Dottorato in didattica della chimica: aree di indagine

Quella che segue è una breve presentazione del significato della ricerca in didattica della chimica e dei suoi principali filoni di indagine; in sostanza, i temi che uno studente potrebbe approfondire nel momento in cui entrasse a far parte di un programma di dottorato in didattica della chimica. Alcuni di questi temi presuppongono una certa esperienza di insegnamento; dunque sono particolarmente adatti per gli insegnanti che volessero conseguire un titolo accademico di grado superiore alla laurea e nel contempo aggiornare conoscenze e metodi. Per uno studente non titolare di cattedra è possibile appoggiarsi ad una struttura esterna scegliendo un particolare segmento scolastico e affiancando dei docenti; oppure potrebbe agire all’interno del dipartimento universitario in cui opera. La messa a punto di particolari sequenze didattiche è solo una modalità tra le tante di fare ricerca didattica; ad esempio, possono essere somministrati questionari (sia ai docenti che agli allievi), si può agire all’interno della formazione docenti, possono essere ideate nuove esperienze di laboratorio o tecnologie didattiche particolarmente innovative.

Analizziamo ora la natura della ricerca didattica, elencando con maggiore dettaglio alcune sue aree di indagine. La ricerca in chimica comunemente intesa e la ricerca in didattica della chimica differiscono in molti aspetti [1]. La ricerca didattica è in genere svolta coinvolgendo diversi tipi di soggetti che apprendono: essi sono tipicamente studenti, ma anche futuri docenti che necessitano di formazione per conseguire l’abilitazione all’insegnamento, o insegnanti in servizio che devono aggiornare le loro conoscenze nel corso della carriera. In didattica, i laboratori chimici non sono usati allo scopo di aggiungere nuovi tasselli alla conoscenza della disciplina, o semplicemente per mettere in pratica ciò che già si conosce: il solo scopo di un laboratorio didattico è quello di promuovere l’apprendimento degli studenti tramite esperienze appositamente progettate dai docenti. Questa è una prima importante differenza tra la ricerca in didattica delle scienze e la ricerca scientifica in senso stretto.

Nella ricerca educativa la ripetibilità dei risultati non è sempre garantita: ci sarà sempre un alto numero di fattori al di fuori del controllo del ricercatore. Un metodo di sintesi di un composto chimico deve necessariamente funzionare a prescindere da variabili spaziali (posizione geografica del laboratorio) e temporali (il medesimo composto è ottenuto ripetendo più volte la stessa procedura di sintesi). Al contrario, i risultati di apprendimento ottenuti in un dato contesto possono non essere gli stessi considerando altri studenti dello stesso tipo, o gli stessi studenti in diversi periodi. Questo è uno svantaggio, ma allo stesso tempo esso fornisce una ragione in più per coltivare tale genere di studi: visto che i risultati non sono mai ottenuti in modo definitivo, è necessario moltiplicare le sperimentazioni al fine di allargare progressivamente la platea di studenti e docenti coinvolti.

Inoltre, la ricerca chimica “classica” si differenzia dalla ricerca in didattica della chimica (e delle scienze in generale) poiché quest’ultima richiede conoscenze in campi molto distanti tra loro: dalla pedagogia all’economia, dalla psicologia alla filosofia, dalla storia della scienza alla statistica, etc. Nella ricerca didattica confluiscono tutti questi settori; l’importanza di ognuno di essi dipende dallo specifico percorso di ricerca intrapreso.

Gli studi di didattica delle scienze possono avvalersi di metodi quantitativi, qualitativi o misti. I metodi qualitativi includono interviste, osservazioni, diari di bordo e altri strumenti tipici delle scienze sociali. I dati raccolti tramite metodi quantitativi sono analizzati con strumenti statistici; in questo caso, più individui collaborano al fine di accrescere il numero dei dati, fino a coinvolgere un campione che occupa una determinata area geografica. I dati possono essere raccolti efficacemente tramite questionari online, risparmiando il tempo di percorrenza e coinvolgendo soggetti di paesi estremamente distanti tra loro.

In Italia, le ricerca in didattica delle scienze condotte sul larga scala sono poco diffuse per vari motivi, non ultimi le difficoltà finanziarie e la scarsa consapevolezza dell’importanza della didattica. Solitamente un singolo docente – talvolta con un ristretto gruppo di colleghi – conduce sperimentazioni didattiche nelle sue classi. A dispetto dei suoi limiti, l’esistenza di questi nuclei di ricerca è un dato fortemente incoraggiante, poiché essi possono essere un punto di partenza per accrescere il numero di individui coinvolti, incrementando i dati disponibili e il ventaglio dei possibili temi di ricerca.

Questa difficoltà di espansione della ricerca educativa – a livello geografico, ma anche di estensione temporale e di varietà dei temi trattati – non riguarda solo l’Italia: essa è avvertita anche a livello internazionale, soprattutto per i seguenti motivi [2]: la maggior parte degli studi riguarda l’apprendimento della chimica generale, poco si sa su altri rami quali la chimica organica o settori più specialistici; anche se in letteratura è possibile reperire un enorme numero di articoli sull’uso del laboratorio chimico, gli studi sugli apprendimenti degli studenti ad esso correlati non sono ben caratterizzati; esiste una grande mole di studi sulle concezioni errate degli studenti, ma pochi di essi spiegano come evitare che si radichino o come esse possono essere corrette. Inoltre, mentre in campo medico la fase di follow-up è una pratica consolidata per verificare lo stato di salute dei pazienti nel tempo, nella didattica chimica sono rari i cosiddetti “studi longitudinali” che tengono traccia delle scelte accademiche e lavorative degli studenti presi in considerazione in un dato periodo (un encomiabile esempio di questo tipo di studi è stato svolto in Germania a partire dalla scuola dell’infanzia fino all’età adulta). Verificare gli effetti a lungo termine delle innovazioni didattiche è estremamente importante, poiché consente di introdurre i necessari correttivi qualora i risultati – pur soddisfacenti nel breve/medio periodo – si rivelassero poco o per nulla persistenti.

Un altro campo che senza dubbio merita maggiore attenzione è la ricerca didattica interdisciplinare, la cui difficoltà risiede principalmente nella necessità di collaborazione fra esperti con retroterra culturali talvolta molto diversi fra loro. Lo scopo di questo tipo di studi è quello di incoraggiare gli studenti nell’elaborare un corpo di conoscenze coerenti tra loro, piuttosto che isole frammentate corrispondenti alle diverse discipline. Molti concetti scientifici meritano infatti di essere affrontati attraverso differenti campi del sapere per essere compresi al meglio nella loro natura o nelle loro differenti interpretazioni. Un grande supporto alla didattica interdisciplinare è dato dagli studi che affrontano una disciplina come la chimica da un punto di vista storico, filosofico o sociale. Ad esempio, gli studenti analizzano l’impatto sociale, ambientale, economico di processi o prodotti chimici. In questo tipo di didattica il contesto gioca un ruolo fondamentale, giacché gli studenti sono incoraggiati a valutare particolari situazioni generalmente in risposta a questioni etiche; nel contempo essi assimilano concetti chiave della chimica e relative pratiche di laboratorio.

Anche nella ricerca storico-didattica il contesto gioca un ruolo fondamentale: attraverso lo studio della sua storia, la chimica è mostrata anzitutto come un’impresa umana che ha esercitato grande influenza sui governi, sul progresso sociale, sulla produzione artistica, etc.. Dunque, il contributo della storia della chimica alla ricerca didattica è quello di illustrare il dinamismo delle scoperte e le ricadute delle loro applicazioni, incoraggiando una visione a tutto tondo dei concetti chiave della disciplina anche alla luce della loro evoluzione nel tempo.

Un campo largamente inesplorato riguarda l’impatto degli studi filosofici sul processo di insegnamento-apprendimento. Di seguito sono elencati alcuni dei più importanti campi di indagine relativi a questo settore di ricerca [3]:

Concetti chimici – Qual è la loro natura? Qual è il livello di formalismo più appropriato da adottare? Essi possono essere espressi per mezzo dei concetti della fisica? Cosa si perde nel ridurre la chimica alla fisica? Il riduzionismo porta ad una conoscenza incompleta?

Si consideri un particolare concetto, ad esempio l’equilibrio chimico: qual è il suo significato filosofico? Come tale significato può essere usato a fini didattici?

Leggi chimiche – Entro determinati limiti, le leggi della fisica sono considerate esatte, mentre molti filosofi della chimica sottolineano il carattere approssimato, impreciso e ricco di eccezioni delle leggi chimiche. Un’accurata analisi della natura delle leggi, dei principi e delle regole empiriche in chimica può essere utile agli studenti per valutare l’efficacia delle spiegazioni chimiche e del valore predittivo di questa scienzaLaws of physics are considered exact (given proper constraints), whereas many philosophers of chemistry underline the approximate, imprecise and rich-of-exceptions character of chemical laws.

Modelli chimici – Rispetto ad altri scienziati, i chimici usano i modelli in maniera peculiare. Ad esempio, lo stesso concetto è spiegato facendo uso di più modelli (si considerino due casi particolarmente rappresentativi: l’acidità/basicità secondo Arrhenius, Brönsted&Lowry, Lewis; il legame chimico secondo la teoria VSEPR, del legame di valenza o degli orbitali molecolari). Tali differenti modelli sono a loro volta intimamente connessi allo sviluppo storico del concetto in esame. L’insegnante deve essere consapevole del fatto che l’esistenza di modelli multipli può confondere lo studente. Non è detto che il modello più recente sia quello più efficace a livello didattico; anzi, in molto casi è vero il contrario: si pensi al modello atomico di Dalton, estremamente efficace con gli studenti alle prese per la prima volta con la natura particellare della materia.

Linguaggio chimico – Il potente linguaggio chimico è altamente simbolico; esso non è usato solo per comunicare informazioni, ma ricopre un ruolo fondamentale nella costruzione stessa della conoscenza chimica. Per questo motivo è estremamente utile coinvolgere gli studenti in discussioni circa la nascita, la tipologia, l’evoluzione e i limiti del linguaggio chimico.

Riferimenti

[1] Celestino, T. Chemistry in context: case studies and in-service teachers’ opinions. PhD thesis, University of Camerino, 2017.

[2] Town, M. H. New Guidelines for Chemical Education Research Manuscripts and Future Direction of the Field, J. Chem. Ed. 2013, 90, 1107-1108.

[3] Talanquer, V. Chemistry Education: Ten Facets to Shape Us, J. Chem. Ed. 2013, 90, 832-838.