Formulare la domanda giusta

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:

  1. domande descrittive;
  2. domande di relazione;
  3. 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:

 

Il magico potere della condivisione

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

ExploreL’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

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! 🙂

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Per saperne di più:

 

 

Perché piccolo è meglio?

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.

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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

  1. 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?
  2. 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?
  3. Determinare l’area superficiale e il volume di ciascun cubetto immerso nell’aceto e registrare tutti i valori ottenuti in una tabella come questa:tabella
  4. Come si potrebbe fare per sapere se gli ioni idrogeno si stanno muovendo all’interno del cubo?
  5. Secondo voi, quanto tempo  ci vorrà perché gli ioni idrogeno diffondano completamente all’interno di ciascun cubetto?
  6. Come si potrebbe fare per essere sicuri che l’aceto sia penetrato completamente nel cubetto di agar agar?
  7. 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?
  8. 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?
  9. 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?
  10. 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.
  11. 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).

Dimensioni cellule

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.

Una stella in una scatola

Benvenuto! Ora sei l’orgoglioso proprietario della Stella in una scatola. Dentro la scatola potrai animare i diversi stadi della vita di una stella e vedere in che modo la sua luminosità, le sue dimensioni e la sua massa cambiano nel tempo. Non appena solleverai il coperchio ti basterà cliccare sul bottone play per cominciare.

Inizia così una bella attività interattiva sul ciclo evolutivo delle stelle: Star In A Box.

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Si tratta di una applicazione che consente di animare stelle con masse diverse per osservarne i cambiamenti nel tempo. Alcune stelle, infatti, hanno una “vita spericolata” e vivono a tutta velocità, mentre altre  cambiano molto poco in miliardi di anni. L’applicazione permette di visualizzare i cambiamenti di massa, dimensioni, luminosità e temperatura superficiale per tutti gli stadi che la stella attraverserà nel corso della sua vita.

Questa attività può essere utilizzata in due modi diversi.

Se avete già spiegato il diagramma H-R e il ciclo evolutivo delle stelle potreste assegnarla per casa come  rinforzo alla spiegazione in modo da assicurarvi che i ragazzi abbiano compreso veramente, oppure (scelta preferita e preferibile) si potrebbe fare PRIMA della spiegazione trasformandola, così, in una attività di esplorazione con dati indiretti (in altre parole…IBSE). Nel secondo caso, a mio avviso, è davvero importante fare l’attività in classe in modo che  i ragazzi siano costretti a riflettere senza cercare soluzioni rapide ai quesiti che potremo porre.

Ma vediamo come funziona.

Step 1

Per prima cosa si deve aprire il coperchio della scatola (open the lid).

La schermata si apre su un diagramma di Hertzsprung-Russell in cui la posizione di una stella viene definita in base a luminosità (espressa in unità solari, ossia attribuendo il valore 1 a quella del Sole) e temperatura superficiale (in Kelvin).

Sul lato destro della schermata si trova un pannello con informazioni che permetteranno il confronto tra il Sole e la stella scelta (dimensioni, temperatura superficiale, luminosità e massa).

open the lid

Step 2 – Il ciclo evolutivo del Sole 

Cliccando sul pulsante play (il triangolo in basso a destra)  si potranno vedere le varie fasi che la stella attraverserà nel corso della sua vita.  Se non impostata diversamente, la prima stella che i ragazzi si troveranno davanti avrà massa uguale a 1, quindi si tratterà del Sole.

Una volta terminata l’animazione, si clicca sul pulsante Data Table (in alto a destra) e si potranno così analizzare i valori di raggio, luminosità, temperatura e durata in milioni di anni degli stadi principali del ciclo evolutivo della stella (rispetto al Sole).

Step 2

A questo punto si possono sollecitare i ragazzi con alcune domande per stimolare la riflessione. Ad esempio:

  1. indica il nome dei tre stadi evolutivi della stella (o del Sole);
  2. usando i dati a tua disposizione descrivi i cambiamenti a cui andrà incontro la stella (o il Sole) durante la sua esistenza utilizzando i termini aumenta, diminuisce  o resta lo stesso, per ciascuna quantità presente nella tabella dati, indicando non solo i valori che cambiano ma anche come cambiano (come nella tabella sotto riportata).
  3. In che fase della sua vita la stella (o il Sole) avrà luminosità maggiore?
  4. Quando la stella (o il Sole) avrà temperatura superficiale maggiore?
  5. In quale stadio del suo ciclo evolutivo trascorrerà la maggior parte del tempo?
  6. In quale stadio del suo ciclo vitale andrà in contro a cambiamenti maggiori? Argomenta la risposta basandoti sui dati a tua disposizione.
  7. Quale tipo di stella diventerà al termine della sua esistenza?
  8. Per quanto vivrà?

 

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Una volta terminata la riflessione, si torna alla schermata principale e si clicca sul pulsante a forma di lampadina (in basso a destra).

Nel riquadro a destra apparirà una scala di luminosità. Cliccando nuovamente su play si potrà osservare come cambia la luminosità durante la vita della stella. Anche in questo caso si potranno sollecitare i ragazzi con alcune domande:

  • in quale stadio del suo ciclo evolutivo la stella (o il Sole) avrà luminosità maggiore?
  • Quanti anni avrà in quel momento?

light bulb tab.jpeg

Si clicca, quindi, sul pulsante a forma di termometro.

Cliccando nuovamente play si potrà osservare come cambia la temperatura superficiale della stella al passare del tempo:

  • in quale stadio del suo ciclo evolutivo la stella (o il Sole) avrà la temperatura superficiale maggiore?
  • Qual è questo valore (in K)?

 

temperatura

 

Infine, si clicca sul pulsante con l’orologio e si potrà vedere il tempo che la stella passa nelle diverse fasi:

  • in quale stadio del suo ciclo evolutivo la stella (o il Sole) passerà la maggior parte del tempo?
  • Quanto vivrà in tutto?
 orologio

 

Step 3

Utilizzando la funzione “massa della stella” si potrà, poi, esplorare l’evoluzione di stelle con masse diverse. Cliccando ancora una volta sul pulsante play si potrà vedere l’evoluzione della nuova stella selezionata. Si ripete l’operazione più volte variando la massa delle stelle e, utilizzando il diagramma H-R si sollecita i ragazzi con alcune domande:

  • le stelle con la massa minore in che punto della sequenza principale si trovano?
  • Le stelle con la massa maggiore in che punto della sequenza principale si trovano?
  • Indica il nome dei tre possibili destini finali della vita di una stella che dipendono dalla sua massa iniziale.

 

Step 4

Infine, si chiede di ripetere le stesse operazioni per raccogliere dati su stelle con masse diverse inserendoli nella tabella sotto riportata:

tabella 2

 

Step 5

Si passa al confronto delle temperature:

  • che massa ha la stella con la temperatura maggiore?
  • in quale fase del suo ciclo evolutivo raggiunge questa temperatura?

Si confrontano le luminosità:

  • la stella più luminosa che massa ha?
  • la stella più luminosa ha la stessa massa della stella più calda?

Per concludere:

Sulla base dei dati analizzati, qual è la relazione tra temperatura, luminosità, massa e durata della vita per le stelle di sequenza principale?

Questa relazione vale anche per le stelle che si trovano al di fuori della sequenza principale?

E voi? Come utilizzereste questa applicazione? Quali altre domande potrebbero stimolare la riflessione dei ragazzi? Che ne pensate?

 

Per saperne di più:

Altre idee sul diagramma H-R:

Esplorare la contrazione muscolare

Terza e ultima “puntata” sul sistema scheletrico e muscolare.  Ancora una volta ho approfittato del metodo Pogil per esplorare l’anatomia di un sarcomero e fare anche un accenno alla fisiologia della contrazione che poi ho spiegato in classe in modo più tradizionale. Come vi ho già detto altre volte credo che questo sistema sia davvero efficace, soprattutto quando l’esplorazione diretta in laboratorio è difficile o, come in questo caso, impossibile. Questo metodo, infatti, costringe gli studenti a “vedere” cose che la semplice osservazione di una figura, anche se accompagnata dalla spiegazione dell’insegnante, non riesce a mostrare.

L’attività in questione è tradotta e adattata dal libro “Fifteen POGIL Activities for Introductory Anatomy and Physiology Courses” Di Murray Jensen, Anne Loyle e Allison Mattheis, che ho acquistato tempo fa direttamente dal sito del POGIL. Come per tutte le attività inquiry-based i ragazzi hanno lavorato utilizzando solo le loro preconoscenze e il ragionamento. Non hanno ricevuto alcuna spiegazione precedente nè potevano utilizzare il libro di testo o internet. L’attività è stata fatta in classe per garantire queste condizioni.

ANATOMIA DI UN SARCOMERO

Al microscopio, un muscolo scheletrico appare formato da migliaia di fibre muscolari disposte parallelamente tra loro. Una singola fibra muscolare è una cellula allungata, dotata di molti nuclei. Ciascuna fibra muscolare contiene al suo interno un fascio di miofibrille (myofibrils) formate da varie unità funzionali chiamate sarcomeri (sarcomere), costituiti da proteine contrattili, tra cui actina e miosina. Ciascun sarcomero è lungo approssimativamente 2m.

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I ragazzi hanno analizzato questa immagine e risposto ad alcune domande:

1

  1. Nel disegno, indica lo spesso filamento orizzontale con il nome “filamento spesso”.
  2. Indica il filamento orizzontale più sottile con il nome “filamento sottile”.
  3. Quanti sarcomeri sono rappresentati in questo modello?
  4. Basandoti sulle tue osservazioni sulla posizione dei filamenti spessi e sottili, descrivi ciascuno dei seguenti:
  • banda A
  • banda I
  • zona H
  • linea Z
  • Linea M
  1. Descrivi in che cosa differiscono la zona H e la banda A.
  1. Secondo te, quanti sarcomeri ci sono in una cellula muscolare del tuo quadricipite?
  1. In un muscolo dell’occhio pensi che ce ne siano di più o di meno?

 

CONFRONTO TRA SARCOMERI RILASSATI E CONTRATTI

1

  1. Nelle Figure 1 e 2, indica le bande A, le bande I e le zone H. Misura e annota in tabella la lunghezza (in mm) di queste strutture e lo spessore dei filamenti spessi e dei filamenti sottili:

1

  1. In gruppo discutete i dati inseriti nella tabella della domanda 8 e descrivete cosa accade ai filamenti spessi e sottili quando il muscolo si contrae.
  2. In gruppo, osservate le Figure 1 e 2 del Modello 2. Secondo voi perchè c’è un limite nella quantità di accorciamento che può verificarsi in un sarcomero durante la contrazione muscolare?

 

SEZIONE TRASVERSALE DI UN SARCOMERO

I disegni della figura sono sezioni trasversali di un sarcomero che mostrano i filamenti in posizioni diverse al suo interno.

1.png

Figura A                                       Figura B                                      Figura C

  1. Indica i filamenti spessi e sottili nelle Figure A, B e C.

 

  1. Nel diagramma sottoriportato ci sono tre sarcomeri.

1a. Nel primo sarcomero sulla sinistra, identifica la posizione della sezione trasversale della Figura A del Modello 3, disegna una linea verticale e indicala con una A.

b. Nel sarcomero centrale, identifica la posizione della sezione trasversale indicata dalla Figura B del Modello 3, disegna una linea verticale e indicala con una B.

c. Nel terzo sarcomero, a destra, identifica la posizione della sezione trasversale indicata dalla Figura C del Modello 3, disegna una linea verticale e indicala con una C.

  1. Quale delle figure (A, B o C) rappresenta una sezione trasversale della zona H?
  1. Quale delle figure (A, B o C) rappresenta una sezione trasversale della banda I?
  1. Quale delle figure (A, B o C) rappresenta una sezione trasversale della banda A?
  1. Nella figura sottoriportata, ombreggia con la matita l’area della banda A e identifica la posizione della banda I.

1

  1. Quando si osserva al microscopio un muscolo scheletrico, si possono vedere facilmente le striature chiare e scure della fibra muscolare. Sulla base delle ombreggiature nella figura soprariportata e in quella sotto, ipotizza da cosa sono formate le bande scure e chiare nella fibra muscolare osservata al microscopio.

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  1. Nella figura sopra indica la banda A, la banda I, la linea Z e un sarcomero.
  2.  Per spiegare la fisiologia della contrazione muscolare viene utilizzata la teoria dello scorrimento dei filamenti. Sulla base di quanto avete imparato in questa attività scrivete una descrizione di ciò che afferma la teoria dello scorrimento dei filamenti relativamente ai filamenti spessi e sottili.
  1. Secondo voi, come fanno i muscoli ad aumentare dimensioni?

 

A CASA

Ho dato da guardare il video di Jeffrey Siegel “What makes muscles grow? sul canale TED-ED e in classe, la lezione successiva, abbiamo messo a confronto le risposte date in classe alla domanda n.20 con quanto avevano appreso nel video.

Quindi, ho approfondito la spiegazione della fisiologia della contrazione muscolare. Nell’attività originale non è presente la versione per il docente con le risposte alla domande per cui se siete interessati a riproporre questa attività con le vostre classi scrivetemi e vi invierò la scheda. 🙂

LINK UTILI per animazioni e video:

IBSE e natura della scienza – explore (seconda parte)

Travolta… non da un insolito destino nell’azzurro mare d’agosto, ma dal “solito” travolgente inizio dell’anno scolastico. Lezioni da preparare, consigli di classe, riunioni di programmazione…

Travolta… ma di nuovo qui pronta a scrivervi. Dalla pubblicazione del mio ultimo post ho ricevuto mail di colleghi che mi hanno riempito di gioia. Non solo per i complimenti, naturalmente graditi, ma per la voglia di fare e condividere che trasuda dalle loro parole. Siamo tanti, davvero tanti a vivere questo lavoro con passione e dedizione, sacrificando molto del nostro tempo libero per cercare di lavorare sempre meglio.

Non voglio lanciare anche da qui una ennesima (legittima) polemica verso tutto quello che sta succedendo nella scuola. Non mi piace l’idea del solito, anche se giustificato, lamento. Oggi voglio semplicemente constatare e celebrare quello che vedo grazie al web, ma soprattutto che vedo ogni giorno nella mia scuola dove quasi la totalità dei docenti è appassionato e lavora duramente.

Io sono sicuramente fortunata a lavorare in un ambiente così, con persone così in gamba, ma grazie al web, alle mail che mi mandate, a quelli di voi che a volte ho la fortuna di incontrare, io so che siete, permettetemi l’immodestia, siamo in tanti anche se nessuno parla mai di noi. La qualità, la professionalità, la passione non fa mai notizia. Quindi anche se molti di noi si dedicano con passione all’insegnamento, si parla solo di loro, dei pochi in cui la luce si è ormai spenta e dei rari che la luce accesa non l’hanno mai avuta.

Lo ripeto, non voglio fare polemica, sui social si discute già abbastanza (giustamente). Queste mie parole vogliono, invece, essere un lungo e sentito applauso a tutti voi, e permettetemi ancora, noi, che ogni giorno siamo qui alla nostra scrivania, con il naso sui libri o tra le pagine del web a cercare e studiare per provare strade nuove per loro, i nostri ragazzi, a cui teniamo come fossero figli nostri, con la speranza di accendere quella fiammella senza la quale nemmeno noi saremmo qui a scrivere e a parlare.

Applause

Va bene, ho capito…basta così ☺

Torniamo all’IBSE e alla natura della scienza. Dove eravamo rimasti? L’attività sulle tracce ingannevoli, certo! Anche questa attività l’ho sperimentata direttamente con William F. McComas, a Dublino. Come sempre vi consiglio la lettura del suo libro “The nature of Science in Science Education. Rationales and Strategies”  (si trova anche usato), ma per farvi un’idea della pedagogia che sta alla base di queste attività e dell’importanza dell’insegnamento della natura della scienza in modo più “attivo” potete anche cominciare a leggere questo “The nature of science in Education. An introduction.”  L’attività originale, presente nel libro di McComas è di Norman Lederman e Fouad Abd-el-Khalick, ma potete trovarne una versione anche qui. Bene! Dopo avervi dato i dovuti riferimenti, vi racconto com’è andata in classe e cosa ho fatto esattamente.

Usare l’inferenza per risolvere il problema delle tracce ingannevoli. (60 minuti circa)

Se ricordate, i ragazzi a questo punto della lezione avevano già lavorato sulla differenza tra osservazione e inferenza (prerequisiti per questa attività). La lezione successiva ho cominciato proiettando una parte dell’immagine delle tracce (per darvi un’idea solo il rettangolo a sinistra-position1. Per motivi di copyright non posso pubblicare qui l’immagine realmente utilizzata tratta dal libro di McComas, ma ho trovato questa nel web).

Individualmente, osservate attentamente le tracce e scrivete una breve descrizione di ciò che pensate sia accaduto. Avete 3 minuti!

Trascorso questo tempo (uso sempre il timer del cellulare), ho chiesto ai ragazzi di condividere con la classe il loro racconto. Come sempre i ragazzi sono pieni di fantasia e davvero attenti ai particolari.

Mentre scrivevano sul quaderno le loro storie li ho osservati attentamente. Alcuni hanno subito cominciato a scrivere e non finivano più, ma altri erano davvero perplessi e li ho visti un po’ smarriti. Quando ho chiesto di condividere i loro racconti ho cominciato lasciando parlare parlare per primi un paio di “entusiasti” ma poi ho chiesto a quelli che ho visto più in difficoltà di raccontare la propria storia.

Quando si comincia a lavorare in modo non frontale con ragazzi che non sono abituati e/o che non ti conoscono ancora bene (nel mio caso entrambe le cose visto che si tratta di ragazzi di prima e siamo ancora a settembre!) è fondamentale che capiscano che possono fidarsi del loro intuito e dei loro pensieri e che non si sentano mai giudicati. La fiducia nell’insegnante in questa fase è essenziale. Devono capire che non ci si aspetta da loro che sappiano già tutto in anticipo, che non sempre c’è una risposta esatta da dare, ma che si sta chiedendo loro di riflettere e dire sinceramente cosa pensano. Il rinforzo positivo è essenziale sempre, ma quando devono mettersi in gioco su cose mai viste/fatte è fondamentale.

Dopo qualche minuto di discussione a livello di classe, dove la maggioranza ha attribuito le impronte a uccelli di specie diversa, di sesso diverso o di dimensioni diverse, ho mostrato una parte più ampia del disegno delle tracce (ho aggiunto il rettangolo centrale della position 2).

Ora in gruppi di due, osservate le nuove tracce e stabilite cosa può essere successo qui.

Quasi tutti hanno pensato a un combattimento tra i due, qualcuno, invece, ad una sorta di danza di corteggiamento. Infine ho mostrato il disegno completo.

E ora? Cosa ne pensate?

Dopo aver lasciato 2-3 minuti per confrontarsi e decidere e condiviso a livello di classe alcune delle storie ho chiesto:

Sulla base di quanto avete scoperto finora, pensate che riuscirete mai a sapere cosa sia accaduto veramente? Cosa potreste fare per scoprire qualcosa di più? Avete al massimo 10 minuti per discuterne.

Naturalmente i ragazzi ritengono che sia impossibile sapere esattamente cosa sia successo e pensano che un modo per provare a capire meglio sarebbe cercare di identificare a chi appartengono le impronte per documentarsi, ad esempio, sui loro stili di vita.

Secondo voi, di chi sono le impronte?

La maggior parte pensa si tratti di uccelli, ma una ragazza rilancia dicendo che potrebbero essere anche canguri. A questo punto la discussione si accende perché molti sostengono che i canguri lascerebbero anche l’impronta delle code e nel disegno non si vedono. Da qui partono un sacco di idee ma le devo arginare per andare avanti.

Analizziamo meglio le impronte… potrebbero in effetti essere uccelli?

Canguri?

O Dinosauri?

I dinosauri piacciono sempre molto, ma naturalmente il punto è che non possiamo saperlo con certezza con quello che abbiamo a disposizione.

Prima di andare avanti vi racconto altre storie possibili.

Un uccello grande e un uccello piccolo hanno combattutto e quello grande ha vinto. Un’anatra e un uccello piccolo hanno combattuto e l’uccellino piccolo è volato via. Un’anatra e un piccolo uccello hanno combattuto e l’uccellino è saltato sopra quello più grande. Le impronte non sono state lasciate nello stesso momento così non c’è alcuna storia tra i due. Forse un uccello aveva lasciato del cibo in un punto e un uccello più piccolo lo ha trovato. Una mamma canguro e il suo piccolo stavano camminando insieme finchè il piccolo si è infilato nel marsupio per fare un pisolino. Forse i due animali stanno entrambi camminando all’indietro Le due piste sono state fatte da un maschio e da una femmina della stessa specie. Il maschio più grande ha cercato di corteggiare la femmina, ma lei ha preso le distanze.

Abbiamo raccontato tante storie, ma quali sono le osservazioni che avete fatto sull’immagine che vi ho mostrato?

I ragazzi riprendono parti della loro storia e per lo più parlano di impronte grandi e piccole.

In realtà si potevano osservare solo due insiemi di segni neri: uno di segni più grandi a sinistra e uno di segni più piccoli a destra, c’è poi un’area in cui i segni neri si mescolano. Quelle che voi avete definito osservazioni sono invece…

Inferenze, rispondono, rendendosi conto ancora una volta che non è ancora facile per loro distinguere un’osservazione da una inferenza. Ragionano ancora in modo automatico, ma è naturale. Ne discutiamo ancora un po’.

Allora… ancora una volta abbiamo cercato di lavorare “pensando come scienziati”. Attraverso le attività che abbiamo fatto in questi giorni abbiamo compreso che il lavoro degli scienziati comporta osservazioni e inferenze, che ci sono spesso molte risposte plausibili alle domande che gli scienziati si pongono partendo dalle osservazioni fatte, che queste risposte devono avere coerenza con le evidenze sperimentali e che non si può mai trovare la risposta assolutamente certa, immutabile e definitiva! Osservazioni, inferenze e previsioni sono gli elementi necessari per formulare IPOTESI e progettare investigazioni. Ma cos’è un’ipotesi?

Spesso confondono le ipotesi con le previsioni. Li lascio rispondere e confrontarsi un po’ e poi fornisco una definizione.

Un ‘ipotesi è una supposizione, un’idea provvisoria, una possibile spiegazione di un fatto o di un fenomeno, una possibile risposta ad una domanda di ricerca. Un’ipotesi non è necessariamente valida, ma deve essere plausibile e pertinente alla domanda di ricerca. Deve anche essere testabile/verificabile. Osservate questa foto:

Ragioniamo insieme sulle osservazioni (ad esempio c’è un orso, ci sono dei pesci, c’è dell’acqua con la schiuma) e sulle possibili inferenze (ad esempio, l’acqua scorre rapida perché c’è la schiuma bianca). Qualcuno ipotizza che i pesci siano salmoni perché sembrano saltare a ritroso lungo il fiume, altri dicono che stanno saltando e basta e che potrebbero anche essere trote. Proietto questa affermazione:

I salmoni nascono in acque dolci fredde, migrano verso il mare, dove trascorrono gran parte della loro vita, poi ritornano nello stesso luogo in cui sono nati per riprodursi. Questa è una osservazione o una inferenza?

Qualcuno pensa ancora si tratti di una inferenza, ma molti hanno cominciato a ragionare bene e supportano il fatto che si tratti di una osservazione. Mostro un breve video che racconta le osservazioni degli scienziati sulla vita dei salmoni e poi chiedo:

Come fanno i salmoni a ritornare dove sono nati?

Dopo aver ascoltato ciò che sanno sui salmoni, propongo due possibili ipotesi:

Ipotesi 1: I salmoni memorizzano il tragitto percorso.

Ipotesi 2: I salmoni utilizzano come bussola per le grandi distanze il campo magnetico terrestre e poi si orientano con vista e olfatto quando sono in prossimità del luogo da raggiungere.

Voglio spiegare loro la natura del processo scientifico attraverso questo esempio, per cui parto dicendo che l’ipotesi 2 è quella al momento maggiormente supportata da evidenze. Leggiamo quindi un estratto da un articolo tratto Focus:

Secondo uno studio condotto da Kenneth Lohmann dell’Università del North Carolina a Chapel Hill e dai suoi collaboratori, i salmoni, la prima volta che guadagnano il mare, sarebbero infatti in grado di memorizzare le caratteristiche del campo magnetico per sfruttarle quando, intorno ai 4 anni di età, dovranno cercare il luogo dove sono nati. All’inizio del 2013 un nuovo studio, della Oregon State University, ha confermato questa teoria studiando i dati raccolti in 56 anni di osservazioni delle migrazioni dei salmoni rossi (Oncorhynchus nerka) dall’oceano al fiume Fraser in British Columbia. La rotta seguita dai pesci intorno all’isola di Vancouver sembra essere determinata proprio dalla percezione dei cambiamenti dell’intensità del campo magnetico.

Ne discutiamo un po’ e prima di concludere la lezione pongo ancora una volta  l’accento sulla differenza tra ipotesi e previsione sottolineando che è proprio sulla base delle ipotesi vengono formulate le previsioni, che servono per progettare la verifica delle ipotesi fatte: un’investigazione/un esperimento per la raccolta di dati/osservazioni.

A questo punto siamo pronti per esplorare le investigazioni scientifiche. Cubi misteriosi ci attendono!

Se volete il ppt per proporre questa attività in classe scrivetemi come sempre a ibseedintorni@gmail.com

IBSE e natura della scienza – ENGAGE/EXPLORE

La volta scorsa vi ho raccontato le riflessioni fatte prima di progettare le attività da svolgere in classe sulla natura della scienza. Passo quindi a raccontarvi come ho reso operative queste riflessioni. Le attività che sto per raccontarvi sono già state sperimentate in classe con i ragazzi di prima dello scorso anno scolastico, quindi ho potuto “rifinire meglio gli angoli” per ottimizzare risorse e tempi.

Che cos’è la scienza?

Inizierò la lezione partendo dalla prima domanda essenziale: che cos’è la scienza? Lascerò un paio di minuti a ciascuno studente per scrivere sul quaderno la propria risposta e ne discuteremo brevemente qualcuna.

Come sempre in questa fase iniziale di ENGAGE il nostro obiettivo è quello di di creare interesse, generare curiosità e domande nella mente degli studenti, scoprire che cosa sanno già e far emergere eventuali conoscenze errate. Durante questa fase, agli studenti non vengono date definizioni formali su ciò che stanno esplorando, né viene detto loro a quali conclusioni arriveranno, per cui non daremo la risposta “corretta” alla domanda ma proseguiremo con le attività.

La scienza si basa sulle osservazioni…

Attraverso una discussione a livello di classe continuerò con le domande chiedendo quali sono, secondo loro, i metodi e gli strumenti della scienza. Attraverso la discussione arriveremo a dire che tra le varie caratteristiche della scienza c’è il fatto che si basa sulle osservazioni.

Faremo quindi un’attività che metterà alla prova la capacità di osservazione dei ragazzi. Che ne dite di fare una prova anche voi?

Guardate attentamente questo video e contate quante volte la squadra con la maglietta bianca si passa la palla.

Che ne dite?

Quando mostro questo video almeno la metà dei ragazzi non fa caso al gorilla e rimane sbalordita per il fatto di non averlo notato.

Nel caso in cui nella vostra classe ci fosse qualche “YouTube addicted” che abbia già visto il video, sono pronta e rilancio con quest’altro:

La capacità di fare osservazioni è un’attitudine individuale e l’osservazione efficace è selettiva e focalizzata. Per far capire meglio cosa intendo dire tiro fuori una ciotola con delle arachidi e ne faccio prendere una a ciascuno studente.

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Avete due minuti di tempo per disegnare su un foglio bianco la vostra arachide. Fatto? Ok, adesso rimettetela nella ciotola.

Le mescolo un po’ e le rovescio tutte sulla cattedra.

Bene, adesso utilizzate il vostro disegno e cercate di riconoscere la vostra nocciolina nel mucchio.

Caos. È questa? Forse no. Quest’altra? Non saprei… Uffa si assomigliano tutte!!!  🙁

Tempo scaduto! Quanti hanno individuato la propria nocciolina? 

Quali difficoltà avete incontrato? Chi è riuscito riconoscere la propria nocciolina, quali criteri ha utilizzato? Questi criteri sono presenti nel disegno?

Riproviamo! Consegno nuovamente a ciascuno studente un’arachide.

Ora avete due minuti per disegnare la vostra nocciolina. Questa volta dovete osservarla bene e disegnarla in modo da poterla riconoscere fra le tante. Poi utilizzerete il vostro nuovo disegno per cercare di riconoscerla.

Quanti hanno individuato la propria nocciolina? C’è differenza tra il primo e il secondo disegno?

La nuova consegna, con un obiettivo esplicito, ha modificato le vostre osservazioni?

Adesso proviamo a complicare un po’ le cose. Scambiatevi il disegno con un compagno.

Utilizzando il disegno del vostro compagno, dovete riconoscere la sua nocciolina. Avete due minuti!

Com’è andata? Avete avuto maggiori difficoltà rispetto alle prove con la vostra nocciolina? Di cosa avreste avuto bisogno per riuscire a identificarla? Sarebbero state utili delle annotazioni scritte?

Quando si fanno e si registrano osservazioni senza porsi delle domande, senza avere degli obiettivi definiti e chiari, l’osservazione può risultare inefficace. E’ quindi difficile fare delle buone osservazioni se non viene stabilito lo scopo. Lo scopo e la funzione guidano l’osservazione e questa può essere documentata usando varie modalità (iconica, verbale).

…ma anche inferenze

Ci resta ancora un po’ di tempo, quindi facciamo un altro passo in avanti.

Tre anni fa, durante il dottorato, sono stata alla Establish and SMEC Conference, a Dublino, e lì ho avuto la fortuna e il privilegio di partecipare ad un workshop di William McComas, uno dei guru della natura della scienza nel mondo. Ripropongo ai ragazzi le stesse attività che feci io stessa a Dublino, scoprendo un modo nuovo di vedere le cose.

Un altro strumento importante della scienza è l’inferenza.

Inferenza è un qualunque ragionamento con cui si trae una conclusione da un insieme di fatti o circostanze.

Sherlock Holmes e la maggior parte dei detective della TV, ad esempio, usano spesso l’inferenza anche se non è detto che le considerazioni fatte siano “vere”.

Senza titolo

Gli scienziati suggeriscono idee o teorie per provare a spiegare le cose che vedono accadere nel mondo. Spesso testano queste idee conducendo alcuni esperimenti. Qualche volta saltano fuori idee nuove che non concordano con le idee precedenti. Allora devono essere fatti altri esperimenti per verificare se la nuova idea è corretta.

Fare osservazioni, inferenze e previsioni.

Comincio mostrando una slide in cui compare una semplice definizione di osservazione, inferenza e previsione.

Osservazioni = Dati

Inferenze = deduzioni logiche a partire dai dati

Previsioni = supposizioni logiche su ciò che accadrà in futuro basate su dati e deduzioni

Quindi mostro una serie di 12 foto accompagnate da una affermazione e chiedo ai ragazzi di stabilire se si tratta di una osservazione, di un’inferenza o di una previsione. Ecco qualche esempio.

I fiori hanno petali rossi.

I fiori hanno petali rossi. Osservazione, inferenza o previsione?

Il bambino ha le lacrime perciò è triste. Osservazione, inferenza o previsione?

Il bambino ha le lacrime perciò è triste. Osservazione, inferenza o previsione?

Il cane abbaierà presto. Osservazione, inferenza o previsione?

Il cane abbaierà presto. Osservazione, inferenza o previsione?

Per concludere questa prima lezione, come compito a casa, chiedo ai ragazzi di ritagliare un’immagine da una rivista, attaccarla sul quaderno e scrivere una osservazione, un’inferenza e una previsione su quella immagine.

La prossima lezione continueremo l’esplorazione della natura della scienza attraverso un’attività sulle tracce ingannevoli.

Ecco qui un piccolo indizio in attesa del prossimo post.

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N.B. Se vi interessa la presentazione che uso in classe per guidare queste attività scrivetemi a ibseedintorni@gmail.com

Per saperne di più:

  • William F. McComas, The nature of science in Science Education Rationales and strategies, Kluwer Academic Publisher, 1998.

P.S. Ringrazio la mia collega e amica Mariangela Fontechiari, molte volte compagna di avventure, per il lavoro di collaborazione e scambio di idee durante la rielaborazione di queste attività.

Cosa c’è nella scatola?

Ci siamo. Ormai si ricomincia. Non so se piace anche a voi preparare qualche attività nuova per l’inizio del nuovo anno scolastico. A me… tanto! Mi piace l’idea che i ragazzi possano rientrare a scuola col sorriso, magari pensando che il nuovo anno porterà tante nuove cose interessanti da fare e imparare.

Io sono fortunata. La continuità didattica mi permetterà di lavorare con un approccio inquiry-based per il terzo anno consecutivo con le stesse classi e questo è davvero un bel vantaggio quando si cerca di introdurre un nuovo approccio didattico. Vi assicuro che è fantastico accorgersi che le cose fatte in passato non sono state dimenticate, che un certo modo di pensare è diventato una cosa naturale. I ragazzi stanno acquisendo una mentalità scientifica che riversano in tutto ciò che di nuovo si trovano ad affrontare e più di una volta lo scorso anno scolastico sono rimasta piacevolmente sorpresa dai progressi fatti.

Le prime che mi hanno accolto a metà anno scolastico (rientravo dal dottorato) ormai due anni fa, guardandomi come se fossi una strana creatura arrivata fresca fresca da Marte, quest’anno saranno in terza. Non so quali sono le vostre consuetudini ma io solitamente in terza (liceo scientifico) inizio con la chimica, dai modelli atomici.

A me piace moltissimo la trattazione “storica”, dagli antichi Greci all’atomo moderno ma per i ragazzi è tutto molto difficile. Non possiamo certo “aprire” l’atomo in laboratorio per vedere cosa c’è dentro, né possiamo fargli rifare gli esperimenti “famosi” che hanno portato via via alla visione moderna della struttura atomica, almeno non nel mio laboratorio! 😉

Ciò che possiamo fare, però, è mettere i ragazzi in condizione di comprendere meglio la natura della scienza, il processo scientifico che porta alla formulazione di ipotesi, modelli e teorie, prima di affrontare tutto ciò nei dettagli. Ho deciso quindi di cominciare l’anno scolastico, e quindi il percorso sulla struttura dell’atomo, con una investigazione che funzionerà da fase di engage/explore della mia unità sull’atomo.

Solitamente, la trattazione della struttura dell’atomo comincia nel primo biennio partendo con la scoperta delle particelle subatomiche e arrivando al modello atomico di Rutherford. Il resto viene trattato in terza. Io, però, non amo molto questa scansione e preferisco fare un percorso unitario direttamente in terza. Non so se sia meglio o peggio, ma la mia esperienza mi ha portato a pensare che questo modo possa essere più produttivo per i ragazzi, per cui solitamente faccio così.

In letteratura, e anche in rete, ci sono tantissime attività sulla natura della scienza e molte di queste sono già previste nelle attività iniziali delle mie classi prime. Tra le tante altre possibili, ce n’è una molto semplice, perfetta per ciò che intendo fare: la mystery box.

Se cercate in rete ne troverete moltissime varianti. Quella che ho intenzione di utilizzare è proposta dal Science Museum di Londra. In pratica, i ragazzi devono cercare di scoprire cosa c’è dentro una serie di scatole senza poterle aprire.

In chimica vengono spesso utilizzati modelli e teorie per rappresentare e spiegare il comportamento di particelle che non possiamo vedere. L’attività con le scatole rappresenta una bella analogia del processo scientifico. Gli scienziati, infatti, spesso non sono in grado di “aprire la scatola” per scoprire con certezza se le loro idee sono corrette o meno, quindi formulano teorie basate sulle evidenze raccolte con le loro ricerche e queste teorie sono sempre aperte, soggette a revisione quando emergono nuove evidenze.

Questa a attività permette, inoltre, di sviluppare abilità importanti come fare osservazioni, interpretare e argomentare. I ragazzi proveranno sulla propria pelle cosa vuol dire investigare ciò che non si può vedere. Il metodo che utilizzeranno per scoprire cosa c’è dentro le scatole renderà più facile per loro comprendere successivamente, durante la fase di explain, l’uso di metodi indiretti per determinare la struttura dell’atomo.

Sono molti i modelli costruiti attraverso metodi indiretti. La struttura interna della Terra, ad esempio, è stata descritta attraverso l’osservazione della propagazione delle onde sismiche. Anche in questo caso si tratta di misure indirette perché nessuno ha potuto vedere direttamente il nucleo o il mantello. Questa attività permetterà quindi ai ragazzi di “immergersi” meglio nel lavoro, ad esempio, di Thomson e di Rutherford che verrà spiegato successivamente.

Cosa serve?

Per l’attività servono sei scatole con coperchio, possibilmente con la stessa forma e dimensioni, meglio se di metallo, ma qualunque scatola non trasparente va bene. Se si dispone solo di contenitori di plastica trasparente, si possono avvolgere in carta da regalo in modo che non si possa vedere dentro. Io sono riuscita a recuperare delle scatoline di cartone porta bomboniere. Non sono di latta, più costosa, ma funzionano ugualmente bene.

Nella scatola possiamo mettere: sabbia, farina, riso, una pallina, una graffetta di metallo, un blocchetto di legno, un dado di plastica, una chiave, una carta da gioco, un cappuccio di una penna, una biglia o quello che preferite.

Una volta riempite, le scatole vanno chiuse e il coperchio deve essere sigillato, ad esempio con del nastro adesivo. La cosa fondamentale è che i ragazzi non devono poterle aprire.

Una volta chiuse, le scatole vanno etichettate con un numero da 1 a 6 o, come nel mio caso con l’aggiunta dei seguenti nomi: Dalton, Thomson, Rutherford, Bohr, Heisenberg e Schrödinger (così intanto cominciano a familiarizzare con i nomi di scienziati importanti che incontreranno successivamente).

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Per un’attività della durata di un’ora il numero ideale di scatole è sei.

Ad ogni gruppo viene consegnato una scheda per le osservazioni: un foglio A4 con sei riquadri, ciascuno corrispondente ad una delle scatole. Ai lati dei sei riquadri vengono attaccati dei Post-it colorati. La cosa importante è che ciascun gruppo deve avere un Post-it (o altro tipo di foglietto adesivo) di colore diverso in modo da poter identificare facilmente le risposte dei diversi gruppi nella fase di discussione.

Scheda studente

Su una lavagna bianca o su un cartellone da appendere ad una parete dovrete realizzare lo stesso schema con i nomi delle sei scatole.

Prima di cominciare, dividere la classe in sei gruppi e fornire a ciascun gruppo la scheda per le osservazioni con i Post-it di colori diversi. Quindi, distribuire a ciascun gruppo una delle sei scatole.

Lo scopo di questa attività è scoprire con metodi indiretti la forma e le dimensioni degli oggetti sconosciuti nascosti dentro la scatola.

Fase 1: Al lavoro!

Dire ai ragazzi che avranno 2-3 minuti di tempo per osservare la scatola e provare a identificare al meglio cosa c’è dentro.

È molto importante sottolineare che in questa fase devono scrivere quante più considerazioni possibili sugli oggetti mentre testano ed esaminano ciascuna scatola. Queste “osservazioni” saranno poi indispensabili per condividere le idee con gli altri gruppi e argomentare le scelte fatte.

Appena i 2-3 minuti sono trascorsi, i ragazzi devono scrivere sul Post-it corrispondente cosa pensano ci sia nella scatola e poi la passano ad un altro gruppo. I gruppi continueranno in questo modo finché non avranno esaminato tutte e sei le scatole.

Fase 2: riflettere sull’attività (5-10 minuti)

Prima di passare alla discussione a livello di classe su quanto emerso dai vari test è fondamentale dare il tempo e l’occasione ai ragazzi per riflettere sui processi che li hanno portati a identificare gli oggetti dentro le varie scatole.

Quindi si daranno altri 2-3 minuti di tempo per scrivere le abilità e gli approcci che pensano di aver utilizzato per scoprire cosa c’è dentro ciascuna scatola e poi ciascun gruppo condividerà le riflessioni fatte con l’intera classe.

Ad esempio, qualcuno potrebbe dire che per giungere all’identificazione dell’oggetto nascosto siano stati usati i sensi, in particolare l’udito (il suono), ma che è stato necessario utilizzare anche la loro capacità di fare delle stime, di comunicare, di visualizzazione di ciò che hanno percepito/ascoltato.

L’insegnante scriverà alla lavagna quanto emerso nei vari gruppi e poi, facendo sintesi metterà in evidenza che tutto ciò rappresenta proprio il modo in cui gli scienziati lavorano:

  • gli scienziati propongono e testano idee
  • la discussione è una parte fondamentale del processo scientifico
  • la scienza è sia sociale che creativa.

Arrivare a riconoscere tutto ciò come parte del processo scientifico li porta, infatti, ad essere maggiormente consapevoli che creatività, immaginazione e visualizzazione sono tutte parti importanti di questo processo. Inoltre, le discussioni fatte prima in gruppo e poi a livello di classe li rende maggiormente consapevoli del fatto che la scienza è anche un processo sociale.

Finita la riflessione a livello di gruppo si passa ad una discussione a livello di classe

Fase 3: revisione tra pari del lavoro fatto (15 minuti)

Ciascun gruppo attaccherà sulla lavagna, o sul cartellone, un Post-it con il contenuto presunto di ciascuna scatola.

Talk Science teacher training course

Talk Science teacher training course

Si può stimolare la discussione chiedendo di provare a identificare per quale scatola la maggior parte dei gruppi ha dato risposte molto simili o identiche e chiedere cosa questo possa significare.

Poi, si può chiedere di trovare un altro esempio in cui ci sono invece molte differenze nelle risposte. Quindi si chiede a ciascun gruppo di presentare agli altri gruppi le evidenze raccolte per l’individuazione dell’oggetto contenuto in quella scatola cercando di convincerli del fatto che la loro idea sia la più corretta.

Durante la discussione ciascuno dovrà argomentare la propria posizione con le evidenze che ha a disposizione. Ad esempio, qualcuno potrebbe sostenere di non essere d’accordo con la scelta di un altro gruppo perché l’oggetto dentro la scatola ha fatto un suono forte ma lento o un rumore sordo…

Dopo questa discussione dare anche la possibilità ad alcuni gruppi di cambiare idea sul contenuto della scatola nel caso in cui ritengano che ciò che hanno sentito dagli altri gruppi abbia portato nuove evidenze. Ogni gruppo dovrà sempre argomentare la propria scelta con le evidenze a disposizione.

Con questa discussione i ragazzi hanno continuato a lavorare come scienziati e hanno avuto una peer-review del loro lavoro.

Fase 4: conclusione (5 minuti)

Dire ai ragazzi che l’attività è giunta alla conclusione e chiedere se hanno delle domande. Naturalmente i ragazzi vorranno sapere cosa c’è veramente dentro le scatole.

La risposta da dare sarà: non lo so e purtroppo nemmeno voi potrete scoprirlo.

La reazione sarà animata, ma bisognerà sottolineare che le attività che hanno fatto sono una analogia del processo scientifico e che la maggior parte delle volte nemmeno gli scienziati possono “aprire la scatola” per vedere cosa c’è dentro e trovare così una conferma definitiva alla correttezza delle proprie idee. Quando gli scienziati danno risposte basate sulle evidenze alle loro domande di ricerca queste risposte sono sempre “aperte”, soggette cioè a continua revisione man mano che nuove evidenze emergono.

Questo processo è simile a quello che ha portato gli scienziati a rispondere alla domanda “come è fatto l’atomo?” e questo processo, cominciato probabilmente nell’antica Grecia dura ancora ad oggi.

Per saperne di più

Se volete dare un’occhiata a cosa può succedere in classe durante questa attività guardate questo video:

IBSE e mitosi – Explore

La storia di Henrietta Lacks ha avuto sicuramente un impatto emozionale molto grande sui ragazzi. Dopo la lettura del racconto su Henrietta, tratto dal libro di Rebecca Skloot, La vita immortale di Henrietta Lacks, Adelphi,  ho posto alcune domande ai ragazzi che abbiamo discusso insieme.

Perché le cellule si dividono?

Le cellule procariotiche ed eucariotiche si dividono allo stesso modo?

Perché le cellule cancerose sono in grado di dividersi incessantemente?

Secondo voi è giusto coltivare cellule in laboratorio? Quali vantaggi e svantaggi ci sono?

Ora siamo pronti per cominciare ad esplorare la divisione cellulare (fase di Explore).

Le attività che voglio fare sono due: una in classe, “su carta”, e l’altra in laboratorio. Naturalmente, entrambe le attività saranno effettuate PRIMA della fase di spiegazione e i ragazzi lavoreranno quindi  utilizzando solo il ragionamento e le loro conoscenze pregresse.

Quale fare per prima?

Certo, la più coinvolgente sarà sicuramente quella che faremo in laboratorio, ossia l’osservazione della mitosi negli apici radicali di cipolla, ma i ragazzi hanno ancora poca manualità e potrebbe anche capitare che l’allestimento del vetrino porti via molto più tempo del necessario, riducendo di fatto il tempo per l’osservazione e la riflessione. Preferisco, quindi, arrivare alla fase “manuale” in laboratorio dopo aver già riflettuto su quanto poi osserveranno al microscopio.

Decido, quindi, di cominciare a preparare il terreno modificando un pochino un’attività tratta da un lavoro di Danieley (1990) “Exploring mitosis through the learning cycle” che prevede di chiedere ai ragazzi di osservare 15 disegni che rappresentano delle cellule in divisione mitotica e cercare di mettere in sequenza temporale le immagini senza sapere di che si tratta.

Ho già fatto questa attività l’anno scorso, ma questa volta voglio darle un contesto in modo riuscire a far immergere maggiormente i ragazzi nei processi che portano alla produzione di nuova conoscenza scientifica, in altre parole a simulare il lavoro di uno scienziato.

Quello che voglio è che provino a immedesimarsi nei ricercatori che per primi cominciarono ad osservare le cellule vegetali in divisione.

A partire dalla fine dell’Ottocento, le osservazioni al microscopio delle cellule portarono all’identificazione delle strutture interne del nucleo e, in particolare, dei cromosomi. Lo zoologo tedesco Otto Bütschli è stato uno dei primi ricercatori ad elaborare un modello della genesi dei nuclei durante la duplicazione cellulare.

Fu però l’anatomista tedesco Walther Flemming che  descrisse per primo le strutture fibrillari del fuso, fornendo una rappresentazione quasi del tutto corretta dei processi della divisione cellulare, che pubblicò nel trattato Zellsubstanz, Kern und Zelltheilung (Materia cellulare, nucleo e divisione cellulare, 1881).

Walther_flemming_2

Il suo libro fu pubblicato nel 1881 e questo libro segnò un momento davvero importante per la storia della biologia perché Flemming descrisse la divisione cellulare in grande dettaglio grazie ad un nuovo e più potente microscopio e a nuove tecniche di colorazione. Grazie a queste innovazioni, Flemming fu in grado di identificare le strutture che successivamente, nel 1888, Wilhelm Waldeyer (1836-1921) avrebbe chiamato cromosomi .

Le osservazioni microscopiche mostrarono che durante la divisione cellulare la cellula subisce una serie di cambiamenti dinamici e si dividono in due parti identiche, le cellule figlie. Flemming chiamò questo processo mitosi ( dal greco μίτος Mitos “ordito”) e nel suo libro si possono vedere i i disegni delle fasi della divisione delle cellule della coda in crescita dei girini.

Drawing of mitosis by Walther Flemming

La separazione dei cromosomi e lo spostamento verso i rispettivi poli delle parti che si formano durante la duplicazione cellulare fu una scoperta importante che permise di cominciare a comprendere meglio anche come una singola cellula possa trasformarsi in un organismo complesso costituito da molte cellule che interagiscono tra loro.

Quali sono gli eventi in sequenza della mitosi?

Distribuisco quindi una scheda con disegnate 15 cellule in differenti fasi della mitosi.

MitosisSequencing

I disegni che vedete sono quelli che fece Flemming durante le osservazioni delle cellule in duplicazione della coda di girino di rana. Secondo voi qual è la sequenza degli eventi che portano da una cellula originaria ad ottenerne due identiche?

Avete 5 minuti per mettere in sequenza le cellule scrivendo sotto ciascuna un numero da 1 a 15 con la matita (in modo da poter eventualmente modificare successivamente la numerazione). Una volta fatta questa riflessione a livello individuale, vi riunirete in gruppi di quattro e avrete quindici minuti per discutere le ragioni delle vostre scelte ed arrivare ad una sequenza condivisa.

È bene rassicurare fin da subito i ragazzi sul fatto che non importa se conoscono o meno ciò che rappresenta ciascun disegno. Il loro compito consiste semplicemente nell’usare la logica e il ragionamento per mettere in sequenza le cellule semplicemente sulla base di quanto osservano nei disegni, esattamente come fecero Flemming e gli scienziati del suo tempo.

La fase individuale di riflessione è molto importante. All’inizio i ragazzi si troveranno naturalmente un po’ in difficoltà, ma per cominciare a costruire la propria comprensione è necessario costringerli a sforzarsi di riflettere da soli almeno per un po’. Se lavorassero in gruppo fin dall’inizio, i ragazzi più fragili o più timidi si lascerebbero condurre passivamente da quelli più bravi o più decisi senza riuscire a innescare il proprio percorso di apprendimento.

Durante la discussione finale, a livello di classe, ho cominciato chiedendo a ciascun gruppo di indicare quale sia il primo disegno della sequenza e di spiegare le ragioni della scelta e abbiamo proseguito così fino ad arrivare ad una sequenza condivisa da tutta la classe.

La prima volta che ho fatto questa attività (l’anno scorso) ero molto preoccupata perché non sapevo come avrebbero reagito i ragazzi e temevo che si sarebbero trovati in grande difficoltà, visto che non avevo ancora spiegato nulla sull’argomento. Come al solito però, i ragazzi mi hanno confermato quanto sono in gamba, non solo finendo velocemente sia a livello individuale che di gruppo, ma arrivando quasi tutti alla sequenza corretta basandosi solo sull’osservazione dei disegni e sul ragionamento.

La prossima lezione, prima di cominciare a spiegare cosa succede alla cellula nelle varie fasi della divisione cellulare e di introdurre il lessico specifico delle strutture che si formano e delle varie fasi della mitosi, i ragazzi prepareranno dei vetrini con gli apici radicali delle cipolle che abbiamo messo a germogliare nell’acqua dieci giorni fa. Non vedo l’ora di vedere le loro facce quando vedranno per la prima volta al microscopio i cromosomi e nei vetrini preparati con le loro mani! Ogni volta è una vera gioia! 🙂

Per saperne di più:

– Chip Asbury e Linda Wordeman, A Short History of Mitosis: the Early Days

 

IBSE e diffusione

Nuova sfida per i miei ragazzi, grande soddisfazione per me.

Proseguiamo l’unità sul movimento delle sostanze (fase di EXPLORE) attraverso le membrane cellulari con un’attività sulla diffusione attraverso una membrana semipermeabile.

Devo essere sincera, ho faticato molto per riuscire a trovare un’idea intrigante sulla diffusione. Con l’osmosi è facile, ma la diffusione? Certo, si possono fare piccole esperienze sulla diffusione di un profumo nella stanza, sulla diffusione del colore in un bicchiere d’acqua, ma questo non rende neanche lontanamente cosa significhi diffusione attraverso una membrana semipermeabile.

Inoltre, avevo bisogno di una attività da poter trasformare in IBSE, un’investigazione scientifica che i ragazzi potessero svolgere PRIMA della fase di spiegazione, solo con la forza delle loro idee e delle conoscenze accumulate fin qui.

Ebbene…cercando cercando l’ho trovata e mi ha dato soddisfazione per cui voglio condividerla con voi.

Siamo andati in laboratorio e in ciascuna postazione ho fatto trovare questi materiali:

  • due becher da 250 ml
  • acqua del rubinetto
  • amido di mais
  • tintura di iodio
  • 2 bustine per alimenti con cerniera
  • contagocce
  • cucchiaio
  • 2 vetrini da orologio
  • cilindro graduato

Per prima cosa ho fatto alcune domande introduttive per richiamare alcuni concetti (prerequisiti) importanti per l’attività, ossia il concetto di soluzione, di soluto e di indicatore.

Questi ragazzi avevano già utilizzato sostanze indicatrici in una investigazione precedente sulle biomolecole, per cui volevo verificare cosa ricordassero.

Fare previsioni prima dell’attività

Lo iodio viene usato come indicatore della presenza di amido. Come si può fare per testare questa sua proprietà? Avete 5 minuti per progettare un modo con i materiali che avete a disposizione.

I ragazzi ricordano da una investigazione precedente che lo iodio a contatto con l’amido cambia colore diventando da rosso/ambrato a viola/nero. Non solo, mentre osservo i gruppi al lavoro, passando tra i banconi del laboratorio, le mie orecchie rimangono incantate.

Odo parole come “controllo positivo” e “controllo negativo” e il mio cuore esulta. Si ricordano!!! Un paio di mesi fa abbiamo fatto un’altra investigazione (sulle biomolecole) in cui, per la prima volta, hanno dovuto riflettere sul significato di questi termini. Da allora non ne abbiamo più parlato e ora li sento usare i termini corretti nel contesto giusto senza alcun tipo di suggerimento, riferimento o scheda. Quasi quasi mi commuovo…

In un attimo ecco la proposta condivisa da tutti: mettono qualche goccia d’acqua nei due vetrini da orologio a disposizione, aggiungono un pizzico di amido in uno dei vetrini e poi un paio di gocce di tintura di iodio in entrambi. Ottimo: controllo positivo e negativo fatto!

Scattano qualche foto e si continua.

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Spiego brevemente che dovranno preparare due becher con una soluzione di acqua e iodio. Nelle due bustine di plastica dovranno versare una uguale quantità di acqua. In una delle due bustine dovranno poi aggiungere un cucchiaio di amido. Quindi, immergeranno entrambe le bustine nelle soluzioni con lo iodio e osserveranno eventuali cambiamenti alla ricerca di evidenze per rispondere alla seguente domanda investigabile: come si può determinare se dei soluti diffondono attraverso una membrana?

Prima di cominciare però dovranno sforzarsi di riflettere su ciò che potrebbe essere un’evidenza del passaggio delle sostanze attraverso la membrana (bustina) di plastica per cui chiedo:

Come si può fare a determinare se l’amido diffonde attraverso la membrana di plastica?

Adesso al lavoro!

Dopo aver discusso le domande e identificato possibili evidenze (ad esempio: se l’amido esce dalla busta la soluzione con lo iodio cambierà colore e diventerà scura, oppure se lo iodio entrerà nella busta l’amido diventerà scuro) riempiono a metà due becher con acqua del rubinetto. Siglano un becher con la lettera A e l’altro becher con la lettera B e aggiungono in ciascun becher 15 gocce di tintura di iodio.

SICUREZZA – Attenzione! Lo iodio è pericoloso se ingoiato o inalato direttamente. Può macchiare i vestiti e la pelle.

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Osservate i due becher. Di che colore diventa l’acqua quando viene aggiunto lo iodio? (giallo ambrato)

Riempiono poi una bustina di plastica con 50 ml di acqua. Nella seconda bustina versano i 50 ml di acqua e un cucchiaio di amido. Chiudono bene le bustine e verificano che non fuoriesca liquido dalle chiusure capovolgendone il contenuto.

Quindi, immergono la bustina contenente solo acqua nel becher A (controllo) e quella con acqua e amido nel becher B e le lasciano immerse per 30 minuti.

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Cosa pensate che accadrà? Scrivete sulla scheda la vostra previsione.

Analisi e conclusioni

Inferenza Dopo che avete immerso le buste di plastica nei becher, cosa è successo allo iodio? Cosa è successo all’amido?

Dopo 30 minuti si compie una “magia” e si verifica un cambiamento di colore nel becher B: l’acqua è un po’ meno gialla mentre sollevando la bustina si può vedere che l’amido all’interno della bustina è diventato viola. Nel becher A non c’è stato nessun cambiamento significativo di colore.

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Inferenza L’acqua è entrata nella busta di plastica o è uscita dalla busta di plastica? Come fate a saperlo? Perché?

L’acqua non si è mossa. Non è entrata nella busta e non è uscita dalla busta. L’evidenza è il fatto che la busta non si è gonfiata e il livello dell’acqua nel becher non è cambiato. La busta è impermeabile all’acqua, quindi se la busta è integra e sigillata, l’acqua non vi può né entrare né uscire.

Applicare i concetti Usate quello che sapete sulla struttura dell’amido per spiegare i risultati ottenuti.

Quanto osservato è un’evidenza del fatto che lo iodio ha attraversato la membrana di plastica e ha reagito con l’amido cambiando colore. Questo è successo perché la bustina è selettivamente permeabile e le molecole di iodio sono sufficientemente piccole per attraversarla, mentre le molecole di acqua e amido no per cui vengono bloccate dalla membrana di plastica. Non c’è amido nel becher perché lo iodio ha cambiato colore solo nella busta e non nel becher.

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Usare analogie In che modo, secondo voi, la bustina di plastica può essere considerata una membrana con un comportamento simile a quello della membrana cellulare?

Il movimento dello iodio attraverso la membrana di plastica è simile a quello delle molecole attraverso le membrane biologiche. La bustina di plastica è, infatti, semipermeabile: si lascia attraversare dallo iodio ma non dall’acqua o dall’amido.

Dalle osservazioni fatte si è potuto constatare, inoltre, che lo iodio si è mosso da dove la concentrazione era maggiore a dove la concentrazione era minore.

Breve sintesi di quanto osservato, breve discussione dei risultati.

Non è ancora arrivato il momento della spiegazione. Prossima tappa: esplorazione dell’osmosi nelle cellule vegetali.