiacchierata” dicendovi che ieri è successa una cosa che mi ha dato una carica pazzesca e, invece di spiegarmi, mi sono messa a “classificare” i sistemi di classificazione. Ci riprovo…

Nei giorni scorsi, nei pochi ritagli di tempo a disposizione, dopo aver scelto di provare l’attività della Prof.ssa Mulvey, ho cominciato a studiarla sia dal punto di vista metodologico che pratico.

Ho letto attentamente l’articolo ma più lo leggevo più mi sorgevano dubbi e domande.

EXPLORE

L’attività proposta prevede che i ragazzi vengano suddivisi in piccoli gruppi in modo da poter lavorare in modo cooperativo. A ciascun gruppo viene consegnata una busta contenente due set di carte (Carte minerali). Su ciascuna carta c’è il nome e la formula di un minerale. Per prima cosa i ragazzi individuano i minerali indicati nelle carte tra i campioni messi a loro disposizione. Se non si dispone del campione di alcuni minerali si può inserire una foto sul retro della carta e si può saltare la fase di identificazione. Per prima cosa, gli studenti devono osservare attentamente le formule chimiche dei minerali sulle carte e annotare tutte le domande che sorgono riguardo, ad esempio, alcune formule “strane” , diverse da quelle appena studiate in chimica.

Un rappresentante di ciascun gruppo riferisce le domande emerse all’insegnante che risponderà brevemente prima che i ragazzi comincino a lavorare alla classificazione. Quindi, ciascun gruppo esamina il proprio set di carte cercando somiglianze e differenze nelle formule chimiche.

I gruppi realizzeranno un primo sistema di classificazione che rappresenteranno su un foglio o un poster, preparandosi ad argomentare le scelte fatte. I sistemi di classificazione saranno condivisi con l’intera classe e discussi brevemente. La condivisione del lavoro dei vari gruppi supporterà la ridefinizione del sistema di classificazione nel secondo round dell’attività.

Terminata la discussione, ciascun gruppo comincerà ad analizzare il secondo set di carte cercando di capire come inserirle nel sistema di classificazione sviluppato apportando eventuali modifiche. Durante l’attività, l’insegnante passa tra i gruppi stimolando i ragazzi anche a riflettere su quali sono gli elementi più comuni nei materiali della crosta terrestre, dove si trovano questi elementi nella tavola periodica (metalli, non metalli, semimetalli) e quali possano essere le ragioni che hanno portato gli scienziati a creare questo tipo di classificazione e perché classificare è rilevante.

EXPLAIN

Nella lezione successiva, ogni gruppo tramite una “sessione poster” presenta il proprio sistema di classificazione finale e i criteri utilizzati per svilupparlo. Gli studenti circolano tra i poster mettendo a confronto i diversi sistemi di classificazione, considerandone punti di forza e di debolezza.

Gli studenti utilizzano post-it per appuntare le proprie osservazioni e le eventuali domande. Lo scopo di questa attività è quello di arrivare a un sistema di classificazione condiviso a livello di classe. Ogni gruppo, infatti, dovrà proporre un modo per integrare i diversi sistemi di classificazione in modo da ottenerne uno unico.

L’insegnante a questo punto introduce il nome delle diverse classi di minerali (silicati, carbonati, ossidi, solfuri e alogenuri) e presenta il sistema di classificazione usato dagli scienziati.

Nonostante abbia compreso subito la forza di questa attività nello stimolare abilità di processo come la classificazione e nel potenziare lo sviluppo di abilità di pensiero critico, molte domande hanno cominciato ad affollarmi la mente nel momento in cui mi sono messa a preparare operativamente le carte da utilizzare in classe e il materiale di accompagnamento alla riflessione.

Se è vero che in letteratura si trova che le attività inquiry-based possono essere di classificazione a patto che siano inserite in un contesto opportuno, quali caratteristiche dell’inquiry sono presenti in questa attività? E dal punto di vista pratico, quali e quanti minerali dare ai ragazzi in ciascun set?

Poiché in fondo all’articolo ho trovato la mail dell’autrice mi sono fatta coraggio e le ho scritto sottoponendole i miei dubbi e le mie domande. Chiedere è lecito, rispondere è cortesia. In fondo non avevo niente da perdere. Il massimo che mi poteva capitare era che avrebbe completamente ignorato la mail di una sconosciuta insegnante italiana che aveva la faccia tosta di farle un mucchio di domande in un improbabile inglese.

Ebbene, la cosa straordinaria che è successa ieri è questa: non solo non ha cestinato la mail ma ha risposto a tutte le mie domande dandomi anche indicazioni di carattere pratico!

In breve, quello che gli studenti fanno in questa attività è rispondere ad una domanda di ricerca attraverso l’analisi indiretta di dati. Per quanto riguarda la domanda dai ricerca, vista la natura di questa investigazione, potrebbe essere qualcosa come “in che modo i minerali possono essere raggruppati in base alla loro formula?“.

Il punto focale di questa attività non è la classificazione in sé ma sono le idee degli studenti e le argomentazioni su tali idee. Questo tipo di attività richiede alti livelli di pensiero critico e questa è una delle abilità importanti che l’inquiry aiuta a sviluppare. Gli studenti non raccolgono direttamente i dati da analizzare ma cercano di identificare pattern dal confronto delle formule dei minerali con la tavola periodica. Del resto, nemmeno gli scienziati raccolgono sempre i propri dati.

Per concludere questo lungo racconto, cari amici, la grande disponibilità di questa docente nei confronti di una perfetta sconosciuta che per di più lavora dall’altra parte del mondo mi ha fatto riflettere molto e mi ha ricordato il motivo per cui io stessa sono qui a scrivervi di sabato pomeriggio.

Troppo spesso ho visto persone (o associazioni) produrre materiali per gli insegnanti da tenere chiusi a chiave in portali protetti da password. Non sono mai riuscita a capire il motivo di tanta “riservatezza”. Di cosa si ha paura? Non dovremmo avere tutti un unico obiettivo: aiutare i ragazzi a crescere ed imparare?

Che senso ha progettare se poi non c’è condivisione?

Quando ho deciso di tenere un blog tutto mio, l’ho fatto proprio perché tante volte, in passato, mi sono imbattuta in questo tipo di chiusura. Durante gli anni del dottorato, ho invece conosciuto una realtà completamente diversa. Ogni volta che, all’estero, ho bussato a qualche porta non solo mi è stato aperto ma sono stata invitata ad entrare e accolta con la massima ospitalità. Questo è ciò che volevo fare anch’io. Aprire la mia “casa”, seppur semplice e ancora incompleta, a tutti coloro che hanno voglia di crescere in un’ottica di condivisione di esperienze ed idee.

In un sistema che ci ignora, non ci rispetta e non ci premia, l’unica soluzione per continuare a crescere e restare motivati in quello che per me è il mestiere più bello del mondo, è aiutarci a vicenda attraverso la condivisione.

Certo non è facile, e a volte è difficile trovare anche solo il tempo di mettersi davanti al computer a scrivere, ma ogni volta che qualcuno mi risponde o mi scrive in privato, per chiedere materiali o raccontare di sé, ogni volta che ho la possibilità di aprire la mia porta io sono felice e sento che tutto ciò in cui credo ha un senso!

Spero che incontrarci qui, su questo blog, continui ad essere un piacere anche per voi.

Come sempre, prima di salutarvi, un ‘ultima preghiera: scrivete, condividete.

Che ne pensate? Cosa proporreste di diverso? Che dubbi avete?

Non avete idea di quanta ricchezza tutti insieme possiamo rappresentare. A presto! 🙂

Per saperne di più:

Grouping minerals by their formulas, Bridget Mulvey, The Science Teacher, Febbraio 2018.

Lo facciamo insieme?

16 febbraio 2018 / ibseedintorni / 2 commenti

Quasi quasi ci siamo. In terza ho appena terminato gli argomenti di chimica stabiliti nella programmazione iniziale e sto facendo alcune lezioni introduttive sulla storia della Terra per invogliare i ragazzi a saperne di più sulla nuova disciplina che ci accingiamo ad affrontare. Stiamo viaggiando nel tempo esplorando alcuni ambienti del passato grazie alle informazioni ricavate da fossili e rocce e tra pochi giorni saremo pronti per iniziare a parlare di minerali.

Mi sono ripromessa molte volte di trovare il tempo per trasformare in lezioni inquiry-based anche le mie lezioni “consolidate” sui minerali ma fino ad ora, devo essere sincera, non ho trovato la spinta giusta per andare oltre la fase di Engage.

Quando si dice il destino.

Nei giorni scorsi, però, mentre riflettevo per l’ennesima volta sul da farsi, mi sono imbattuta in un articolo di Bridget Mulvey, della Kent State University (USA), Grouping minerals by their formulas, che mi ha definitivamente convinto a rompere gli indugi e passare all’azione. Quindi mi sono messa al lavoro.

Insieme è meglio.

Quando ho iniziato a scrivere questo blog ciò che più desideravo era riuscire a condividere esperienze non solo per far circolare idee ma soprattutto per creare una community in cui chiacchierare di didattica delle scienze insieme a colleghi fisicamente lontani, è vero, ma vicini di “cuore”. Sono stata fortunata, perché da allora ho ricevuto tanti riscontri da parte vostra anche se quasi sempre in privato (via mail). A seguito del mio ultimo post, invece, alcuni di voi hanno vinto la timidezza e hanno cominciato a condividere esperienze ed idee. Ebbene amici (chi condivide gli stessi ideali può considerarsi amico, giusto?) perché smettere ora?

Il vostro calore ed entusiasmo mi ha fatto venire un’idea. Che ne dite di progettare insieme questo percorso?

L’idea è questa: ogni settimana pubblicherò le linee guida per la progettazione delle varie fasi del learning cycle insieme a qualche proposta concreta. Voi ci riflettete e postate altre possibili idee sviluppandole secondo le stesse regole. Se alcuni di voi (spero tanti) posteranno il proprio lavoro, chi leggerà troverà non un solo spunto ma tanti possibili percorsi tra cui scegliere a seconda delle proprie esigenze.

So che siete fantastici e fate mille cose bellissime. Pensate che meraviglia e che arricchimento per tutti!

Che ne dite? Ci state?

ENGAGE

Per cominciare è bene ricordare che lo scopo della prima fase del learning cycle delle 5E è quello di introdurre l’argomento che verrà trattato nelle lezioni successive attraverso attività che:

stimolano la curiosità degli studenti
li coinvolgono a livello personale
generano nuove domande nella loro mente
creano connessioni con le loro esperienze di apprendimento pregresse
fanno emergere le eventuali concezioni errate.

Quindi, quali attività possiamo proporre che rispondano a questi requisiti?

In che modo queste attività ci aiuteranno a identificare le concezioni errate che i nostri studenti potrebbero avere sull’argomento?

Quali strategie potremo adottare per la gestione del tempo?

Nell’articolo di cui vi ho accennato prima, la Mulvey suggerisce di iniziare il percorso sui minerali facendo osservare con una document camera cosa accade quando si rompe un pezzo di salgemma con un martello distribuendo, poi, agli studenti i frammenti ottenuti per un’osservazione più ravvicinata. Ogni gruppo dovrà avere a disposizione anche un campione integro dello stesso minerale in modo da poterli mettere a confronto.

Dopo qualche minuto si ripete la procedura con un campione di spato di Islanda (calcite).

Completate le osservazioni iniziali, i ragazzi dovranno mettere a confronto i due minerali alla ricerca di somiglianze e differenze nella forma, nel colore, nella trasparenza e nel modo in cui si rompono quando vengono colpiti con il martello (clivaggio).

Inoltre testeranno la reattività con acido (usando aceto o acido cloridrico al 10%) scoprendo che a differenza del salgemma, che non reagisce, la calcite produce effervescenza.

Infine, esploreranno anche le proprietà ottiche dei due minerali scoprendo anche che, a differenza del salgemma, quando la calcite viene appoggiata su un materiale stampato, come ad esempio una fila di puntini, questa appare doppia (questa proprietà è chiamata birifrangenza o doppia rifrazione).

Lo step successivo prevede che ai ragazzi vengano consegnati dei modelli a palline e bacchette di diamante e grafite (minerali polimorfi) con la consegna di individuare un possibile motivo che spieghi le differenti proprietà di questi due minerali composti dallo stesso elemento, il carbonio.

È bene ricordare che in questa fase i ragazzi non dovranno utilizzare il lessico specifico ma descriveranno quanto osservato con le proprie parole. L’insegnante non darà definizioni formali su ciò che i ragazzi stanno esplorando, né anticiperà a quali conclusioni arriveranno, ma dalla discussione delle osservazioni fatte fin qui emergerà la necessità di avere almeno una definizione di minerale condivisa a cui riferirsi. L’insegnante allora spiegherà ai ragazzi che affinché una sostanza venga considerata un minerale deve:

essere una sostanza solida naturale generalmente inorganica (prodotta senza l’intervento di organismi viventi);
avere una struttura interna ordinata (cristallina);
avere una composizione chimica definita;
presentare proprietà fisiche e chimiche costanti e caratteristiche.

Dalle osservazioni dei modelli della struttura cristallina di diamante e grafite, i ragazzi dovrebbero riuscire a intuire che la capacità della grafite di scorrere sulla carta quando scriviamo con una matita sia dovuta al fatto che a livello microscopico sono presenti forze di Van Der Waals (deboli forze attrattive che legano le molecole tra loro) che tengono insieme piani di atomi di carbonio legati tra loro in modo covalente. Queste forze non sono presenti, invece, nel diamante, che è il minerale più duro sulla Terra.

Sicuramente interessante cominciare così, non credete?

Io però temo di avere qualche difficoltà di ordine pratico. Innanzitutto, dove trovo campioni di minerali, anche se si tratta solo di salgemma e calcite, da “sacrificare” per l’osservazione? Anche se a scuola abbiamo una document camera, non posso certo chiedere di comprare campioni di minerali da rompere ogni volta che affronto questo argomento con una classe. Sarebbe bello ma è poco realistico.

Nel tempo mi sono costruita una piccola collezione di minerali che porto a scuola e che utilizzo per far fare osservazioni ai ragazzi, ma non posso certo permettermi di frantumarli con il martello ogni anno. Inoltre, non dispongo nemmeno di un numero sufficiente di campioni integri per poter far lavorare i ragazzi in gruppi diversi sugli stessi minerali, né modelli a palline e bacchette di qualunque minerale.

Insomma, devo fare i conti con le risorse (poche) che ho a disposizione e quindi, anche se mi dispiace, la fase di Engage proposta dalla Mulvey così com’è proprio non va. Cosa posso fare allora che sia a costo zero e che stimoli la curiosità dei ragazzi, li coinvolga a livello personale e faccia venir loro voglia di saperne di più?

Chi cerca, trova.

Certo potrei utilizzare video e immagini e riproporre lo stesso percorso in modalità virtuale ma l’idea davvero non mi piace. Se proprio devo usare la rete, preferisco farlo in un modo diverso.

Lo so, finora non sono particolarmente originale visto che solitamente introduco i minerali parlando di biciclette, ma cercando in rete nuove idee ho trovato un sito, il Mineralogy4kids della Mineralogical Society of America, dove ci sono informazioni sui minerali presenti negli oggetti che possiamo trovare in casa.

Le attività di Engage dovrebbero essere tendenzialmente brevi (e coinvolgenti).

Ovviamente, la durata di una attività non può essere qualcosa di estremamente rigido. Dipenderà dalla situazione, dall’argomento da trattare e varierà anche da classe a classe. Il tempo, però, è tiranno per cui personalmente non dedico mai più di un’ora a questa fase, anzi a volte anche meno.

Penso, quindi, che inizierò la lezione semplicemente chiedendo ai ragazzi di scrivere brevemente sul loro quaderno cosa pensano che sia un minerale, di fornire qualche esempio e di dire dove pensano che questi minerali si possano trovare. Quindi dopo una breve condivisione e discussione delle risposte proporrò un’ attività proprio sui minerali presenti negli oggetti con cui veniamo a contatto nella vita di tutti i giorni.

Sfruttando gli iPad che abbiamo a disposizione a scuola, i ragazzi si collegheranno al sito ed entreranno in ciascuna stanza della casa (camera da letto, cucina, bagno e sala da pranzo) scegliendo almeno un oggetto in ciascuna per scoprire quali minerali sono stati usati per fabbricarlo. A supporto dell’attività fornirò una scheda (I minerali sono ovunque), che inseriranno nel quaderno, dove registrare quanto trovato su ciascun oggetto annotando anche cosa li ha colpiti di più tra le cose che hanno scoperto e perché.

Dopo questa breve attività di apertura distribuirò la mia piccola collezione di minerali in modo che i ragazzi possano osservarne alcune caratteristiche: colore, odore (ho dello zolfo), lucentezza, pesantezza, forma…

Passando tra i gruppi, chiederò se pensano di averne riconosciuto qualcuno e quali caratteristiche, secondo loro, sono state utili per l’identificazione.

Queste semplici attività (niente effetto WOW, lo so!) serviranno a stimolare la curiosità dei ragazzi, attiveranno le loro conoscenze pregresse aiutandoli a diventare consapevoli di ciò che sanno (o pensano di sapere) sull’argomento. Quando si apprende, la consapevolezza del proprio punto di partenza costituisce una base solida su cui costruire. Saltare questo passaggio diminuisce l’efficacia e la persistenza di qualunque concetto o esperienza introdurremo successivamente.

Verso la fine di questa prima lezione spiegherò quali caratteristiche deve avere una sostanza per essere considerata un minerale in modo da arrivare a una definizione condivisa a cui agganciare le attività delle lezioni successive (la fase di Explore).

Adesso tocca a voi. Aprite i vostri bauli di esperienza e condividete!

Quale potrebbe essere, secondo voi, una fantastica attività di Engage?

Scrivete, scrivete, scrivete!!!

P.S. La prossima settimana… fase di Explore 🙂

Chi non sa fare… insegna

14 gennaio 201814 gennaio 2018 / ibseedintorni / 8 commenti

Perché insegnate?

C’è un detto popolare che dice: chi sa fa, chi non sa fare insegna. Scusate tanto, ma… anche no!

Insegnare è un mestiere meraviglioso, ma incredibilmente difficile e delicato e solo chi non sa può pensarla così. È una sorta di one man show che si ripete ogni giorno e più volte al giorno e che richiede sì talento e passione ma anche tanto, tanto lavoro.

Ve lo chiedo ancora. Voi perché insegnate?

Credo che la mia storia sia cominciata quando avevo 16 anni. La mia insegnante di chimica mi detestava e non faceva proprio niente per nasconderlo trattandomi sempre come un’inetta, incapace di fare anche le cose più semplici. Una volta ci chiese cosa pensavamo di fare dopo la scuola. A quell’epoca ero convinta che avrei studiato medicina, era il mio sogno di bambina: diventare medico e andare in Africa a curare le persone. Quando sentì la mia risposta, la cara Prof rise di gusto dicendomi che non ci sarei mai riuscita visto che di chimica non capivo nulla.

In effetti non sono mai diventata medico, ma non per causa sua. In famiglia non sostenevano la mia scelta ed io, probabilmente, non ci ho creduto abbastanza per lottare, per cui alla fine “ripiegai” sulla facoltà più simile e mi iscrissi a biologia. Di una cosa ero sicura, però, non avrei MAI e poi MAI fatto l’insegnante.

Durante gli anni dell’università ho fatto qualche lavoretto per essere più autonoma economicamente e così, non appena acquisite le conoscenze necessarie, ho cominciato a dare qualche lezione di chimica. Un giorno venne da me una ragazzina di 16 anni dai grandi occhi neri e spaventati che, a detta della sua Prof, non capiva proprio niente di chimica. Le chiesi chi fosse questa “insegnante” e, pensate un po’, non solo era la stessa che avevo avuto io ma sembrava proprio che non avesse ancora perso il suo “tocco delicato”.

Chiamatelo destino ma grazie al successo della ragazza agli esami di settembre, al suo sorriso ritrovato, alla chimica finalmente non più “nemica”…ad un certo punto qualcosa dentro di me ha fatto click e da quel momento ho saputo che non avrei potuto né voluto fare altro nella vita.

Ero certa: io avrei saputo fare la differenza, imparare sarebbe stata una meravigliosa avventura per tutti i miei studenti. Avevo 20 anni e non sapevo niente della scuola, ma mi sentivo determinata come una missionaria diretta in Africa. Nessuno avrebbe potuto fermarmi. E così, in fondo, è stato. A 23 anni ebbi la mia prima opportunità di insegnare e da allora non ho mai cambiato idea.

Negli anni ho studiato tanto e la passione non si è mai spenta. Il dottorato mi ha permesso di continuare a crescere, sto continuando a rinnovare la mia didattica, continuo a leggere e studiare. Quindi… tutto bene, no? Posso ritenermi soddisfatta, giusto?

Imparare a imparare, come tutti sappiamo, è una delle otto competenza chiave europee e di cittadinanza da acquisire entro il termine dell’obbligo di istruzione.

Si tratta di saper organizzare il proprio apprendimento individuando, scegliendo e utilizzando varie fonti e varie modalità di informazione e di formazione (formale, non formale ed informale), anche in funzione dei tempi disponibili, delle proprie strategie e del proprio metodo di studio e di lavoro.

Imparare ad imparare è, soprattutto, una competenza fondamentale per poter vivere bene in una società che è sempre più fondata sull’uso della conoscenza. Non solo la società in cui viviamo ci chiede di saperlo fare, ma ci chiede anche di continuare a farlo per tutta la vita.

Sull’importanza dell’acquisizione di questa competenza, quindi, siamo tutti d’accordo, ma siamo davvero capaci di insegnare come si fa?

Apprendere qualcosa non è un processo automatico. Richiede sforzo e impegno, ma soprattutto bisogna volerlo. Senza desiderio di apprendere non c’è apprendimento. Quindi…direi che siamo nei guai.

Non dobbiamo “solo” insegnare ai ragazzi come si fa a imparare ma dobbiamo anche convincerli che sia giusto farlo. Missione possibile?

L’estate scorsa sono stata membro interno durante gli esami di Stato e la delusione per come sono andate le cose brucia ancora. Questi ragazzi li ho visti crescere e nonostante il mio impegno, la passione e lo sforzo, ho dovuto fare i conti con il fatto di non essere riuscita a “contagiarli”. Certo, alcuni sono stati brillanti e ci hanno dato belle soddisfazioni, ma il dispiacere per quelli che sono rimasti indietro, che hanno finito il loro percorso scolastico annoiati e stanchi brucia ancora.

Come si fa a insegnare la voglia di imparare?

Essere bravi docenti con i ragazzi bravi è “vincere facile”. La vera sfida è fare la differenza per quelli che invece faticano a trovare dentro di sé la motivazione persino per venire a scuola ogni giorno. A 23 anni credevo di essere “partita per l’Africa”. Oggi ne ho 53 e ho capito, invece, che il mio aereo non è ancora atterrato.

Vi piacciono i TED talk?

Ce n’è uno che vi consiglio: si tratta dello speech della Dott.ssa Angela Lee Duckwoth, “Grit, the power of passion and perseverance”.

Quando l’ho visto la prima volta, durante gli esami l’estate scorsa, sono rimasta davvero colpita dalle sue parole. Il giorno stesso ho comprato il suo libro e l’ho letteralmente divorato.

Gli studi della Dott.ssa Duckworth, oggi psicologa presso la University of Pennsylvania ma precedentemente insegnante di matematica nelle scuole medie pubbliche, hanno mostrato che quando si vuole riuscire in una sfida di qualsiasi genere per quanto conti il talento innato, l’impegno conta il doppio. Ciò che veramente conta, quindi, non è il talento, come saremmo portati a credere (lo studente portato per la matematica, ad esempio), ma la grinta (in inglese grit) ossia una combinazione di passione e perseveranza che permette di raggiungere obiettivi a lungo termine senza arrendersi. Secondo la Duckworth avere grinta significa

“lavorare a qualcosa a cui si tiene così tanto da non volere abbandonarlo… Fare quello che si ama. Ma non solo innamorarsi: rimanere fedeli nell’amore”.

Tutto ciò può sembrare scontato, ma se ci pensate bene non lo è affatto perché cade definitivamente il mito del talento naturale e scompare, come d’incanto ogni alibi: il talento da solo non basta, quindi è necessario tirarsi su le maniche una volta per tutte.

Anzi, vi dirò di più. Dagli studi emerge che talento e grinta sono praticamente inversamente proporzionali: doversi conquistare con fatica e sforzo qualcosa porta ad acquisire abilità come la perseveranza e la resilienza, indispensabili per superare qualsiasi sfida.

La fatica e l’impegno non solo portano all’abilità ma anche ai risultati che rendono lo sforzo molto più importante del talento.

Sforzarsi, però, non basta. Secondo lo psicologo cognitivista Anders Ericsson, per avere successo, nel lavoro o a scuola, bisogna avere una pratica intelligente.

Quindi, in sintesi, per imparare ad imparare ci vuole grinta e se riusciamo a insegnare la grinta ai nostri ragazzi il gioco è fatto.

Ok, ma come si fa? Esiste una “ricetta” che possa andare bene per tutti?

Certamente no. La capacità di persistere con passione dipende dalla motivazione intrinseca, dai valori che abbiamo, da come ci percepiamo. Quindi, che si fa?

Ci ho riflettuto a lungo e sono arrivata a trarre alcune conclusioni: l’IBSE è un approccio potente che guida gli studenti verso la comprensione profonda ma non è abbastanza se non insegniamo ai ragazzi anche come si studia e cosa poter fare per non perdersi d’animo anche quando manca la voglia. Ho scoperto l’acqua calda? Probabilmente sì, ma è evidente, almeno per me, che c’è ancora molto che possiamo fare per migliorare.

Quindi, cari amici, se vi va, nei prossimi mesi continueremo ad esplorare insieme non solo come insegnare le scienze con un approccio inquiry-based ma anche come poter insegnare ad imparare a imparare. Che ne dite?

Prima di salutarvi, però, ve lo chiedo ancora: voi perché insegnate? Vi va di raccontare la vostra storia nei commenti? 🙂

Perché piccolo è meglio?

4 gennaio 20183 gennaio 2018 / ibseedintorni / 5 commenti

Buon anno a tutti!

State già scaldando i motori o siete ancora in modalità relax? Per quanto mi riguarda, sto scaldando i motori sorseggiando una tisana, per cui credo di essere… come dire… a metà strada 🙂

Qualche tempo fa, vi avevo parlato di come comincio ad affrontare il tema delle dimensioni delle cellule (Una questione di taglia). Oggi aggiungerò un altro tassello perché sto per raccontarvi un’attività semplice, ma molto utile per prepararsi ad affrontare, nei dettagli, diffusione e osmosi.

Perché la maggior parte delle cellule è di piccole dimensioni?

Per introdurre l’attività di EXPLORE, e far emergere le preconoscenze, si può chiedere ai ragazzi come mai, secondo loro, a parte qualche eccezione, come ad esempio l’uovo di struzzo, la maggior parte delle cellule sono talmente piccole che per poterle vedere serve un microscopio.

Le risposte dei ragazzi, naturalmente, saranno le più diverse e noi le accoglieremo tutte senza discuterne la validità, ma spiegando loro che per rispondere alla domanda “ragionando come scienziati” raccoglieranno qualche evidenza sperimentale in laboratorio per rispondere alla seguente domanda: come varia la diffusione di un liquido all’interno di un cubetto di agar agar man mano che le sue dimensioni aumentano?

Cosa serve:

3 coppie di cubetti di agar agar rispettivamente di 1, 2 e 3 cm per lato
indicatore di pH come ad esempio blu di bromotimolo o fenolftaleina
aceto bianco o acido cloridrico diluito
un righello di plastica trasparente
tre becher
un bicchierino di plastica trasparente
contagocce o pipetta
un cucchiaio di plastica
fogli di carta bianca
calcolatrice
matita
cronometro.

Procedimento

Per prima cosa, mettere alcuni mL di indicatore di pH (ad esempio la fenolftaleina) in un bicchierino. Usando un contagocce o una pipetta aggiungere all’indicatore alcune gocce di aceto (o di acido cloridrico). Cosa si può notare? Poiché l’aceto è un acido contiene molti ioni idrogeno. Quando questi ioni entrano in contatto con l’indicatore di pH la soluzione cambia colore. Di che colore è diventata la soluzione?
Riempire tre becher con dell’aceto. L’altezza del liquido deve essere superiore a 3 cm. Immergere un cubetto per ciascun tipo nell’aceto assicurandosi che siano tutti completamente immersi nel liquido. Porre gli altri tre cubetti di agar agar su della carta bianca vicino ai becher in modo da usarli come confronto (gruppo di controllo). Cosa pensate accadrà a ciascun cubetto?
Determinare l’area superficiale e il volume di ciascun cubetto immerso nell’aceto e registrare tutti i valori ottenuti in una tabella come questa:
Come si potrebbe fare per sapere se gli ioni idrogeno si stanno muovendo all’interno del cubo?
Secondo voi, quanto tempo ci vorrà perché gli ioni idrogeno diffondano completamente all’interno di ciascun cubetto?
Come si potrebbe fare per essere sicuri che l’aceto sia penetrato completamente nel cubetto di agar agar?
Dopo 5 minuti, con un cucchiaio, rimuovere i cubetti dall’aceto, metterli sulla carta bianca vicino a quelli asciutti e confrontarli cercando di osservare qualunque variazione di colore. Secondo voi, in quale dei tre cubetti è penetrata una maggiore quantità di aceto? Quali evidenze si possono fornire a supporto della vostra risposta?
Rimettere i tre cubetti nei rispettivi becher con l’aceto e ripetere l’operazione ogni 5 minuti finché l’aceto sarà penetrato completamente in tutti i cubetti. Annotare in quanto tempo questo si verifica per ciascun cubetto. Cosa si può notare sulla percentuale di penetrazione dell’aceto nei tre cubetti di diverse dimensioni?
Secondo voi, c’è una relazione tra area superficiale e volume dei cubetti, rapporto tra area superficiale e volume e percentuale di penetrazione dell’aceto nei cubetti?
Come varia la diffusione di un liquido all’interno di un oggetto man mano che le sue dimensioni aumentano? Rispondere alla domanda basandosi sulle evidenze raccolte.
In che modo quanto avete osservato può essere collegato al fatto che per una cellula è meglio avere piccole dimensioni?

Dopo aver discusso i risultati e le risposte dei diversi gruppi alla domanda di ricerca, partiremo da quanto emerso ricordando ai ragazzi che tutte le sostanze che entrano o escono dalle cellule devono passare attraverso la membrana cellulare. Man mano che le dimensioni delle cellule aumentano il rapporto tra la sua area superficiale e il suo volume diminuisce, perché l’area superficiale aumenta più rapidamente del volume. Per questo motivo, cellule più grandi farebbero più fatica sia a ricevere i nutrienti che a far uscire le sostanze di rifiuto. Le molecole, infatti, dovrebbero fare troppa “strada” per entrare e uscire attraverso la membrana di cellule grandi e servirebbe, quindi, una superficie per la diffusione adeguata al nuovo volume.

Per essere più efficiente, quindi, la maggior parte delle cellule ha piccole dimensioni.

Esistono, però, anche cellule grandi che, evidentemente, hanno trovato un modo per aggirare questo ostacolo. Ad esempio, alcune cellule nervose (i neuroni) sono molto grandi (possono avere prolungamenti lunghi anche più di un metro) e per essere efficienti, viste le grandi dimensioni, sono molto sottili e lunghe in modo che il rapporto tra l’area superficiale e il volume si mantenga alto. Lo stesso vale per le cellule pavimentose della pelle che sono molto larghe ma piatte.

Quindi potremo concludere che solitamente le cellule più grandi hanno una forma tale da far aumentare la superficie disponibile per gli scambi: se sono grandi in una dimensione (ad esempio la lunghezza nel caso del neurone o la larghezza nel caso della cellula epiteliale), rimangono piccole nelle altre (ad esempio lo spessore).

Che ne pensate? Voi come affrontate il “problema” delle dimensioni con i vostri ragazzi? Mi raccontate?

N.B.

I cubetti di agar vanno preparati prima del laboratorio. Serve cottura quindi difficilmente potrà essere preparato a scuola. Ci sono molti tipi di agar agar. Se, come me, cercate materiali poveri, potrete trovarlo, in polvere, anche al supermercato perché viene utilizzato come addensante al posto della colla di pesce.

Rigenerare organi

3 dicembre 20174 dicembre 2017 / ibseedintorni / Lascia un commento

Lucas Massella è nato con la spina bifida, un difetto congenito per cui il canale spinale della colonna vertebrale non si chiude correttamente in fase fetale.
All’età di dieci anni, nel 2001, era gravemente malato. Non poteva correre o giocare all’aperto con i suoi amici. Poteva a malapena andare a scuola. Nel caso di Lucas, il difetto alla colonna vertebrale ha portato alla paralisi della vescica. Quando la vescica non funziona correttamente, l’urina può refluire verso i reni e danneggiarli e se i reni non funzionano le sostanze di rifiuto si accumulano e portando ad un danno renale che può essere letale. Nonostante 16 interventi chirurgici, i reni di Luca erano in grave pericolo. Stava perdendo peso e non era in grado di avere una vita normale. Le alternative erano poche: trapianto di rene o dialisi per tutta la vita. La famiglia di Lucas decide, quindi, di tentare un trapianto sperimentale, mai eseguito prima. Alcune cellule di Lucas vengono prelevate e messe in coltura e due mesi dopo una stampante 3D “stampa” una nuova vescica da trapiantare. L’intervento riesce perfettamente, salva i reni e riporta Lucas in salute tanto che diventerà il capitano della squadra di wrestling del suo liceo.

Il medico che ha eseguito questo rivoluzionario intervento è il dott. Anthony Atala, direttore del Wake Forest Institute per la Medicina rigenerativa (WFIRM), a Winston-Salem, N.C.

Che cos’è la medicina rigenerativa?

La medicina rigenerativa è una branca della medicina che ha lo scopo di sostituire e rigenerare le cellule di tessuti o organi di pazienti che hanno subito una lesione o che hanno avuto una malattia che ha danneggiato in modo permanente i loro tessuti. I ricercatori stanno scoprendo come coltivare alcuni di questi tessuti a partire dalle cellule dei pazienti stessi, riducendo così la necessità di organi di donatori e l’uso a lungo termine di farmaci immunosoppressori. Il Wake Forest Institute per la medicina rigenerativa sta studiando tecniche per la crescita di tessuti sostitutivi e organi per più di 30 parti del corpo, tra cui pelle, vescica, fegato, reni e orecchie. La stampante 3D utilizzata per creare organi, come la vescica di Lucas, utilizza, come “inchiostro”, una soluzione di cellule in sospensione in un gel a base di acqua (idrogel). I tessuti e gli organi, prodotti a partire da uno stampo in materiale sintetico biodegradabile, sono composti da un reticolo di sottili canali attraverso cui acqua, ossigeno e sostanze nutritive possono raggiungere le cellule trattenute nel gel. Man mano che le cellule colonizzano la “protesi” biodegradabile, questa si dissolverà fino a scomparire completamente.

La storia di Lucas Massella e del Dott. Atala sono un Engage perfetto per le mie lezioni di istologia. Dopo aver visto i video discutiamo un po’:

Che cos’è l’istologia?
Da cosa sono composti gli organi?
Quali tipi di tessuto conoscete?
In che modo conoscere l’istologia può aiutare lo sviluppo della medicina rigenerativa?
Quali tipi di malattie e condizioni di salute possono trarre beneficio da questa tecnologia?
Quando potremo beneficiare di questa tecnologia?

L’argomento appassiona e cattura l’interesse dei ragazzi, per cui approfondisco la questione ancora un po’ mostrando anche altre opzioni.

Ad esempio, invece di ricostruire un organo da zero è possibile partire da un organo decellularizzato. Per costruire un nuovo cuore, ad esempio, per prima cosa, grazie a particolari detergenti, si devono rimuovere tutte le cellule da un organo donatore (in questo caso di maiale) ottenendo così una sorta di impalcatura proteica che viene “seminata” con cellule che cresceranno grazie a fattori di crescita e a stimolazione meccanica fino a ricreare un nuovo organo completo. Il cuore di maiale prodotto con questa tecnica, però, è in grado di generare il battito cardiaco ma la forza generata dai tessuti è insufficiente per pompare sangue mentre la conduzione elettrica è ancora molto lenta (Le Scienze 19/08/2013).

Ma ci sono altri esempi di maggiore successo. Nel 2010, a Londra, il chirurgo toracico dell’ospedale di Careggi Paolo Macchiarini, insieme a un equipe di medici inglesi, ha trapiantato con successo in un bambino di 10 anni una trachea umana che è stata decellularizzata e ricoperta con cellule staminali e respiratorie del paziente.

Se (beati voi!) disponete di un laboratorio ben attrezzato potreste mostrare il processo facendo decellularizzare un frammento di tessuto ai vostri ragazzi. Servono un tampone fosfato salino (PBS) e una soluzione di Sodio dodecil solfato (SDS) al 10%. La decellularizzazione di organi interi richiede molti giorni per cui è più pratico utilizzare materiali più sottili come ad esempio una vena (si potrebbe chiedere ad un macellaio di fiducia). I tessuti vengono quindi lavati con la soluzione di SDS che si lascerà agire per circa tre giorni. Prima e dopo la decellularizzazione, gli studenti osserveranno il tessuto al microscopio.

Io non dispongo (ancora!) di queste sostanze ma ho letto che il sodio dodecil solfato (detto anche laurilsolfato di sodio o sodio laurilsolfato), è un tensioattivo utilizzato in molti prodotti come dentifrici, shampoo, schiuma da barba e bolle di sapone grazie al suo effetto schiumogeno per cui, in mancanza d’altro, varrebbe la pena di fare un tentativo anche con questi. Che ne dite? Avete suggerimenti?

A questo punto siamo pronti ad esplorare i tessuti. Solitamente non mi accontento di spiegare semplicemente la struttura e la funzione dei diversi tipi di tessuti. Estrapolate da un contesto concreto agli occhi dei ragazzi queste informazioni sono solo una lunga lista senza senso né utilità. Quindi, dopo una introduzione teorica, i miei ragazzi imparano a studiarne le caratteristiche attraverso l’osservazione di preparati istologici al microscopio seguita da un’attività cooperativa di “riconoscimento” dei tessuti da immagini plastificate senza didascalia.

Osservare, disegnare e cercare di riconoscere il tessuto a partire dalle caratteristiche osservate non solo affina la loro capacità di compiere osservazioni ma porta una una più profonda comprensione anche delle strutture studiate. A casa, poi, rinforzo l’esercizio segnalando alcuni siti che offrono una vasta collezione di preparati.

In fase di interrogazione ripropongo sempre una delle immagini dei tessuto osservati in classe e chiedo loro di spiegarmi il processo che utilizzano per cercare di identificarlo. Può sembrare un tantino eccessivo, lo so, ma vi assicuro che i ragazzi riescono sempre a cavarsela, anzi si divertono perché tutti riconoscono sempre il “vetrino” proposto. E voi? Che cosa fate quando spiegate un po’ di istologia?

Atlanti di istologia virtuale:

Per ulteriori idee e approfondire la medicina rigenerativa:

Lesson Plan for Understanding Regenerative Medicine

Animali fantastici e come studiarli

22 novembre 2017 / ibseedintorni / 5 commenti

Ungaro spinato, Gallese verde, Petardo cinese e Grugnocorto svedese. Sono i draghi che Harry Potter, Fleur Delacour, Victor Krum e Cedric Diggory affrontano nella prima prova del Torneo Tremaghi in Harry Potter e il calice di fuoco (J. K. Rowling, Salani 2001).

Draghi. Quattro enormi draghi completamente sviluppati, dall’aria malvagia, si impennavano in uno spazio recintato da spesse assi di legno, ruggendo e sbuffando: torrenti di fuoco sprizzavano nel cielo buio dalle loro bocche spalancate e zannute, sorrette da colli tesi a quindici metri di altezza. Ce n’era uno di un blu argenteo con lunghe corna appuntite, che ringhiava e tentava di mordere i maghi a terra; uno verde ricoperto di scaglie lisce, che si contorceva e pestava i piedi con tutte le sue forze; uno rosso con una strana frangia d’oro lucente attorno al muso, che sparava nuvole di fuoco a forma di fungo nell’aria; e uno nero gigantesco, più simile a un lucertolone degli altri, il più vicino a loro.

Harry Potter e il calice di fuoco (J. K. Rowling, Salani 2001, p.281).

E che dire di Drogon, Rhaegal e Viserion che guideranno Daenerys alla conquista dei Sette Regni del Trono di Spade?

Ma, soprattutto, cosa c’entrano i draghi con lo studio delle scienze?

Geniverse è un software gratuito per attività STEM interattive del Concord Consortium’s. Per accedervi bisogna registrarsi indicando se si accede come docente o come studente, la nazione di provenienza e il nome della scuola di appartenenza. All’interno del repository si trovano moltissime attività interessanti tra cui Geniverse una sorta di gioco interattivo per studenti di scuola superiore (ma adattabile anche per quelli della secondaria di primo grado) che li coinvolge nell’esplorazione della genetica incrociando e studiando… draghi virtuali!

Il gioco è corredato da strumenti per la valutazione (pre-test e post-test) in grado di fornire un immediato feedback sull’apprendimento degli studenti. Ma non finisce qui!

C’è anche Geniversity, sito di supporto di Geniverse, in cui potrete trovare una guida per il docente, lesson plans, dispense per gli studenti e indicazioni didattiche sull’insegnamento attraverso il gioco. Insomma… tante idee e risorse davvero valide!

Se, invece, nella vostra scuola il digitale ancora non vi assiste potete sempre “ripiegare” su tecnologie non digitali come: carta, forbici e pennarelli.

Nell’attività “La genetica dei draghi” (Dragon genetics di Pamela Esprivalo Harrell della University of North Texas), gli studenti disegneranno un drago con caratteristiche derivate dal mescolamento casuale di geni di origine paterna e materna. Per fare ciò, simuleranno il processo della fecondazione che porta alla formazione di uno zigote diploide, ossia con due assetti cromosomici, ciascuno fornito da uno dei due genitori. Dall’analisi degli alleli presenti su ciascun cromosoma comprenderanno che il genotipo è il corredo genetico, ossia l’insieme dei geni posseduti da un individuo mentre il fenotipo è costituito dalle caratteristiche fisiche o fisiologiche espresse dei geni. Dover “decifrare” i caratteri espressi dai cromosomi aiuterà gli studenti a comprendere meglio i Principi di Mendel e le sue estensioni.

Per ciascun gruppo serviranno:

2 ovetti di plastica
filo di lana
colla a caldo (facoltativo)
pennarelli o matite colorate
carta
forbici e colla

Prima dell’attività si dovranno preparare i “cromosomi”. Quando fate le fotocopie, è meglio utilizzare carta colorata per distinguere il materiale genetico paterno da quello materno: per esempio azzurra per il padre e rosa per la madre. Variate in modo opportuno le lettere che indicano i geni dominanti/recessivi/codominanti/legati al sesso in modo da assicurarvi varietà nella progenie. Create dei set di 4 cromosomi di forma leggermente diversa (3 autosomi e 1 cromosoma sessuale) per ciascun gamete ed eventualmente plastificateli in modo che possano essere riutilizzati. Disponete i cromosomi paterni in ovetti a cui avete attaccato un filo di lana che simuli la coda degli spermatozoi, mentre quelli materni in ovetti senza coda, possibilmente più grandi (anisogamia), che simulino le cellule uovo, come questi (scusate la pessima qualità delle foto!):

Se non trovate gli ovetti di plastica (nei negozi di hobbistica) o se volete risparmiare risorse economiche e/o tempo, potete mettere i cromosomi paterni e materni in semplici bustine di plastica trasparente.

Se voleste rinforzare anche il concetto della casualità della fecondazione, uno dei fattori che producono variabilità genetica nella riproduzione sessuata, potreste far “costruire” agli studenti gli assetti cromosomici dei gameti facendo scegliere in modo casuale i cromosomi da inserire negli ovetti da un contenitore che contenga tutti i gameti possibili che si possono ottenere con i geni a disposizione.

In classe

Far scegliere casualmente un ovulo e uno spermatozoo di drago. Simulando la mescolanza del materiale genetico al momento della fecondazione, fate aprire lo spermatozoo e la cellula uovo e mescolare sul banco i cromosomi. Utilizzando il numero presente su ciascuno (materno e paterno) fateli appaiare creando 4 coppie di cromosomi omologhi.
Far annotare tutte le caratteristiche dei tratti presenti sui cromosomi in una tabella specificando il genotipo e il fenotipo del cucciolo di drago e se è omozigote/eterozigote/emizigote per quel carattere.

Per far determinare il fenotipo fate utilizzare la chiave degli alleli che fornirete.
Dite ai ragazzi di prestare molta attenzione al formato della lettera che indica il carattere, ricordando che la lettera maiuscola rappresenta il carattere dominante mentre quella minuscola il carattere recessivo.

Una volta determinati i tratti ereditati dal cucciolo di drago, i ragazzi dovranno ritagliare le parti del corpo appropriate dalla scheda che fornirete, incollarle su un foglio di carta (o disegnare direttamente il draghetto su un foglio) e colorarle in modo da mettere in evidenza il fenotipo del nuovo individuo.

Semplice ma efficace! Naturalmente, come sempre, se vi interessano i materiali pronti da stampare…scrivete! 🙂

Per saperne di più:

Video Demo su Geniverse

E la giraffa…va in scena

5 novembre 20177 novembre 2017 / ibseedintorni / 3 commenti

Fate un po’ di istologia con i vostri ragazzi?

La settimana scorsa, in quarta, ho finito gli argomenti di scienze della Terra previsti dalla mia programmazione (terremoti e vulcani) e così ho cominciato a riguardare/riorganizzare i materiali di anatomia umana per le prossime lezioni. Essendo nata biologa (ma geologa d’adozione!), amo moltissimo questa parte del percorso didattico che inizierò con una riflessione sulla relazione tra le strutture e le funzioni dei tessuti animali.

Come bene sapete, è fondamentale che i ragazzi comprendano che gli adattamenti strutturali che esploreranno nelle lezioni di anatomia sono stati modellati dalla selezione naturale e, poiché mi piace “animare” le lezioni attraverso forme diverse di narrazione unirò parole e immagini per parlare di una delle evidenze più note a questo proposito: la lunghezza del nervo laringeo ricorrente della giraffa.

La narrazione partirà, quindi, dall’osservazione di una immagine che mostra il decorso e la lunghezza del nervo laringeo ricorrente in una giraffa, stimolata da una domanda: come potete osservare, anche se l’encefalo delle giraffe non è molto lontano dalla gola, i nervi della laringe percorrono molta strada per raggiungerla. Come mai?

In effetti, i nervi che attraversano la laringe delle giraffe sono molto lunghi: partono dall’encefalo, si ripiegano a ”U” attorno all’aorta e raggiungono i muscoli della gola che permettono l’emissione dei suoni, il respiro e la deglutizione.

Per trovare una risposta a questa domanda leggeremo alcuni brani tratti dal libro di Richard Dawkins “Il più grande spettacolo della Terra – perché Darwin aveva ragione“.

Nel corso dell’evoluzione dei mammiferi […] il collo si allungò (i pesci non hanno collo) e le branchie scomparvero; alcune si trasformarono in cose utili come la tiroide, la paratiroide e vari altri componenti della laringe. Queste cose utili, tra cui le parti della laringe, ricevettero il proprio rifornimento di sangue e le connessioni nervose dai discendenti evolutivi dei vasi sanguigni e dei nervi che un tempo irroravano le branchie in sequenza ordinata. […]

Nell’uomo, la via presa dal nervo laringeo ricorrente compie una deviazione di una decina di centimetri. Ma in una giraffa è davvero paradossale, perché, in un adulto di grandi dimensioni, raggiunge i quattro metri e mezzo!

Nel suo libro, Dawkins racconta che il giorno dopo il Darwin Day del 2009 (bicentenario della nascita di Darwin) ha passato l’intera giornata con un’équipe di anatomisti comparati e anatomopatologi veterinari del Royal Veterinary College, vicino Londra, i quali hanno sezionato una giraffa morta da poco allo zoo.

Il teatro anatomico era un vero teatro con una enorme parete di vetro che divideva il <<palcoscenico>> dalla platea gremita di studenti di veterinaria.

La giraffa era stesa su un grande tavolo con una zampa tenuta sospesa da un gancio e una carrucola e il lungo collo era illuminato dai fari di scena. Tutti gli “attori” sul palco indossavano una tuta arancione e scarpe bianche.

La deviazione del nervo laringeo ricorrente della giraffa era così lunga che diversi anatomopatologi hanno dovuto lavorare contemporaneamente per isolare tratti distinti del nervo (la laringe vicino alla testa, la ricorrenza vicino al cuore e tutte le stazioni intermedie).

Con pazienza, l’intero percorso del nervo laringeo è stato così individuato. Un’impresa simile sembra sia stata compiuta solo da Richard Owen, creazionista convinto, nel 1837, che però non riuscì a trarre le ovvie conclusioni da quanto osservato.

… tutta la storia della deviazione dimostra in maniera mirabile come le creature viventi siano lungi dall’essere ben progettate. E, per un evoluzionista, è importante chiedersi perché la selezione naturale non faccia quello che farebbe un ingegnere, ossia tornare al tavolo da disegno per organizzare le cose in maniera più razionale.[…]

Il caso del nervo laringeo si presta a una risposta in termini di <<costo marginale>>, come lo chiamano gli economisti. Quando il collo della giraffa si allungò lentamente nel corso del tempo evolutivo, il costo della deviazione, in termini di economia come in termini di <<balbuzie>> (della giraffa), aumentò gradualmente. […] Il costo marginale di ciascun millimetro di aumento era esiguo. Quando il collo della giraffa cominciò ad avvicinarsi all’attuale, impressionante lunghezza, il costo totale della deviazione si stava forse approssimando al punto in cui un individuo mutante sarebbe – in via ipotetica – sopravvissuto meglio se le fibre laringee discendenti si fossero separate dal vago e, con un piccolo salto, avessero colmato la breve distanza che le divideva dalla laringe. […]

Molto probabilmente la mutazione necessaria non sarebbe comunque mai avvenuta. Anche se fosse avvenuta, avrebbe potuto benissimo comportare svantaggi, com’è inevitabile in qualsiasi grande perturbamento di un processo complesso e delicato. […]

Anche se, nel caso la si fosse potuta realizzare, l’idea di un <<ritorno al tavolo da disegno>> sarebbe stata migliore, l’alternativa era un aumento molto piccolo rispetto alla deviazione esistente, con un costo marginale altrettanto piccolo. Più piccolo, ho l’impressione, del costo del <<grande sconvolgimento>> necessario a produrre la soluzione più elegante.

Parole e immagini, dicevo. Infatti, in rete, ho scovato questo piccolo gioiello:

Stupendo, no?

Inizia così il nostro viaggio verso lo studio dell’anatomia e della fisiologia umana. Prossima lezione: un po’ d’istologia. A proposito, non mi avete ancora risposto! Voi fate un po’ di istologia?

Una questione di taglia

27 ottobre 2017 / ibseedintorni / 11 commenti

Uno degli aspetti importanti da far comprendere quando si affronta lo studio della cellula è l’importanza delle dimensioni. A questo proposito ho appena finito di leggere il libro di John Tyler Bonner, Why size matters – From Bacteria to Blue Whales, che vi consiglio assolutamente.

Nel suo libro, Bonner fornisce moltissimi esempi interessanti per mostrare che è la taglia ciò che guida la forma e la funzione di qualunque essere vivente.

Le dimensioni di un organismo, infatti, sono sempre sotto stretta sorveglianza da parte della selezione naturale. La natura è composta da una vasta rete di quelle che Bonner chiama nicchie di taglia e tutti gli organismi viventi devono sempre fare i conti con la possibilità che per la propria progenie possa essere vantaggioso diventare più grandi o più piccoli.

Se si tratta di animali le dimensioni possono essere importanti per poter sfuggire ai predatori o cacciare una preda. Se si tratta di piante possono essere importanti per avere successo nella competizione per catturare i raggi solari necessari alla fotosintesi. Per i microrganismi il vantaggio più ovvio nel diventare più grandi può essere legato ad una maggiore velocità nell’inseguire una preda o nello scappare dai predatori. Diventare più grandi per pluricellularità può, invece, significare una dispersione delle spore più efficace o una migliore digestione del cibo, in quanto la presenza di una maggior quantità di enzimi digestivi viene assicurata dall’incremento del numero di cellule.

E l’elenco potrebbe continuare ancora, ma il punto chiave della faccenda è che, secondo Bonner, i cambiamenti di taglia (aumento o diminuzione) avranno vantaggi o svantaggi e saranno incoraggiati o scoraggiati dalla selezione naturale. È, quindi, la selezione naturale la forza motrice per il cambiamento della dimensioni che, quando avviene, comporta moltissime conseguenze, soprattutto se aumentano.

Cambiare taglia significa modificare il volume, ma quando le dimensioni delle cellule aumentano queste fanno più fatica sia ricevere i nutrienti che a far uscire le sostanze di rifiuto e servirà una superficie per la diffusione adeguata al nuovo volume. Di conseguenza, per taglie diverse ci saranno forme diverse.

Questo, naturalmente, influenzerà il metabolismo, la locomozione e molte altre proprietà. All’aumento di volume corrisponderà anche un aumento nella suddivisione del lavoro, ossia del numero di cellule e dei tipi di tessuti. Senza i necessari aggiustamenti richiesti dalla nuove dimensioni, gli organismi più grandi non ce la farebbero e, quindi, non esisterebbero. Potremmo, quindi, dire che sono le dimensioni a dettare le regole della vita.

Se, invece, le dimensioni diminuiscono, la taglia ha un ruolo un po’ diverso e non è più il dittatore assoluto, come dice Bonner. Questo perché avere una massa minore può consentire una diminuzione delle strutture che contribuiscono alla robustezza della cellula o della superficie per la diffusione. Potrebbe anche succedere che continuando a diminuire di dimensioni non ci sia più spazio per tutte le strutture che avevano gli antenati più grandi e alla fine se ne potrebbe anche perdere qualcuna. La diminuzione di taglia è, quindi, un processo molto meno esigente di quello dell’aumento di taglia.

C’è una correlazione tra forza, diffusione sulla superficie, suddivisione del lavoro e tutte le attività che riguardano le velocità dei processi come metabolismo, tempi di generazione, longevità, velocità di locomozione e persino abbondanza degli organismi in natura. Ciò che collega tutti questi fattori è la taglia.

Un cambiamento nelle dimensioni, quindi, richiederà o sarà correlato a un cambiamento nella forza, nell’area superficiale, nella suddivisione del lavoro e in tutti i processi collegati a tempo e velocità e persino alla densità della distribuzione degli organismi in natura. Ciascuno di questi fattori correlati alla taglia è interdipendente dagli altri: se uno cambia, cambiano anche gli altri. Ecco perché “size matters”, ossia le dimensioni, in natura, contano.

Libro interessante, davvero. Ma noi sappiamo già molto bene quanto sia importante insistere sul perché le cellule sono piccole. Ma cosa significa veramente per i nostri ragazzi l’aggettivo “piccolo” quando si parla di cellule?

L’esperienza mi ha insegnato di non dare mai nulla per scontato e che quando si tratta di quantità molto grandi (per esempio miliardi di anni, o milioni di km) o molto piccole (per esempio nanometri, ångström) i ragazzi non riescono a comprendere fino in fondo quanto grandi o piccoli siano in realtà questi numeri e ce lo dimostrano continuamente per esempio quando, parlando di fenomeni geologici, confondono con disinvoltura le centinaia di migliaia di anni con i milioni o i miliardi come se fossero la stessa cosa (in fondo si tratta sempre di un sacco di tempo, no?).

Già in altre occasioni ho usato piccole attività per far comprendere il reale significato di alcuni numeri (per esempio questa: ENGAGE-Ciclo dell’acqua) perché ritengo che sia molto importante far fare anche questo tipo di esperienze, per cui mi sono messa a cercare in rete qualche idea che mi aiutasse a far comprendere davvero ai miei ragazzi quanto è piccola una cellula.

Cercando cercando, ho trovato un bell’articolo di Gerald Rau, in cui viene proposta un’attività cbasata sull’osservazione di cellule di lievito. In pratica a ciascun gruppo di studenti viene dato un granellino di lievito disidratato e viene chiesto di provare a fare una stima del numero di cellule di lievito presenti in quel granellino e di calcolare il numero di cellule presenti in una bustina di lievito utilizzata per fare l’impasto di pizza.

L’attrezzatura richiesta è minima: microscopio ottico, vetrini e una confezione di lievito disidratato. In pratica i ragazzi dovranno fare tre cose:

una previsione sul numero di cellule di lievito presenti in un granulo di lievito secco;
determinare, attraverso il microscopio, lunghezza e larghezza del granulo in mm per determinarne il volume;
contare il numero di cellule di lievito in tre campioni casuali, osservati con il microscopio ad alto ingrandimento.

Per prima cosa, si farà osservare al microscopio la forma del granellino di lievito, ma, naturalmente, non riusciranno a vedere nessuna cellula. Quindi, si fa fare una previsione su quante cellule di lievito potrebbero essere presenti in quel granello e si annotare questa previsione sul quaderno (o sulla scheda di lavoro) in modo da poterla riesaminare successivamente.

È bene spiegare che il lievito per la panificazione è costituito da colture miste di lieviti, ossia funghi unicellulari, prevalentemente Saccharomyces cerevisiae.

Si può, quindi, guidare una discussione di classe per cercare di capire insieme come si potrebbe fare a determinare prima il numero di cellule di lievito presenti nel granello e poi il numero di cellule in un dato volume di lievito secco (quello contenuto nella bustina). Per aiutarli nel ragionamento si potrebbe realizzare il modello di un granello di lievito con un tubo di cartone da carta igienica, chiuso ad una estremità e riempito con una varietà piccola di fagioli, o qualcosa di simile, per rappresentare le cellule di lievito nel granulo. Grazie a questo modello i ragazzi riusciranno a capire meglio perché non hanno visto cellule al microscopio perché anche nel modello dall’esterno si può solo osservare la forma cilindrica del rotolo (il granello) ma non i singoli fagioli (ad eccezione per l’estremità aperta del rotolo). Spargendo i fagioli su un vassoio diventa possibile contarli, quindi si dovrà trovare un modo per fare lo stesso con le cellule di lievito (basterà mettere il granello a contatto con un po’ d’acqua). Sempre discutendo, si può chiedere ai ragazzi come poter fare a stimare il numero dei fagioli nel vassoio senza contarli uno ad uno e si arriverà a stabilire di contarli in un’area più piccola e poi fare le dovute proporzioni. Per dare un’idea si potrebbe mettere il coperchio di una capsula Petri ( o un coperchio di plastica trasparente) su un’area del vassoio identificando così l’area in cui poter contare i fagioli. È bene far presente che la scelta delle aree in cui contare i fagioli deve essere casuale ma che può capitare di doverne escludere alcune non rappresentative perché anomale (troppo affollate o con pochi fagioli).

È arrivato, quindi, il momento di metterli al lavoro al microscopio per prendere le “misure” del granello di lievito disidratato. Quindi, per poter contare le cellule di lievito, si aggiunge una goccia d’acqua al granulo posto sul vetrino per reidratarlo. Dopo un minuto si “agita” il miscuglio con lo spigolo di un coprioggetto tenendolo con attenzione dalle estremità. Se venisse usato un altro sistema (per esempio una bacchetta) si potrebbero perdere molte cellule di lievito. Si deposita, quindi, il coprioggetto sul vetrino e si preme delicatamente con il gommino di una matita per spargere meglio le cellule di lievito facendo, però, molta attenzione, a non far fuoriuscire acqua. Se dovessero formarsi ammassi troppo grandi è sempre meglio preparare un nuovo vetrino. Quindi, si passa al conteggio delle cellule di lievito ad alto ingrandimento in almeno tre aree scelte a caso. A seconda della tecnica usata per contare, sarà poi necessario fare gli opportuni calcoli per stabilire il numero di tutte le cellule nel vetrino.

A questo punto, però, cari amici ho assolutamente bisogno del vostro aiuto.

Devo confessarvi che dai tempi dell’università (ho paura a dire quanti anni sono passati!) non ho più fatto nessuna misurazione né conta di cellule con un microscopio. Documentandomi un po’ ho capito che se si compra un vetrino con reticolo non dovrebbe essere difficile ma chiedo aiuto a voi perché sono certa che saprete indicarmi un sistema semplice ed efficace per farlo. Avete mai fatto niente di simile? Se sì, come avete fatto? Potreste postare nei commenti (o scrivermi privatamente se preferite) la tecnica che usate voi?

Infine, una volta fatte tutte le misurazioni e i conteggi, si avranno tutti i dati necessari per calcolare il numero di cellule di lievito contenute nella quantità usata per fare l’impasto della pizza (una bustina).

Tempi previsti

Per realizzare l’attività, secondo Rau, servono due periodi da 50 minuti: uno per raccogliere i dati e l’altro per rielaborarli e preparare la relazione. Per i calcoli, gli studenti avranno bisogno di sapere quanto lievito secco contiene la confezione (mediamente 7-10 g), che un cucchiaio da tavola (10 g di lievito) ne contiene un volume di circa 11 ml.

I calcoli sono la parte più complessa dell’attività ma bisognerebbe resistere alla tentazione di aiutare troppo. I ragazzi imparano molto di più quando comprendono il perché fanno certi calcoli piuttosto che quando si limitano semplicemente a seguire una procedura.

Durante la fase di discussione dei risultati ciascun gruppo dovrà riuscire a spiegare la procedura usata per il campionamento delle cellule di lievito, i dati raccolti e i calcoli eseguiti e mostrare di aver compreso veramente quanto è piccola una cellula (o quanto grande è il numero di cellule presenti nella bustina).

Dovranno anche riflettere sulle possibili fonti di errore che potrebbero aver commesso nelle misurazioni.

Io non vedo l’ora di provare. Che ne dite? Mi aiutate? Aspetto i vostri suggerimenti, mi raccomando!!! 🙂

Riferimenti bibliografici:

Bonne, John Tyler. Why size matters – From Bacteria to Blue Whales. Princeton University Press (2006).
Rau, Gerald. How small is a cell? The science teacher, ottobre 2004, pag.38-41.

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Parole e immagini, dicevo. Infatti, in rete, ho scovato questo piccolo gioiello:

Una questione di taglia