Esercitare il pensiero critico lavorando su casi di studio

In questo articolo presento la possibilità di lavorare con gli studenti sull’applicazione di un metodo razionale coerente nella scoperta scientifica e tecnologica legata alla biologia e alla medicina.

Gli studenti dovrebbe apprendere, o allenare la loro capacità già acquisita, a progettare processi di indagine del mondo biologico basati sul metodo scientifico e a valutare in modo critico le indagini fatte da altri o riportate dai mezzi di informazione.

La piccola casa editrice “Cape West” ha pubblicato sul suo sito una pagina dedicata all’allenamento all’uso del pensiero critico in biologia proponendo lo studio didattico di una serie di casi reali documentati. Trovate la pagina a questo link: http://capewest.ca/ct.html. Vengono presentati 5 casi, ciascuno utile per sviluppare una specifica competenza, corredati da una guida all’analisi e alla risoluzione. Segue poi una lista di ulteriori casi sui quali è possibile lavorare utilizzando le modalità descritte sopra nei 5 casi guidati.

Ho preparato una scheda di lavoro per insegnanti in italiano che presenta 3 di questi casi in una versione un pochino semplificata (adatta all’insegnamento delle scienze nelle scuole secondarie di secondo grado). Si tratta di schede pronte all’uso che possono essere distribuite agli studenti, la risoluzione può essere utile all’insegnante o può essere fornita agli studenti per autoverificare il propio lavoro.

Il consiglio è quello di:

1. far lavorare gli studenti in gruppi di lavoro sul caso,
2. quindi interrompere i lavori e discutere quali strategie di analisi/risoluzione del problema gli studenti abbiano messo in atto;
3. suggerire delle possibili strade (ad esempio indicare esplicitamente a quali domande trovare risposta o quali parametri statistici utilizzare per valutare i dati);
4. lasciar lavorare gli studenti in autonomia anche con l’utilizzo di supporti (possono cercare informazioni sui libri o in rete per cercare di calcolare quanto richiesto se non ricordano la formula o per cercare informazioni che ritengono utili);
5. discutere insieme i risultati ottenuti con l’analisi guidata

La vera potenzialità di questo metodo di lavoro è l’uso che se ne può fare progettando di volta in volta per la classe attività:

• relative a casi che vengono dalle più recenti notizie,
• o relative a esperimenti che gli studenti sono chiamati a progettare da soli o in gruppi e poi a valutare in un ambiente fra pari con una discussione rispettosa e costruttiva guidata dall’insegnante

Riporto qui di seguito due delle tante applicazioni di questo metodo di insegnamento sperimentate con successo con gli studenti del primo biennio della scuola secondaria di secondo grado.

caso 1: le nuvole in barattolo

Quando si parla in classe della formazione delle nubi, si può assegnare per casa agli studenti la costruzione di un semplice modello sperimentale che testi quanto è stato spiegato riguardo alle nuvole riproducendo la situazione su piccola scala all’interno di un barattolo.

Si forniscono agli studenti le istruzioni per costruire il modello, poi si chiede loro di progettare e realizzare oltre all’esperimento un controllo sperimentale che consenta loro di testatare una delle variabili e di dare una interpretazione univoca del risultato sperimentale.

Ogni studente seguirà una sua strada, ma nel prossimo incontro in classe gli studenti lavoreranno in gruppo, ciascuno contribuirà con le proprie esperienze e ciascun gruppo dovrà trarre solo le conclusioni che è lecito trarre in base alle esperienze fatte. I lavori e le conclusioni di ogni gruppo vengono condivise con la classe.

Questo è un laboratorio di metodo scientifico in classe su un argomento normalmente affrontato nello studio delle scienze della Terra.

Una utile guida da fornire agli studenti su come costruire l’esperimento:

Esperimento nuvola in barattolo

un modello per la formazione delle nubi nella nostra atmosfera

materiali necessari per eseguire l’esperimento:

• 1 cartoncino scuro
• 1 barattolo o bicchiere grande trasparente e con i lati piatti
• Acqua calda (modello dell’acqua che evapora)
• Nastro adesivo
• Un sacchetto risigillabile
• Cubetti di ghiaccio (modello della bassa temperatura nella parte alta dell’atmosfera)
• Un fiammifero (modello delle microparticelle di solidi sospese nell’aria e necessarie alla formazione delle nubi)

Istruzioni per eseguire l’esperimento:

attaccare il cartoncino nero al barattolo/bicchiere usando il nastro adesivo per creare lo sfondo scuro

versare acqua calda nel barattolo fino a circa ¼ del suo volume

riempite il sacchetto di cubetti di ghiaccio e sigillatelo (chiudetelo bene). assicuratevi che le dimensioni siano tali da coprire interamente l’apertura del barattolo

accendete un fiammifero e poi spegnetelo, aspettate 1-2 secondi e fatelo cadere nel barattolo con l’acqua calda

mettete rapidamente il sacchetto di ghiaccio sopra al barattolo e osservate le nuvole che si formano all’interno

caso 2: alla ricerca di vita microbica

Quando si affronta con gli studenti il tema dello studio della vita e si costruisce insieme in classe una utile definizione di “essere vivente” si fanno spesso seguire riflessioni e/o esperienze sperimentali su come ricercare la presenza di viventi in un certo ambiente o su come verificare che un certo oggetto sia o sia stato vivente. Le strade da seguire sono certamente la ricerca di cellule utilizzando la microscopia, la coltivazione di viventi e l’estrazione e l’analisi di acidi nucleici in un campione.

Una esperienza molto interessante è quella di far progettare agli studenti esperimenti per cercare la presenza di vita microbica nella propria quotidianità.

E’ necessario preparare piastre di terreno gelificato per colture microbiche con diversa selettività (ad esempio diversi nutrienti e/o presenza di antibiotici o antifungini) e informare gli studenti sulla disponibilità di terreni e sulla loro selettività.

Gli studenti quindi si riuniscono in gruppi e si accordano su quale tema ciascun gruppo affronterà (si possono anche suggerire dei contesti, ad esempio la ricerca di microbi nella nostra bocca o nelle nostre mani prima o dopo il lavaggio, i microbi presenti sulla superficie o all’interno dei diversi cibi che mangiamo, quelli presenti sugli apparecchi tecnologici che utilizziamo o sui soldi o nell’acqua del rubinetto piuttosto che in quella imbottigliata.. ).

Ogni gruppo dovrà:

• costruire una ipotesi iniziale da testare,
• pianificare l’esperimento e i suoi controlli con il materiale che ha a disposizione
• prevedere quali misure o dati quantificabili ottenere dall’esperimento
• realizzare l’esperimento
• analizzare i dati ottenuti utilizzando tabelle, grafici e parametri statistici
• riferire i risultati ottenuti alla classe in 3 diapositive che contengano foto e dati sperimentali

La classe discuterà fra pari se l’esperimento è stato condotto in modo rigoroso, se l’analisi dei dati è corretta, se le conclusioni tratte sono coerenti.

caso 3: come fanno gli uccelli a riconoscere i propri piccoli?

E’ disponibile online una scheda completa in inglese per far lavorare gli studenti su un caso di studio di biologia e imparare così ad utilizzare il metodo scientifico. La scheda è disponibile sul sito “

Evidence-based teaching resources for undergraduate biology education”

Non solo occasionali casi di studio ma un intero percorso di apprendimento della biologia basato su come la conoscenza in biologia è stata costruita

Il rapporto dell’American Association for the Advancement of Science suggerisce che gli insegnanti “non possono più fare affidamento solo sul tentativo di coprire un programma ricco di argomenti” ma piuttosto dovrebbero “introdurre meno concetti ma presentarli in modo più approfondito. ” Suggeriscono inoltre che i principi incorporati in una serie di concetti e competenze fondamentali dovrebbero essere la base per tutti i corsi di biologia anche non universitari.

Il tema degli strumenti per il pensiero critico in biologia è la prima e più fondamentale di queste competenze: la capacità di applicare il processo scientifico. I corsi di biologia e i curricula devono coinvolgere gli studenti nel modo in cui viene condotta l’indagine scientifica, compresa la valutazione e l’interpretazione delle spiegazioni scientifiche del mondo naturale.

Il libro pubblicato da Stephen H. Jenkins  “Tools for Critical Thinking in Biology” utilizza diversi esempi per illustrare come funzionano gli esperimenti, come le ipotesi possono essere verificate da osservazioni sistematiche e comparative quando gli esperimenti non sono possibili, come i modelli sono utili nella scienza e come le decisioni sane possono essere basate sul peso dell’evidenza anche quando l’incertezza resti. In questo libro la biologia non è spiegata per argomenti ma raccontando esempi  di indagini scientifiche contemporanee in campi diversi come l’ecologia e la medicina spiegando il metodo usato per l’indagine. Affrontare la materia così fornisce agli studenti una comprensione più profonda dei punti di forza e di debolezza di tali metodi per rispondere a nuove domande e cambierà in tal modo il modo in cui pensano ai fondamenti della biologia

Questo strumento è certamente prezioso nella mani di un docente di biologia ed è la fonte di utili e preziose lezioni nello stile descritto in questo post. Può anche essere la fonte di letture da proporre in una classe in cui si insegna con metodologia CLIL.