SCIENZAEVENTI/ La «Bottega di Scienza & Scienze» e i Cristalli – Convegno Nazionale di DIESSE – Bologna, 18 ottobre 2014

Dino Aquilano, cristallografo dell’Università di Torino, durante la Bottega della Scienza ha mostrato la rilevanza scientifica di alcune scoperte, in un significativo percorso storico.

31.12.2014 - Nadia Correale
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Durante il Convegno Nazionale di DIESSE (Bologna – 18 ottobre 2014) nella sezione Le botteghe dell’insegnare, la bottega della Scienza ha avuto come ospite il professor Dino Aquilano, dell’Università degli Studi di Torino, esperto di cristallografia. La scelta è caduta su di lui in quanto il 2014 è stato proclamato Anno Internazionale della Cristallografia.
Ai docenti di discipline scientifiche di diversi ordini di scuola presenti, ha mostrato, in un affascinante percorso storico attraverso due secoli, la rilevanza scientifica delle scoperte avvenute in questo settore che oltretutto hanno avuto numerose ricadute positive su diversi ambiti tecnico-scientifici: per fare alcuni esempi, si è aperta la possibilità di conoscere la struttura della neve, delle proteine e del DNA in ambito biologico e chimico, di costruire semi-conduttori in ambito elettronico, di cristallizzare farmaci in ambito medico, di realizzare laser e radar.
Tale percorso è stato scandito in quattro fasi, ognuna contraddistinta da un protagonista che ha contribuito più di altri a conoscere la struttura dei cristalli.
La prima fase è inaugurata dal francese René Just Haüy (1784): osservando che dalla sfaldatura successiva di cristalli di calcite nascevano frammenti di taglia sempre più piccoli la cui forma era identica a quella del cristallo originale, Haüy intuì che un cristallo è costituito da una forma solida precisa che si ripete nelle tre direzioni dello spazio in maniera periodica per multipli interi, secondo un numero limitato di disposizioni.
La vera e propria costruzione teorica del modello matematico – seconda tappa – avvenne grazie a Auguste Bravais (1849) che descrisse le quattordici possibili disposizioni di punti nello spazio per formare celle elementari di una struttura cristallina nei sistemi tridimensionali.
[A sinistra: Max von Laue (1879 – 1960)]
Quando già erano ben noti i fenomeni di diffrazione e interferenza della luce e la legge di Planck – terza tappa – Max von Laue (1912) potè verificare sperimentalmente le ipotesi di Haüy utilizzando una radiazione X (generata da un fascio di elettroni accelerati contro un campione di metallo) che potesse (presumibilmente) interferire con lo stato cristallino (fenomeno di diffrazione). In effetti si constatò che gli angoli di riflessione della radiazione assumevano solo valori discreti. Questo fatto era ben spiegato dal fatto che alla distanza tra i piani reticolari potevano essere attribuiti solo valori discreti come aveva ipotizzato Haüy.
Infine l’ultima tappa: l’approccio atomistico della struttura cristallina portò Ivan Stranski (1928) e Kaishew (1930-1940), e in seguito Allen Frank (1951) a conoscere il meccanismo della crescita dei cristalli e a riprodurlo in laboratorio.
Il dibattito che è seguito ha permesso di chiarire cosa significhi insegnare effettuando un percorso di conoscenza che non si limiti riduttivisticamente a impartire nozioni. La possibilità di intraprenderlo implica un approccio stupito e impegnato prima di tutto da parte del docente.
Solo in questo modo anche gli studenti saranno in grado di coinvolgersi con tutta la propria ragione e libertà. Anche quando occorre semplificare per adeguarsi alla categorialità degli studenti, bisogna stare attenti a non ridurre i concetti, andando piuttosto all’essenziale in riferimento alle esperienze più comuni della vita quotidiana.

Aquilano ha ribadito più volte che per insegnare le Scienze nelle scuole di tutti i livelli occorre rispettare il metodo scientifico, non prescindendo dall’osservazione, l’unico punto di partenza valido che può consentire un percorso di comprensione dei fenomeni naturali.
Condurre gli studenti all’osservazione di quegli aspetti che aiutano a comprendere un fenomeno è tutto fuorché banale. Infatti, non vanno dimenticati i passaggi intermedi che la precedono (guardare, vedere) e occorre affiancare sempre una descrizione dettagliata, scritta o grafica. Inoltre l’osservazione va circoscritta e guidata da parte del docente senza trascurare dettagli che aiutino gli studenti a confrontare, misurare o analizzare i parametri in gioco in base agli obiettivi precisati, fornendo criteri che non possono essere dati per scontati. Solo così sarà possibile connettere in modo costruttivo e unitario le scoperte degli studenti in un orizzonte significativo, non esclusivamente pragmatico e operativo.
Dando uno sguardo alla storia della scienza si verifica del resto che uno stesso fenomeno è stato compreso in modo sempre più approfondito, aggiungendo sempre nuovi aspetti che in precedenza non venivano considerati perché non potevano essere neppure rilevati a causa di ostacoli culturali o di mancanza di strumenti tecnologici.
Aquilano ci ha anche rammentato che gli appunti lasciati dai primi ricercatori scientifici denotano una passione per la realtà che forse oggi andrebbe recuperata. Per essere consapevoli di come sia difficile per i ragazzi di oggi assumere un approccio scientifico non va trascurato il contesto culturale in cui viviamo. Infatti, non di rado si presume che l’osservazione implichi un atteggiamento passivo di pura registrazione di fatti, senza un coinvolgimento razionale, favorendo il libero sfogo delle proprie emozioni che blocca la possibilità stessa di un reale percorso di conoscenza.
Al dibattito è seguita una breve esposizione di Villi Demaldè (coordinatore della bottega della scienza, docente di Chimica alla scuola secondaria di secondo grado). Egli ha presentato un percorso di studio della struttura dei cristalli centrato sul nesso che tale struttura ha con le trasformazioni geometriche; ha mostrato inoltre come sia didatticamente efficace e culturalmente interessante ampliare questo tipo di riflessione ad altri oggetti della natura (fiori, piante, animali) e infine anche alle arti figurative e architettoniche (cattedrali, mosaici eccetera).
Per concludere, Aquilano ha comunicato che l’Associazione Italiana di Cristallografia (AIC) ha bandito il Concorso Nazionale Crescita dei Cristalli (di cui è il responsabile), aperto preferenzialmente alle scuole secondarie di secondo grado. Informazioni dettagliate al riguardo si trovano al link: www.cristallografia.org/concorsocrescita.asp, dove è possibile reperire una adeguata documentazione sulle modalità più efficaci per ottenere delle buone cristallizzazioni da soluzione.

 

 

Nadia Correale
(Docente di Matematica e Scienze alla Scuola Secondaria di primo grado)

 

 

 

 

 

© Pubblicato sul n° 55 di Emmeciquadro

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