SCIENZ@SCUOLA/ Elementi di innovazione nella Didattica della Chimica: percorso “Chimica consapevole”

L’innovazione didattica delle scienze naturali al Liceo si scontra spesso con varie limitatezze. L’autore invita a raccogliere questa sfida e racconta un percorso innovativo

03.08.2011 - Marina Minoli
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La pagina iniziale di REACH

Nell’insegnamento delle scienze naturali al Liceo i tentativi di innovazione didattica si scontrano spesso con la limitatezza delle ore di lezione, con gli stereotipi della programmazione curricolare e con la resistenza a introdurre temi «particolari» nello sviluppo abitudinario degli argomenti scolastici. Perciò occorre raccogliere questa nuova sfida dell’autore che racconta un percorso nel campo delle sostanze chimiche tossiche, svolto utilizzando strategie didattiche che coinvolgono attivamente gli studenti nella conquista e nel consolidamento di «conoscenze consapevoli». Un percorso originale, che prende spunto dalla approvazione della normativa europea REACH (Registration, Evaluation, Authorization and registration of Chemicals) e si costruisce sia in termini analitici – lo studio delle sostanze prese in esame – che come apertura ai temi più attuali per il mondo contemporaneo. Un percorso che usa in modo appropriato anche le tecnologie più recenti, la Lavagna Interattiva Multimediale (LIM), non come sostituto nella preparazione delle lezioni, ma come strumento e occasione per raccogliere testi e documentazione, riflettere in modo collaborativo su di essi ed elaborare nuovi documenti a integrazione dei libri di testo correnti.

I cambiamenti culturali in corso vengono spesso considerati lontani dalle proprie necessità di vita, e ciò accade anche nella scuola. Esiste però la consapevolezza che attività didattiche innovative possano essere l’occasione di coinvolgere attivamente gli studenti nello sviluppare proposte di reale efficacia formativa per il «cittadino della società della conoscenza», ma anche l’occasione per superare difficoltà operative nell’attivare percorsi di crescita culturale dei nostri studenti in modo efficace e non ripetitivo. Proposte che valorizzano la scienza chimica, in particolare sviluppando il tema della «sicurezza chimica» alla luce dei cambiamenti della normativa europea REACH, sono state per me l’occasione di coinvolgere gli studenti in un apprendimento appassionante e altamente formativo.

Motivare all’apprendimento della chimica

Un percorso di ricerca didattica, denominato Chimica consapevole per comprendere i meccanismi delle interazioni tra le sostanze chimiche e gli esseri viventi, con particolare riferimento alla valutazione del rischio umano e ambientale, prevedeva esperimenti di tossicologia per motivare una conoscenza consapevole dei cambiamenti della normativa europea.
Realizzando questa modalità operativa, il docente concepisce e attua un processo di innovazione creativa che rende la scuola fulcro di un attivo processo di aggiornamento culturale. Si attinge dall’analisi comparativa di differenti fonti per ideare un efficace percorso formativo che renda a loro volta gli studenti elementi di sensibilizzazione alla tematica della sicurezza chimica nell’ambito dei propri contesti di vita. Si attuano attività didattiche innovative non semplicemente importate da enti esterni, spesso lontani dalle reali necessità dell’agire quotidiano nella scuola, ma ideate e sviluppate dal docente in sinergia con la realtà territoriale.
Esiste la personale consapevolezza che attività didattiche altamente formative anche per una «cultura di impresa», sviluppate nel rispetto dei nuclei fondamentali delle differenti discipline e in raccordo con l’economia locale, possano coinvolgere direttamente gli studenti nel rielaborare efficaci azioni. Un «moderno orientamento attivo in itinere» che promuove la conoscenza motivata di alcuni settori applicativi della chimica e relativa sicurezza con ricadute formative personali e territoriali nell’ambito di un più ampio processo educativo che infonde il fondamentale «piacere della scoperta» nel settore scientifico.
Una sfida proporre «innovazione formativa nella scuola», che non significa semplicemente rincorrere ogni moda procedurale o tecnologica se non nell’ideare applicazioni di una necessaria modernità scientifica che tenga sempre in considerazione il percorso storico e umano (dubbi e riflessioni) che ha condotto all’oggi. Ritengo che un docente «vero maestro», non dovrebbe limitarsi a copiare e imitare approcci culturali concepiti da altri, ma diventare invece il promotore di efficaci idee formative in relazione alla specificità del gruppo-classe.
Idee e proposte per una scuola che invece di seguire lo sviluppo di imprese territoriali ne anticipa l’evoluzione promuovendo «formazione etica» alla sicurezza in settori di avanguardia che avranno in breve tempo inevitabili ricadute nell’economia, sia nel settore produttivo ma ancor di più nel commercio di materie finite o semilavorate importate. In un momento di crisi economica internazionale ritengo fondamentale non aspettare che il nuovo si realizzi, ma anticiparlo sia in formazione collettiva del cittadino sia nella proposta di nuove professionalità.

Un approccio al REACH per la scuola

Il REACH (acronimo di Registration, Evaluation, Authorization and registration of Chemicals) è un regolamento dell’unione europea che impone ai fabbricanti e agli importatori di sostanze chimiche di valutare in modo sistematico e gestire i rischi che le sostanze chimiche possono comportare per la salute e l’ambiente.
L’obiettivo è quello di migliorare la conoscenza dei pericoli e dei rischi derivanti da prodotti già esistenti (introdotti sul mercato prima del 1981) e nuovi (dopo il 1981) rafforzando le capacità innovative dell’industria chimica europea.
Con il REACH si possono conoscere: le proprietà pericolose dei prodotti manipolati; i rischi connessi ad un’esposizione; le misure di sicurezza da applicare.
La registrazione delle sostanze comporta l’obbligo di presentare all’agenzia europea le informazioni di base sulle caratteristiche delle sostanze e l’obbligo di eseguire test sperimentali per capire le proprietà fisico-chimiche, tossicologiche e ambientali.
Le sostanze più pericolose sono inserite in un apposito elenco e possono essere immesse sul mercato solo se richieste dall’impresa e se autorizzate dalla Commissione europea.
Le sostanze CMR (con effetti cancerogeni, tossici e mutagenesi) e vPvB (molto bio accumulabili) devono essere autorizzate.

Le fasi del percorso realizzato hanno come scopo anche quello di attuare approcci metodologici riproponibili nei contesti lavorativi e formare alla consapevolezza di tematiche che abbiano importanti implicazioni con la salute umana, avviando quindi gli studenti a essere responsabili del proprio futuro di sicurezza. Ritengo che l’elaborazione di una proposta didattica relativa al REACH sia utile per indurre il docente a lavorare in modo coinvolgente con i propri studenti, rendendo gli apprendimenti della chimica e della biologia sempre più integrati e in relazione a regolamenti europei che abbiano importanti implicazioni per salute ed ambiente.

Questo percorso ha permesso di promuovere interesse verso la cultura scientifica, in particolare tematiche di sicurezza chimica: avviando alla conoscenza dei contenuti e alle applicazione del REACH, e alle sue ricadute a livello locale, ha reso gli studenti «protagonisti attivi» del proprio processo di formazione. Altri obiettivi importanti sono stati: sviluppare e potenziare le capacità espressive degli studenti realizzando differenti forme di comunicazione dei contenuti scientifici proposti e rielaborati; imparare a conoscere la realtà scientifica europea con curiosità intellettuale favorendo lo sviluppo del «pensiero critico» nella lettura di testi estratti da differenti fonti (dal quotidiano Il Sole 24Ore alla rivista scientifica di settore, a testi giuridici di normative internazionali relativi alla sicurezza chimica). Importante occasione formativa inoltre per integrare l’apprendimento della biochimica con l’inglese e l’informatica, realizzare percorsi guidati di analisi di siti telematici di Enti governativi e di ricerca nazionali e internazionali per identificare dati utili per una «conoscenza formativa».

Oltre i confini della chimica: l’attività di progettazione

Per motivare gli studenti alla realizzazione del percorso sono stati spiegati chiaramente gli obiettivi e le modalità del lavoro, i prodotti da realizzare al fine di promuovere competenze utili per la vita individuale e collettiva, per alcuni aspetti anche per la scelta professionale. Un modo per svolgere «orientamento attivo in itinere» che non può limitarsi, come spesso accade nelle scuole, a orientare alla scelta delle professioni partecipando a fiere / corsi organizzati da enti esterni privi di una vera e necessaria contestualizzazione culturale in quanto non inseriti in un processo formativo calibrato per la specificità del gruppo-classe. Nell’ambito di un laboratorio virtuale gli studenti sono guidati dal docente a svolgere, con la modalità di lavoro del ricercatore, numerose attività online (per esempio consultazione guidata del data base Ispra degli indicatori ambientali e altre fonti).
In merito alle registrazioni e valutazioni di pericolosità delle sostanze chimiche con riferimento alla sicurezza umana e ambientale sono state consultate, lette e analizzate differenti fonti bibliografiche relative a materiali prodotti dal Ministero della Salute, schede di analisi di pericolosità sostanze chimiche divise per livelli, siti di Helpdesk-reach.it, specifici documenti come la Convenzione di Stoccolma, sito europeo sulla classificazione delle sostanze chimiche, articoli de Il Sole 24Ore, banche dati internazionali, eccetera. Per svolgere questo percorso gli studenti devono possedere conoscenze di base al programma di chimica generale (in particolare classificazione e denominazione delle molecola inorganiche con nomenclatura IUPAC e tradizionale, gruppi funzionali della chimica organica), una tematica – ponte per passare alla programmazione di biologia umana.
Questo percorso è stato svolto al termine del programma di chimica inorganica e nelle prime fasi del programma di biologia molecolare, considerando i gruppi funzionali delle molecole reattivi nei confronti del DNA e della trasformazione metabolica da parte delle cellule. Accennando ai cancerogeni chimici ho trattato la tematica della mutagenesi ambientale e delle «allerte strutturali» considerando composti elettrofili che si attaccano facilmente alla molecola di DNA e la proprietà dell’idrofobicità, fondamentale nell’interazione tra molecole biologiche e cellule. Questa modalità procedurale conduce all’analisi degli studi di Hansch che è riuscito a combinare approcci quantitativi di modellizzazione già usati in chimica-fisica con lo studio delle azioni biologiche, creando un campo in cui la modellizzazione quantitativa è entrata con successo nella biologia valutando la potenza mutagena nel batterio Salmonella come modello di efficace interazione tra osservazione e teoria.
È stato inoltre interessante analizzare in modo critico e consapevole gli aspetti etici, legali e sociali della sicurezza chimica valorizzando l’importanza di prendere decisioni informate. È quindi fondamentale conoscere contenuti relativi alla sicurezza chimica in Italia con riferimenti e date significative dell’evoluzione della normativa e della sua applicazione (2007 – 2010 – 2013 – 2018). Particolare riflessione sulla data 12/2010 – prima registrazione per la sicurezza chimica in tutta Europa di 24675 sostanze e conoscere l’approccio di studio e le modalità di una disciplina che integra competenze interdisciplinari: la tossicologia individuando i simbolismi della pericolosità chimica.

La tempistica applicativa del REACH
Il regolamento REACH si applica direttamente in tutti gli stati membri a partire dal 1 giugno 2007, in modo scalare e secondo scadenze che interessano dapprima solo alcune parti del regolamento e successivamente, nell’arco di tre anni, tutte le restanti parti.
1 giugno 2007 Diretta applicazione REACH, Agenzia Europea,
Disposizioni transitorie finali
1 giugno 2008 Registrazione delle sostanze (anche quelle «a regime transitorio») Valutazione, Autorizzazione, Inventario delle classificazioni,
Misure transitorie riguardanti le sostanze esistenti
1 giugno 2009 È entrata in vigore la normativa sulle Restrizioni
Per la registrazione delle sostanze «soggette a regime transitorio» sono previste le seguenti date limite
1 dicembre 2010 Per le sostanze immesse sul mercato in quantità > di 1000 ton/anno e per alcune sostanze definite pericolose purché in quantità > 100 ton/anno
1 giugno 2013 Per le sostanze immesse sul mercato in quantità > di 100 ton/anno
1 giugno 2018 Per le sostanze immesse sul mercato in quantità > di 1 ton/anno

 

 

Scegliere gli argomenti

 

Tra le sostanze oggetto della normativa REACH sono state svolte soprattutto attività di ricerca sul mercurio (riferendo e motivando con esempi storici di intossicazioni l’abolizione di utilizzo nei termometri) e sull’amianto considerando lo specifico contesto regionale ligure nel quale vivono gli studenti e la presenza sul territorio di una miniera dalla quale è stato estratto, utilizzato in loco, ed esportato per anni questo minerale. Particolarmente interessante per parte del territorio dedito all’agricoltura, l’approfondimento relativo ai pesticidi in agricoltura, con analisi delle colture di uso comune trattate, delle differenti normative a livello internazionali con consultazione delle banche dati telematiche (paese, coltura, trattamento pesticidi, normative attuali e future comparate con decreti – leggi europei). Gli studenti a gruppi differenziati lavorano in merito ai differenti aspetti del prospetto producendo materiali di sintesi, tabulazione, comparazione dati e comunicazione degli stessi. Gli studenti scelgono liberamente il settore di interesse (giuridico-normativo, teorico-sperimentale, storico-epistemologico, ricerca-innovazione, applicativo, sanitario-ambientale) nel quale effettuare il lavoro di ricerca e rielaborazione.
Il campo di ricerca è ampio e molto differenziato, come si può riconoscere nello schema seguente che riporta i soggetti del settore privato coinvolti a vario titolo nella normativa REACH.

Utilizzo della LIM

Nello sviluppo di queste attività bene si presta l’utilizzo della LIM di classe, sia nella fase di ricerca operativa delle fonti Internet e dei dati, sia nella fase di rielaborazione collettiva delle informazioni e nella fase di proiezione e condivisione dei materiali prodotti. Un approccio digitale alla didattica vincente per coinvolgere direttamente gli studenti in una modalità di lavoro vicina alla loro modalità di comunicazione che li vede abili utilizzatori dello strumento informatico. E non solo: l’uso della LIM di classe si rivela una modalità operativa per educare ad analizzare e selezionare le fonti scientifiche in modo collaborativo, fase propedeutica seguita da momenti di differenziato lavoro individuale che viene poi verificato con la LIM in modo collettivo al termine delle diverse attività. Per esempio, per lo studio dell’amianto sono state trovate in modo autonomo sia informazioni relative al minerale (vedi immagine seguente), sia informazioni relative all’epidemiologia delle patologie correlate all’amianto, come quelle contenute nella carta geografica sotto riprodotta, che esprime la distribuzione percentile dei decessi dovuti all’esposizione all’amianto (in Italia circa mille persone all’anno).

 

 

La tossicologia nella didattica delle scienze chimiche

 

La tossicologia è considerata una scienza relativamente nuova che integra competenze multidisciplinari. E proprio l’approccio innovativo a questa scienza costituisce, nella didattica, un «ponte» tra la chimica e la biologia con riferimento all’elevato numero di esposizioni a sostanze potenzialmente tossiche e ai differenti effetti sull’organismo; a partire dal benzene e dalla sua storia, per giungere ad altri composti come stirene , tricloroetilene , diossina, mercurio.
Un’altra proposta è introdurre l’argomento degli «xenobiotici», sostanze chimiche estranee al sistema biologico, sostanze che in rapporto alla propria natura e concentrazione possono determinare effetti nocivi per la salute umana, animale e per gli ecosistemi; qui gli studenti sono coinvolti attivamente in specifiche attività di ricerca, iniziando dalla definizione del concetto di tossicità come «capacità di una sostanza di produrre un effetto dannoso sull’organismo» (ovvero la proprietà di arrecare effetti dannosi anche a basse dosi).
In questa fase il compito innovativo del docente, anche a partire dalla specifica attività di aggiornamento svolta per prepararsi alla realizzazione del percorso, è stato quello di aiutare i giovani a contestualizzare i differenti «dati scientifici» raccolti in «informazione» ragionando sul rischio tossicologico in termini anche probabilistici e trasferendole in «conoscenze importanti» per la propria vita, anche professionale.
Quale la probabilità che una determinata sostanza, usata in certe condizioni, produca un effetto tossico? Per esempio, due sostanze chimiche: una molto tossica, ma debolmente volatile, l’altra poco tossica, ma assai volatile: la probabilità che un operatore sia esposto per inalazione a concentrazione tossica della seconda rispetto alla prima è maggiore; importante dunque, quando definiamo misure di sicurezza considerare non solo la tossicità intrinseca di una sostanza (cioè la capacità di alterare lo stato di salute), ma anche le condizioni di utilizzazione (la probabilità di venire a contatto con concentrazioni tossiche). Quali sono dunque i limiti tollerabili di esposizione ovvero i limiti entro i quali non si verifica alcun effetto tossico e il rilevamento di un’esposizione eccessiva, ma non ancora lesiva, che non dà ancora effetti nei liquidi biologici o tracce di alterazione biochimica o fisiologica precoce ancora reversibile?

 

Ricercare e produrre documenti: integrare il libro di testo

 

L’impatto positivo di queste attività si rivela anche come capacità di collaborazione nell’elaborazione di documenti originali, rigore nella comunicazione di riflessioni e risultati e reale coinvolgimento nel processo di informazione consapevole delle più moderne problematiche scientifiche riguardanti la salute in particolare partendo dallo studio delle relazioni tra la struttura delle sostanze chimiche e la loro attività biologica.
Gli studenti hanno lavorato in modo proficuo, utilizzando queste attività anche come occasione di recupero di lacune curriculari della chimica oltre a strategie di potenziamento ripercorrendo le fasi del lavoro, anche dell’Europarlamento, che hanno portato alla definizioni delle attuali normative REACH, analizzando le difficoltà operative e le modalità di diffusione dei risultati a diversi livelli. Il docente con questa modalità di lavoro è coinvolto attivamente nel produrre ed elaborare propri testi e nel guidare gli studenti nella lettura, consultazione e redazione di alcuni testi interpretativi da parte degli studenti. Un percorso che può essere svolto in modo integrato utilizzando anche ausili informatici di vario tipo, anche la Lavagna Interattiva Multimediale nel rielaborare, proiettare e quindi condividere soprattutto la fase di riflessione e rielaborazione delle fonti.

(Immagine elaborata nel lavoro di analisi dei simboli chimici di pericolosità)

 

Lavorando con modalità di ricerca – azione in modo creativo si induce nei giovani l’acquisizione di un sapere consapevole e motivato, superando i numerosi limiti dei libri di testo di chimica che, seppur validi per l’acquisizione dei concetti di base, sono spesso sviluppati in modo avulso dalle reali necessità operative della scuola superiore. Infatti essi spesso nascono dall’impegno e sforzo produttivo di giornalisti o cultori della disciplina, ma privi di esperienze di quotidianità relazionale con giovani che sono in effetti sempre più demotivati all’apprendimento scientifico, ma anche critici nei confronti di proposte editoriali finalizzate a una eccessiva spettacolarizzazione della scienza. È vero, produrre materiali didattici in modo autonomo richiede notevole impegno e tempo, ma risolve sicuramente il problema di un approccio forzato e poco coinvolgente a una disciplina altamente formativa e a carattere interdisciplinare per comprendere il vivente e i suoi rapporti con l’ambiente.
«È essenziale progettare e ideare un prodotto come risorsa didattica che sappia integrare diversi contenuti e diversi linguaggi, una sorta di ponte tra quello che succedeva fino a qualche decennio fa e quello che succederà in futuro», come affermato anche da Francesco Vettori dell’Agenzia Nazionale per lo Sviluppo dell’Autonomia Scolastica (ANSAS) nel corso del Convegno A scuola senza libri. Emergenza educativa e Internet presso la Biblioteca Braidense nel maggio 2009.
Un approccio nuovo nel proporre un’operatività integrata nella quale imparare a comunicare partendo dalla lettura, dal confronto e dall’analisi critica di documentazioni relative al REACH si rivela altamente formativo.
Inoltre l’analisi del progetto REACH è un’occasione per educare i giovani a uno sguardo storico che, partendo dall’ambito chimico e biologico, possa avviare a trattare la tematica della sicurezza chimica in modo interdisciplinare. L’ultimo secolo ha infatti visto la crescita della produzione chimica in tutti i campi e la conseguente distribuzione di nuove molecole e sostanze nell’ambiente anche all’interno delle catene alimentari. Molecole nuove utilizzate a più livelli che devono garantire sicurezza chimica per l’ambiente e la salute umana.
Alcuni ricercatori riferiscono l’aumento di questa presenza come primo responsabile della crescita di alcune malattie inducendo l’Unione Europea a istituire un programma di controllo di tutte le molecole. Sono state «recensite» anche quelle già conosciute per valutarne la pericolosità, considerando anche 30.000 componenti chimici che non sono mai stati sottoposti a test, perché messi in commercio prima del 1981.
Gli studenti, come cittadini della Comunità europea, dovrebbero essere sensibilizzati sulla necessità di essere costantemente informati su rischi ed eventuali pericoli delle sostanze chimiche utilizzate nei differenti Stati, alcune delle quali presenti come componenti di prodotti di uso comune. Necessario dunque evidenziare la necessità della tracciabilità dei differenti materiali e, soprattutto, educare alla ricerca di essa sulle nuove etichettature dei prodotti in commercio. Una efficace formazione-informazione è necessaria non solo a livello europeo comprendendo anche l’esigenza di una comune rigorosa normativa tra i differenti Stati dell’Unione, ma acuire la sensibilità a una personale consapevolezza chimica anche nell’ottica di libera circolazione di merci e persone in contesti geografici internazionali, spesso regolamentati da differenti leggi.

 

 

Marina Minoli
(Biologa dell’Ordine Nazionale, specializzata in Didattica delle Scienze presso l’Università Cattolica di Brescia e in Comunicazione Scientifica presso la Facoltà di Farmacia dell’Università degli Studi di Milano)

 

 

Indicazioni bibliografiche e sitografiche

  1. M. Minoli, Insegnare biologia oggi: elementi di innovazione nella didattica della scienza della vita, in Emmeciquadro n. 37, dicembre 2009
  2. M. Minoli, Corsi e percorsi, in Sapere, ottobre 2009
  3. M. Minoli, Tutto il lavoro dello scienziato, in Linx, aprile 2009
  4. M. Minoli, Scuola e computer, in Le Scienze e in Didattica della Chimica, aprile 2002
  5. www.helpdesk-reach.it
  6. www.salute.gov.it/sicurezzachimica
  7. www.ec.europa.eu/environment/chemicals
  8. A. Cerretelli, Chimica: sì dell’Europa al Reach, in Il Sole 24Ore, 18 novembre 2005
  9. G. Paganetto, Il test di AMES nella valutazione della genotossicità ambientale, in Biologi italiani, novembre 2001
  10. http://annuario.apat.it
  11. Atti del Convegno A scuola senza libri maggio 2009, Università Cattolica di Milano
  12. G. Parisi, Tossicologia dei radicali liberi, in Biologi Italiani, febbraio 2010
  13. R.W. Tennant, B.H. Margolin, Prediction of chemical Cancerogenicity in Rodents from in vitro Genetic Toxicity Assays, Science, 236: 933-940
  14. Francesco Butturini, Strategie educative, Nòva, Il Sole 24Ore, 21 aprile 2011.

 

 

 

© Pubblicato sul n° 42 di Emmeciquadro

 




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