Un approccio allo studio dei modelli scientifici

Nella mia tesina per l'abilitazione tra i vari aspetti affrontati ho dato particolare rilievo alle modalità con cui si possono studiare in classe i modelli scientifici. La tesina era centrata sulle scienze della Terra; in questa disciplina i modelli scientifici sono ampiamente utilizzati anche nella attività di ricerca dato che i fenomeni geologici non possono essere riprodotti in un laboratorio senza fare ricorso a un modello. Inoltre l'assunto secondo cui il presente è la chiave per comprendere il passato implica una conoscenza basata sulla analogia (e quindi sulla modellizzazione) del passato attraverso il presente. Per tutte queste ragioni l'uso dei modelli si presta ad una efficace trasposizione didattica dei fenomeni geologici.
Secondo Duncan Sibley (1) i modelli utilizzati nelle scienze della Terra sono essenzialmente delle analogie. Per comprendere queste ultime la mente deve attivare cinque processi cognitivi descritti nel dettaglio da Gentner e Colhoun (2). Riporto questi cinque processi nella tabella seguente:

Il lavoro di elaborazione che eseguono gli alunni dopo aver studiato un modello in laboratorio allora, è efficace se ripercorre questi cinque processi cognitivi, preferibilmente attraverso una riflessione metacognitiva.
Nella tesina proponevo di utilizzare, a questo scopo, uno strumento euristico proposto da Gowin, il diagramma a V. Avevo scelto il diagramma a V perchè è uno strumento che consente di stabilire una correlazione tra gli aspetti teorici e procedurali di una esperienza di laboratorio, nel caso del modello quindi si poteva stabilire una correlazione tra la realtà (o meglio la rappresentazione esperta condivisa dalla comunità scientifica) e il modello sperimentale utilizzato in laboratorio. Proponevo quindi di riportare i primi quattro processi cognitivi di Gentner e Colhoun nel versante teorico della V di Gowin e gli aspetti concreti del modello visto in laboratorio nel versante operativo.
L'adattamento che ne è risultato è riportato nello schema seguente:

Gli esempi che avevo riportato nella tesina erano presi dal sito Earthlearningideas.org che elenca innumerevoli esperienze e modelli per le scienze della Terra, in particolare avevo preso come esempio l'esperienza "Shaken but not stirred" per la quale vi riporto il link al file pdf in inglese:  http://www.earthlearningidea.com/PDF/112_Shaken_not_stirred.pdf.
Per questa esperienza il diagramma a V risultante era il seguente:

Negli anni seguenti ho provato ad utilizzare questo approccio in classe, in particolare ho avuto l'opportunità di utilizzarlo in classi prime. Gli alunni di 14-15 anni però hanno mostrato difficoltà ad utilizzare il diagramma di Gowin, sia per la difficltà di compilare un grafico di quella forma che per l'astrattezza dei descrittori delle varie sezioni. Allora ho ripiegato su una tradizionale relazione di laboratorio strutturata in modo da evidenziare comunque i processi cognitivi formalizzati da Gentner e Colhoun.
La relazione quindi era organizzata in modo da richiedere una risposta alle seguenti domande:

Anche con questo schema alcuni allievi mostravano delle difficoltà pertanto ho fatto ricorso ad una applicazione online per fornire supporto e feedback alla classe durante la stesura della relazione. Si tratta di kaizena, un sito che si integra con il LMS Google apps for education e permette di fornire dei feedback agli alunni riducendo nel contempo il carico di lavoro del docente. In particolare kaizena consente di condividere una prima bozza del lavoro svolto tra il docente e il singolo allievo o anche tra il docente e l'intera classe. Il docente può quindi fornire delle indicazioni sul lavoro svolto sia sotto forma di feddback scritti che come registrazione audio. E' possibile anche costruire librerie di feedback precompilati per poterli riutilizzare con studenti diversi. Nel corso dell'ultimo anno scolastico con il supporto di Kaizena ho ottenuto ottimi risultati in una classe prima di Liceo delle Scienze Applicate, risultati misurati con il supporto di una rubrica valutativa.
Riporto di seguito una schermata di kaizena che si riferisce alla relazione della esperienza "Cycling water and heat in the lab" (earthlearningideas.org).

(1) Sibley, D. F. (2009) A cognitive framework for reasoning with scientific models:  Journal of Geoscience Education. v. 57, n. 4, p. 255-263.
(2) Gentner, D., & Colhoun, J. (2010) Analogical processes in human thinking and learning. In B. Glatzeder, V. Goel, & A. von Müller (Vol. Eds.), On Thinking: Vol. 2. Towards a Theory of Thinking, pp 35-48. Springer-Verlag.