Struttura della conoscenza scientifica

Una prima efficace descrizione della struttura della conoscenza è stata data da Bruner (1966) secondo cui gli studenti dovevano essere capaci di rappresentare i fenomeni a tre distinti livelli: l'enattivo, l'iconico e il simbolico. L'enattivo si riferisce ai fenomeni che possono essere osservati, riguarda la dimensione dell'esperienza percepita attraverso i cinque sensi. Il livello iconico si riferisce alle rappresentazioni interne, ai modelli, mentre il livello simbolico si riferisce alle rappresentazioni astratte: linguaggio, simboli, definizioni, formule utilizzate per descrivere i fenomeni. Per una comprensione effettiva dei fenomeni è necessario saperli rappresentare a tutti e tre i livelli. Nel 1991 Johnstone ha proposto un modello analogo per la conoscenza scientifica chiamato "I tre livelli concettuali della comprensione scientifica". I tre livelli identificati da Johnstone sono il livello macroscopico, il livello sub-microscopico e il livello simbolico. Al livello macroscopico lo studente fa esperienza del fenomeno attraverso dimostrazioni e esperienze di laboratorio, il livello sub-microscopico studia i fenomeni che avvengono al livello di molecole e atomi [Gabel (1999) nell'ambito della didattica della chimica ha proposto di rinominare questo livello chiamandolo livello particellare], il livello simbolico si riferisce alle formule scientifiche, alle equazioni, alle definizioni. Recentemente Hitt & Townsend (2004) hanno proposto di rinominare il livello sub-microscopico in livello del modellamento dato che tutte le rappresentazioni a livello molecolare e atomico fanno ricorso a modelli per rappresentare i fenomeni, inoltre questa terminologia permette di estendere questa rappresentazione a discipline diverse dalla fisica e dalla chimica, la biologia ad esempio utilizza modelli per descrivere i processi e le strutture a livello subcellulare, e a diversi livelli di scala ad esempio permette di includere i modelli atmosferici utilizzati in meteorologia.
Consideriamo ad esempio il concetto di reazione chimica: può essere comunicato a livello macroscopico sottolineando come le sostanze possono avere o non avere la tendenza a dare una data reazione, può essere comunicato a livello di modello evidenziando come gli atomi che costituiscono le molecole si riarrangiano durante una reazione e può essere comunicato a livello simbolico attraverso la equazione chimica che descrive la reazione bilanciata. Dal momento che la rappresentazione a livello di modello e la rappresentazione simbolica hanno una natura astratta è più probabile che per queste rappresentazioni si formino delle misconcezioni.
Hitt, A., and J.S. Townsend. 2007. Getting to the core issues of science teaching: A model-based approach to science instruction. Science Educator 16(2): 20–26