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INSEGNARE L'ENERGIA a partire dal risparmio energetico e dalle fonti rinnovabili - Michela Mayer -

In tutti i “buoni” libri di testo, sia quelli di scienze per la scuola media sia quelli di fisica per le scuole superiori, non può mancare il “box”, la pagina, l’appendice, sui grandi problemi energetici del nostro tempo, dal risparmio energetico alle fonte rinnovabili, dai cambiamenti climatici alle centrali nucleari. Naturalmente questi box, queste pagine, sono lì per ricordare che i concetti difficili e un po’ lontani che vengono introdotti nella parte “importante” del libro – quella che serve per risolvere gli esercizi e per rispondere alle interrogazioni – servono anche a capire come va il mondo, anche se le contraddizioni non vengono sempre spiegate e non è facile capire perché dovremmo preoccuparci di non “consumare” troppo qualcosa che “si conserva’, o di non disperdere calore, visto che sembra possibile recuperarlo…

Insomma l’attualità del problema energetico fornisce la motivazione, la spinta, per invitare gli studenti ad entrare dentro a concetti astratti e un po’ ostici che non corrispondono né al linguaggio dei mass media né a quello di senso comune.

Ma è obbligatorio seguire questo percorso, o ci sono percorsi diversi, didatticamente più validi ed efficaci che vedono le definizioni come punto di arrivo e i problemi, come quello energetico, come punto di partenza? Siamo sicuri che solo avendo tutte le cosiddette conoscenze di base si possano costruire le “competenze” necessarie per intervenire in maniera consapevole sui grandi problemi scientifico-tecnologici del nostro tempo?

Come affrontare il lavoro in classe?
In realtà in altri paesi sono molti i curricoli che affrontano le tematiche scientifiche in maniera diametralmente opposta alla nostra: si parte dal problema reale, quello su cui vale la pena discutere perché richiede delle scelte economiche e sociali, e a partire dal problema si presentano e si approfondiscono via via i concetti necessari. Si rinuncia ad una apparente linearità di disegno didattico ma si acquista in significatività e quindi in efficacia.

Così, ad esempio, il corso «Science for public under standing » (http://www.scpub.org/, testo per studenti di 16-17 anni che non seguono un indirizzo scientifico, equivalente quindi ad un nostro liceo classico, o artistico, o sociale) affronta il problema del consumo energetico:

• il punto di partenza sono i combustibili, la dipendenza del mondo moderno da essi, e i problemi sia etici (per le generazioni future e i paesi in via di sviluppo) sia ambientali che questa situazione comporta; non c’è nessun capitolo precedente che spieghi la meccanica, o la termodinamica, o altri capitoli della fisica tradizionale;

• fin dall’inizio si spiega che l’energia che si ottiene da combustibili fossili sia per fare andare “macchine” sia per produrre energia elettrica, non viene distrutta ma dopo l’uso è “dispersa nell’ambiente” e quindi meno utilizzabile;

• per continuare a trattare il problema, la “definizione di energia”, e le sue proprietà, vengono presentate all’interno di un box, insieme al concetto chiave di “efficienza”; nel testo “portante” si continua invece a parlare di consumi, di previsioni per il futuro, di possibile riduzione del consumo di combustibili fossili attraverso il risparmio energetico;

• il capitolo si chiude con un invito ad immaginare il futuro, e accenna a possibili scenari a seconda delle scelte che verranno fatte in campo energetico a livello mondiale.

Il testo sceglie quindi di trattare un argomento partendo dall’attualità e dai dibattiti in corso, ed offre agli studenti la possibilità di capire e di intervenire nelle scelte, proponendo, o rammentando le informazioni scientifiche di base, ma in maniera contestualizzata. Questa è ad esempio la definizione di energia proposta:

« ... la misura del massimo cambiamento possibile che un oggetto (o un insieme di oggetti) può “produrre”. Un oggetto può aver energia perché si sta muovendo, o perché è caldo, o perché è stato lanciato verso l’alto, o allungato o compresso. L’energia può essere trasferita da un oggetto ad un altro attraverso l’azione di una forza, o del calore, o da una radiazione o dall’elettricità. L’energia non è un concetto vago perché la quantità di energia trasferita in ognuno dei processi prima nominati può essere misurata e calcolata. La ragione per la quale l’energia si è rivelata un concetto così importante per il pensiero scientifico è che l’energia si conserva sempre: alla fine di un processo l’energia che si ha alla fine è la stessa che si aveva all’inizio,….».

Il nuovo corso Science and Society, http://www.scienceinsocietyadvanced.org/, rivolto allo stesso tipo di studenti, porta ancora più avanti la discussione e invita gli studenti a comparare e discutere i vantaggi per l’ambiente e per i consumi relativi alle opzioni del biocombustibile, dell’idrogeno e della macchina elettrica, rispetto ai trasporti a diesel e benzina.

È facile per un insegnante italiano, i cui criteri di “qualità” per un testo scientifico sono spesso la “scientificità” del linguaggio, la generalità della presentazione, la presenza di formule e di esercizi a cui applicarle, … criticare questa impostazione. Ma se guardiamo all’efficacia, e quindi alla permanenza nel tempo e alla rilevanza sociale di quello che insegniamo occorre riconoscere che in questo modo si aiutano gli studenti ad orientarsi in un mondo pieno di macchine e di trasformazioni e si offrono loro strumenti interpretativi semplici, quali la rappresentazione dei flussi energetici, ma capaci di mettere in evidenza la parte di energia che riusciamo effettivamente a utilizzare e quella che viene dispersa in ogni trasformazione.

Questo approccio, per molti insegnanti ancora sconcertante, è in realtà molto più corrispondente agli ultimi programmi della scuola italiana e alle indicazioni che vengono dalle ricerche internazionali (OCSE-PISA e TIMSS). I nuovi programmi per l’obbligo (Il nuovo obbligo di istruzione. Cosa cambia nella scuola?, documento MPI del 22 Agosto 2007) prevedono infatti tra le competenze di base l’analisi qualitativa e quantitativa dei «fenomeni legati alle trasformazioni di energia a partire dall’esperienza», e sottolineano l’importanza di far acquisire una «visione critica … in merito alla soluzione di problemi … e in particolare relativi ai problemi della salvaguardia della biosfera». Nel documento, le competenze di base da raggiungere a conclusione dell’obbligo di istruzione, sono:

• «Osservare, descrivere ed analizzare fenomeni appartenenti alla realtà naturale e artificiale e riconoscere nelle sue varie forme i concetti di sistema e di complessità.

• Analizzare qualitativamente e quantitativamente fenomeni legati alle trasformazioni di energia a partire dall’esperienza.

• Essere consapevole delle potenzialità e dei limiti delle tecnologie nel contesto culturale e sociale in cui vengono applicate».

Quadro di riferimento per la valutazione delle competenze scientifiche in PISA 2006.

Figura tratta da: OCSE, Valutare le competenze in Scienze, lettura e matematica.
Quadro di riferimento di PISA 2006, trad. INVALSI, Armando Editore, Roma, 2007, p. 33.


Le ricerche internazionali a loro volta propongono un approccio che abbia come obiettivo la costruzione di competenze funzionali e contestualizzate, in una visione che riconosce la scienza e la tecnologia come uno dei motori della nostra società, la cui comprensione è quindi indispensabile per ogni cittadino, anche per coloro che non si occuperanno professionalmente di scienza.

Il “quadro di riferimento” proposto dal PISA per definire, e quindi valutare, le competenze scientifiche, è anche un quadro di riferimento per discutere l’approccio didattico alle scienze. Al centro sono proposte le competenze da valutare, e da costruire attraverso i percorsi di insegnamento, ma queste competenze sono rilevabili – e costruibili – solo all’interno di un contesto, e se il contesto è quello astratto e sterile degli attuali libri scolastici, le competenze saranno più difficili da costruire e soprattutto da applicare ad altri contesti. Naturalmente per costruire competenze occorrono conoscenze, ma “senza esagerare”, infatti un numero sovrabbondante e a volte inutilmente complesso di informazioni e di formule non aumenta ma diminuisce le competenze, invitando ad una memorizzazione rapida ma di breve durata. Questa sovrabbondanza di informazioni – proposte dai nostri libri di testo, ma poi ‘considerate programma’, anche quando spesso non lo sono, da insegnanti, alunni e genitori – è una delle cause dei cattivi risultati della media degli studenti italiani nelle indagini internazionali. Basti pensare che siamo il paese con il minor numero di ore di scienze settimanali nella scuola media, tra quelli che hanno partecipato alle indagini TIMSS del 2003 e del 2007, e con la maggiore quantità di contenuti d’insegnamento.

La scuola italiana propone quindi troppe informazioni e non invita a riflettere: né sui modi di procedere della scienza – la conoscenza sulla scienza – né sulle relazioni strettissime che legano attualmente il progresso scientifico e tecnologico al progresso, ma anche ai problemi economici e sociali del Pianeta. Non curiamo l’interesse, né la motivazione, né la responsabilità che ogni cittadino deve avere per il proprio ambiente locale, nazionale, globale. Ed ecco che quei paesi che propongono un approccio ai problemi che può sembrare meno scientifico e rigoroso, nelle ricerche internazionali ci superano tranquillamente.

La prova PISA sull’energia eolica di cui accludiamo alcune domande, prova sperimentata sul campo nel 2005 e che non ha poi fatto parte della rilevazione internazionale del 2006,mostra però il tipo di competenze che vengono richieste dal PISA e fa intendere chiaramente perchè molti dei nostri studenti, ma soprattutto quelli dell’Istruzione Tecnica e Professionale non sono in grado di rispondere. Non si tratta infatti di sapere definizioni a memoria o di applicare formule, ma di saper ragionare su testi e su dati e di saperne trarre le conseguenze. E infatti tra le competenze identificate dal PISA e nelle quali otteniamo cattivi risultati spicca la competenza: usare prove basate su dati scientifici. Siano testi, siano grafici, le informazioni scientifiche per i nostri studenti (e quindi per molti dei nostri insegnanti) sono verità da imparare a memoria e non elementi, anche contraddittori, sui cui ragionare criticamente.

 

PROVA PISA SULL'ENERGIA EOLICA

L’energia eolica è da molti considerata una fonte di energia in grado di sostituire le centrali termiche a petrolio o a carbone.
I dispositivi nella foto sono rotori dotati di pale che il vento fa ruotare. Queste rotazioni permettono ai generatori messi in moto dalle pale di produrre energia elettrica.Un campo eolico→

 

 

Domanda.1
I grafici a fianco riportano la velocità media del vento in quattro diversi luoghi nel corso di un anno. Quale dei grafici indica il luogo più adatto all’installazione di un generatore ad energia eolica?

Domanda.2
Più il vento è forte, più le pale del rotore girano veloci e maggiore è la quantità di energia elettrica prodotta.
Tuttavia, in situazione reale, non esiste una relazione di proporzionalità diretta fra la velocità del vento e l’elettricità prodotta. Qui sotto vengono descritte quattro condizioni di funzionamento di una centrale eolica in situazione reale:
• le pale cominciano a ruotare quando il vento raggiunge la velocità V1.
• Per ragioni di sicurezza, la rotazione delle pale non accelera più quando la velocità del vento è superiore a V2.
• La potenza elettrica è al massimo (W) quando il vento raggiunge la velocità V2.
• Le pale smettono di ruotare quando il vento raggiunge la velocità V3.
Quale fra i seguenti grafici rappresenta meglio la relazione fra velocità del vento e potenza elettrica nelle condizioni di
funzionamento descritte?

Domanda.3
A parità di velocità del vento, più l’altitudine è elevata, più le pale ruotano lentamente.
Quale fra le seguenti ragioni spiega meglio perché, a parità di velocità del vento, le pale dei rotori girano più lentamente nei luoghi con una altitudine maggiore?
A. L’aria è meno densa con l’aumento dell’altitudine.
B. La temperatura si abbassa con l’aumento dell’altitudine.
C. La gravità diminuisce con l’aumento dell’altitudine.
D. Piove più spesso con l’aumento dell’altitudine.

Domanda.4
Descrivi un vantaggio specifico ed uno specifico svantaggio della produzione di energia da parte dei generatori ad energia eolica, rispetto alla produzione di energia a partire dai combustibili fossili come il carbone e il petrolio.
Un vantaggio................................................................
Uno svantaggio............................................................


Prova tratta da: OCSE, Valutare le competenze in Scienze, lettura e matematica. Quadro di riferimento di PISA 2006, trad. INVALSI, Armando Editore, Roma 2007.


La scienza nelle ricerche internazionali, ma anche nei nostri ultimi programmi, non è più una scienza per pochi, non è neutrale, non permette da sola di risolvere problemi che sono soprattutto economici e sociali, ma è uno strumento che occorre capire e imparare ad utilizzare, nell’interesse di tutti. Siamo entrati infatti in un secolo che richiederà grossi cambiamenti, nelle abitudini di vita, di trasporto, di comunicazione. Un secolo che dovrà dare una risposta allo sviluppo “insostenibile” che ha caratterizzato il secolo passato, che ha portato grandi progressi economici e sociali in alcune nazioni, ma che sta riducendo a ritmi accelerati le risorse disponibili per le generazioni che verranno.

Il punto è rendersi conto che non abbiamo ancora le soluzioni, che si parla di “sviluppo sostenibile” ma che sappiamo soprattutto quello che non è – non è crescita illimitata, non è inquinamento, non è desertificazione, non è monopolio, … ma non quello che potrà essere. Le Nazioni Unite hanno indetto un Decennio per l’Educazione allo Sviluppo Sostenibile – iniziato nel 2005 terminerà nel 2014 – e invitato a coniugare l’educazione scientifica e tecnologica con una educazione critica, creativa, aperta al cambiamento, dove i valori della democrazia e dell’ambiente e le culture non vengano sacrificati in nome del ‘progresso’.

L’Educazione allo Sviluppo Sostenibile, di cui l’educazione alla comprensione dei problemi energetici fa parte, non è in contrasto con i risultati PISA: si sente dire sempre più spesso che non c’è tempo per i ‘progetti’, per il lavoro sull’ambiente o nel sociale, che l’Italia va così male che dobbiamo rimboccarci le maniche e tornare alle ‘nozioni di base’. Non c’è niente di più sbagliato! Come non si insegna a parlare a un bambino piccolo vocalizzando le lettere ma parlandogli, allo stesso modo è parlando dei problemi reali, i problemi dell’energia e dello sviluppo sostenibile, che si costruiscono motivazioni, interessi e competenze. Uno dei dati del PISA è che tra le caratteristiche degli studenti più correlate con l’ottenimento di buoni risultati nelle prove di scienze ci sono quelle legate alla «consapevolezza dei problemi ambientali» (Caponera e Di Chiacchio, INVALSI, 2008). Non correlate sembrano invece essere le caratteristiche «di preoccupazione verso l’ambiente» – troppo diffuse per essere significative di un maggiore impegno scientifico – e addirittura negativamente correlate le previsioni ‘ottimiste’, di quelli che confidano nei prossimi 20 anni in una ‘diminuzione dei problemi ambientali’.

Il coinvolgimento e la motivazione degli studenti sono strumenti essenziali per modificare in futuro i cattivi risultati internazionali, e lavorare su problemi reali e dibattuti, oggetto ancora di ricerca, è una delle strategie più promettenti (come si argomenta nel riquadro).

In questo momento storico, con Obama che investe nelle energie verdi e l’Italia fanalino di coda in Europa per l’utilizzo dell’energia solare, l’esercizio più produttivo che possiamo far fare ai ragazzi è quello di invitarli ad ‘immaginare un futuro migliore’, più equo e più sostenibile, collaborando con gli enti di ricerca, con le associazioni, con reti e istituzioni, che sempre più chiamano la scuola ad uscire dall’isolamento e dalla ripetitività, per applicare competenze e conoscenze ai problemi concreti e reali che i giovani si troveranno tra breve ad affrontare.

Michela Mayer

Bibliografia
A. Hunt, R. Millar, (a cura di), AS Science for Public Understanding, Nuffield Foundation, Heinemann, 2000.
Nuffield Foundation & York University, AS Science in Society, Heinemann, 2008.
MPI, Il nuovo obbligo di istruzione. Cosa cambia nella scuola?, documento del 22 Agosto 2007, http://www.pubblica.istruzione.it/normativa/2007/dm139_07.shtml.
OCSE, Valutare le competenze in scienze, lettura e matematica.
Quadro di riferimento di PISA 2006, trad. INVALSI, Armando Editore, Roma 2007, p. 33.
INVALSI, Le competenze in scienze, lettura e matematica degli studenti quindicenni, Rapporto nazionale Pisa 2006, a cura di Bruno Losito, Armando Editore, Roma 2008.
M. Mayer, E. Torracca, S. Schacherl (a cura di), Il contributo del progetto europeo Form-it alla ricerca internazionale sulla didattica delle scienze, SSIS Lazio, Roma 2008.

Tratto da Nuova Secondaria n. 6 2009 - anno XXVII

Il Museo Energia avvalora il suo impegno nel promuovere la cultura scientifica e la creatività applicate al mondo dell’energia realizzando Energia Scuola.

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