Perché l’educazione scientifica è più importante di quanto la maggior parte degli scienziati pensi

La scienza come ‘materia’ domina ancora l’insegnamento delle scienze

Dewey ha affermato che “i fatti della natura sono molteplici, inesauribili, non iniziano da nessuna parte e non finiscono da nessuna parte in particolare, e quindi non sono, proprio come i fatti, il miglior materiale per l’educazione di coloro le cui vite sono centrate in situazioni del tutto locali” [ [ 2 ] ]. Questa affermazione è ancora più perspicace oggi, perché il numero di importanti “fatti della natura” è cresciuto di ordini di grandezza dai tempi di Dewey. Eppure, come l’esempio che conosco meglio, un tipico corso introduttivo di biologia universitaria tenta ancora di coprire tutta la biologia. Questo non lascia agli studenti il ​​tempo di acquisire una profonda comprensione di nessuno dei suoi molteplici aspetti, né il tempo di apprezzare la “scienza come metodo” di Dewey.

Un fattore che ha fortemente spinto l’insegnamento nella direzione sbagliata è stata l’invenzione di test a scelta multipla che possono essere valutati dalla macchina, risparmiando ai professori universitari impegnati la necessità di leggere le risposte degli studenti. Dewey sarebbe costernato nel vedere la conseguente diffusa banalizzazione dell’educazione scientifica di oggi. Gran parte di questa scolarizzazione è stata convertita in un gioco, in cui gli studenti memorizzano periodicamente quei fatti scientifici che hanno maggiori probabilità di essere valutati nel prossimo esame del corso — un processo che non può davvero essere chiamato “educazione”, perché è improbabile che cambi qualcosa in modo permanente nel loro cervello. Nei nostri attuali sistemi educativi basati sui test, il fatto che sia molto più facile testare le parole e le definizioni scientifiche che la comprensione e le abilità scientifiche spinge una banalizzazione dell’educazione scientifica e minaccia di allontanare la maggior parte degli studenti, compresi molti potenziali scienziati, dalla scienza.

Non sorprende che il modo in cui “educazione scientifica” sia definita nelle classi di scienze universitarie stabilisca lo standard per l’educazione scientifica ai livelli inferiori, creando un problema simile negli anni pre-universitari. Così, ad esempio, i libri di testo di scienze della vita prodotti per i dodicenni spesso imitano i libri di testo del college, ma nel tentativo di coprire la vasta distesa della biologia con molte meno parole rispetto ai libri di testo per studenti più avanzati, questi testi eliminano la possibilità che uno studente può capirlo. Per chiunque sia affascinato dal mondo vivente, è esasperante incontrare tali libri di testo, che trasformano la biologia in un esercizio di memorizzazione terribile, quasi privo di significato.

Si consideri il mio campo di biologia cellulare, ad esempio, dove gli studenti all’età di 12 anni negli Stati Uniti sono generalmente tenuti a “imparare” le varie parti di una cellula, come il nucleo, il mitocondrio, l’apparato di Golgi e il reticolo endoplasmatico. Per sottolineare la loro importanza, ciascuno di questi termini è in grassetto nel libro di testo, seguito da una o due frasi che forniscono una definizione. Ecco un esempio reale: ‘Attraverso la cellula c’è una rete di canali piatti chiamati reticolo endoplasmatico (parola in grassetto). Questo organello produce, immagazzina e trasporta materiali’. Per chiarire cosa ci si aspetta dallo studente, il libro di testo propone un ‘autotest’ alla fine di ogni capitolo, che in questo caso è ‘Scrivere una frase che usi correttamente il termine reticolo endoplasmatico’.

Ho assistito ripetutamente a una simile reazione antiscienza da parte dei miei sette nipoti. Quando ho chiesto a uno a cui veniva insegnata biologia alle scuole medie di descrivere una cellula, ha risposto che “Una cellula è una scatola noiosa piena di parti con nome”. E quando un altro studente di biologia al liceo ha riferito che era la classe più odiata da tutti, gli ho chiesto cosa stesse studiando la classe quel giorno. Rispose che stavano imparando le parti di un fiore. Stai guardando i fiori, ho chiesto? “No, stiamo memorizzando le parti dei fiori da un disegno nel nostro libro di testo”.

Ma di gran lunga il mio esempio preferito è quello di una madre che ha riferito, a seguito di un discorso che avevo appena tenuto sull’educazione scientifica, che suo figlio aveva appena avuto una rivelazione rivoluzionaria sulle scienze scolastiche: “Ora ho capito”, ha detto quando è tornata dalla scuola, ‘la scienza è proprio come l’ortografia; devi solo memorizzarlo e non ha alcun senso’.

Come scienziato che ha trascorso oltre 40 anni scrivendo e riscrivendo libri di testo di biologia cellulare per studenti universitari e laureati [ [ 3 , 4 ]], sono scioccato e costernato dagli esempi di cui sopra. Per me, la cellula vivente – in quanto sistema chimico composto da una raccolta in rete di catalizzatori autoreplicanti – è la cosa più sorprendente dell’universo. Non vi è alcun motivo per insegnare agli studenti i nomi di parti cellulari come il reticolo endoplasmatico. In effetti, non ho imparato la maggior parte dei nomi che ai dodicenni ora viene chiesto di memorizzare fino alla scuola di specializzazione, dopo aver compreso abbastanza chimica per apprezzarli. Invece, potremmo introdurre le cellule cercando di convincere gli studenti a riconoscere quanto sia difficile produrre un sistema autoreplicante. Potremmo, ad esempio, farli affrontare la sfida ingegneristica di produrre qualcosa di molto più semplice di una cellula: un robot autoreplicante. Di cosa avrebbe bisogno un tale robot, un’invenzione che gli esseri umani finora non sono stati in grado di realizzare, come input e come output?

Dopo aver affrontato questo problema, gli studenti possono esaminare le cellule di lievito utilizzate per la cottura, che possono essere facilmente acquistate in un qualsiasi negozio di alimentari. In che modo le cellule di lievito affrontano il requisito per i tre tipi di input (materiali, energia, istruzioni) di cui avrebbe bisogno anche un robot e, per lo stesso output richiesto, come smaltiscono i loro rifiuti?

È proprio questo tipo di reinvenzione dell’educazione alla biologia della scuola media che un’organizzazione no-profit statunitense che è stata scorporata dalla National Academy of Sciences nel 2003, la Strategic Education Research Partnership (SERP), ha prodotto come materiali open source gratuiti [ [ 5 ] ] (Fig.  1 ).

Nuove scoperte su come le persone imparano stanno cambiando le pedagogie educative

Come nell’esempio appena citato, credo che a tutti i livelli, gli insegnanti dovrebbero far lottare gli studenti con un problema prima che gli venga detta la risposta. Ma come? Qui possiamo superare ciò che Dewey poteva immaginare, supportati da un potente insieme di principi generali derivati ​​da molti decenni di ricerca educativa scientificamente fondata. Da centinaia di studi in classi che vanno dalla scuola elementare fino al college, ora comprendiamo molto su come le persone imparano che possono essere utilizzate per progettare pedagogie efficaci [ [ 6 – 10 ] ].

Per trasmettere la differenza tra il modo in cui alla maggior parte di noi è stata insegnata la scienza e ciò che gli esperti oggi ritengono molto più efficace, uso spesso una lezione di scienze per bambini di 5 anni che dimostra come anche questi studenti possano acquisire esperienza nella risoluzione di problemi scientificamente utilizzando prove e logica. Qui, una maestra d’asilo fornisce un paio di calzini bianchi per ogni bambino della sua classe e chiede alla classe di passeggiare nel cortile della scuola o nel quartiere in un periodo dell’anno in cui ci sono semi per terra. Una volta che i bambini tornano in classe, viene loro chiesto di rimuovere tutte le macchie scure sui calzini con un paio di pinzette, posizionando ogni puntino in un quadrato numerato diverso su un pezzo di carta. Usando un “microscopio” di plastica da tre dollari, ogni studente esamina quindi ogni quadrato, disegnando l’aspetto di ciascuno su un secondo pezzo di carta. Facendo riferimento ai loro disegni, l’insegnante chiede poi agli studenti di suggerire quali granelli secondo loro potrebbero essere semi e quale una cosa sporca. (Nota che molti semi si sono evoluti per attaccarsi alla pelliccia degli animali, così che tendono ad attaccarsi ai calzini). Alla fine, alcuni studenti suggeriranno che gli oggetti di forma regolare hanno maggiori probabilità di essere semi. L’insegnante non dice “è giusto”, ma guida invece una discussione in classe che porta la classe a concordare sul fatto che l’idea dello studente potrebbe essere corretta. Forse il giorno seguente, la classe si confronta con una domanda diversa dal loro insegnante: ‘come potremmo testare l’idea di ieri?’ Ancora una volta, l’insegnante aspetta che uno studente suggerisca alla classe di piantare tutti gli oggetti di forma regolare in un vaso e il resto in un secondo vaso, per vedere se solo il primo vaso può produrre piante. Una volta che la classe concorda sul fatto che vale la pena fare questo ‘esperimento’, gli studenti eseguono la semina suggerita. È importante sottolineare che se queste lezioni vengono insegnate bene, la classe sente che sono le proprie idee che stanno seguendo, non semplici istruzioni dell’insegnante. Nel gergo dell’istruzione moderna, i bambini di 5 anni sentono di avere un'”agenzia”.

Immagina un’educazione che comporti la risoluzione di tali sfide nel corso dei 13 anni di scolarizzazione che portano al diploma di scuola superiore, sfide che ovviamente aumentano in difficoltà con l’età dei bambini. Così, ad esempio, studenti di 10 anni possono creare semplici pendoli da corde, nastri e pesi metallici per indagare la relazione tra la frequenza delle oscillazioni e la lunghezza delle corde, come parte di una serie di lezioni che li sfidano a risolvere i problemi sistematicamente alterando una variabile alla volta. Credo che i bambini che sono ampiamente preparati per la vita in questo modo sarebbero grandi risolutori di problemi sul posto di lavoro, con un’elevata capacità di astratto,[ 11 ] ]. Ancora più importante, saranno anche esseri umani più razionali, persone che insistono nell’usare la logica e le prove per esprimere giudizi saggi per la loro famiglia, la loro comunità e la loro nazione.

Affinché i grandi cambiamenti proliferino nei primi anni di scolarizzazione, l’istruzione universitaria in scienze deve cambiare

Negli Stati Uniti, i più recenti standard nazionali volontari in lettura, matematica e scienze richiedono tutti grandi cambiamenti nell’istruzione K-12 (pre-universitaria) (Fig.  2). Ma coloro che insegnano scienze a livello di scuola elementare, media e superiore imparano tutti la loro scienza a livello universitario. Questi insegnanti tenderanno a insegnare nello stesso modo in cui è stato loro insegnato. Inoltre, è l’insegnamento in prestigiose università che definisce cosa significa il termine stesso ‘educazione scientifica’. Pertanto, se i corsi introduttivi di biologia del college tentano di coprire tutta la biologia in un anno mentre valutano gli studenti con esami superficiali a scelta multipla, la scolarizzazione ai livelli inferiori continuerà a risentirne, producendo studenti che sono stati costretti a memorizzare nomi scientifici privi di significato e fatti scientifici dai libri di testo. Sappiamo anche che molti adulti con un’istruzione universitaria diventeranno ostili alla scienza,[ 12 – 15 ] ]

Nel 1993 ho accettato l’incarico di diventare presidente a tempo pieno della National Academy of Sciences (NAS) degli Stati Uniti, trasferendomi a Washington, DC, per 12 anni e chiudendo il mio laboratorio di ricerca presso l’Università della California, San Francisco. L’ho fatto a causa della mia passione per il miglioramento dell’istruzione scientifica nei nostri sistemi scolastici pubblici, essendo convinto dal comitato dei membri dell’Accademia che mi ha scelto che avrei potuto fare una grande differenza per l’istruzione scientifica negli Stati Uniti accettando l’offerta. A quel tempo, l’Accademia era profondamente impegnata nella produzione dei primi National Science Education Standards degli Stati Uniti, un compito imponente che abbiamo completato con successo 3 anni dopo [ [ 16 ] ]. Durante il mio mandato come presidente della NAS, le accademie nazionali avrebbero anche pubblicato oltre cento altri rapporti sull’istruzione [ [17 ] ], ma molti membri dell’Accademia hanno ritenuto che il mio concentrarsi così fortemente sulle questioni educative fosse un errore. Secondo quegli scienziati, la maggior parte dei quali erano illustri professori universitari, mentre l’istruzione scientifica a livello preuniversitario era importante, non aveva nulla a che fare con la facoltà universitaria. Invece, hanno affermato che ciò che è successo a quello che gli Stati Uniti chiamano il “livello K-12” (dalla scuola materna al 12 ^° anno) è stato determinato dai consigli scolastici, dai sindacati degli insegnanti e dalle aziende di libri di testo, essendo completamente al di fuori del nostro controllo.

Ovviamente da quanto ho già scritto, sono fortemente in disaccordo con questo punto di vista. In effetti, dai miei 12 anni all’Accademia, sono arrivato a credere che quelli di noi che insegnano scienze universitarie — e in particolare i prestigiosi membri dell’Accademia — possano essere il passo limitante nella produzione di un efficace ecosistema di educazione scientifica che si estende a tutti i livelli, fino a quella classe di bambini di 5 anni che imparano a studiare i semi come piccoli scienziati.

Le National Academies hanno prodotto molti rapporti a sostegno di questo punto di vista, inclusa un’efficace guida “come e perché farlo” per i professori universitari, disponibile gratuitamente in formato pdf: Raggiungere gli studenti: cosa dice la ricerca sull’efficace istruzione universitaria in scienze e ingegneria [ [ 18 ] ].

Per guidare un’istruzione efficace a tutti i livelli è necessaria una ricerca sull’istruzione di alta qualità, in gran parte svolta in aule reali

Fornire un’istruzione di qualità ai giovani di una nazione è forse il compito più importante che una società deve affrontare, ma farlo bene è un compito estremamente complesso. Fortunatamente, ora possiamo utilizzare la conoscenza di ciò che aumenta l’apprendimento degli studenti — sulla base di prove ottenute scientificamente — per creare sistemi educativi in ​​continuo miglioramento a tutti i livelli. La ricerca sull’istruzione è un campo altamente sviluppato che richiede una competenza speciale e approfondita, ma la sua importanza è stata a lungo sottovalutata nel mondo accademico, dove le scuole di istruzione sono spesso dispregiate da altri accademici.

Molto di ciò che ho appreso su questo problema è dovuto agli studi svolti presso le National Academies, sia durante che dopo i miei 12 anni come presidente della National Academy of Sciences a Washington, DC (1993–2005). In particolare, il pionieristico rapporto How People Learn precedentemente citato ([ [ 6 ] ]) è stato seguito da due studi successivi i cui comitati hanno affrontato la seguente domanda: “Perché la ricerca ha sostenuto l’innovazione e il miglioramento continuo in medicina, agricoltura e trasporti, ma non nell’istruzione – e cosa possiamo fare al riguardo?’ Al suo livello più elementare, la risposta è stata che all’istruzione manca l’equivalente dell’ospedale universitario in medicina, cioè: i siti sul campo – luoghi in cui ricercatori, insegnanti e designer lavorano in contesti pratici per: (a) osservare, spiegare, documentare, replicare e valutare la pratica come fonte di nuova conoscenza; (b) definire i problemi e testare le soluzioni nel contesto; e (c) formare nuovi ricercatori e professionisti per la ricerca e lo sviluppo “ispirati all’uso” [ [ 19 , 20 ] ].

È stato raccomandato l’istituzione di una nuova organizzazione non governativa, denominata Strategic Education Research Partnership (SERP), con una missione specificamente progettata per colmare le lacune che erano state identificate [ [ 20 ]]. Ciò è stato fatto e, sebbene molto più piccolo dell’organizzazione originariamente proposta, SERP ha perseguito l’obiettivo di espandere notevolmente la ricerca ispirata all’uso negli ultimi 18 anni, guidata da Suzanne Donovan, il suo direttore esecutivo fondatore. Il primo sito sul campo della SERP è stato nelle scuole pubbliche di Boston dove, come richiesto da quel distretto scolastico, si è concentrato sul miglioramento dell'”alfabetizzazione adolescenziale” — la lettura, la scrittura e il parlare di ragazzi di età compresa tra gli 11 ei 14 anni. Ciò ha portato alla produzione di un importante insieme di risorse gratuite e ad accesso aperto che promuovono tale alfabetizzazione, inclusa la popolare suite di materiali Word Generation per insegnanti e il più recente intervento STARI per gli studenti che hanno bisogno di accelerare il loro apprendimento per raggiungere il livello scolastico [ [ 21 ] ].

Un prodotto molto più piccolo che forse dimostra più chiaramente l’attenzione ispirata all’uso della SERP è la sua “scheda 5 × 8”. In risposta a un’esigenza identificata attraverso una stretta interazione tra ricercatori e presidi in due distretti scolastici della Baia di San Francisco, è stata prodotta una breve serie di linee guida per aiutare i presidi nelle loro osservazioni in classe. Riconoscendo che i presidi spesso non saranno esperti in materia e non avranno il tempo di guadare lunghi materiali, la scheda specifica semplicemente che, osservando una classe tenuta da uno dei suoi insegnanti, il preside deve concentrarsi su quanto spesso si verificano 7 ‘azioni vitali’. Questi includono quanto segue: quanto spesso gli studenti dicono un secondo, frase per estendere il loro pensiero; quanto spesso gli studenti parlano del pensiero dell’altro e rivedono il proprio pensiero; e tutti gli studenti partecipano, non solo i sollevatori di mani? L’enfasi su questi aspetti particolari dell’insegnamento riflette i risultati della ricerca secondo cui gli studenti a tutti i livelli imparano meglio quando viene loro chiesto di spiegare o giustificare il loro pensiero e quando partecipano attivamente alle lezioni. Le attività che promuovono un apprendimento più approfondito richiedono agli studenti di integrare le informazioni che vengono loro insegnate in ciò che già conoscono, trarre inferenze ed esplorare le implicazioni, e questo è più efficace quando gli studenti interagiscono con le idee degli altri (vedi, ad es. Refs [ [ 7 ] ] e [ [ 22 ] ]).

Quattro obiettivi sempre più ambiziosi per l’educazione scientifica

La pandemia di COVID-19 mi ha reso dolorosamente ovvio che l’educazione scientifica, fatta bene, merita un posto molto più ampio nell’istruzione a tutti i livelli. In effetti, la quantità scioccante di pensieri illogici e privi di prove — su vaccini, maschere e molto altro — fa meravigliare come l’umanità possa sopravvivere senza un apprezzamento molto più ampio sia dei giudizi scientifici che dei valori scientifici di verità e razionalità. Il nostro mondo affollato e complicato è diventato un luogo molto pericoloso senza pensiero scientifico, eppure recenti sondaggi rivelano che il tempo medio dedicato all’insegnamento delle scienze nelle scuole elementari statunitensi è di circa 20 minuti al giorno, alcuni giorni alla settimana, essendo affollato da le molte ore previste per la lettura, la scrittura e la matematica [ [ 23 ] ].

Credo che gli scienziati meritino gran parte della colpa per il fatto che l’educazione scientifica è così gravemente sottovalutata in gran parte del mondo. Il problema principale è che quelli di noi che insegnano scienze nei college e nelle università si sono concentrati solo su uno dei quattro possibili obiettivi per l’educazione scientifica. Che si tratti di biologia, chimica, fisica o scienze della terra, miriamo a far conoscere agli studenti un gran numero di fatti meravigliosi che gli scienziati hanno scoperto nel corso degli ultimi secoli. Ci sono così tante di queste scoperte – ogni anno di più – che generalmente si sente che non c’è tempo nemmeno per considerare qualsiasi altro aspetto della scienza. E poiché, come ho sottolineato in precedenza, ciò che si fa all’università definisce cosa si intende con il termine ‘educazione scientifica’ a tutti i livelli inferiori, l’insegnamento dei fatti scientifici (Dewey’ s ‘materia scientifica’) predomina anche in molte scuole elementari. Ricordando l’osservazione di Dewey secondo cui “i fatti della natura sono molteplici, inesauribili, non iniziano da nessuna parte e non finiscono da nessuna parte in particolare”, sarebbe difficile sostenere che un’educazione scientifica di quel tipo meriti più tempo a scuola.

Per consentire all’educazione scientifica di raggiungere il suo giusto posto nella società, dobbiamo ampliare la nostra visione di ciò che tale educazione potrebbe raggiungere sottolineando diversi obiettivi aggiuntivi, sempre più ambiziosi. Questi sono riassunti nella Tabella  1 insieme al tradizionale Obiettivo 1 di fornire a tutti gli adulti un senso generale di ciò che gli scienziati hanno scoperto sul mondo.

L’obiettivo 2 per l’educazione scientifica è insegnare agli studenti in un modo che li aiuti a trasformarsi in adulti che investigano il mondo come fanno gli scienziati, usando esperimenti, logica e prove. Un esempio è stato presentato in precedenza, quando ho discusso dei bambini di 5 anni che studiano i semi. Designata come “educazione scientifica basata sull’indagine” (IBSE), questa visione dell’educazione scientifica è stata fortemente promossa nei primi standard statunitensi per l’educazione scientifica [ [ 16 ] ], nonché dalla sua sostituzione più recente [ [ 24 , 25 ] ]. L’IBSE è stata anche al centro dei principali programmi di educazione scientifica avviati dall’Accademia francese delle scienze [ [ 26 , 27 ]] e dall’associazione internazionale delle accademie scientifiche mondiali nota come IAP [ [ 28 , 29 ] ]. Nel sistema educativo centralizzato francese, questo tipo di insegnamento delle scienze è stato incorporato con successo in oltre la metà di tutte le classi delle scuole elementari.

L’ obiettivo 3 è stato in gran parte trascurato in passato, ma la necessità è diventata dolorosamente evidente nel corso della pandemia. Questo obiettivo mira a fornire a tutti gli adulti una comprensione di come funziona l’impresa scientifica e perché dovrebbero quindi fidarsi dei giudizi consensuali della scienza su questioni come il fumo, le vaccinazioni e il cambiamento climatico.

Sfortunatamente, una parte importante del pubblico sembra credere che la scienza sia semplicemente ‘il dogma degli scienziati’, ovvero ciò che noi scienziati come gruppo crediamo. Molti altri gruppi hanno i propri sistemi di credenze, perché dovrebbero ascoltarci? Ciò che manca completamente è la comprensione di come la “scienza” maiuscola che Pierre Hohenberg ha definito (conoscenza scientifica consolidata) si sviluppi dalla sua “scienza” minuscola (cosa fa un singolo scienziato [ [ 30 ] ]). La scienza è ovviamente un modo molto speciale di costruire la conoscenza: un grande sforzo comunitario basato sulla logica e l’evidenza, con valori e regole progettati per rendere le sue scoperte sia autocorrettive che universali.

Quando insegnavo scienze a livello universitario, ignoravo l’obiettivo 3, come fa la maggior parte dei professori. È perché diamo per scontato che gli studenti capiscano già l’impresa scientifica? O è perché non è ovvio come possiamo far capire con successo agli studenti che la scienza è un modo speciale di conoscere il mondo — una straordinaria invenzione umana che ha un insieme speciale di tradizioni e valori che si sono rivelati a beneficio dell’umanità enormemente più che chiunque aveva il diritto di aspettarsi nel 17 ^°secolo in cui tutto è cominciato? Sono urgentemente necessari sforzi vigorosi per aiutare i professori a produrre – come obiettivo primario in tutti i corsi introduttivi di scienze – studenti che abbiano una solida comprensione di come vengono generati i giudizi di consenso della scienza. Questo dovrebbe comportare esempi dalla storia della scienza, la lettura di un piccolo campione curato di pubblicazioni scientifiche o giochi di tipo scientifico? Quali tipi di curricula esistono già come risorse educative aperte e quale ricerca sarà necessaria per testarli e migliorarli? Tornerò su questo argomento alla fine di questo saggio.

L’ obiettivo 4 è di gran lunga il più ambizioso: utilizzare l’educazione scientifica per produrre adulti che risolvano abitualmente i loro problemi quotidiani come fanno gli scienziati, usando la logica, gli esperimenti e le prove. Il successo qui richiederebbe il trasferimento di ciò che si è appreso durante le lezioni di scienze in abitudini mentali generali. Sappiamo dalla ricerca sull’istruzione che tale “transfert” è molto difficile da raggiungere [ [ 31 , 32 ] ]. Invece, gli studenti tendono a compartimentalizzare il loro pensiero, confinando qualsiasi modo di pensare scientifico acquisito in un’aula di scienze alle questioni scientifiche.

Per avere qualche speranza di portare avanti questo obiettivo, dovremo sperimentare nuove forme di educazione scientifica che colleghino esplicitamente il modo di pensare scientifico al mondo esterno alla scuola. Descriverò quindi brevemente due esempi di questo tipo di istruzione che sono promettenti a questo riguardo.

Le attività comunitarie possono essere integrate efficacemente nelle scuole

Dal 2017 faccio parte della giuria dello Yidan Education Prize, che assegna due premi da 4 milioni di dollari ogni anno. Ad oggi, ci sono stati 10 vincitori, 5 per la ricerca sull’istruzione e 5 per lo sviluppo dell’istruzione [ [ 33 ] ]. Il premio per lo sviluppo iniziale è stato assegnato a Vicky Colbert, per i suoi molti decenni di sviluppo di piccole scuole rurali in Colombia. I curricula per queste molte migliaia di scuole sono stati sviluppati attraverso cicli di tentativi ed errori sotto severi vincoli di risorse, e per necessità, nelle sue scuole, i bambini, piuttosto che l’insegnante, diventano gli attori principali (vedi video a Rif. [ [ 34 ] ] ]).

Al posto dei libri di testo, ci sono centinaia di “guide di apprendimento”. Questi piccoli opuscoli economici enfatizzano l’apprendimento collaborativo degli studenti attraverso attività significative svolte nelle comunità degli studenti. Ad esempio, per un’unità sull’acqua, “facciamo una mappa per mostrare dove si trovano le nostre diverse fonti d’acqua. Nel disegno segniamo con un colore le sorgenti di acqua pulita e con un altro le sorgenti di acqua sporca». Poi, dopo aver studiato i pericoli del bere acqua sporca, “spiego alla mia famiglia: come l’acqua si sporca e perché l’acqua sporca può essere pericolosa”. E infine, “Mostro il mio lavoro al mio insegnante, che registra sul mio diagramma di avanzamento ciò che ho completato con successo”. È importante sottolineare che i materiali di formazione incoraggiano l’insegnante a regolare le istruzioni in ogni guida per adattarsi alle condizioni locali; inoltre, gli insegnanti devono “incoraggiare gli studenti ad essere creativi e suggerire modifiche alle attività, se le ritengono più pertinenti”.[ 35 ] ].

Ogni Guida all’apprendimento è un ibrido tra un libro di testo, un libro di lavoro e una guida per l’insegnante, riutilizzabile per essere conveniente. Prodotto per la Colombia, la maggior parte delle guide sono disponibili solo in spagnolo. Relativamente pochi si concentrano su argomenti relativi alla scienza, ma ci sono piani per produrre una serie di nuove guide incentrate sulla scienza che supporta gli obiettivi di sviluppo sostenibile delle Nazioni Unite (UNSDG), partendo dal progetto descritto di seguito.

Educazione scientifica basata sulla comunità basata sugli UNSDG

Un nuovo ambizioso progetto è stato lanciato diversi anni fa come una collaborazione tra lo Smithsonian Science Education Center di Washington, DC, e le accademie scientifiche del mondo (attraverso l’InterAcademy Partnership delle accademie). L’obiettivo di questo programma Smithsonian-IAP “Science for Global Goals”, guidato da Carol O’Donnell, è di mobilitare scienziati locali e altri volontari in ogni nazione per educare e ispirare i giovani a utilizzare la scienza per migliorare la sostenibilità. Sulla base della scienza alla base dei 17 UNSDG, sono stati progettati ampi set di materiali gratuiti per consentire agli studenti prima di esaminare un problema globale, quindi per esplorare attivamente questo problema utilizzando il loro ambiente locale come laboratorio e infine per intraprendere un’azione locale per affrontare un particolare problema nella loro comunità. Ad esempio, in un’unità incentrata sulle zanzare, gli studenti imparano prima le zanzare e le malattie trasmesse dalle zanzare. Quindi lavorano in gruppi di ricerca per creare trappole per uova nella loro comunità, osservare il ciclo di vita delle zanzare, determinare quali animali locali possono fungere da ospiti di malattie trasmesse dalle zanzare, esaminare la comunità per comprendere le sue conoscenze e pensieri sulle zanzare e infine progettare un piano d’azione della comunità per ridurre le malattie trasmesse dalle zanzare.

Ad oggi, sei di queste “guide alla ricerca comunitaria” sono state pubblicate sul Web: Mosquito, Food, Biodiversity, Sustainable Communities, Vaccines e COVID-19 – con altre in corso [ [ 36 ] ] (Fig.  3 ). Poiché queste guide sono progettate per essere tradotte in molte lingue e utilizzate in regioni del mondo con risorse molto limitate, il loro utilizzo non richiede attrezzature speciali o materiali costosi.

Il formato delle guide di ricerca comunitarie e la loro attenzione intensiva su una questione le fa sembrare più adatte per un uso informale dopo la scuola che per le scuole. Ma come sosterrò per concludere questo saggio, il loro design può aiutarci a rimodellare l’educazione scientifica formale per affrontare le sfide urgenti di oggi.

Ridisegnare l’educazione scientifica per raggiungere obiettivi più ambiziosi

Sostengo che il campo di gioco per l’educazione scientifica è cambiato radicalmente negli ultimi anni. In primo luogo, decenni di straordinarie ricerche sull’istruzione, illuminando il modo in cui le persone imparano, hanno dimostrato in modo convincente che le pedagogie standard “drill and kill” sono inefficaci per la maggior parte degli studenti, mentre rivelano nuovi formati molto più efficaci per l’apprendimento. Invece di memorizzare le informazioni presentate in classe, gli studenti dovrebbero essere sfidati a utilizzare attivamente queste informazioni per fare e difendere argomenti e per risolvere problemi, molti dei quali non avranno una “risposta giusta”. Il lavoro di squadra deve essere incoraggiato, anziché essere visto come un imbroglione, e le classi saranno spesso rumorose.

In secondo luogo, possiamo essere ispirati e guidati da nuovi modelli educativi per collegare esplicitamente l’apprendimento delle scienze al miglioramento della vita sia degli studenti che della loro comunità. Questo non serve solo a trasferire il pensiero scientifico, basato sull’evidenza, direttamente nella vita quotidiana dei bambini; dovrebbe anche rendere la scuola più competitiva per la loro attenzione in un mondo con infinite distrazioni a portata di clic su Internet. Qui occorre affrontare una domanda importante: come coinvolgere i volontari adulti nella comunità? Cosa si può imparare, ad esempio, dall’uso di lunga data di tali volontari come allenatori per i badge di merito di Boy e Girl Scout? E come potrebbe essere sfruttato il nostro nuovo comfort con le tecnologie di tipo Zoom per espandere la scuola oltre le mura dell’aula?

Infine, la pandemia ha dimostrato in modo sconvolgente la minaccia per le democrazie da parte di adulti che non comprendono né rispettano i giudizi della scienza e che abitualmente non riescono a insistere sulle prove per il loro processo decisionale. Ciò significa che, nelle scuole dai 5 ai 18 anni, è necessario dedicare molto più tempo a un nuovo tipo di “educazione scientifica”, che – poiché tenta di raggiungere tutti e quattro gli obiettivi della tabella  1   – merita chiaramente di essere paragonato alla matematica in ogni anno di scuola. Ci si può aspettare che la creazione di un cambiamento così importante nell’istruzione pre-universitaria richieda molti anni, anche decenni, per essere realizzata. Ma le università possono muoversi molto più rapidamente e, in ogni caso, l’istruzione scientifica universitaria deve aprire la strada.

In che modo i cambiamenti nei corsi introduttivi di scienze universitarie possono fare una grande differenza ora

A causa dell’importanza fondamentale di generare “l’allargamento della diffusione e l’approfondimento dell’abitudine scientifica della mente” di Dewey, dovremo concentrarci sulla creazione di una scienza dell’educazione scientifica. Con questo intendo dire che dovrebbero essere avviati molti “esperimenti”, in cui vengono testati una varietà di approcci diversi per raggiungere obiettivi ambiziosi per l’educazione scientifica, ognuno dei quali viene valutato dai metodi di ricerca sull’istruzione per determinarne l’efficacia relativa. Dovremo creare nuovi strumenti per questo scopo; ad esempio, non sono a conoscenza di una metodologia consolidata per misurare la comprensione di un individuo di come la comunità di scienziati raggiunge i suoi giudizi di consenso (obiettivo 3 nella tabella  1). Una volta concordato un buon metodo, i ricercatori possono quindi valutare diverse modalità per raggiungere questo obiettivo, ad esempio confrontando un insegnamento esplicito della cultura scientifica [ [ 37 ] ] con un approccio basato sulla lettura di una serie di articoli scientifici reali [ [ 38 , 39 ] ], o ad un approccio basato su analisi della storia della scienza [ [ 40 ] ] o della vita di singoli scienziati [ [ 41 ] ].

I corsi introduttivi di scienze universitarie, come le lezioni di biologia del primo anno, sono generalmente tenuti da scienziati che hanno un forte interesse a diffondere la scienza in tutta la società. Rispetto agli insegnanti degli studenti più giovani, questi docenti avranno generalmente più libertà di innovare, nonché più risorse. Quelli delle università i cui dipartimenti scientifici hanno investito nella facoltà di ricerca sull’istruzione basata sulla disciplina (DBER) sono particolarmente ben posizionati per guidare le innovazioni necessarie. I docenti del DBER vengono valutati per le loro ricerche sull’istruzione piuttosto che per la ricerca nella disciplina e possono essere preziosi per garantire che i numerosi esperimenti di nuova istruzione necessari siano ben progettati, con controlli adeguati [ [ 15 , 42 ]]. In tutto questo lavoro, dovremmo prestare molta attenzione a ciò che la ricerca recente rivela sull’ampliamento del fascino della scienza, così come della partecipazione scientifica, a un pubblico più diversificato [ [ 41 , 43 ] ].

In conclusione, gli scienziati di tutto il mondo hanno ora una grande opportunità per il servizio pubblico: possiamo guidare una grande rivoluzione nel modo in cui viene definito il termine “educazione scientifica” — a livelli che iniziano al college, ma ci si può aspettare che alla fine permei tutto fino agli studenti nei loro primissimi anni di scuola.