ScienzAfirenze 2018: metodi e strumenti nell’indagine scientifica

Un viaggio nel cuore dell’indagine scientifica

Studenti e docenti riflettono e sperimentano insieme sul ruolo dei metodi e degli strumenti alla XV Edizione del Convegno ScienzAfirenze 2018.

Lo studio di un fenomeno naturale è mosso dalla curiosità di conoscere, dall’esperienza del quotidiano o dalla necessità di indagare terreni inesplorati. L’indagine scientifica si basa su un pilastro, che accomuna tutte le discipline: il metodo scientifico.
Nel momento in cui scegliamo di indagare un certo fenomeno, fisico, chimico, biologico o di altra natura, il metodo da solo non basta. È infatti necessario scegliere gli strumenti corretti, che a volte esistono già e a volte devono essere inventati: lo strumento infatti è stato a volte frutto della genialità dell’uomo che si confronta con la realtà oggettiva.
La scelta dello strumento più adatto a indagare il fenomeno scelto è spesso il cuore dell’esperimento stesso. Tale scelta, infatti, presuppone uno studio approfondito di tutte le variabili in gioco, le quali suggeriscono prove e tentativi che a volte si riducono a un nulla di fatto. Ma questo aspetto accomuna sia la pratica dell’indagine scientifica sia la vita di tutti i giorni.
Questo rafforza la nostra convinzione che sia dunque possibile educare attraverso l’esperienza del fare ricerca come crediamo e come cerchiamo di fare da tanti anni, sfruttando la potenza dell’esperienza davanti a un fenomeno che crea stupore e che chiede di metterci in gioco completamente, con le nostre aspettative e con le nostre speranze.
L’acquisizione del metodo scientifico passa anche attraverso la riflessione profonda del ruolo giocato dagli strumenti, che si evolvono, migliorano e possono anche aiutarci a scoprire aspetti del fenomeno prima sconosciuti. Per scoprire tutto questo è necessario immergersi in un’esperienza di «ricerca», nel senso più alto del termine, vissuta anche fuori dalle mura dell’aula, per poi riportarla nel vissuto quotidiano della scuola.

Anche quest’anno centocinquanta studenti e insegnanti di ventuno scuole superiori, provenienti da otto regioni di tutta Italia, hanno raccolto la sfida, chiedendosi «quali strumenti» fossero i più adatti per indagare il fenomeno naturale scelto, partecipando alla XV Edizione del Convegno ScienzAfirenze, organizzato dall’Associazione di insegnanti Diesse Firenze¹, nei giorni giovedì 19 e venerdì 20 aprile presso l’Aula Esse dell’Istituto Salesiano di Firenze, sul tema Metodi e strumenti nell’indagine scientifica.
Quest’anno sono trentuno i lavori di ricerca dei giovani scienziati che sono stati presentati pubblicamente in sede di Convegno e tra questi, oltre ai sei lavori premiati del biennio e del triennio, anche sette progetti del triennio hanno ottenuto un riconoscimento alla fine della seconda giornata.
Come ogni anno, durante i due giorni del Convegno, la riflessione sul tema è stata introdotta dal Direttore del Convegno, Giuseppe Tassinari, ed è stata portata avanti con l’ausilio di Carlo Soave, già Ordinario di Fisiologia Vegetale presso Università degli Studi di Milano, nella prima giornata; il secondo giorno, ha fatto seguito l’intervento del fisico Paolo Cappelletti, esperto proveniente dal mondo universitario, ma attivo nel modo dell’industria e Direttore dell’Associazione Euresis, che ha anche voluto assisterci per tutta la durata del Convegno.
Gli interventi degli esperti sono stati intervallati dall’esposizione dei lavori di studenti e docenti, e nel pomeriggio la collega Gabriella Faggioni del Comitato Didattico ha presentato un esperimento svolto in diretta, quest’anno con una nuova modalità. Ma andiamo per ordine.

Giovedì 19 aprile
Dopo l’introduzione ai lavori e il gentile saluto della Regione Toscana portatoci da Valentina Vadi, il Convegno è cominciato con l’esposizione di alcuni lavori degli studenti presenti. La parte finale della mattinata si è chiusa con le riflessioni di Carlo Soave, che ha seguito con interesse e ha anche citato alcuni dei lavori presentati prima del suo intervento.
Soave ci ha accompagnato nel mondo della biologia evoluzionistica. Se forse può essere facile immaginare quali strumenti utilizzerà un fisico o un chimico nel suo laboratorio, lo stesso non si può dire nel caso del biologo che si occupa della storia dell’uomo e di tutte le specie della nostra Terra.
Si tratta solo di osservare il passato? Oppure è possibile effettuare degli esperimenti? Carlo Soave ci ha raccontato come la disciplina stessa si sia evoluta dai tempi di Charles Darwin, passando per Stephen J. Gould, Richard Dawkins e Simon Conway Morris. Ci ha mostrato come, con l’ausilio dello studio del DNA sia stato possibile non solo studiare il passato, ma anche indagare la comparsa delle mutazioni che provocano gli adattamenti di viventi nell’ambiente in cui si trovano.
Il metodo scientifico e gli strumenti della chimica, della fisica e della biologia molecolare convergono tutti dunque per poter fare esperimenti anche in un campo dove non sembrerebbe possibile farne. Ci ha aiutato con l’osservazione a comprendere la differenza tra analogia e omologia, e ci ha mostrato come gli esperimenti di microevoluzione siano oggi uno strumento prezioso per riprodurre e indagare l’evoluzione delle specie che popolano il nostro Pianeta, e anche come essi abbiano una ricaduta nella vita di tutti i giorni: per esempio nell’analisi del problema rappresentato dai virus che sviluppano una resistenza agli antibiotici.
Il primo intervento ci ha permesso quindi di apprezzare la frase del genetista e biologo russo del secolo scorso Teodosij G. Dobzanskij, citata anche da Soave: «Nulla ha senso in biologia, se non alla luce dell’evoluzione».

Gli exibit 
Come ogni anno, tra la pausa pranzo e la ripresa dei lavori, gli studenti hanno potuto confrontarsi nello spazio dedicato agli exibit, dove tutti i partecipanti potevano presentare il proprio lavoro, anche sotto forma di poster.
In questo frangente è sempre interessante vedere come i ragazzi riescano a interpretare lo spirito del Convegno, che vuole essere luogo di incontro di esperienze, motivo per cui ScienzAfirenze differisce da tante altre esperienze che ci sono nella nostra penisola: chi partecipa al Convegno deve infatti essere stato protagonista ed essersi messo in gioco per vivere in prima persona tale esperienza.
Il Comitato Didattico infatti continua a fare propria la frase di Einstein «Imparare è un’esperienza; tutto il resto è solo informazione», riportata nel volantino di presentazione del Convegno.

L’esperimento in diretta 
Forte di questa affermazione, nel primo pomeriggio e prima di riprendere l’esposizione dei lavori scelti dalla giuria del Concorso, Gabriella Faggioni ci ha condotto per mano nel mondo della Cromatografia con un’interessante novità. Con l’ausilio di alcuni collaboratori ha fatto in modo che il momento dell’esperimento in diretta, ormai un appuntamento fisso da qualche anno, diventasse un’esperienza per tutti i ragazzi presenti in sala.
La sfida era notevole: far fare un esperimento di cromatografia contemporaneamente a centocinquanta ragazzi non è cosa che si prepara tutti i giorni. La nostra collega e collaboratrice del Comitato Didattico è decisamente riuscita nell’intento, come riportato sia dalle espressioni divertite e interessate dei ragazzi, sia dai commenti dei tanti colleghi che avevano accompagnato i ragazzi oppure erano presenti per vivere il Convegno come momento di Formazione promosso dal MIUR.
Sono stati distribuiti bicchieri con acqua, alcol etilico, gessi, pennarelli, carta a strisce e di forma circolare. Lo studio dell’effetto prodotto dagli inchiostri su carta, i cosiddetti cromatogrammi, ha avuto talmente tanto successo che molti partecipanti hanno voluto portare con sé il risultato dell’esperimento in diretta.
Gabriella Faggioni ha infine offerto un excursus su come tale metodo d’indagine scientifica si sia evoluto e su quali siano gli attuali campi di impiego, come per esempio il gascromatografo, noto ai più come etilometro, utilizzato dalle forze dell’ordine sulle strade per la misura del tasso alcolemico.
La prima giornata è infine continuata con l’esposizione dei lavori dei ragazzi.

Venerdì 20 aprile 
Il secondo giorno di Convegno si è aperto con l’intervento di Paolo Cappelletti che ci ha introdotto al mondo della nanoelettronica e alla sua applicazione in ambito industriale. Il tema di quest’anno infatti, incentrato sugli strumenti dell’indagine scientifica, ci ha offerto la possibilità di esplorare il mondo delle scienze applicate e di riflettere sull’intima connessione tra la ricerca cosiddetta di base e quella applicata.
Paolo Cappelletti infatti ci ha offerto un excursus partendo dalla relazione tra scienza e tecnologia, introducendo anche le delicate questioni economiche, per poi raccontarci la fisica che si trova dentro i sistemi microelettromeccanici, come gli accelerometri MEMS, i sensori ottici a tempo di volo (flight sense) dei più moderni smartphone e le memorie a cambiamento di fase che arriveranno sul mercato in un prossimo futuro.
Ci ha raccontato l’evoluzione del transistore, nato nel 1947 nei laboratori delle Bell Industrie, e ci ha mostrato come le tecniche di miniaturizzazione abbiano permesso di concentrare sempre di più tutta la tecnologia in uno spazio sempre più ridotto.
Siamo di fatto entrati, con l’avvento della nanoelettronica, nell’area di influenza che è propria della fisica quantistica: il linguaggio macchina degli uno/zero, che negli anni Settanta del secolo scorso era costruito su supporti cartacei, schede bucate che venivano date in pasto a computer grandi come stanze, viene oggi impresso su film sottili grandi come atomi, oppure utilizzando il cambiamento di resistività di una struttura atomica, come nel caso della lega Germanio/Antimonio/Tellurio (GST), al variare dello stato in cui si trova, cristallino oppure amorfo.
Paolo Cappelletti ci ha permesso di apprezzare una famosa frase del premio Nobel per la fisica Richard P. Feynman, il quale, riferendosi proprio al mondo microscopico, aveva affermato: «C’è un sacco di spazio là sotto».
Il Convegno si è concluso con l’assegnazione dei premi del Concorso. Anche quest’anno i lavori premiati hanno mostrato uno spessore notevole ed emerge chiaramente che non si tratta di un lavoro individuale di ragazzi lasciati soli a se stessi, ma di un’esperienza che ha coinvolto gli insegnanti in prima persona, come parte integrante del gruppo di lavoro, per vivere assieme un’esperienza che cambi gli uni e gli altri.
Siamo una compagnia di insegnanti in cammino, che cerca di rompere una prospettiva culturale astratta, in cui il docente e gli alunni sono un tutto che cresce nell’esperienza scientifica, un tutto che «esiste prima delle parti», come afferma Henri Bergson.
I vincitori della sezione biennio hanno presentato lavori sull’utilizzo dello smartphone per fare esperimenti, sulla crescita di popolazione nei lieviti e sullo studio della fotografia agli infrarossi.
I vincitori della sezione triennio, invece, hanno presentato lavori sull’esperimento di Millikan per la misura della quantizzazione della carica elettrica, sulla misura della velocità di rotazione della Terra ottenuta con l’impiego di vari metodi e infine una ricostruzione degli esperimenti storici di Marconi sulle onde radio.
Raccogliendo le varie esperienze e i consigli della giuria, ovvero il team della rivista Emmeciquadro, Giuseppe Tassinari ha anche lanciato la sfida per il prossimo anno. Se infatti quindici anni di ScienzAfirenze sono tanti, l’intenzione è di non fermarsi, ma di continuare per rinforzare questo progetto.
Il tema del prossimo anno sarà dunque sull’analisi e sulla reinterpretazione in chiave moderna di esperimenti storici significativi.
L’idea è quella di ripercorrere l’esperienza degli scienziati che ci hanno preceduto, utilizzando le strumentazioni più moderne, ma analizzandone il pensiero, il metodo di lavoro e il confronto tra i risultati attesi e quelli effettivamente riscontrati, consci del fatto che ponendo le domande giuste la Natura risponde e nel confronto con la Natura stessa nascono e prendono forma sempre nuove domande.²

Note

Alessio Rocci 
(Membro del Comitato Didattico di ScienzAfirenze, docente di Fisica al Liceo Scientifico)

1. Diesse è una associazione professionale di insegnanti. Nasce nel 1987 a Milano su iniziativa di un gruppo di docenti. Oggi è presente in tutto il territorio italiano attraverso 49 sedi locali, fra cui quella di Firenze, promotrice e organizzatrice anche de I Colloqui Fiorentini-Nihil Alienum, de Le Vie d’Europa, di Librapertoe di Performance d’Autore.
   La rete di sedi regionali e locali sono coordinate nella loro relazione dalla sede nazionale. É dotata al suo interno di un Comitato Scientifico che accoglie le richieste che provengono dalle sedi locali, dalle scuole o dai singoli insegnanti, gestendo le attività di formazione per lo sviluppo della cultura professionale.
   Promuove, inoltre, il rapporto con le università e le istituzioni per la valorizzazione della professionalità docente.
2. ScienzAFirenze è promossa da Diesse Firenze in collaborazione con il Ministero dell’Istruzione, dell’Università e della Ricerca, l’Ufficio Scolastico Regionale della Toscana, l’Istituto Professionale di Stato “Sassetti Peruzzi” di Firenze, l’Associazione Euresis e la Rivista Emmeciquadro e con il patrocinio di A.S.A.S. ex I.N.D.I.R.E., Regione Toscana, Provincia di Firenze e Comune di Firenze.
   Il Convegno di anno in anno ha acquistato una autorevolezza nel panorama scolastico italiano per la pregnanza educativa e culturale che offre a chi vi partecipa. Il MIUR ha pertanto promosso l’iniziativa in tutte le scuole d’Italia e l’ha inserita nell’Elenco delle Esperienze di promozione delle eccellenze (Prot. 18/Dip/segr. del 28/01/08).

© Pubblicato sul n° 69 di Emmeciquadro