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LA STORIA NELLA DIDATTICA DELLA FISICA
La storia della scienza nella didattica della fisica
di Carla Romagnino*
Il nostro coinvolgimento negli sviluppi recenti
della conoscenza del mondo fisico ci allontana dal
comprendere le difficoltà incontrate anche solo nel
recente passato dai ricercatori o dal trarre
beneficio dalla loro esperienza. Allo stesso tempo,
la conoscenza della storia rappresenta un passaggio
fondamentale sulla via della ricostruzione logica
delle teorie fisiche, ricostruzione che appare
costantemente necessaria.
Da S. Weinberg, La teoria quantistica dei campi,
Bologna, Zanichelli, 1999, p. 1.
Le ragioni culturali
In estrema sintesi si può affermare che obiettivo
della fisica è ricercare le leggi della natura per
poter descrivere i fenomeni naturali e quindi
“conoscere le cause e i segreti delle cose”. Questa
descrizione avviene attraverso teorie elaborate
dall’uomo. Si capisce allora che la conoscenza di
una teoria non inquadrata storicamente costituisce
una conoscenza incompleta; infatti, essa mostra di
quella teoria solo il significato presente e ne
riduce, di fatto, la sua potenzialità.
Se questa riflessione ha senso in generale, acquista
maggiore evidenza nella didattica della fisica, in
quanto una visione storica della disciplina consente
una migliore conoscenza e acquisizione dei metodi
con cui si è sviluppata la scienza.
La fisica attraverso la storia appare, per dirla con
Popper, come una “affascinante conquista dello
spirito umano”, come una elegante, coerente
struttura capace di avere a che fare con “ogni cosa
stia in cielo e in terra”. Col riconoscimento della
sua natura storica, la fisica mostra il suo stretto
legame con la società e i grandi movimenti di
pensiero e questo fatto presenta per se stesso un
interesse scientifico e culturale notevole. È
assurdo che ancora oggi ci siano persone che si
considerano ‘colte’, pur ignorando i principali
avvenimenti scientifici che hanno mutato la storia
dell’occidente.
Le ragioni didattiche e formative
A scuola, la differenza principale tra le discipline
umanistiche e quelle scientifiche, è che mentre
insegniamo la letteratura o l’arte attraverso una
prolungata immersione nella storia degli scrittori o
degli artisti e dei generi letterari o artistici, la
filosofia attraverso il dialogo con i pensatori del
passato anche più remoto, si ritiene che le
discipline scientifiche possano fare a meno della
storia, dando così l’impressione che le teorie siano
nate dal nulla come parto improvviso della ragione.
Attraverso la storia si rendono i giovani
consapevoli del fatto che le scienze fanno parte
della cultura di ogni paese e che le leggi e le
teorie sono formulate da uomini e donne che
osservano, interpretano, analizzano, e la cui
mentalità è formata dalla società alla quale
appartengono.
Si evitano così i pericoli di un insegnamento
apodittico e dogmatico.
Dal punto di vista formativo, si può anche affermare
che la conoscenza storica permette una migliore
comprensione dei modi di fare scienza: la fisica
appare come una struttura dinamica, pronta a
discutere e a farsi discutere, non ha un metodo
certo e stabilizzato per descrivere i fenomeni, non
possiede l’etichetta di fabbrica di ‘teorie
vincenti’ e di ‘ricette’ confezionate e pronte per
l’uso.
Dal punto di vista più strettamente didattico, la
storia della fisica sembra facilitare la
comprensione dei concetti. Per esempio può rendere
più accettabili e comprensibili i contenuti della
fisica moderna. Il percorso storico, infatti,
consente di capire come e perché si è arrivati a
elaborare teorie che riguardano fenomeni con i quali
è difficile scontrarsi nella vita di tutti i giorni.
E ancora, la storia aiuta a esplorare il ‘genio
scientifico’, facendo scoprire lo scienziato nella
sua completezza, nelle sue incertezze e nelle sue
emozioni.
La mente dello studente è spesso considerata come un
recipiente da riempire di informazioni e concetti:
forza, pressione, lavoro, ecc. Questo modo arido di
travasare le conoscenze può forse andar bene per gli
studenti migliori, per i quali è indifferente ‘lo
stile’ dell’insegnante, ma è inutile, se non
dannoso, per gli studenti meno abili. Nella maggior
parte dei casi, infatti, ci si rende conto che gli
studenti, nello spiegare il mondo che li circonda,
sembrano convivere con due paradigmi paralleli (in
conflitto fra loro): uno per la scuola e uno per la
vita di tutti i giorni. Numerose ricerche mostrano
come alcuni concetti di senso comune possedute dagli
studenti prima di iniziare corsi scientifici,
persistano nella primitiva forma incompleta o errata
anche dopo lo studio della fisica (si rinvia in
proposito all’uscita
Fisica e senso comune).
Un modo utile per ovviare a questo sembra essere
quello di far emergere le idee ‘preconcette’
possedute dagli studenti e farne riconoscere
l’inadeguatezza con esempi storici, per correggerle
o sostituirle. In tal modo lo studente si sente
confortato dal punto di vista psicologico perché si
accorge che già la comunità scientifica ha avuto,
nel passato, convinzioni uguali alle sue e che
quindi le sue non sono difficoltà di una persona non
dotata, ma solo di uno studente che non conosce, non
sa o non ha riflettuto adeguatamente su certi
aspetti del problema.
E ancora, sviluppare alcune parti della fisica dal
punto di vista storico, serve a non creare fratture
fra le varie discipline. Basti pensare alla lettura
di brani tratti dai Discorsi di Galilei nei
quali confluiscono, oltre ai contenuti scientifici,
un modello linguistico, un quadro politico e un
pensiero filosofico; oppure allo studio
dell’invenzione della macchina termica con lo
sconvolgimento della vita sociale cui si accompagnò
o, ancora, alle implicazioni filosofiche
dell’esperimento di Oersted.
Alcune proposte
Naturalmente è impensabile pensare di convertire
l’insegnamento della fisica in un insegnamento della
sua storia. Allo studente devono essere forniti
contenuti fisici corretti che si riferiscano alle
teorie correnti e che gli permettano, eventualmente,
di far parte, nel futuro, di una comunità
scientifica.
Ma l’azione educativa deve essere rivolta a far
acquisire ai giovani una mentalità critica e una
corretta metodologia scientifica. È importante
perciò che, almeno ogni tanto, gli studenti si
confrontino con lo sviluppo storico di una
particolare branca della fisica svolto in modo
ragionevolmente dettagliato, studiando casi storici
particolarmente significativi nei quali integrare le
conoscenze di oggi con la riflessione su come sono
nate, quali erano le motivazioni degli scienziati,
quali i loro strumenti concettuali.
Occorre tuttavia evitare quella che è chiamata dagli
specialisti la ‘pseudo-storia’ cioè il
concatenamento degli eventi fatto in modo
logicamente coerente, ma storicamente semplificato
o, al limite, adattato alle esigenze didattiche.
L’intento dell’insegnamento attraverso la storia,
infatti, non è quello di assicurare il successo ai
fatti scientifici e sarebbe sbagliato dare
l’impressione che le idee siano emerse storicamente
in modo logico e ordinato, come una marcia
trionfale. È bene che in alcuni casi, opportunamente
selezionati, si faccia un’autentica ricostruzione
storica che comprenda l’esame degli antefatti e
delle conoscenze dell’epoca cui si fa riferimento,
la ricerca delle motivazioni che hanno spinto questo
o quello scienziato a interessarsi di quel
particolare problema e della soluzione proposta;
l’esame delle conseguenze e degli sviluppi
successivi.
Nel fare una ricostruzione di questo tipo è bene
rivolgersi alle fonti secondarie, cioè alla storia
della fisica scritta da buoni storici della scienza
che, però, vanno vagliate e confrontate per avere
una corretta informazione. È anche importante e
proficuo, soprattutto per l’insegnante, leggere
memorie originali o brani tratti da classici della
scienza soprattutto per comprendere le motivazioni
degli scienziati e per meglio conoscere i modi di
fare scienza.
Tutto ciò, naturalmente, comporta grossi problemi di
formazione dei docenti. La tradizione universitaria
in Italia, ha, infatti, trascurato la storia della
scienza e molti insegnanti ritengono che basti
qualche lettura o il racconto di qualche aneddoto
per fare storia. Da parte del docente invece si
richiede un grosso lavoro personale di ricerca
storica sull’argomento da trattare.
Alcuni esempi
Si è scritto sopra che la storia della fisica può
favorire la comprensione dei concetti.
A livello di scuola di base, per favorire il
raggiungimento di questo obbiettivo, può essere
utile ricostruire il contesto sociale e scientifico
in cui nascono alcune parole della scienza.
Un esempio per tutti.
Benjamin Franklin (1706–1799) aveva acquisito una
mentalità da contabile: essa emerge in molti dei
suoi scritti che spaziano da saggi di politica
sociale a saggi scientifici. Nello studio dei
fenomeni elettrici (era stato particolarmente
colpito dai fenomeni legati alla bottiglia di Leyda),
egli si convinse che quando un corpo manifesta uno
stato elettrico c’è in esso qualcosa in più o
qualcosa in meno.
La parola 'carica', charge in inglese,
indica, anche in italiano, l’operazione del
caricare, del porre qualcosa sopra o dentro un
qualcos’altro. Ecco che nasce questa nuova
espressione ‘carica elettrica’ in riferimento a
qualcosa che andava ad aggiungersi alla bottiglia.
Scrive Franklin: “Quando uso i termini ‘caricare o
scaricare’ la bottiglia, lo faccio in conformità al
significato delle parole, in mancanza di altre più
adatte”. Ecco, proporre ai ragazzi una ricerca sulla
terminologia della scienza può essere un buon punto
di partenza per capire meglio il concetto e allo
stesso tempo scoprire lo stretto legame tra scienza
e società.
A livello di scuola superiore si potrebbe
fortificare la comprensione di concetti complessi
come quelli legati al fenomeno dell’induzione
elettromagnetica discutendo sul come il fenomeno è
emerso, come è stato concettualizzato, come la sua
comprensione è cambiata durante lo sviluppo; lo
stesso concetto di linea di forza, così poco amato
dagli studenti, acquisterebbe un diverso valore se
si mettesse in evidenza l’importanza e la fecondità
che nel pensiero di Faraday ebbe l’idea geometrica
di linea di forza.
Ma, affrontando dal punto di vista storico ed
epistemologico i concetti legati all’induzione
elettromagnetica, si possono fare anche altre
riflessioni: come, per esempio, la formazione
filosofica dello scienziato sia importante nel
determinare l’atteggiamento nei confronti della
scienza e l’impostazione del lavoro di ricerca; per
cui avvenne che Oersted nel 1820, studioso di
Schelling e dei principi della Naturphilosophie,
che aveva ereditato la lezione di Kant, ebbe una
fede quasi mistica nell’unità della natura e rivolse
la sua attenzione alla ricerca di una relazione tra
fenomeni elettrici e fenomeni magnetici; Ampère
invece, eseguì esperimenti e interpretò fenomeni con
l’intento di cercare conferme dell’esistenza di
forze centrali di tipo newtoniano e, da buon seguace
di Newton, ‘matematizzò’ i risultati ottenuti.
Atteggiamenti mentali diversi portano quindi a dare
diverse interpretazioni dei fenomeni e a procedure
distinte: Ampère nei suoi lavori cercava conferme a
qualcosa che credeva di sapere già, per contro
Faraday indagava servendosi dell’esperimento come di
una guida per indagini successive.
Un altro passaggio difficile è spiegare il vero
significato del principio d’inerzia.
La concezione aristotelica di ‘moto violento’ è
assai diffusa nell’opinione comune, così come
permane l’idea che se un corpo pian piano si ferma
“è perché la sua forza (l’impetus
medievale) si è esaurita”. La lettura e il commento
della descrizione dell’esperimento ideale con i
piani inclinati fatta da Galileo nel Dialogo
sopra i due massimi sistemi può servire a
chiarire sia il concetto d’inerzia sia quello di
attrito, in modo assai più efficace di un eventuale
(e difficilissimo a realizzarsi) esperimento di
laboratorio.
Anche la discussione sui problemi etici legati alla
scienza potrebbe essere collocata in un contesto
corretto se si ricorre a una ‘ricerca storica’.
Si consideri come esempio una ricerca sulla nascita
del nucleare. Nel 1964, in piena guerra fredda, gli
storici della scienza Rupert Hall e Marie Boas Hall
scrivevano: “La più drammatica e affascinante delle
avventure scientifiche, alla quale sono stati
dedicati i migliori sforzi dell’uomo, è finita nella
minaccia che il genere umano possa venire estinto.
Quale che possa essere il futuro - se un’epoca
futura vedrà o meno la tecnologia nucleare come la
più utile e pacifica delle attività - sarà sempre
vero che la nostra epoca è (e noi speriamo che la
posterità possa dire era) sull’orlo del disastro.
Tuttavia, fino al 1945, quale avventura splendida,
lineare vi è stata!”
Ebbene, far rivivere agli studenti questa
‘splendida’ avventura, farli riflettere sull’uso
‘buono o cattivo’ delle scoperte scientifiche, far
conoscere l’esistenza di gruppi o associazioni come
il movimento Pugwash, premio Nobel per la pace nel
1995 per l’attività svolta in favore del disarmo,
permette agli studenti di imparare assai di più che
non un’arida sequela di formule.
Ma lo studio in chiave storica del nucleare, oltre a
una riflessione di tipo etico, può condurre a una
riflessione di tipo sociale, perché necessariamente
ci s’imbatte in una splendida donna scienziato, Lise
Meitner che, appunto per il fatto d’essere donna, e
per di più ebrea, non riuscì a farsi riconoscere la
priorità della scoperta della fissione nucleare,
priorità che andò al suo più caro amico e
‘protettore scientifico’, Otto Hahn, che conseguì il
premio Nobel appunto per gli studi sulla fissione.
Un altro argomento tipico, in grado di introdurre
problematiche sociali, è la termodinamica, per gli
aspetti legati alla rivoluzione industriale del
XVIII secolo e per gli attuali problemi energetici.
Sull’argomento convergono non solo fisica, storia e
filosofia, ma anche biologia, chimica, arte,
sociologia, ecc. Lo studio dell’energia fatto
attraverso una presentazione storica dello sviluppo
dei mulini ad acqua e delle macchine a vapore (e
questo anche a livello di scuola di base) potrebbe
attrarre i giovani e far loro capire l’importanza
dell’energia nello sviluppo di una società.
Così pure può essere interessante andare a guardare
il periodo storico in cui è stato inventato il
microscopio, il Seicento. Vediamo come le scoperte
di Van Leeuwenhoek e Swammerdam influenzarono le
idee sulla riproduzione e come le discussioni
fossero influenzate da opinioni sociali e religiose
o, più tardi, quando Pasteur prova a dimostrare che
fermentazione e decomposizione sono forme viventi e
non opera del diavolo.
___________________________
*Coordinatrice del Gruppo di Storia della Fisica
della Associazione per l’Insegnamento della Fisica
(AIF), insegna Didattica della Fisica presso la
Scuola di Specializzazione per la formazione degli
insegnanti dell'Università di Cagliari. È stata
membro di varie Commissioni ministeriali per lo
studio di nuovi programmi di fisica.
Pubblicato il 2/10/2007
