Tutto il lavoro dello scienziato
Teoria, esperimenti e comunicazione: sono le tre parole chiave dell’attività scientifica contemporanea e anche del Progetto Biolab Tigullio, percorso di insegnamento di biologia molecolare premiato nel 2008 da Miur-Confindustria.
di Marina Minoli
Promuovere interesse e passione per lo studio delle discipline scientifiche, con un percorso didattico che ripercorre quello lavorativo dello scienziato, dalle motivazioni all’organizzazione delle attività, dalle difficoltà operative alle modalità di comunicazione e diffusione dei risultati a diversi livelli. Ecco lo scopo del Progetto Biolab Tigullio, che ho ideato e realizzato nel corso dell’anno scolastico 2007/2008 in tre classi seconde di un liceo tecnico, in un contesto territoriale caratterizzato da una difficile apertura all’innovazione culturale.
In sintesi, il percorso formativo prevede l’alternanza di fasi teoriche, sperimentali e di didattica laboratoriale, oltre a introdurre elementi di innovazione nella comunicazione della biologia molecolare e nell’informatizzazione delle attività realizzate. Per la prima volta in Liguria, il progetto ha permesso a studenti della realtà geografica del Tigullio di effettuare significative esperienze sperimentali nei laboratori del centro nazionale di eccellenza scientifica Cus-Mi-Bio dell’Università degli Studi di Milano (www.cusmibio.unimi.it).
Realtà diffusa a livello nazionale da diversi anni, anche negli studenti della regione Liguria si riscontrano carenze nella preparazione scientifica e, come spesso accade per realtà geografiche isolate in piccole valli, anche difficoltà nella comprensione e utilizzo del linguaggio specifico [1]. Dall’analisi di un questionario preventivamente somministrato agli studenti delle classi coinvolte, è emerso nel complesso interesse per le scoperte scientifiche e per l’apprendimento dei moderni sviluppi della scienza (in particolare la biologia), ma anche la consapevolezza che le attività svolte in questo settore dalla scuola siano attualmente molto limitate e soprattutto non correlate al mondo del lavoro, in accordo con sondaggi nazionali effettuati dall’IRP S-CNR [2].
Da queste considerazioni, è emersa quindi la necessità di promuovere motivazioni e curiosità all’apprendimento culturale, realizzando esperienze significative in grado di portare in superficie le reali potenzialità degli studenti. In particolare, ritengo che proporre esperienze di eccellenza sia sempre gratificante per studenti e docenti, che rendono in tal modo dinamico il loro ruolo formativo e orientativo per le future scelte professionali.
Il progetto è stato realizzato in 3 fasi – propedeutica, sperimentale e di comunicazione scientifica – che sono state realizzate nella didattica quotidiana in tre periodi dell’anno scolastico. Senza stabilire a priori un rigido schema di ore, è stata attuata una graduale progressione della programmazione in relazione al riscontro di preparazione degli studenti. Prima di partire, per motivare i ragazzi alla realizzazione dell’impegnativo percorso progettuale, sono stati spiegati chiaramente gli obiettivi del lavoro, le risorse materiali necessarie, i tempi previsti e le modalità di valutazione.
Per iniziare
Nella fase propedeutica gli studenti hanno seguito un percorso teorico di biologia molecolare con lezioni frontali integrate da letture guidate di testi scientifici di elevata qualità, organizzate in un percorso graduato, con l’obiettivo di promuovere la contestualizzazione storica della scoperta scientifica del DNA, degli sviluppi della biologia molecolare e delle biotecnologie. Siamo partiti dalla pagina scientifica di quotidiano (per esempio: articolo del “Corriere della Sera” sull’anomalia genetica che ha creato il fiore più grande del mondo [3]) per passare alla rivista divulgativa di settore (come “Le Scienze”, anche nell’edizione originale “Scientific american”), al libro scritto da uno scienziato (La doppia elica di James Watson), per concludere con un’intervista a Edoardo Boncinelli sul significato del fare scienza oggi analizzando il percorso formativo di uno scienziato [4]. Particolare attenzione è stata riservata al linguaggio scientifico con la realizzazione di un glossario di biologia molecolare. Inoltre, ho proposto la proiezione audio e video del CD (in inglese) The Human Genome Project, prodotto nel 2004 dal National Human Research Institute e dai National Institutes of Health e diffuso dalla rivista “Nature”.
Nell’ambito della contestualizzazione storica ho anche proposto alcune attività di una scienza emergente come la bioinformatica, ovviamente adattandole al contesto del biennio. Le attività pratiche – consultazione e utilizzo di banche dati presenti in siti internazionali utilizzati dagli scienziati – sono state precedute da una illustrazione teorica.
Nel complesso, tutte le attività e le informazioni presentate in questa fase propedeutica rispondono alla profonda convinzione che sia molto importante fornire numerosi stimoli per indurre gli studenti a osservare e comprendere la realtà scientifica con curiosità intellettuale, favorendo lo sviluppo del pensiero critico.
Al lavoro!
Per compensare la mancanza di un laboratorio didattico nella scuola, nella fase sperimentale ho proposto ai ragazzi due tipi di attività: un’estrazione “casalinga” di DNA utilizzando materiali poveri e una visita “operativa” presso i laboratori dell’Università degli Studi di Milano, dove gli studenti hanno effettuato l’amplificazione di molecole di DNA per mezzo della tecnica PCR (Polymerase Chain Reaction) e l’elettroforesi su gel di agarosio. Oltre a svolgere l’attività in laboratorio, gli studenti hanno anche avuto la possibilità di visitare l’orto botanico e le serre sperimentali dell’Università. Nelle serre i ragazzi hanno potuto avere un riscontro diretto di alcuni risultati delle applicazioni della biologia molecolare nel settore botanico, osservando prati con erba geneticamente modificata, piante di riso transgenico e piante di tabacco geneticamente modificate in esperimenti finalizzati alla produzione di un vaccino contro l’HIV.
L’importanza della comunicazione
Nella fase di comunicazione scientifica gli studenti, divisi in gruppi, sono stati impegnati nel realizzare un’efficace divulgazione informatica di tutte le attività svolte, effettuando una presentazione che ha riproposto le modalità di comunicazione di un convegno scientifico [5].
In questa fase, ogni studente ha avuto un preciso compito, che poteva essere di stesura testi, rielaborazione schemi e immagini, revisione, trasposizione informatica, verbalizzazione dei contenuti con proiezione dei risultati. Questo ci ha permesso di analizzare la modalità che conduce lo scritto di uno scienziato a essere pubblicato in autorevoli riviste come “Nature”, esaminando il ruolo dei referee nel valutare l’articolo del ricercatore e nell’evidenziare elementi fondamentali che l’autore ha trascurato. Non solo: la presentazione delle attività svolte è stata anche l’occasione per indurre gli studenti a riflettere sull’operatività scientifica, sull’interpretazione dei risultati e sulla loro divulgazione. Come ha scritto in una lettera al fratello lo scienziato Oswald Avery, ricordato per avere dimostrato che il materiale genetico delle cellule è il DNA: «È bello fare bolle di sapone, ma è più saggio farle scoppiare da soli prima che qualcun altro ci provi». Con queste parole, Avery esprime tutta la sua consapevolezza riguardo alle difficoltà che avrebbe incontrato nel fare accettare i propri risultati da parte della comunità scientifica e sottolinea quindi l’importanza del rigore operativo nelle ripetute attività sperimentali e la necessità di non fidarsi subito di risultati troppo positivi. A volte, i risultati sono molto vicini alla teoria che abbiamo formulato, ma non sempre la realtà biologica segue i percorsi che abbiamo immaginato.
La valutazione degli interventi didattici
Il lavoro effettuato è stato valutato nelle diverse fasi della sua realizzazione. In particolare, le esercitazioni relative alla prima parte si sono svolte nell’aula di informatica della scuola, dove ogni studente si è collegato al sito della Fondazione Svizzera per le Biotecnologie [6], che propone un’articolata e graduata serie di domande a scelta multipla. I quesiti online sono stati utilizzati per valutare la preparazione conseguita dagli studenti nella biologia cellulare e molecolare. Ogni studente ha potuto valutare direttamente sul sito il livello di preparazione conseguito, verificando il numero totale delle risposte corrette. In caso di errore, il sistema permette di ripassare i concetti critici con simulazioni virtuali, riconsiderando il significato delle parole scientifiche chiave. Questa modalità di riscontro informatico della preparazione ha appassionato gli studenti che, nella maggiore parte dei casi, hanno dato prova di avere conseguito una buona preparazione nella biologia di base. Nella terza fase è stata valutata l’efficacia nella comunicazione scientifica informatica e verbale di tutte le attività realizzate (lettura libri o articoli, esperimenti, consultazione siti Internet, ecc.) considerando l’autonomia, la correttezza e la precisione espositiva nella presentazione finale.
Conclusioni
Il progetto ha permesso di realizzare un percorso integrato, trasferendo contenuti di base ed innovativi del mondo della ricerca scientifica del settore biologicomolecolare e rendendo accessibile a studenti del biennio di scuola secondaria superiore l’utilizzo di materiali originali, in italiano e in inglese, prodotti da scienziati. Ampio spazio è stato assegnato all’utilizzo del computer, sia per consultare materiali e siti web della comunità scientifica internazionale, sia per compilare test interattivi di valutazione finale, sia per rielaborare, a diversi livelli, materiali cartacei con ricche iconografie.
È stato così possibile ripercorrere in modo fedele l’attività lavorativa dello scienziato, nella ferma convinzione che la scuola, per adempiere pienamente al proprio ruolo di formare competenze utili per la vita e per la scelta professionale, debba necessariamente presentare approcci metodologici riproponibili nei contesti lavorativi. La scuola per la scuola, intesa come realtà isolata, non ha mai successo se le proposte didattiche non sono aperte a interazioni con un reale e ampio contesto scientifico nel quale le nuove generazioni si troveranno a vivere e a lavorare.
Gli esperimenti al Cus-Mi-Bio
1. Analisi di un caso di medicina forense
Partendo da un caso di cronaca, agli studenti (suddivisi in gruppi) sono stati forniti campioni di DNA prelevati dalla scena del crimine. Ciascun gruppo ha eseguito l’esperimento di elettroforesi del DNA su gel di agarosio, in cui si visualizzano i prodotti di PCR (Polymerase Chain Reaction, reazione a catena della polimerasi): si tratta di una reazione che permette di amplificare specifiche regioni del genoma ed è molto utilizzata nella pratica di laboratorio per costruire il profilo genetico di un individuo. Attraverso l’uso di queste tecniche, gli studenti hanno confrontato il profilo genetico del potenziale colpevole con quello di altri sospetti e della vittima.
2. Individuazione di OGM
Un OGM (organismo geneticamente modificato) è un organismo che contiene nel proprio genoma un gene estraneo (transgene), che conferisce all’organismo caratteristiche nuove. L’individuazione degli OGM viene pertanto effettuata valutando la presenza del transgene, che è amplificabile in modo specifico mediante PCR. Anche in questo caso, gli studenti hanno analizzato mediante elettroforesi su gel di agarosio i frammenti di DNA amplificati. L’analisi dei risultati ha consentito di valutare se gli organismi in esame contenevano un particolare gene estraneo.
I geni del fiore gigante
Una delle esercitazioni proposte durante il progetto è stata la stesura della sintesi di un articolo sulla genetica di Rafflesia arnoldii, il fiore più grande del mondo, apparso sul “Corriere della Sera”. Ecco un estratto del lavoro di alcune studentesse:
«Svelato il mistero dell’origine del fiore più grande del mondo [...]. La pianta, nonostante abbia il bocciolo grande come una palla da basket, si è evoluta da una famiglia i cui fiori sono piccolissimi e della quale fa anche parte la stella di Natale. Si tratta di una pianta parassita poiché manca di clorofilla, foglie e radici. Gli organi vegetativi della pianta sono filamenti simili alle ife dei funghi [...]. Negli ultimi 25 anni si era indagato, sbagliando strada, sui geni della pianta, usando marker molecolari coinvolti nella fotosintesi, che la pianta non fa. La sua origine si è compresa indagando su altre parti del suo patrimonio genetico e si è visto, così, che la pianta appartiene alla famiglia delle Euforbiacee [...]. Daniel Nickrent, un botanico che ha partecipato alla ricerca, dice che dalla scoperta si potrebbero trovare indicazioni per sviluppare fiori e frutti più grandi».
Risorse
1. M. Minoli, Scuola italiana: S.O.S. matematica e scienze, “Le Scienze”, 2002, 1, pp.12.
2. M. Minoli, I giovani e la scienza, 2004. www.viagonzagadue.it.
3. M. Spampani, Il fiore più grande del mondo, “Corriere della Sera”, 2007, 3, p.14.
4. E. Boncinelli, I mestieri della scienza: genetista, Zanichelli, Bologna 2006.
5. A. Meneghini, Significato del sistema induttivo deduttivo nella ricerca scientifica nel campo biologico, “Biologi italiani”, 2007, 5, pp. 7-25.
6. Fondazione Svizzera per le Biotecnologie. www.gene.abc.ch.
Per approfondire
- E. Boncinelli, Le forme della vita. L’evoluzione e l’origine dell’uomo, Einaudi, Torino, 2006.
- P. Sudbery, Genetica molecolare umana, Zanichelli, Bologna, 2005.
- M. Minoli, Le basi della vita, Ed. Calderini, 1994.
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L’autrice
Marina Minoli è biologa dell’Ordine nazionale, per anni docente di ruolo a Milano, ora insegna in un liceo ligure. È specializzata in didattica delle scienze e in comunicazione scientifica e ha effettuato numerose esperienze professionali nel settore industriale collaborando con Università e Fondazioni scientifiche nazionali. Autrice di numerose pubblicazioni scientifiche, svolge inoltre attività di aggiornamento didattico per docenti. Ha ricevuto il primo premio nazionale “Didattica della scienza” Miur Confindustria 2008.
