Francesco Costa e la natura della scienza

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Se mi segui su Instagram saprai che sono una super fan di Morning il podcast di Francesco Costa. Qualche giorno fa, nell’episodio n.69 del 2 settembre, Francesco (lui non lo sa ma ormai siamo amici e siamo passati al TU), parlando del ridimensionamento dei no vax a seguito del flop delle manifestazioni del primo settembre, ha detto: “è chiaro che ognuno ha il diritto alle sue opinioni e alle sue valutazioni… però non sarebbe male, ogni tanto, adottare un po’ di quel metodo scientifico che abbiamo imparato a conoscere molto meglio di prima durante questo anno e mezzo e cioè il provare a sottoporre le nostre opinioni, le nostre valutazioni ad una sorta di tentativo di falsificazione. Cosa voglio dire? Se penso che i no vax siano una gravissima minaccia per la democrazia e poi queste manifestazioni bloccano effettivamente la circolazione dei treni, provocano un sacco di guai e un sacco di disagi, sarà avvenuto un fatto che in qualche modo rafforza il mio argomento. Se però tutto questo non accade, se le manifestazioni vanno deserte, posso desumerne la stessa cosa? Il mio argomento, la mia opinione resta valida allo stesso modo a prescindere da quello che succede poi nella realtà?”

No, non avete sbagliato blog. Questo è ancora un blog di didattica e non sto per parlarvi di COVID o di no-vax. Però la domanda che vi state ponendo è lecita. Cos’ha a che fare il podcast di Francesco Costa con l’IBSE e con la scuola?

La mattina del 2 settembre, mentre ascoltavo Morning appunto, ho avuto forte e chiara la conferma di quanto sia importante per i nostri alunni, futuri cittadini, comprendere veramente il significato di processo scientifico, ossia la natura della scienza, perché se non glielo insegniamo noi, chi lo farà?

Ma certo! È logico! Come si fa a insegnare o ad apprendere la biologia, la chimica, le scienze della Terra, la fisica se non attraverso il processo scientifico, giusto?

Perdonate la sfrontatezza, non arrabbiatevi troppo, ma siamo davvero sicuri di aver veramente compreso noi stessi cosa sia la natura della scienza?

Io il giorno in cui ho capito che non avevo capito niente me lo ricordo bene.

Era il 7 giugno del 2012. Mi trovavo a Dublino alla Establish and SMEC Conference e stavo partecipando al workshop del Prof. William McComas dal titolo “The Many Reasons We Teach Science and What Everyone Should Know about How it” (Le molte ragioni per cui insegniamo la scienza e cosa tutti dovrebbero sapere su come farlo). Il come e il cosa del workshop ve l’ho già raccontato qui, ma vi assicuro che da quando sono rientrata a scuola dopo il dottorato, nel 2014, non ho mai smesso di riproporre ai ragazzi attività sulla natura della scienza fin dal primo giorno di scuola.

Le parole di Francesco Costa non riguardavano direttamente la scienza, erano di respiro più ampio, ma stavano mettendo chiaramente in evidenza l’incredibile difficoltà che le persone hanno nel decifrare e comprendere la realtà che le circonda, per cui la maggior parte si limita a cercare conferme delle proprie idee piuttosto che investigare la realtà con mente oggettiva ed aperta.

E qui che entra in gioco la scuola, perché è la scuola che forma i futuri scienziati, i futuri decisori politici, ma soprattuto i semplici cittadini di domani. Ma per formare menti aperte e consapevoli la formazione che la scuola offre non può e non deve concentrarsi solo sui contenuti, le cosiddette conoscenze, ma partendo dalla comprensione profonda di questi contenuti deve sviluppare le competenze che li porterà a saper riconoscere la complessità della realtà in cui vivono, a saperla interpretare, a comprendere il perché delle cose che accadono, ad essere più consapevoli e quindi più liberi.

Per me queste non sono solo belle parole e se chiedete ai miei studenti magari se ne sono accorti e potrebbero anche confermare (o almeno lo spero…).

Scherzi a parte, una volta terminata la puntata del podcast, sono andata verso la mia libreria e, per motivarmi e rinforzarmi, ho ripreso in mano il “testo sacro” di McComas, comprato subito dopo averlo conosciuto, in cui viene spiegato bene cosa dovremmo sapere su come insegnare la natura della scienza e soprattutto come. Il libro è un po’ costoso perfino in edizione Kindle ma, a mio avviso, vale la spesa, per cui mi sento di consigliarvelo assolutamente (se leggete in inglese, però, perché purtroppo il libro non è stato ancora tradotto in italiano).

Online, si possono trovare anche alcuni suoi articoli interessanti tra cui, The Principal Elements of the Nature of Science: Dispelling the Myths, (Gli elementi principali della natura della scienza: i miti da sfatare) in cui McComas riassume quelle che sono le misconcezioni più comuni che abbiamo riguardo al cosiddetto “metodo scientifico”.

Anche se vi consiglio la lettura del testo originale (sempre in inglese…), sperando possa esservi utile, provo a riassumerne qui i punti fondamentali.

Per prima cosa, McComas sostiene che il termine metodo scientifico sia un modo obsoleto di riferirsi al processo scientifico.

L’articolo parte dalla considerazione che nei discorsi che si possono fare a scuola o nel mondo oltre la scuola, tra adulti e persino nei libri di testo di scienze, si possono facilmente identificare ben quindici falsi miti della scienza. Questi, di per sé, non rappresentano tutte le questioni importanti che dovremmo considerare quando progettiamo le attività didattiche sulla natura della scienza, ma partire da qui può comunque aiutarci a migliorare le nostre progettazioni, perché ci permette di essere maggiormente consapevoli delle possibili concezioni errate che si possono formare nella mente dei ragazzi.

Secondo McComas, le idee sbagliate sulla scienza che la maggior parte degli alunni (e degli adulti) sviluppa, derivano da molti fattori, ma tra questi ci sono sicuramente questi due:

  • la mancanza di una formazione specifica degli insegnanti (ad esempio sulla filosofia della scienza) e
  • la trattazione superficiale di questo argomento nei libri di testo di scienze, di ogni ordine e grado, a cui gli insegnanti stessi a volte si rivolgono per avere una guida.

Ma diamo un’occhiata più da vicino a questi 15 “miti da sfatare”.

1.LE IPOTESI DIVENTANO TEORIE CHE A LORO VOLTA DIVENTANO LEGGI

Questa idea ha a che che fare con la convinzione generale che all’aumentare delle evidenze vi sia una sequenza di sviluppo attraverso cui le idee scientifiche vengono prima accettate e poi trasformate in leggi. Questa idea, sbagliata, porta ad una falsa gerarchia in cui le ipotesi e le teorie sono meno “sicure” delle leggi.

Pensiamoci un momento… Quante volte i nostri studenti hanno scritto in verifica che una teoria è qualcosa da dimostrare mentre una legge è qualcosa di dimostrato e, quindi, vero? In verifica, ossia DOPO che glielo abbiamo spiegato.

Quante volte persone non di scienza hanno, ad esempio, messo in dubbio l’idea dell’evoluzione in quanto si tratta “solo” di una teoria?

Ma ancora più semplicemente, quante volte abbiamo sentito (o persino detto) la frase: in teoria sì, ma in pratica…

Insomma, l’errore implicito in queste affermazioni è che un’idea scientifica non è degna di considerazione fino a quando non le è stata conferita la “legalità”, ossia fintanto che non è stata trasformata in legge.

Ma le teorie e le leggi sono tipi di conoscenza molto diverse, mentre questa idea sbagliata le vede come forme diverse dello stesso costrutto di conoscenza.

Naturalmente c’è una relazione tra teorie e leggi, ma, a prescindere dalla quantità di evidenze accumulate nel tempo, non è che l’una diventi semplicemente l’altra.

Le leggi sono generalizzazioni di principi o modelli della realtà, ossia descrivono cosa succede quando si verificano determinate condizioni, mentre le teorie sono le spiegazioni di tali generalizzazioni.

2. LE LEGGI SCIENTIFICHE SONO ASSOLUTE

Questo mito da sfatare coinvolge due elementi.

Il primo è legato al problema dell’incertezza: raramente le persone si rendono conto che tutta la conoscenza nella scienza è provvisoria. Il problema dell’incertezza fa parte dell’aspetto autocorrettivo della scienza, ma quelli che criticano la scienza spesso lo ignorano.

Il secondo elemento di questo mito da sfatare deriva, invece, dalla constatazione che esistono diversi tipi di leggi: quelle deterministiche e quelle probabilistiche. Sebbene entrambi i tipi siano provvisorie, come qualsiasi altra conoscenza scientifica, le leggi delle scienze fisiche sono tipicamente deterministiche in quanto causa ed effetto sono collegate tra loro in modo più sicuro, mentre nell’ambito della biologia, ad esempio, le leggi solitamente presentano un fattore legato alla probabilità che ne può persino limitare l’uso. Ad esempio, provate a pensare alle leggi dell’ereditarietà di Mendel, queste non funzionano con tutte le coppie di geni. Questo problema ha portato alcuni a chiedersi, addirittura, se si possa davvero parlare di leggi in biologia. Secondo McComas, le leggi nelle scienze della vita ci sono, ma le regole per la loro applicazione sono in qualche modo diverse da quelle applicate nelle scienze fisiche.

3. UN’IPOTESI È UNA SUPPOSIZIONE PLAUSIBILE (EDUCATED GUESS)

Nelle lezioni di scienze, la definizione del termine ipotesi è stata assunta quasi come un mantra. Se un’ipotesi è sempre una supposizione plausibile, come di solito affermano gli studenti, la domanda che rimane è: un’ipotesi plausibile su cosa? L’autore sostiene che la migliore risposta a questa domanda è che senza una visione chiara del contesto in cui viene usato il termine, è impossibile dirlo.

Il termine ipotesi ha almeno tre definizioni e, per questo motivo, dovrebbe essere abbandonato e sostituito o almeno usato con cautela.

Ad esempio, quando durante un’esperienza di laboratorio agli studenti viene chiesto di formulare un’ipotesi, spesso gli si sta chiedendo di fare una previsione. In questi casi, forse dovremmo evitare di chiamarle ipotesi ma dovremmo chiamarle semplicemente previsioni.

4. ESISTE UN METODO SCIENTIFICO GENERALE E UNIVERSALE

L’idea che una serie comune di passi venga seguita da tutti i ricercatori è tra i miti da sfatare più pervasivi della scienza, vista la presenta di tale elenco nei capitoli introduttivi di molti testi scientifici preuniversitari. I passaggi elencati per il metodo scientifico variano in qualche modo da testo a testo, ma di solito includono:

  1. definire il problema
  2. raccogliere informazioni di base
  3. formulare un’ipotesi
  4. fare osservazioni
  5. testare l’ipotesi
  6. trarre conclusioni .

Alcuni testi, invece, concludono la loro lista dei passaggi mettendo la comunicazione dei risultati come ingrediente finale, per cui la “ricetta” per il bravo scienziato diventa:

  1. definire il problema
  2. raccogliere informazioni
  3. formulare un’ipotesi
  4. fare osservazioni pertinenti
  5. verificare l’ipotesi
  6. formulare conclusioni
  7. riportare i risultati

L’esistenza di metodo scientifico universale è una delle idee più radicate dell’educazione scientifica. Questo elenco delle “cosa da fare” è nato nel 1945 quando Oreon Keeslar ha fatto uno studio per ricavare un elenco completo degli elementi del metodo scientifico adatto a fini didattici. Keeslar ha stilato un elenco delle caratteristiche associate alla ricerca scientifica, come ad esempio fare controlli, tenere registri accurati, fare osservazioni e misurazioni attente. Questo elenco è stato poi rifinito e inviato in forma di questionario ai ricercatori per una convalida. Gli elementi risultati di maggior valore sono stati quindi inseriti in ordine logico nell’elenco finale di quelli che sono diventati gli elementi del metodo scientifco.

Gli autori di libri di testo hanno cominciato subito a usare questo elenco come descrizione del “come si fa la scienza”. Nel tempo, l’elenco originale è stato ridotto da dieci elementi ai sette sopra menzionati, ma nelle mani di generazioni di autori di libri di testo, un semplice elenco di caratteristiche associate alla ricerca scientifica si è trasformato nella descrizione di come lavorano tutti gli scienziati.

Un altro fattore che può aver contribuito a diffondere l’idea che esista un metodo scientifico universale è il modo in cui i risultati delle ricerche vengono presentati nelle pubblicazioni scientifiche. Lo stile standardizzato degli articoli fa sembrare che gli scienziati seguano tutti un piano di ricerca standard anche se il report finale della rivista raramente mostra il modo effettivo in cui il problema è stato studiato.

L’idea di un unico metodo scientifico è così pervasiva che molti studenti probabilmente rimangono molto delusi quando scoprono che in laboratorio gli scienziati non hanno una copia incorniciata dei passaggi del metodo scientifico appesa alle pareti.

Per contrastare questa idea, possiamo, ad esempio, raccontare ai ragazzi la storia delle scoperte scientifiche, così sarà subito evidente che gli scienziati affrontano e risolvono i problemi anche con immaginazione, creatività, conoscenze pregresse e perseveranza. Questi, ovviamente, sono gli stessi metodi usati da tutti i tipi di risolutori efficaci di problemi. Quindi, la scienza, in realtà, non è diversa dalle altre attività umane quando si investigano enigmi di cui non si conosce la risposta.

Per fortuna, però, alcuni dei libri di testo più recenti hanno abbandonato o, comunque ampliato l’elenco dei passi del metodo scientifico parlando, invece, dei metodi della scienza. Questo potrebbe portare, quindi, ad un cambiamento di rotta in tempo abbastanza breve.

5. LE PROVE RACCOLTE CON ATTENZIONE SI TRADURRANNO IN UNA CONOSCENZA SICURA

Tutti i ricercatori, inclusi gli scienziati, raccolgono e interpretano le prove empiriche attraverso un processo definito induttivo: le singole prove vengono raccolte ed esaminate fino a quando non viene scoperta una legge o viene formulata una teoria. Per quanto utile sia questa modalità, persino una grande quantità di evidenze non può garantire la produzione di una conoscenza valida per colpa di quello che viene chiamato il problema dell’induzione.

Il primo a formalizzare il concetto di induzione fu Sir Francis Bacon. Nel suo libro del 1620, Novum Organum, Bacon suggeriva di osservare i fatti in maniera oggettiva, senza pregiudizi e preconcetti, per arrivare a generalizzazioni che spesso sono in forma di leggi formalizzate in modo matematico.

Il problema dell’induzione consiste nell’impossibilità di dimostrare la correttezza di leggi universalmente valide ottenute generalizzando i risultati delle osservazioni, in quanto non è possibile fare tutte (in ogni dove e in ogni tempo) le osservazioni possibili relativamente ad una data situazione.

Gli scienziati formulano leggi e teorie che dovrebbero valere in ogni luogo e per sempre, ma il problema dell’induzione rende impossibile una tale garanzia. Questo problema è particolarmente accentuato in biologia e in una certa misura anche in geologia. Le leggi della biologia, ad esempio, al momento sono confinate nell’unico pianeta su cui sono state testate, ma è improbabile che le regole delle scienze della vita, così come le conosciamo, funzionino su altri pianeti in cui la vita si è evoluta.

La proposta di una nuova legge inizia per induzione man mano che le evidenze si accumulano. La deduzione, invece, è utile nella verifica della validità di una legge. Ad esempio, se osservando solo cigni bianchi postuliamo che tutti i cigni sono bianchi, possiamo valutare la validità di questa legge prevedendo che anche il prossimo cigno trovato sarà bianco. Se lo è, la legge è supportata (ma non dimostrata come abbiamo detto). L’individuazione di un cigno nero, invece, la metterà in discussione.

La natura stessa dell’induzione è un altro aspetto interessante associato a questo mito da sfatare. Se mettiamo momentaneamente da parte il problema dell’induzione, rimane comunque il problema di come gli scienziati fanno il salto finale dalla massa di prove accumulate alla generalizzazione. In una visione idealizzata dell’induzione, le prove accumulate porteranno semplicemente alla formulazione di una nuova legge o teoria in modo procedurale o meccanico.

In realtà, un metodo così non esiste. La questione è molto più complessa e interessante di così. Il salto creativo finale dalle evidenze alla conoscenza scientifica è al centro di un altro mito della scienza da sfatare.

6. LA SCIENZA E I SUOI METODI FORNISCONO UNA PROVA ASSOLUTA

Il successo generale dell’attività scientifica suggerisce che i suoi prodotti (le conoscenze) siano validi. Però, un segno distintivo della scienza è che questa è soggetta a revisione ogni volta che emergono nuove informazioni.

Una delle differenze principali tra la scienza e le altre forme di conoscenza è proprio la sua provvisorietà che comporta assenza di dogmatismo. Le prove accumulate possono fornire supporto, convalida e fondatezza ad una legge o una teoria, ma non dimostreranno mai che queste leggi e queste teorie sono vere.

In realtà, l’unica conoscenza scientifica che si può considerare veramente conclusiva è quella che viene falsificata. Questo significa che, a prescindere dall’idea scientifica considerata, una volta che le prove contrarie iniziano ad accumularsi, almeno sappiamo che quell’idea non è vera.

Consideriamo l’esempio dei cigni bianchi discusso prima. Si potrebbe andare in giro per il mondo e vedere solo cigni bianchi, arrivando così alla generalizzazione che tutti i cigni sono bianchi. Trovare l’ennesimo cigno bianco non proverà nulla. La sua scoperta fornirà semplicemente una qualche conferma che l’idea originale ha un qualche valore. La scoperta di un cigno nero, invece, ha il potenziale di capovolgere o almeno apportare modifiche a questa “legge” della natura.

7. LA SCIENZA È PIÙ PROCEDURALE CHE CREATIVA

Ma se l’induzione non è un metodo che garantisce di arrivare alle conclusioni/generalizzazioni, come fanno gli scienziati a sviluppare leggi e teorie utili?

L’induzione si avvale di singoli fatti che vengono raccolti, analizzati ed esaminati. Alcuni osservatori possono percepire uno schema in questi dati e proporre una legge in risposta, ma non esiste un metodo logico o procedurale che suggerisca lo schema. Anche con una teoria il problema è più o meno lo stesso.

Solo la creatività del singolo scienziato permette la scoperta di leggi e la formulazione di teorie.

Se esistesse veramente un unico metodo scientifico, due individui con la stessa esperienza potrebbero esaminare gli stessi fatti e giungere probabilmente a conclusioni identiche. Ma non c’è alcuna garanzia che ciò possa avvenire perché la creatività è una caratteristica individuale.

Sfortunatamente, molte volte la didattica delle scienze contribuisce a contrastare la creatività nella scienza. La maggior parte delle esercitazioni di laboratorio, ad esempio, sono attività confermative. L’insegnante spiega ciò che accadrà in laboratorio, la scheda di laboratorio fornisce indicazioni passo-passo e lo studente dovrebbe arrivare a una determinata conclusione. Questo approccio non solo è l’antitesi del modo in cui effettivamente opera la scienza, ma una simile rappresentazione la farà sembrare arida e poco interessante per molti studenti e questo può avere come conseguenza il fatto che gli studenti possano rifiutare la scienza come carriera perché non hanno avuto l’opportunità di considerarla un’esperienza entusiasmante e creativa.

8. LA SCIENZA E I SUOI METODI POSSONO RISPONDERE A TUTTE LE DOMANDE

I filosofi della scienza hanno trovato utile fare riferimento al lavoro di Karl Popper (1968) e al suo principio di falsificabilità per fornire una definizione operativa di che cos’è la scienza (ciò che conta come scienza). Popper ha suggerito che solo le idee potenzialmente falsificabili sono idee scientifiche.

Ad esempio, la legge della gravitazione universale afferma che oggetti più massicci esercitano un’attrazione gravitazionale più forte di oggetti con massa minore quando la distanza è mantenuta costante. Questa è una legge scientifica perché potrebbe essere falsificata se gli oggetti appena scoperti operassero in modo diverso rispetto all’attrazione gravitazionale prevista.

Per contro, l’idea centrale dei creazionisti è che le specie siano state poste sulla terra completamente formate da una forza soprannaturale. Ovviamente, non esiste un metodo scientifico con cui una tale convinzione possa essere dimostrata falsa. Quindi, poiché falsificare questa visione della creazione è impossibile, questa idea non è scientifica e il termine scienza della creazione (creation science) è un ossimoro. La scienza della creazione è un credo religioso e come tale non richiede che sia falsificabile.

A differenza del passato, oggi, solo coloro che non riescono a comprendere la distinzione tra scienza e religione confondono le regole, i ruoli e i limiti di queste due importanti visioni del mondo.

Oggi dovrebbe essere chiaro che alcune domande semplicemente non devono essere poste agli scienziati.

La scienza semplicemente non può rispondere a domande morali, etiche, estetiche, sociali e metafisiche, sebbene possa fornire alcune intuizioni che potrebbero essere illuminanti. Ad esempio, la scienza e la tecnologia risultante possono essere in grado di clonare i mammiferi, ma solo la società può decidere se tale clonazione è morale ed etica.

9. GLI SCIENZIATI SONO PARTICOLARMENTE OBIETTIVI

Secondo McComas, per quanto riguarda l’obiettività, gli scienziati non sono diversi dagli altri professionisti. Certo sono attenti nell’analisi delle evidenze e nelle procedure applicate per arrivare alle conclusioni, ma l’obiettività assoluta è impossibile per almeno tre ragioni.

Molti filosofi della scienza supportano la visione di Popper (1963) secondo cui la scienza può avanzare solo per tentativi ed errori, attraverso congetture e confutazioni. In altre parole, Popper sostiene che gli scienziati debbano proporre generalizzazioni (leggi e teorie) come congetture e poi debbano cercare di confutarle empiricamente. Popper suggerisce che l’assenza di prove contrarie, dimostrata attraverso un programma di confutazione, è ciò che fornisce il miglior supporto disponibile. Può sembrare uno strano modo di pensare alla verifica di un’idea scientifica, ma Popper considera l’assenza di confutazione un supporto. Popper, però, propone tutto ciò come una raccomandazione per gli scienziati e non come una descrizione di ciò che fanno gli scienziati. Da un punto di vista filosofico l’idea è valida, ma non ci sono indicazioni che gli scienziati pratichino attivamente programmi di ricerca per trovare prove contrarie.

Un altra ragione dell’impossibilità degli scienziati di essere obiettivi si trova nella nozione hansoniana di «theory-laden observation», ossia di osservazione carica di teoria, che nega l’esistenza di una osservazione neutra, non influenzata dalla teoria.  La nozioni pregresse possono influenzare le percezioni, le interpretazioni o l’attenzione degli scienziati o influenzare il processo con cui vengono prodotti i dati. Come tutti gli osservatori, anche gli scienziati hanno una miriade di preconcetti e pregiudizi sul modo in cui funziona il mondo. Queste nozioni, mantenute nel subconscio, influenzano la capacità di ognuno di fare osservazioni. È impossibile raccogliere e interpretare i fatti senza pregiudizi. Questo accade non a causa di frode o inganno, ma a causa delle conoscenze pregresse dell’individuo. Come dicevamo prima parlando di induzione, due individui che esaminano gli stessi dati non è detto che arrivino alle stesse conclusioni e questo non è dovuto solo alla creatività individuale ma anche all’osservazione personale carica di teoria che complica ulteriormente le cose.

Tutto ciò, secondo McComas, ha chiare implicazioni anche sull’insegnamento delle scienze. Spesso, gli insegnanti propongono ai loro studenti esperienze di apprendimento che non tengono conto delle loro conoscenze pregresse. In laboratorio, ad esempio, viene chiesto agli studenti di svolgere attività, fare osservazioni e poi trarre conclusioni. C’è l’aspettativa implicita che gli studenti arriveranno tutti alla stessa conclusione, ma questo potrebbe accadere solo se ogni studente avesse esattamente le stesse conoscenze pregresse e facesse osservazioni e le valutasse usando gli stessi schemi mentali. Ma questo non accade mai né nella scienza né nell’aula di scienze.

Correlata alla questione delle osservazioni cariche di teoria c’è anche la fedeltà al paradigma. Thomas Kuhn (1970), nella sua analisi pionieristica della storia della scienza, ha suggerito che gli scienziati lavorino all’interno di una tradizione di ricerca chiamata paradigma. Questa tradizione di ricerca, condivisa da coloro che lavorano in una determinata disciplina, fornisce indizi sulle questioni che vale la pena indagare, detta quali prove sono ammissibili e prescrive i test e le tecniche che sono ragionevoli. Sebbene il paradigma fornisca una direzione alla ricerca, può anche soffocare o limitare l’investigazione e di conseguenza limitare anche l’obiettività. Sebbene non vi sia alcun desiderio cosciente da parte degli scienziati di limitare la discussione, è probabile che alcune nuove idee nella scienza vengano respinte a causa della fedeltà al paradigma. Quando il report di una ricerca viene presentato per la pubblicazione, viene esaminato da altri ricercatori della stessa disciplina. Le idee al di fuori del paradigma rischiano di non essere prese in considerazione perché considerate strampalate o scienza di basso livello e quindi non verranno mai pubblicate.

Nella storia della scienza ci sono molte idee “fuori dal paradigma” che sono state inizialmente respinte: ad esempio l’idea che i pianeti girano intorno al Sole, la teoria dei germi come causa delle malattie, il sangue caldo nei dinosauri, la teoria della deriva dei continenti.

Quando Wegener, il 6 gennaio 1912, durante una conferenza che si tenne a Francoforte, enunciò la teoria dello spostamento dei continenti, secondo cui nel passato geologico alcuni continenti, galleggiando alla deriva sulla superficie terrestre, si sono spostati fino a giungere alle posizioni attuali, questa fu respinta con forza dalla comunità scientifica del tempo semplicemente perché gli scienziati non erano pronti ad abbracciare un’idea così contraria agli insegnamenti tradizionali della loro disciplina.

La deriva dei continenti fu finalmente accettata negli anni ’60 in seguito alle rilevanti scoperte che si andavano accumulando grazie all’esplorazione dei fondali oceanici. Questo cambiamento fondamentale nelle scienze della Terra, chiamato cambiamento di paradigma (o scienza rivoluzionaria) da Kuhn, sarebbe potuto avvenire decenni prima se non fosse stato per la forza del paradigma prevalente.

Sarebbe però fuorviante sostenere che la fissità del paradigma sia totalmente negativa. McComas dice, infatti, che probabilmente Kuhn direbbe in sua difesa che i paraocchi creati dalla fedeltà al paradigma aiutano a mantenere gli scienziati sulla buona strada. La sua analisi della storia della scienza ha dimostrato, infatti, che i paradigmi sono responsabili molto più di successi nella scienza che di ritardi.

10. GLI ESPERIMENTI SONO LA STRADA PRINCIPALE VERSO LA CONOSCENZA SCIENTIFICA

Durante tutta la loro carriera scolastica, gli studenti sono incoraggiati ad associare la scienza alla sperimentazione. Tutte le esperienze pratiche che gli studenti fanno durante le lezioni di scienze sono chiamate esperimenti anche se sarebbe più accurato definirle procedure tecniche, esplorazioni o attività.

I veri esperimenti implicano procedure progettate attentamente con gruppi sperimentali e di controllo. Di solito, gli esperimenti hanno come obiettivo primario stabilire una relazione di causa ed effetto. La vera sperimentazione è sicuramente uno strumento utile per la scienza, ma non è l’unica via di conoscenza.

Molti scienziati degni di nota hanno utilizzato tecniche non sperimentali per far progredire la conoscenza scientifica. Infatti, in alcune discipline, la vera sperimentazione non è possibile a causa dell’impossibilità di controllare le variabili. Molte scoperte fondamentali in astronomia, ad esempio, si basano su ampie osservazioni piuttosto che su esperimenti. Copernico e Keplero hanno cambiato la nostra visione del sistema solare usando prove osservative derivate da lunghe e dettagliate osservazioni spesso fornite da altri scienziati, ma nessuno dei due ha mai eseguito esperimenti.

In molte delle sue investigazioni, Charles Darwin ha utilizzato tecniche molto più simili a quelle qualitative utilizzate nelle scienze sociali che alle tecniche sperimentali delle scienze naturali. Per le sue scoperte più rivoluzionarie, Darwin registrò le sue osservazioni in taccuini annotando le sue speculazioni e i suoi pensieri su quelle osservazioni.

Sebbene Darwin sostenesse il metodo induttivo proposto da Bacon, era consapevole che l’osservazione senza speculazione o comprensione pregressa fosse inefficace e impossibile. In effetti, nella sua autobiografia ha affermato chiaramente questo punto di vista dicendo: “Non ho potuto fare a meno di fare ipotesi su tutto ciò che ho visto”.

Le tecniche di Darwin sono state ampiamente utilizzate anche da scienziate come Jane Goodall, Dian Fossey e Birutè Galdikas nei loro studi sui primati.

Quindi, la conoscenza scientifica viene acquisita in una grande varietà di modi, tra cui l’osservazione, l’analisi, la speculazione e la sperimentazione.

11. LE CONCLUSIONI SCIENTIFICHE SONO RIESAMINATE PER VERIFICARNE L’ACCURATEZZA

Quando a scuola gli studenti preparano una relazione di laboratorio, spesso viene detto loro di presentare i metodi utilizzati in modo che altri possano ripetere l’investigazione. La conclusione che gli studenti probabilmente trarranno da questa richiesta è che anche gli scienziati rivedono costantemente gli esperimenti degli altri per controllarsi a vicenda. Sfortunatamente, anche se un sistema di controllo del genere sarebbe utile, il numero delle ricerche validate da altri scienziati è esiguo. La maggior parte degli scienziati è troppo occupata e i fondi per la ricerca sono troppo limitati per questo tipo di revisione.

È interessante notare che quando gli esperimenti scientifici vengono ripetuti da altri di solito è perché la conclusione scientifica della ricerca è contraria al paradigma prevalente. Basta pensare al caso della fusione fredda: gli scienziati di tutto il mondo hanno abbandonato ciò che stavano facendo per cercare di ripetere i risultati forniti da Fleishman e Pons.

Questi due scienziati non solo avevano attaccato la convinzione comune, ma avevano presentato i loro risultati in una conferenza stampa invece che in una rivista peer-reviewed. Perciò, la comunità scientifica aveva più di un motivo per essere sospettosa. Il fatto che la fusione fredda non esistesse probabilmente ha giustificato quelli che l’hanno attaccata subito ma, in realtà, è stata attaccata soprattutto perché l’idea era molto distante dalle aspettative della comunità scientifica.

La conseguenza della mancanza di supervisione ha reso una sospettata la stessa scienza. Le pressioni per ottenere incarichi, onori e fondi si possono tradurre in casi di vera e propria frode scientifica, anche se fortunatamente questi casi sono piuttosto rari. Tuttavia, anche senza frode, la pubblicazione di una enorme quantità di ricerche scientifiche nuove e le pressioni per produrre nuova conoscenza piuttosto che riprodurre il lavoro di altri aumenta notevolmente la possibilità che gli errori passino inosservati.

Un corollario interessante di questo mito è che gli scienziati raramente riportano risultati validi, ma negativi. Sebbene ciò sia comprensibile, dati i limiti di spazio nelle riviste scientifiche, la mancata segnalazione di ciò che non ha funzionato è un problema. Solo quando si ha accesso a tutte le informazioni riguardanti un fenomeno, la conoscenza può progredire nel modo più efficace.

12. L’ACCETTAZIONE DELLE NUOVE CONOSCENZE SCIENTIFICHE È SEMPLICE

Questo mito riguarda la convinzione che quando viene prodotta un’interpretazione più accurata delle evidenze, la comunità scientifica l’accetterà immediatamente.

Niente potrebbe essere più lontano dalla verità. Una nuova idea che non sia troppo lontana dalle aspettative degli scienziati che lavorano in un particolare campo probabilmente verrebbe pubblicata sulle riviste scientifiche senza troppi problemi, soprattutto se proviene da qualcuno che lavora in quel campo. Tuttavia, se l’idea dà una svolta significativa o è una rivoluzione, per usare le parole di Kuhn, in particolare se è controintuitiva o proviene da ambienti esterni alla disciplina, la sua accettazione non è per niente semplice né veloce.

La lezione da imparare da questo mito è che la scienza è un’attività umana. Gli esseri umani producono nuova conoscenza ma sono anche gli arbitri di ciò che conta come nuova conoscenza, attraverso il sistema di revisione tra pari. Quelle idee che non trovano posto nelle riviste scientifiche non avranno mai la possibilità di essere né accettate né confutate.

Anche quando pubblicate, per essere accettate, le nuove idee devono superare anche quello che potrebbe essere chiamato il “test della conferenza”. Durante i convegni, infatti, le idee discrepanti vengono dibattute sia nelle sale riunioni che durante la cena e gli aperitivi.

13. I MODELLI SCIENTIFICI RAPPRESENTANO LA REALTÀ

Sebbene non sia mai stata condotta nessuna ricerca su questo tema, sembra logico pensare che gli scienziati credano non solo di produrre idee utili, ma anche che le loro idee e descrizioni corrispondano alla realtà. Certamente un individuo medio ritiene che questo sia vero.

È improbabile che qualcuno metta seriamente in discussione il modello suggerito dalla teoria cinetico molecolare della materia che rappresenta atomi e molecole come delle minuscole palline discrete con urti elastici. Questo modello spiega una serie di fenomeni. Non importa che nessuno abbia mai visto queste palline o assistito ai loro impatti, il modello funziona; permette sia previsioni che spiegazioni e quindi deve essere vero.

Spesso gli studenti prendono i modelli alla lettera e immaginano che la realtà sia esattamente come viene rappresentata nel modello che stanno usando/studiando. Analizzare in modo critico punti di forza e di debolezza dei modelli potrebbe, quindi, essere un esercizio molto utile.

14. SCIENZA E TECNOLOGIA SONO LA STESSA COSA

Una misconcezione comune è l’idea che scienza e tecnologia siano la stessa cosa.

In effetti, molti credono che la televisione, i razzi, i computer e persino i frigoriferi siano scienza, ma uno dei tratti distintivi della scienza è che non è necessariamente una cosa concreta, mentre i frigoriferi lo sono certamente. La ricerca della conoscenza per amore della conoscenza è chiamata scienza pura, mentre il suo utilizzo nella produzione di un prodotto commerciale è detto scienza o tecnologia applicata.
Oggi, la maggior parte dei ricercatori è in qualche modo costretto a mescolare la ricerca pura e applicata per risolvere una sfida tecnologica. Per molti versi la distinzione tra scienza pura e applicata non è cruciale, ma è interessante esplorare cosa motiva gli scienziati a lavorare sui loro problemi. In pochi possono permettersi il lusso di perseguire qualsiasi obiettivo scelgano poiché la maggior parte del lavoro scientifico è finanziato da organizzazioni con un programma. Questo non è necessariamente dannoso, ma la libertà sperimentata dagli scienziati puri dell’età vittoriana è scomparsa ormai da tempo.

15. LA SCIENZA È UNA RICERCA SOLITARIA

La maggior parte delle persone è convinta che le grandi scoperte scientifiche siano fatte da grandi scienziati. Anche i premi Nobel riconoscono i risultati dei singoli scienziati piuttosto che dei gruppi di ricerca. Pertanto, emerge l’idea che la scienza debba essere una ricerca solitaria e individuale.

In realtà, è piuttosto raro che un’idea scientifica sorga nella mente di un individuo solitario che venga poi validata da quello stesso individuo e poi venga accettata dalla comunità scientifica. Il vero processo è molto più simile a una negoziazione che alla rivelazione della verità. Gli scienziati lavorano in gruppi di ricerca all’interno di una comunità di ricercatori che la pensano allo stesso modo. Molti problemi nella scienza sono semplicemente troppo complessi per essere affrontati da un solo individuo per vincoli di tempo, capitale intellettuale e finanziamenti.

CONCLUSIONI

Secondo McComas, è necessario ripensare gli obiettivi dell’insegnamento delle scienze. Sia gli studenti che gli insegnanti di scienze devono concentrarsi sulla natura della scienza stessa piuttosto che solo sui suoi fatti e principi.

Bisogna dare agli studenti l’opportunità di sperimentare la scienza e i suoi processi, liberi dai falsi miti sulla natura dell’impresa scientifica. Devono esserci maggiori opportunità di formazione per gli insegnanti ma anche un’attenta revisione dei libri di testo per rimuovere ciò che ha contribuito a fornire una visione imprecisa della scienza e della sua natura. Solo spazzando via la nebbia delle mezze verità e rivelando la scienza in tutta la sua luce, attraverso la conoscenza dei suoi punti di forza e dei suoi limiti, tutti gli studenti potranno apprezzare il vero spettacolo della scienza e saranno in grado di giudicare equamente i suoi processi e i suoi prodotti.

Idee interessanti, non trovate?

MA QUINDI? IN CLASSE CHE SI FA?

Ecco qualche idea che vi ho già raccontato in passato da cui poter prendere ispirazione per cominciare:

  1. IBSE e natura della scienza – identificare i risultati desiderati
  2. IBSE e natura della scienza – ENGAGE/EXPLORE
  3. IBSE e natura della scienza – explore (seconda parte)
  4. IBSE e natura della scienza: ragionare da scienziati
  5. IBSE e natura della scienza: raccontare una bella storia (ultima parte)
  6. Come produrre ATP, ovvero comprendere la natura della scienza

P.S.

Prima di salutarvi devo dirvi un’ultima cosa. Per quest’anno pubblicherò solo due post al mese. Tra scuola, corsi di formazione e la lenta, lentissima stesura di un nuovo libro, il tempo che rimane è davvero poco, ma non rinuncerei mai al piacere del tempo passato insieme qui sul blog, allo scambio di idee con voi per cui… se vi va, ci rivediamo qui tra due settimane! Un abbraccio a tutti e…

BUON NUOVO INIZIO!

RIFERIMENTI BIBLIOGRAFICI:

  1. William F. McComas, The Nature of Science in Science Education Rationales and Strategies, Kluwer Academic Publisher. (Acquistabile con carta docente)
  2. William McComas, The Principal Elements of the Nature of Science: Dispelling the Myths, adapted from the chapter in W. F. McComas (ed.) The Nature of Science in Science Education, 53-70. © 1998 Kluwer Academic Publishers. Printed in the Netherlands.
  3. Darwin, C.R. Autobiografia (1809-1882), Einaudi

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  12 comments for “Francesco Costa e la natura della scienza

  1. Ilenia
    16 Settembre 2021 at 18:04

    Ciao Barbara!
    Grazie mille per questo utilissimo post. Non ci crederai, ma ascoltando Morning, anch’io quella mattina pensai ai miei studenti e alle mie lezioni introduttive sulla Natura della Scienza, che propongo ogni anno grazie ai tuoi preziosi suggerimenti!
    Buon inizio a te e a tutti i colleghi!
    Ilenia

    • 16 Settembre 2021 at 18:12

      Io e te… Anime gemelle 👯‍♀️😂🤗

  2. 15 Settembre 2021 at 0:52

    Non prende i link. Te li metto in questa seconda parte tra apici (poi devi fare copia incolla), seguiti dalle conclusioni.
    Link
    Ultima esperienza formativa (2007): ‘http://scuola.scienzainrete.it/public/proposta_integrata.htm’
    Blog dell’ultima scuola seguita per tre anni (fino al 2008-9) ‘http://piccoliscienziati.blogspot.com/’
    PROGETTO MISSION (purtroppo non so che fine abbia fatto il sito, ma ho salvato il canale youtube e l’articolo di una giornalista scientifica)
    ‘https://www.youtube.com/channel/UCPBlc4czFj1TS4o4jsNfEhA’
    articolo (settembre 2015)
    ‘https://docs.google.com/document/d/1g9at-hgmgvpyv9sD4008LiZdR_fxwr1s/edit?usp=sharing&ouid=101405631722343209052&rtpof=true&sd=true’
    Conclusioni
    In particolare, io sono convinto, dopo averlo approfondito, che lo SCIIS di Robert Karplus meriti di essere riportato alla luce, riadattato e riattivato. Non è possibile che qualcosa che ha funzionato per tre decenni, superando sperimentazioni e adattamenti, sia stato abbandonato; negli USA, perché la ditta che produceva i KIT non lo riteneva più conveniente e in Italia, molto prima, non sia andato oltre la fase sperimentale a causa della tradizione contenutistica o al più tematica, l’eredità di Gentile e l’impreparazione dei docenti. E le proposte venute dopo, incluse le varie forme di IBSE, non è che si siano prese la briga di conoscere Karplus e precisare in cosa l’avrebbero superato. Siamo affetti da modernismo a tutti i costi, da wishful thinking ed eccesso di entusiasmo. E nessuna di queste tre cose è caratterizzante la NoS.
    Ho seminato molto, ma ho raccolto poco o niente. Ed ora rileggendoti mi è venuta voglia di rivalsa. Dobbiamo unire le forze e trovare più persone come me e te che siano disposte a studiare, discutere, collaborare, disseminare e formare docenti senza semplificare.

    • 15 Settembre 2021 at 5:47

      Caro Alfredo, è sempre un vero piacere leggere le tue riflessioni! Grazie per questa condivisione!!! Hai moltissimo da dare alla scuola quindi continua a combattere per quello in cui crediamo!🤗

      • 16 Settembre 2021 at 18:09

        Grazie per l’incoraggiamento! Nel frattempo sul sito della testata di informazione scientifica scienzainrete.it hanno ripristinato la pagina del progetto MISSION e perfino aggiunto una pagina di connessione ai lavori passati, che a loro detta avevano superato il milione di visualizzazioni. https://www.scienzainrete.it/perlascuola. Si tratta di trovare, in questa folla, chi è disponibile a mettersi in gioco e partecipare a fondare una scuola.

  3. 15 Settembre 2021 at 0:47

    Seconda parte di tre: link
    Ultima esperienza formativa (2007): http://scuola.scienzainrete.it/public/proposta_integrata.htm
    Blog dell’ultima scuola seguita per tre anni (fino al 2008-9) http://piccoliscienziati.blogspot.com/
    PROGETTO MISSION (purtroppo non so che fine abbia fatto il sito, ma ho salvato il canale youtube e l’articolo di una giornalista scientifica)
    https://www.youtube.com/channel/UCPBlc4czFj1TS4o4jsNfEhA
    articolo (settembre 2015)
    https://docs.google.com/document/d/1g9at-hgmgvpyv9sD4008LiZdR_fxwr1s/edit?usp=sharing&ouid=101405631722343209052&rtpof=true&sd=true

  4. 15 Settembre 2021 at 0:45

    2ª parte: link e conclusioni
    Ultima esperienza formativa (2007): http://scuola.scienzainrete.it/public/proposta_integrata.htm
    Blog dell’ultima scuola seguita per tre anni (fino al 2008-9) http://piccoliscienziati.blogspot.com/
    PROGETTO MISSION (purtroppo non so che fine abbia fatto il sito, ma ho salvato il canale youtube e l’articolo di una giornalista scientifica)
    https://www.youtube.com/channel/UCPBlc4czFj1TS4o4jsNfEhA
    articolo (settembre 2015)
    https://docs.google.com/document/d/1g9at-hgmgvpyv9sD4008LiZdR_fxwr1s/edit?usp=sharing&ouid=101405631722343209052&rtpof=true&sd=true
    In particolare, io sono convinto, dopo averlo approfondito, che lo SCIIS di Robert Karplus meriti di essere riportato alla luce, riadattato e riattivato. Non è possibile che qualcosa che ha funzionato per tre decenni, superando sperimentazioni e adattamenti, sia stato abbandonato; negli USA, perché la ditta che produceva i KIT non lo riteneva più conveniente e in Italia, molto prima, non sia andato oltre la fase sperimentale a causa della tradizione contenutistica o al più tematica, l’eredità di Gentile e l’impreparazione dei docenti. E le proposte venute dopo, incluse le varie forme di IBSE, non è che si siano prese la briga di conoscere Karplus e precisare in cosa l’avrebbero superato. Siamo affetti da modernismo a tutti i costi, da wishful thinking ed eccesso di entusiasmo. E nessuna di queste tre cose è caratterizzante la NoS.
    Ho seminato molto, ma ho raccolto poco o niente. Ed ora rileggendoti mi è venuta voglia di rivalsa. Dobbiamo unire le forze e trovare più persone come me e te che siano disposte a studiare, discutere, collaborare, disseminare e formare docenti senza semplificare.

  5. 15 Settembre 2021 at 0:44

    Ciao Barbara, era un po’ che non ti leggevo ed ora che sono in pensione ho potuto farlo con piacere e senza fretta. E leggendoti mi è venuta tanta voglia di ricominciare a occuparmi di educazione scientifica. In passato mi sono occupato parecchie volte di quella che, poi ho scoperto, è chiamata “NoS”. Ho rintracciato alcuni scritti relativi ad alcune mie esperienze (ti metto i link nella seconda parte del commento). Il primo apre con questa premessa: “La scuola deve decidersi, una volta per tutte, se vuole o meno insegnare ‘come si produce e come si prova nuovo sapere’ (Antiseri, 1999). E mentre si decide, noi studiamo e sperimentiamo i modi migliori possibili per farlo.” Ci sono poi alcuni luoghi comuni sulle scienze e il loro insegnamento che combaciano con McComas. E come McComas penso che non si possa insegnare scienza senza far lavorare le classi in situazioni problematiche alla loro portata (non importa se si investiga su sistemi artificali) e l’insegnante non può essere bravo a far ciò se non ha mai sperimentato tali situazioni. Il libro di McComas costa una cifra, ma se sulla carta del docente si sono dimenticati di cancellarmi lo prendo 😉

  6. 15 Settembre 2021 at 0:43

    C’è un limite ai caratteri? il commento non me lo prende.

  7. 15 Settembre 2021 at 0:41

    Ti ho mandato un commento, ma dimenticavo: Buon inizio!

  8. Paola
    11 Settembre 2021 at 16:47

    Sei sempre un portento!!!
    Bacioni a te e a tutti noi docenti

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