IBSE e natura della scienza: ragionare da scienziati.

Anno nuovo, vita nuova?

Non questa volta. Vi ho già raccontato quanto sia importante per me che i miei studenti inizino il loro percorso di studi esplorando la natura della scienza prima di avventurarsi tra le conoscenze scientifiche.

Il mio percorso è già tracciato in altri post:

Non restano che gli ultimi ritocchi per assicurarsi che tutte queste attività sulla natura della scienza vengano interiorizzate in modo permanente. Ecco l’ultima parte (stavolta per davvero) di questa serie.

Ragionare da scienziati

Che cosa significa quando si dice “approccio scientifico a un problema”?
La parola “scienza” deriva dal latino scire, che significa “conoscere”.
 Lo scopo della scienza è investigare e comprendere il mondo naturale, spiegarne i fenomeni e utilizzare queste spiegazioni per fare previsioni utili. Il termine scienza si riferisce, però, anche all’insieme delle conoscenze che gli scienziati hanno costruito negli anni attraverso questo processo.

Gli scienziati formulano e testano le loro spiegazioni sul mondo naturale attraverso un processo che è caratterizzato dal:
 porre domande che possono trovare una risposta per mezzo di investigazioni,
 progettare e condurre investigazioni scientifiche,
 analizzare e interpretare i dati
 costruire spiegazioni basate sulle evidenze
 comunicare procedure e spiegazioni.

Osservazioni e inferenze
Spesso gli scienziati come Walter Alvarez, compiono osservazioni attraverso cui raccolgono dati o informazioni. Il ragionare scientifico, infatti, di solito parte dall’osservazione, ossia dal processo di raccolta delle informazioni su oggetti o fenomeni in un modo attento e metodico. L’osservazione di solito coinvolge l’uso dei sensi, in modo particolare vista e udito. Le informazioni raccolte dalle osservazioni sono chiamate dati.

Ci sono due categorie principali di dati.
I dati quantitativi sono quelli espressi in numeri e ottenuti da misure o calcoli (ad esempio la quantità di Iridio nell’argilla del limite K-T).
I dati di tipo qualitativo, invece, sono descrittivi e coinvolgono caratteristiche che solitamente non si possono contare (ad esempio il comportamento di alcune specie animali). Entrambi sono ugualmente validi.

Gli scienziati usano i dati raccolti per fare deduzioni o inferenze. Un’inferenza è un ragionamento con cui si trae una conclusione da un insieme di fatti o di circostanze osservati sulla base di una conoscenza precedente o dell’esperienza.
Sherlock Holmes e la maggior parte dei detective della TV, come Horatio Caine di CSI Miami ad esempio, usano spesso l’osservazione e l’inferenza, ma è bene ricordare che non è detto che tutte le considerazioni fatte siano “vere”, per cui vanno verificate.

Le domande investigabili
L’osservazione del mondo naturale porta sempre a porsi delle domande.
A volte è possibile progettare subito un esperimento per testare una possibile risposta a quella domanda, molto più spesso, però, i fenomeni sono complessi e dipendono da molti fattori per cui i ricercatori devono riuscire a definire meglio il problema prima di poter progettare un esperimento appropriato.
Naturalmente non esistono domande sbagliate, ma alcune di queste domande, come ad esempio “Perché i dinosauri si sono estinti?” o “Perché esistono le stagioni?”, sono troppo ampie per poter essere verificate con un esperimento, in quanto ci sono molte risposte possibili. Le domande che si possono investigare sono specifiche e non generali e implicano l’identificazione dei fattori che possono essere osservati o manipolati (le variabili). A volte, quindi, è necessario, restringere il campo prima di poter procedere.

Come fanno gli scienziati a rispondere alle domande? Lo sviluppo di un’ipotesi
In ambito scientifico, una domanda su un oggetto o un evento trova una soluzione attraverso lo sviluppo di una possibile spiegazione fondata su un certo numero di osservazioni. Questa possibile spiegazione viene chiamata ipotesi. L’ipotesi deve portare a previsioni che possano essere verificate, quando possibile, con un esperimento. Gli scienziati formulano ipotesi sulla base delle conoscenze scientifiche note, su ciò che sanno già, grazie a deduzioni logiche ma anche grazie ad una immaginazione creativa.

Progettare e condurre investigazioni
I ricercatori, quindi, suggeriscono idee per provare a spiegare le cose che vedono accadere nel mondo naturale e spesso testano queste idee progettando e conducendo alcuni esperimenti o raccogliendo altri dati.
Così, alcune ipotesi potrebbero venire scartate, altre, invece, potrebbero essere rafforzate ed eventualmente confermate. Questo modo di procedere è chiamato metodo ipotetico-deduttivo.

Quando gli esperimenti non sono possibili
Non è sempre possibile condurre un esperimento per testare un’ipotesi. Per esempio, per capire come gli animali nel loro ambiente naturale interagiscono con altri nei loro gruppi, i ricercatori conducono i loro studi “sul campo”, compiendo osservazioni e raccogliendo dati anche senza formulare ipotesi. Sulla base di queste osservazioni e dal confronto con la conoscenza scientifica emersa da altri studi, arriveranno a formulare conclusioni generali che useranno per descrivere ciò che hanno osservato. Questo modo di procedere è chiamato metodo induttivo.

Costruire spiegazioni basate sulle evidenze, ma non da soli
Walter Alvarez lavorava con un team di scienziati che includeva suo padre Luis Alvarez, Frank Asaro e Helen Michel. I ricercatori che lavorano su questioni complesse, infatti, non lavorano da soli, ma solitamente collaborano in un team. Questi gruppi si incontrano regolarmente e analizzano, rivedono e mettono in discussione i dati raccolti e le ipotesi reciproche. Questo continuo rivedere i processi serve ad assicurare che le conclusioni siano valide. Per essere valida, una conclusione deve infatti essere basata su un’interpretazione logica di dati attendibili.

Comunicare procedure e spiegazioni
Nel 1980, il lavoro di Alvarez e dei suoi collaboratori portò ad una pubblicazione sulla rivista Science. Gli scienziati, infatti, comunicano sempre i risultati delle loro investigazioni alla comunità scientifica. Questo permette ad altri di revisionare le informazioni e di estendere ulteriormente gli studi. La comunità scientifica può anche utilizzare le informazioni per studi correlati o per arrivare ad eventuali applicazioni tecnologiche. La validità di una ricerca è stabilita dalla comunità scientifica che viene informata dei risultati di una sperimentazione attraverso la pubblicazione di un articolo su riviste scientifiche accreditate, come ad esempio Science o Nature. Perché l’articolo venga pubblicato, il comitato editoriale delle riviste scientifiche lo sottopone a una commissione di revisori, che solitamente sono altri scienziati specializzati proprio in quella particolare area scientifica in grado, quindi, di valutarne la validità.

Differenza tra legge e teoria
Leggi e teorie non sono la stessa cosa. Una legge generalizza un insieme di osservazioni: descrive un fenomeno osservato in natura, ma non lo spiega. Una teoria scientifica, invece, è la spiegazione di un fenomeno supportata da molte evidenze scientifiche e verificata molte volte da gruppi di ricercatori diversi. Una teoria resta valida finché non emergono nuove evidenze in grado di confutarla. Sia le leggi che le teorie sono supportate da un gran numero di dati empirici (ossia raccolti sperimentalmente) e sono ampiamente accettati dalla maggior parte degli scienziati, ma restano comunque parti diverse del metodo scientifico.

Ora tocca a te

1. Lo studio di Alvarez si può considerare una ricerca scientificamente valida in quanto basata sul metodo scientifico? Per aiutarti nella risposta rileggi la storia dello studio di Alvarez verificando la presenza delle seguenti caratteristiche:

tabellaInserisci nella tabella la parte della storia in cui ritrovi tali caratteristiche.

2. Possiamo affermare con assoluta certezza e in modo definitivo che i dinosauri si estinsero a causa dell’impatto con un asteroide 65 milioni di anni fa?

(Naturalmente, fino a quando non acquisiamo nuove prove, nuovi dati sperimentali, l’ipotesi si può ritenere valida. Se emergessero nuovi dati capaci di interpretare meglio i dati disponibili, questa ipotesi potrebbe essere sostituita da una nuova.)

Ora siamo davvero pronti! Mille nuove incredibili avventure ci aspettano! 🙂

2 pensieri su “IBSE e natura della scienza: ragionare da scienziati.

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