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Fisica, l’arte del pensiero scientifico

Contributo di Marilù Chiofalo   Professoressa di Fisica della materia al Dipartimento di Fisica dell’Università di Pisa, componente dell’Associazione Donne e Scienza e del gruppo di lavoro G6 per la formazione insegnanti del Piano Lauree Scientifiche.

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Per Einstein e Infeld la ricerca scientifica è come un giallo avvincente, dove la Natura compie il misfatto e lo/a scienziato/a è il/la detective che, con indizi, intuizioni, prove e riprove svela il mistero. Il pensiero scientifico, come quello artistico, parte da una qualche forma di realtà, crea una sua comprensione, dà forma all’atto creativo con un qualche sistema simbolico ad alta densità di informazione per poi riconnettersi alla realtà sperimentata. In questo ciclo, ogni coriandolo di cervello è coinvolto nel legare astrazione e realtà, creatività e formalizzazione. Per ogni persona, una rivoluzione nel modo di essere in relazione con la realtà attraverso le proprie molte intelligenze, quelle di Howard Gardner: ecco che l’educazione al pensiero scientifico diviene una forma di didattica inclusiva di tutte le differenze, a partire da quelle di genere. È evidente l’enorme potenziale per lo sviluppo di cittadine, cittadini, e comunità intelligenti nel risolvere problemi. Nutrire le menti attraverso l’educazione e la pratica del pensiero scientifico è una straordinaria opportunità per accendere la creatività e consapevolezza dell’importanza degli errori, accrescere l’abilità di tradurre tra sistemi simbolici differenti da quello verbale, guardare alla realtà con spirito critico perché nella scienza si confrontano teorie affette da approssimazioni con esperimenti affetti almeno dalle imperfezioni degli strumenti di misura. Questo è sempre stato vero, mai così chiaro come in pandemia. Se per molti il fascino della scienza è svelare i misteri dell’Universo e produrre tecnologie per migliorare le nostre vite, il potere rivoluzionario del pensiero scientifico è saper risolvere problemi inediti, per sé e per altri.    

Dovremmo dunque investire ingenti energie e risorse per una alfabetizzazione al pensiero scientifico dal nido a cent’anni. Tuttavia, la fisica fa capolino troppo tardi nel percorso di istruzione, lasciandoci fino all’adolescenza nell’infanzia dell’umanità. E, quando si inizia in forma disciplinare, più spesso le equazioni matematiche precedono la discussione dei fatti sperimentali e la creazione di ipotesi, in modo deduttivo. Un ribaltamento di processo che smonta l’opportunità di educare alla creatività come nei processi induttivi (e adduttivi, come nel pensiero da detective di Einstein e Infeld), riduce il problem solving a saper montare un mobiletto col foglietto di istruzioni, rende il linguaggio matematico un ostacolo alla comprensione anziché  rischiararla mentre dà concretezza all’intuizione. Di conseguenza, si taglia fuori dall’alfabetizzazione primaria al pensiero fisico gran parte della popolazione, che per età o grado di istruzione non ha competenze matematiche, si spengono interesse e motivazione degli/lle studenti per una materia che nemmeno fisica è più, e si rafforzano convinzioni stereotipe e limitanti, la cui eliminazione richiede enormi energie – se mai avviene. Persino nel caso di studenti motivati/e allo studio della fisica, tanto da sceglierla per l’università, questo approccio tende a focalizzare l’attenzione sulla formalizzazione matematica e distrarla dall’idea fisica essenziale: la soluzione del problema viene trattata in modo tecnico, a volte con procedure inutilmente complesse. In questo circolo vizioso, cittadine e cittadini di ogni età mancano ogni familiarità con l’uso del pensiero fisico e con la scienza, hanno inadeguata percezione della sua utilità per rispondere alle grandi domande o essere consapevoli delle tecnologie che dalla scienza gemmano a scandire le nostre vite.  

La domanda dunque si pone su come rimettere le idee al centro del percorso educativo, nutrendo  la curiosità degli e delle studenti, potenziando le loro competenze ad ogni passo del processo. La risposta è semplice, la sua implementazione  molto complessa: è necessario cambiare paradigma nel modo di insegnare la fisica. Non importa quale sia il grado di istruzione, seguire il processo nel suo ordine funzionale implica discutere le idee a partire dall’osservazione di fenomeni quotidiani interessanti per le e gli studenti a fissata agenda didattico-scientifica, come se si scrivesse un libro con un doppio indice. Se osservazione e discussione avvengono in aula, piuttosto che esperimenti prêt-à-porter da laboratorio, un preziosissimo processo educativo è nel progettare e realizzare le dimostrazioni d’aula con materiali e modi riproducibili anche a casa, discutendo esplicitamente i limiti dell’”esperimento”. Il valore di un approccio “hands-on”, concreto, è straordinario per sviluppare le intelligenze cinestetica, logico-matematica, spaziale e visiva. Discutere quindi gli esperimenti d’aula inducendo ipotesi in modo collaborativo, esaminare la compatibilità di ognuna con l’osservazione in una esplicita apertura all’errore, è straordinario esercizio ossimorico di creatività e rigore scientifico. La successiva formalizzazione, che prende corpo connettendo astratto e concreto, lavora sulle intelligenze linguistica, intrapersonale, interpersonale. In questo ordine, le tecnicalità del linguaggio vengono seminate nel terreno reso fertile dalla curiosità: il linguaggio da ostico ostacolo diventa risorsa, adeguata al grado di istruzione – anche nella scuola dell’infanzia o in educazione non formale. 

Quale che sia il dettaglio del cambiamento da sperimentare e di cui misurare i risultati, è certo che serve il coraggio di una rivoluzione dall’educazione nella prima infanzia fino all’università: un poderoso investimento in ricerca didattica e in formazione all’insegnamento e in servizio, che scompigli la comfort zone dell’istruzione deduttiva, sgretoli certezze granitiche su obiettivi formativi e loro valutazione, sappia nutrire nello spazio incerto della ricerca (didattica), non diversa da quella che accende il desiderio di svelare i misteri della scienza. Nessun/a insegnante che voglia lasciare un segno, dal nido all’università, dovrebbe sentire che la cosa non lo/a riguarda. Nell’era dell’intelligenza artificiale, i lavori automatici sono già destinati alle macchine e rimangono quelli che richiedono creatività anche nelle piccole soluzioni. Dalle nostre aule escono coloro che con il proprio lavoro ogni giorno fanno funzionare il Paese e coloro che, governandolo, devono inventare soluzioni che tengano insieme principi astratti e bisogni concreti. Magari in una pandemia, o in anticipo su una prossima.  

Di tutto questo e altro ancora parleremo con ospiti d’eccezione ai prossimi Stati Generali della Scuola Digitale (26-27 Novembre 2021) organizzati da Imparadigitale di Dianora Bardi con il Comune di Bergamo, nel panel specificamente dedicato all’educazione al pensiero scientifico: Carl Wieman, premio Nobel per la fisica e una seconda vita per la ricerca didattica, Claudia Giudici, presidente della Fondazione Reggio Children, Sabrina Maniscalco, professoressa di informazione e logica quantistica all’Università di Helsinki e vicepresidente del Centro di eccellenza finlandese per le tecnologie quantistiche, Andrea Ferrara, professore di cosmologia e preside della Classe di Scienze della Scuola Normale Superiore, Marisa Michelini, professoressa di ricerca didattica per la fisica all’Università di Udine e presidente del Gruppo Internazionale di Ricerca Didattica per la Fisica, Cristina Lazzeroni, professoressa di fisica delle particelle all’Università di Birmingham e spokesperson di NA62 al CERN, Stefano Sandrelli, astrofisico INAF e divulgatore con i suoi libri e programmi su Rai 3 e RaiNews24, e un’intervista un po’ speciale ad Howard Gardner, professore di Cognition and Education alla Harvard Graduate School of Education, sul suo ultimo libro “A Synthesizing Mind”.