La grande idea:  i modelli causa - effetto

 

La ricerca educativa sottolinea che gli studenti sono facilmente portati ad usare modelli di causa/effetto semplici, in cui una causa conduce direttamente ad un effetto,  per  spiegare ciò che succede nel nostro mondo.

Ma il mondo raramente è così semplice! Una fuoriuscita di petrolio in un luogo può portare, attraverso una causalità di tipo "domino", a cambiamenti in luoghi molto lontani, attraverso le popolazioni degli uccelli e dei pesci migratori. Modificare la temperatura di uno strato di gas nell' atmosfera cambia le relazioni tra le densità relative,  quindi porta ad un  ri-ordinamento degli strati. 

 

Questo workshop vuole  presentare una riflessione su:

1. una serie di assunzioni comuni e inadeguate  che vengono spontaneamente formulate dalla maggior parte delle persone. Queste assunzioni interagiscono con le strutture mentali e ostacolano l'apprendimento di una vasta gamma di concetti scientifici (tra i quali il concetto  di ecosistema).
2. l'importanza della comprensione  di alcuni  modelli causali non semplicistici, utili a favorire la costruzione di  concetti basilari ma complessi, quali quelli di ecosistema, circuito elettrico ecc.

La causalità lineare

 

• La causa precede l' effetto e si ha uno schema sequenziale
• C'è un collegamento diretto tra la causa e l'effetto
• Ha un inizio ed una fine chiari
• L'effetto può essere fatto risalire ad una causa
• Se ad una causa e ad un effetto seguono ulteriori cause ed  effetti questo modello si  trasforma  in causalità "domino"

Esempio : Spegnere la candela con un soffio

 

Riuscite a pensare a un altro  esempio?

 

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 La causalità "domino"

 

 

 

In questo modello un evento provoca un  effetto che a sua  volta agisce come una causa di un nuovo effetto che poi diventerà a sua volta una causa e così via, come nel  "domino". La causalità  "domino" è importante per comprendere il processo del flusso di energia nella rete alimentare e il collegamento che va dal sole alle  piante verdi e oltre.

Il significato  può essere quello di "pensare  lontano".  I modelli causali "domino" consentono di visualizzare modelli estesi di causa ed effetto. Essi permettono agli studenti di organizzare ulteriori informazioni sul sistema. Questi modelli sono abbastanza facili da apprendere  per gli studenti. Tuttavia, senza insegnamento diretto, molti studenti non imparano ad individuarli.

 

Caratteristiche dell'effetto "domino"

 • Svolgimento sequenziale degli effetti nel tempo.

 • Un modello esteso lineare che si traduce in effetti diretti e indiretti.

 • In genere ha un chiaro inizio ed una fine chiara.
 • Può esserci una  ramificazione dove c'è più di un effetto  (e questi  possono continuare ad avere molteplici effetti e così via).

 

Ecco un esempio di causalità domino ramificata:

 

 

 

Riuscite a pensare a un altro  esempio di un effetto domino?

 

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La causalità ciclica

 

 

 

 

In un andamento ciclico, una causa fa avvenire un effetto che , in una dimensione ciclica, produce un effetto sulla causa iniziale. Non è  chiaro l'inizio  e nemmeno la fine del percorso, a volte sembra di poter guardare indietro nel tempo, ad un inizio, ma  spesso questo fatto non è altro che  il classico problema : "E' nato prima l'uovo o la gallina?".

Un esempio tipico di causalità ciclica  è il ciclo dell'acqua.

Un altro esempio di casualità ciclica riguarda le piante, che crescono, poi muoiono e  vengono decomposte; le sostanze che si formano in questo processo vanno nel terreno e  influenzano la crescita di altre piante.

 

Riuscite a pensare a un altro  esempio?

 

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Interazione e causalità bidirezionale ( causalità mutua) 

 

 

 

 

 

E' un modello a due vie. In questo tipo di relazione causa-effetto, un evento o una relazione ha effetti mutui, reciproci e spesso simultanei. Ogni componente ha un effetto sugli altri, quindi ognuno agisce sia come un effetto che come una causa.

Per esempio, la causalità bidirezionale  può essere vista nelle relazioni  simbiotiche, dove un evento o un'azione (come un' ape che impollina un fiore) ha come risultato degli effetti  su entrambi gli organismi (l'ape e il fiore).

Questo modello differisce dal modello ciclico in quanto il focus è su come un evento (l'ape che impollina un fiore) o una relazione (una zecca che succhia il sangue ad un cane)  produce effetti reciproci e simultanei  (le api si procurano il  nettare e i fiori vengono impollinati,  oppure le zecche  assorbono  nutrimento e  il cane viene indebolito).

Alcune relazioni bidirezionali possono riguardare anche rapporti di causalità  ciclici, se visti in una dimensione a lungo termine. 

 

La tendenza degli studenti verso ragionamenti lineari semplici rende improbabile che essi   notino da soli questi modelli causali più complessi. Essi tendono a tralasciare le connessioni possibili  all'interno dei sistemi e badano alle relazioni dirette, non estendono i modelli a livello di effetto domino.

Gli studenti tendono anche a "fratturare" gli schemi ciclici e a trasformarli  in schemi lineari,  tralasciando quindi  componenti essenziali delle connessioni . Spesso trascurano  il modello bidirezionale causale, concentrandosi su un solo lato dell'equazione e non notando l'altro lato, oppure focalizzano l'attenzione su singoli organismi piuttosto che a livello di popolazione (come spiegheremo in seguito) .

 

Riuscite a pensare a un altro  esempio?

 

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LAVORO  SUGLI  ECOSISTEMI

1 Primo passo

 

Imparare a conoscere gli ecosistemi significa sviluppare la consapevolezza e l'apprezzamento per le relazioni che influenzano i processi di trasferimento di energia, le condizioni di equilibrio, il  flusso nelle popolazioni, il processo delle  decomposizioni.

Abilità  specifiche come il saper identificare i produttori e i consumatori sono importanti, ma capire come strutturare le informazioni e discutere su come sono connesse è di vitale importanza per la piena comprensione dei processi. Senza una forte competenza nell'organizzare le informazioni, gli studenti rischiano di semplificare o ridurre il loro ragionamento fino ad  appiattirsi su ciò che già conoscono.

 

La ricerca dimostra che gli studenti hanno difficoltà a comprendere alcuni concetti scientifici, nello specifico quelli relativi agli ecosistemi, perché non ragionano sulla  causalità nello stesso modo degli scienziati. Così, anche se agli allievi vengono insegnate nozioni precise, essi tendono a strutturare le informazioni in modo diverso e con  distorsioni.

Inoltre l'esperienza scolastica tradizionale spesso non aiuta a concettualizzare significativamente; gli studenti hanno infatti bisogno di un aiuto per superare gli ostacoli cognitivi.

 

Alcuni esempi di comuni difficoltà di comprensione sugli ecosistemi

1. Gli studenti spesso non vedono gli effetti indiretti. Non si rendono conto che se tutte le piante verdi scomparissero, sarebbe influenzata l'intera rete alimentare e non solo gli organismi che si nutrono di piante verdi. A volte lo studente si rende conto che il sole ci dà energia , ma non "vede" che l'energia nella rete alimentare dipende dal sole e dalle piante verdi. Imparare a conoscere il trasferimento di energia in termini di causalità domino  aiuterà a riconoscere le connessioni indirette ed estese nella rete alimentare
2. Negli ecosistemi, la causalità domino descrive il trasferimento di energia, mentre la causalità ciclica descrive il riciclaggio della  materia. Spesso gli studenti  fondono le due causalità e finiscono per pensare che l'energia possa essere riciclata. Questo è comprensibile poiché l'energia e la materia "viaggiano insieme" fino ad un certo punto, ma questo pensiero porta alla difficoltà di comprendere la nostra cruciale dipendenza  dal sole e dalle piante verdi per sostenere la vita sulla Terra. Ecco l'importanza del conoscere i tipi di causalità in gioco nei fenomeni.
3. Il modo con cui una pianta può trovare cibo attraverso il sole è un mistero per la maggior parte degli studenti. Le cause che sono lontane dai loro effetti sono difficili da pensare e gli studenti spesso le sostituiscono con cause che si trovano nelle vicinanze o che possono essere tangibili. Ottenere cibo dalla luce solare non si adatta a qualsiasi immagine comune del "mangiare". Spesso gli studenti si rendono conto che il sole ha un ruolo, ma pensano che esso renda "fertile" il terreno, che a sua volta alimenta le piante attraverso il contatto diretto.
4. Una causalità passiva è più difficile da individuare rispetto ad una causalità attiva. Gli studenti tendono a focalizzare chi sta "facendo qualcosa". Spesso invertono le relazioni (indicate dalle frecce) nella rete alimentare: essi indicano il  "cosa mangia cosa" (insetti piante verdi) invece del trasferimento di energia (piante verdi              insetti). Questo riduce la rete alimentare a singole azioni, invece che a un sistema interconnesso di relazioni. La causalità domino rende più facile vedere le relazioni e i modelli di flusso dell'energia.E' difficile individuare le cause che non possiamo vedere. Molti studenti non si rendono conto che i batteri ,  molto piccoli, sono responsabili della maggior parte delle decomposizioni.  Essi attribuiscono le decomposizioni all'invecchiamento, agli agenti atmosferici, all'erosione o ad agenti evidenti come i  vermi, gli animali  ecc. Diversi  studenti sanno che  la decomposizione implica la rottura di particelle, ma  ignorano il ruolo fondamentale che svolgono i microorganismi batterici.
5. Gli studenti si rendono conto che senza la decomposizione la materia morta si accumulerebbe. I ragazzi però tendono a non rendersi conto che la materia si conserva nelle trasformazioni  e che, senza il modello ciclico del riciclaggio, gli elementi essenziali sarebbero rinchiusi nella materia morta, non disponibili per una nuova vita. Spesso gli studenti  non fanno menzione di questa implicazione nel descrivere cosa accadrebbe se non ci fosse la decomposizione. Focalizzando la  causalità ciclica nei fenomeni,  vengono aiutati a comprendere.
6. Gli studenti tendono a concentrarsi su modelli causa effetto  semplici, a senso unico, anche quando invece si tratta di processi bidirezionali, a due vie. Per esempio, quando le api impollinano i fiori, sia le api che i fiori ne beneficiano. Tuttavia, gli alunni spesso si concentrano sul ruolo "attivo", in modo da vedere un'ape in quanto beneficiaria di un fiore ma non si rendono conto che anche il fiore è un beneficiario. Inoltre, gli studenti possono rendersi conto che uno dei benefici della  popolazione  delle civette è mangiare topi, ma  possono non rendersi conto che i topi rappresentano una  popolazione il cui numero di componenti viene  tenuto sotto controllo dal fatto che le civette mangiano i topi.
7. Gli studenti riconoscono l'esigenza di suolo, acqua e sole; ma l'aria, l'ossigeno o il diossido di carbonio ( anidride carbonica) vengono presi in  considerazione da pochi.

 

Obiettivi educativi e di comprensione dell'attività del Workshop

Nel workshop presentiamo brevi attività che permettono di visualizzare alcune relazioni causa-effetto,  in particolare negli ecosistemi.

 

In una Unità di  Apprendimento della durata di qualche settimana, gli obiettivi potrebbero essere i seguenti:

a) Contenuti - comprensione

• Un ecosistema è una unità che comprende gli organismi che vivono insieme in una certa area, interagenti tra loro e con l'ambiente fisico in modo tale che un flusso di energia porti ad una ben definita struttura biotica e ad una ciclizzazione dei materiali, fra viventi e non viventi, all'interno del sistema (Odum).
• Gli organismi negli ecosistemi hanno  bisogno di alcune cose per sopravvivere:  acqua, aria, terra, alimenti, sole.
• Gli organismi di un ecosistema possono essere suddivisi in tre categorie: i produttori, i consumatori, i decompositori.
• Ci sono  interdipendenze in un ecosistema, e i cambiamenti  in una popolazione possono causare cambiamenti  in  altre popolazioni del sistema.
• L'energia dal sole viene trasferita con la modalità  DOMINO

 

b) Nessi causali  e tipi di causalità

• Le cause possono avere effetti diretti e indiretti.
• Una causa  apparentemente piccola può  avere grandi ripercussioni
• In un sistema, gli effetti isolati sono rari.
• Gli effetti spesso si propagano con modalità DOMINO, compresi quelli che si ramificano oppure che si  irradiano.
• Causalità lineare.
• Causalità ciclica.
• Mutua causalità  e causalità bidirezionale

 

c) Abilità sociali

• Ascolto attivo
• Parlare seguendo il turno previsto dalla struttura cooperativa che si agisce di volta in volta
• Esprimere le proprie idee
• Rispettare  i tempi richiesti
• Aiutare i propri compagni e farsi aiutare

 

2. Secondo passaggio

Si proiettano cinque brevi  video riguardanti i  nessi causali  accennati.

 

In gruppi di tre, con la struttura teste numerate, per ogni video guardato si risponda alla domanda:

 

Quali  causalità sono coinvolte nei fenomeni che osservate?

 

 

3. Terzo passaggio

 

" Il gioco della vita"

 

Materiali

1. CARTONCINI con cordicelle,  da indossare come fossero "collane", con figure di: a) sole, b) piante verdi, c) insetti, d) topi, e) rospi, f) civette, g) serpenti, h) puzzole, i) funghi, l) lombrichi.
2. Stringhe  colorate 

 

Setting: uno spazio ampio, dove ci si possa muovere agevolmente. I partecipanti sono disposti in circolo.

 

Attività

E' un gioco che via via mostra come ogni essere  in un ecosistema si basa su altri esseri viventi per sopravvivere.

Vanno date  le seguenti consegne :

 Dovete guardare  il cartoncino che avete indossato e i cartoncini dei compagni e,  confrontandovi, dovete individuare quali collegamenti possono essere stabiliti tra i vari organismi. Per far ciò cominciate a tendere una stringa colorata  dal sole verso le piante verdi e poi...

 

...ponetevi le domande: di cosa si nutre  ogni organismo  e quali connessioni possono essere fatte tra i vari organismi?

Tendete  le stringhe colorate  partendo  sempre da chi viene mangiato e raggiungendo   chi "mangia".  Questa procedura vi permetterò di visualizzare  i collegamenti  alimentari ed energetici

 

Si inizia con il sole.

 

 

N.B. Nel "Gioco della vita"  sono state fatte  diverse semplificazioni, ad esempio  i funghi vengono considerati decompositori  per rendere  semplice l'approccio didattico al concetto di "rete alimentare". Gli insegnanti potranno spiegare agli studenti, successivamente, che i funghi  vengono distinti in tre principali categorie nutrizionali:

• Saprofiti . Si nutrono di  materiale organico morto o dei prodotti di rifiuto o di scarto degli organismi vegetali o animali. Il fungo in questo caso è un primo attacco al materiale organico accumulato sul terreno (grazie anche all'intervento di batteri) verso la  totale disgregazione e la  trasformazione in humus.
• Parassiti
• Simbionti

Parte 2

 

La  sfida per la  comprensione degli ecosistemi

Marco Falasca, Daniela Brancadoro, Maria Grazia Bodini  - GIS  zona "Grugliasco"  - Workshop - CeSeDi, Torino, 25 novembre 2011

 

Qui viene descritto, passo dopo passo, che cosa deve fare il conduttore del gioco (nel caso di un lavoro in classe, l'insegnante) affinché il gioco stesso funzioni e si possano man mano "visualizzare" le relazioni tra gli esseri viventi.

 

a) Date la carta del sole a uno studente (o ad una coppia se il numero dei partecipanti è alto). Chiedete: "Quali organismi fanno affidamento diretto sul sole  per il loro cibo?"

Quando gli studenti avranno identificato le piante verdi, dovranno tendere una cordicella colorata tra la carta del sole e quella delle piante verdi.

 

Su una rappresentazione cartacea, si può evidenziare la connessione disegnando una freccia  in grassetto

.

 

Direzione delle frecce: attenzione! Le frecce in una catena alimentare e in una rete alimentare vanno  da CHI/COSA viene mangiato a CHI/COSA lo mangia. Questa direzione mostra il trasferimento di energia. Quando gli studenti cercano di ragionare sulle reti  alimentari, spesso invertono la direzione delle frecce e partono da chi mangia. Scambiano la causa con l'effetto e viceversa.

 

b)  Il passo successivo porta  alla scheda degli insetti.  Poiché gli  insetti forniscono energia ad altri insetti, va fatto un'ulteriore connessione insetti-insetti, come illustrato di seguito.

 

c) Carte con i topi . Ancora una volta, fate collegare gli organismi tenendo conto della direzione :  da chi fornisce energia a  chi la riceve.

 

 

 

d) - Ora  mettete in gioco la carta dei lombrichi. Fate connettere i lombrichi agli organismi da cui prendono energia.

 

 

 

 

 

e)  Mettete in gioco la scheda dei  rospi. Fate in modo che i rospi si colleghino agli organismi da cui ricevono energia, ma anche a quelli  a cui  la forniscono attraverso la decomposizione.

 

 
 

 

f) - Continuate ad aggiungere: serpenti, civette, puzzole, e funghi, collegando con le stringhe colorate . Quando tutte le carte saranno state messe in relazione,  la  "rete" alimentare sarà ricchissima e complessa.

 

            Durante l'attività, fotografate gli studenti mentre costruiscono  la rete della vita con le loro stringhe colorate che simulano le connessioni 

A questo punto vengono analizzate LE CONNESSIONI DELLA RETE ALIMENTARE

Attirate l'attenzione degli studenti sulla complessità della rete che hanno creato.

 

Chiedete: "Cosa potrebbe accadere se le civette scomparissero ?"

Risposta probabile: "Non dovrebbe accadere molto ... I funghi avrebbero meno materia non vivente a disposizione per la decomposizione"

Chiedete poi :"Cosa potrebbe succedere se i topi sono scomparissero?"

Possibili risposte: " Le civette, i serpenti,le puzzole, i lombrichi e i funghi sarebbero direttamente coinvolti. Altri organismi sarebbero colpiti indirettamente"

Chiedete successivamente:"Cosa accadrebbe se le piante verdi scomparissero?".

Risposta probabile: "Tutti gli organismi, tranne il sole, sarebbero coinvolti". 

Provare a fare questo "esperimento". Lo studente che ha la carta delle  piante verdi si siede  e tira delicatamente le corde che ha in mano, tranne quella che è collegata al sole. Chi  sente tirare le  proprie stringhe si siede, per mostrare che è stato coinvolto nelle relazioni causa-effetto. Poi gli studenti che si sono seduti devono tirare, uno alla vota e delicatamente, le stringhe che impugnano e  chiunque si senta tirare si deve sedere ... e così via.

CHIEDETE: Che significato ha  l' attività  ?

 

 

4. Quarto passo

Chiedete: "Che cos' è un ecosistema?"

Raccogliete le opinioni dai gruppi e scrivetele alla lavagna.

Arrivate ad una definizione complessiva. Essa dovrebbe includere almeno  le seguenti idee:

• Un ecosistema può essere pensato come un'organizzazione di popolazioni diverse di organismi viventi che interagiscono tra loro e con l'ambiente fisico. (Una  popolazione si riferisce a tutti i membri di una specie che vive in un particolare territorio)
• Un ecosistema comprende l'ambiente fisico
• Gli organismi occupano nel sistema ruoli diversi  
• Gli esseri  viventi negli  ecosistemi dipendono da altri esseri viventi nell'ecosistema

 

 

 

Consigli per i docenti.

Nel percorso didattico abbiamo realizzato fin qui una sorta di "esplorazione", ora ha senso  dare i "nomi" alle idee che sono state costruite dagli studenti,  illustrandole e ampliandole.  Ci si può aiutare anche con una mappa concettuale.

• Un ecosistema è una combinazione di organismi che vivono insieme in una certa area (chiamata comunità biotica o biocenosi), interagenti con l'ambiente fisico (biotopo) in modo tale che un flusso di energia porti ad una ben definita struttura biotica e ad una ciclizzazione dei materiali fra viventi e non viventi all'interno del sistema.
• Diversi organismi negli ecosistemi bisogno di alcune cose per sopravvivere, come acqua, aria, terra, alimenti, sole.
• Gli organismi di un ecosistema possono essere suddivisi in tre categorie: i produttori, i consumatori e i decompositori.
• Ci sono  interdipendenze in un ecosistema, e i cambiamenti di una popolazione in un ecosistema possono causare cambiamenti  in altre popolazioni di tale ecosistema
• L'energia dal sole viene trasferita con una modalità  DOMINO.

 

 5. Quinto passo

Esplorare la  Causalità

Per illustrare il contrasto tra la causalità lineare semplice e la causalità domino che si nota nell'ecosistema, potrebbe essere utile leggere anche il testo seguente.

 

Cos'è la causalità Domino?

Se avete qualche volta  giocato al domino, vi sarete familiarizzati con i suoi  modelli .

L'effetto domino può essere facilmente visualizzato schierando una fila di tessere a breve distanza l'una dall'altra, poggiate su una delle basi più piccole. Spingendo la prima tessera si causerà la caduta della successiva, innescando la catena.

 

L'effetto è indipendente dalla lunghezza della catena, in quanto l'energia trasferita da ciascun urto è superiore a quella necessaria per far cadere la tessera che segue. Il gioco del domino è molto interessante come metafora; quando una  tessera cade, la caduta è un effetto ma è anche una causa. Questo è vero per tutte le tessere del domino eccetto per l'ultima (dove c'è  solo un effetto.)

 

 

Generalmente si pensa che gli oggetti che caratterizzano un fenomeno sono o cause o effetti. Nella semplice causalità lineare, un "oggetto"  fa direttamente qualcosa ad un altro oggetto e si vedono gli effetti (esempio: Mario calcia il pallone). Ma in realtà è molto comune che gli effetti siano a loro volta causa di nuovi eventi.

 

 

Per esempio, immaginiamo e che la scuola sia chiusa a causa della neve. Questo fatto, a sua  volta,  influisce sui  genitori che possono aver bisogno di lasciare presto il lavoro per seguire i figli. Questa necessità può influire sugli incontri previsti dai genitori  con altre persone. Gli effetti si ramificano quindi  in molte direzioni.

Questa dinamica  è la "causalità domino."

 

La causalità domino si realizza anche negli eventi studiati dagli scienziati. Per esempio, se le piante verdi scomparissero, vi avrebbero terribili  conseguenze  su tutte le reti alimentari.

 

 

Domande su cui riflettere

1. In che modo è diversa la  causalità domino da quella lineare semplice?

2. Quali altri esempi di causalità domino riesci a pensare?

 

6. Sesto passo

 

Mostrate  come la causalità domino spiega la catena alimentare e la rete alimentare

 

 

 

 

 

 

Di qui in poi  saranno necessarie altre attività per  consolidare i concetti, preferibilmente costituite da divertenti e sfidanti  problem solving e da mappe concettuali

 

 

 

FINE  DEL WORSHOP

Grazie e ...buon lavoro al servizio dei ragazzi, della nostra scuola e della nostra società!

 

 

 

Chiunque desideri preparare i materiali necessari per questo percorso didattico - le carte con i disegni degli organismi e i cinque video - e necessiti di suggerimenti o consigli, può contattare i seguenti autori (entrambi facilitatori del GIS – CeSeDi):

 

 Marco Falasca marco.fala@libero.it  -  Daniela Brancadoro   rcusell@libero.it