Scienze naturali: modello di competenza
Il modello di competenza delle scienze naturali si compone di:
- cinque processi chiave che richiamano le abilità di natura metodologica che caratterizzano il processo di ricerca scientifico
- quattro ambiti di competenza definiti come idee chiave che strutturano e organizzano i concetti attorno a dei contesti d’esperienza
La messa in relazione di queste due dimensioni permette di definire i traguardi di competenza.
Processi chiave
Nelle scienze naturali viene dato grande peso alla progettazione e realizzazione di indagini scientifiche, alla concettualizzazione, alla modellizzazione e alla valutazione critica rispetto all’attendibilità dei risultati sperimentali e la pertinenza delle procedure sviluppate.
La messa in contesto del sapere attraverso l’attività di indagine permette di rendere conto delle scoperte fatte, andando ad affinare o ridefinire dei modelli, delle procedure e degli atteggiamenti sempre più elaborati, validi e utili per poter fare delle scelte informate e consapevoli riguardo al proprio agire nella vita di ogni giorno.
Durante e a conclusione di un’indagine scientifica è importante disporre di strumenti metodologici che permettano la raccolta e la rappresentazione di informazioni e dati, in modo da poter trasporre e comunicare quanto è stato oggetto di scoperta, per sostenere la condivisione e lo sviluppo di idee, visioni e nuovi punti di vista.
Queste abilità metodologiche sono espresse dai processi chiave, ognuno dei quali è specificato da una serie di sottopunti che ne evidenziano le dimensioni. I processi chiave permettono di individuare le strutture di interpretazione, d’azione e di autoregolazione pertinenti all’indagine scientifica.
Questo processo chiave individua le caratteristiche metodologiche di un’esplorazione o di un’indagine di natura scientifica. Esso sta alla base della disciplina e serve a valorizzare componenti sia qualitative che quantitative attraverso l’uso pertinente della misura come strumento di oggettivazione dei fenomeni. Il processo chiave si compone di varie dimensioni che sviluppano altrettante abilità caratteristiche di un approccio sperimentale, che vede l’allievo come attore capace di descrivere un fenomeno osservato sfruttando delle categorie connotate scientificamente. Al contempo si vuole anche mettere l’accento sulla capacità di formulare ipotesi e costruire scenari ipotetici rispetto agli esiti di esperienze o alla spiegazione di fenomeni, e su quella di pianificare e realizzare indagini conoscitive.
- Esplorare un fenomeno, un oggetto o un processo mediante i propri sensi, degli indicatori, degli strumenti di misura, degli strumenti ottici e dei saggi.
- Descrivere un fenomeno, un oggetto o un processo in base a dei criteri (proprietà, fasi, …).
- Prevedere l’esito di una strategia d’azione, di un’indagine sperimentale, di una ricerca tenendo conto del contesto.
- Ipotizzare un modello esplicativo che sia pertinente al contesto e falsificabile.
- Progettare un’indagine sperimentale (osservazione, esperimento controllato, misurazione, identificazione), una ricerca con fonti di informazione o una costruzione tecnica, tenendo conto dei vincoli determinati dal contesto.
- Realizzare un’indagine sperimentale (osservazione, esperimento controllato, misurazione, identificazione), una ricerca con fonti di informazione o una costruzione tecnica, tenendo conto dei vincoli determinati dal contesto.
Le abilità connesse alla gestione delle informazioni e dei dati permettono all’allieva e all’allievo di interpretare, utilizzare e rappresentare i fatti, utilizzando una terminologia scientificamente adeguata. Queste informazioni e dati costituiscono indubbiamente una fonte di conoscenza, ma esemplificano anche altrettante abilità che l’allievo mette in atto nel momento in cui documenta un’attività di natura esplorativa o di ricerca.
- Identificare dati e informazioni in testi, figure, schemi, tabelle e grafici, sfruttando i relativi aiuti alla lettura (simboli e legende).
- Utilizzare testi, figure, schemi, tabelle e grafici per organizzare dati e informazioni e per identificare schemi ricorrenti e relazioni, riguardo agli esiti di un’indagine o una ricerca, sfruttando i relativi aiuti alla lettura (simboli e legende).
Lo strumento della modellizzazione, che caratterizza questo processo chiave, vuole aprire l’orizzonte allo studio della dinamica dei processi considerati rispetto ai sistemi cui appartengono. Esso non si limita dunque a documentare gli stati di un sistema, ma è piuttosto finalizzata a studiare le relazioni e le regolazioni esistenti tra gli elementi che lo compongono. In questa prospettiva i modelli servono non solo a descrivere la realtà, ma anche a immaginarne un’interpretazione e a interrogarla in termini di previsioni. Per l’allievo si tratta di riconoscere e caratterizzare gli elementi che è opportuno inserire in un modello per poi passare alla sua descrizione attraverso una rete di interazioni e regolazioni. Come passo finale il modello così costruito può essere confrontato con altri, messo alla prova dei fatti e sfruttato per prevedere i comportamenti del sistema quando sottoposto a perturbazioni.
Riconoscere
- Riconoscere le caratteristiche e le funzioni di materiali, oggetti, esseri viventi.
Utilizzare i criteri per…
- Ordinare materiali, oggetti ed esseri viventi sulla base di criteri scelti.
- Classificare materiali, oggetti ed esseri viventi sulla base di criteri scelti.
- Confrontare stati e processi relativi a materiali, oggetti, esseri viventi sulla base di criteri scelti.
Costruire e sviluppare un modello
- Costruire un modello di un sistema per descriverne gli elementi e le relazioni che intercorrono tra di essi.
Utilizzare un modello
- Utilizzare un modello per interpretare stati e processi relativi a materiali, oggetti, esseri viventi (dinamica del sistema) e per formulare una previsione (prevederne l’evoluzione temporale)
Confrontare modelli e esperienze
- Trovare similarità e differenze tra situazioni di vita quotidiana e situazioni sperimentali e viceversa.
- Comparare modelli esplicativi per descrivere e mappare analogie.
Questo processo chiave promuove la riflessione sul significato dell’esplorazione e della ricerca, permettendone la discussione critica dei risultati e delle procedure messe in atto. Questo tipo di attività rappresenta il passo conclusivo di una ricerca scientifica ed equivale alla discussione dei risultati dell’indagine, aprendo così le porte a successivi approfondimenti ed eventuali riformulazioni.
- Distinguere i fatti dalle interpretazioni e dalle opinioni, i modelli dalla realtà.
- Valutare l’attendibilità di risultati sperimentali, di informazioni, di previsioni di un modello alla luce delle conoscenze e dei dati a disposizione.
- Argomentare e motivare le proprie proposte, idee o soluzioni sulla base di evidenze sperimentali o di fonti.
- Giudicare le argomentazioni a sostegno delle rappresentazioni personali o altrui sulla base di evidenze sperimentali o di fonti.
- Rivedere le proprie strategie realizzative e le proprie ipotesi, in base ai risultati sperimentali.
- Valutare, adattare o rivedere un modello sulla base della sua pertinenza esplicativa e dell’attendibilità e correttezza delle sue previsioni in relazione a un fenomeno o un processo.
- Criticare la pianificazione e lo svolgimento di un’attività sperimentale e proporre, se del caso, dei miglioramenti.
Questo processo chiave si riferisce alla condivisione dei risultati sperimentali e delle riflessioni che riguardano un determinato fenomeno. La comunicazione di natura scientifica possiede determinate caratteristiche che rendono i modelli atti ad essere condivisi, i risultati di esplorazioni, indagini e ricerche accessibili ad un pubblico anche non specializzato. Poter riflettere su dati ben presentati contribuisce a dare la possibilità di osservare le problematiche da altri punti di vista permettendo lo sviluppo di nuove visioni.
- Organizzare a scopo di condivisione e comunicazione le domande sperimentali, i metodi e gli esiti di un’indagine mediante un supporto (rapporto, poster, video, presentazione orale ecc.) per condividerne le risultanze e permettere ad altri di riprodurla.
- Sviluppare delle idee, dei nuovi punti di vista, delle visioni rispetto alla natura, all’ambiente, alla tecnica e alla salute fondate e argomentate.
Ambiti di competenza
Gli ambiti di competenza sono definiti in termini di idee chiave che costituiscono degli snodi concettuali trasversali alle scienze naturali e alla tecnica attorno a cui può essere organizzata e strutturata la conoscenza. In tal senso esse agiscono come strumenti di pensiero fondanti che permettono di evidenziare i concetti profondi del discorso tecnico-scientifico. Globalmente gli ambiti individuati sono quattro:
Gli invarianti sono intesi come ciò che non cambia nel tempo (da porre in contrapposizione a ciò che invece cambia) o che nel corso dei vari processi mantiene caratteristiche ben determinate. Gli invarianti permettono quindi di individuare in termini di organizzazione e comportamento degli schemi ricorrenti di un processo, di un evento o di un oggetto. Gli invarianti e gli schemi ricorrenti cercano di catturare le regolarità di un fenomeno e sono quindi elementi utili alla costruzione di modelli esplicativi e analogie.
Questo ambito implica la definizione di un sistema delimitato che permette di distinguere un dentro e un fuori. Il sistema stesso è caratterizzato dagli elementi che lo compongono, dalle relative interdipendenze e da quantità che possono essere immagazzinate e per cui si può stabilire un bilancio.
La descrizione dinamica del sistema permette di definire dei fattori di controllo del sistema che ne modificano e correggono il comportamento.
Questo ambito è funzionale a catturare la causalità dei fenomeni naturali e tecnici. L’allievo, in questo modo, è messo nella condizione di ricercare le cause dei fenomeni studiati non limitandosi ad osservarne e descriverne gli effetti.
Quando possibile e opportuno, egli descrive le spinte in termini di differenze di valore di determinate grandezze fisiche intensive. In alcuni casi, all’idea di spinta, è possibile associare anche quella di resistenza.
Questo ambito mira ad analizzare il nesso tra la struttura e la funzione degli elementi di un sistema biologico o di un’applicazione tecnologica, considerata su diverse scale (micro- e macroscopica).
Contesti d’esperienza
Le attività scientifiche vissute in classe e inquadrate nel modello di competenza presentato, vengono svolte all’interno di tre contesti scientifici integrativi che caratterizzano l’esperienza di esplorazione della Natura e della Tecnica, nell’ottica della sostenibilità.
Un contesto d’esperienza all’interno del quale si sviluppa l’esplorazione scientifica è l’ecosistema. Il suo studio ha lo scopo di promuovere una visione sistemica e comparata del vivente, essere umano compreso, a vari livelli di complessità (dalla cellula, all’essere vivente, alla popolazione, all’ecosistema). Gli esseri viventi sono messi in relazione alle funzioni vitali fondamentali (nutrizione, riproduzione, gestione dell’informazione) e alle componenti dell’ambiente, siano esse biotiche o abiotiche. Indagini e misurazioni permettono di modellizzare l’ecosistema in termini di relazioni, scambi di materia ed energia. La biodiversità definisce infine il tratto distintivo di un ambiente capace di sostenere la pluralità della vita e per questo meritevole di conservazione e valorizzazione.
Un altro contesto entro cui si approfondisce l’esplorazione è la materia con le sue trasformazioni, riconducibili a processi naturali oppure allo sfruttamento operato dall’essere umano per trarne sostentamento e disponibilità di materiali d’interesse tecnico e tecnologico. Ciò implica una valutazione dell’impatto ambientale di queste trasformazioni, considerando la produzione, la messa a disposizione e lo smaltimento dei materiali così come gli scambi energetici in gioco. Per questo motivo è importante esplorare e caratterizzare gli elementi distintivi e i processi di trasformazione delle sostanze, approfondendo la visione microscopica e la successione di alcuni modelli della materia elaborati nel tempo.
Il terzo contesto che caratterizza le scienze naturali si focalizza sui dispositivi tecnici e tecnologici che sfruttano i trasferimenti di energia ed eventualmente le trasformazioni della materia. La loro esplorazione e analisi permette di approfondire sperimentalmente i fenomeni ottici e sonori così come il concetto di energia associato a fenomeni elettrici, meccanici e termici. L’efficienza e il rendimento permettono di considerare i fenomeni di dissipazione in relazione alla sostenibilità ambientale dei dispositivi.