L’approccio STEM è un modello innovativo di insegnamento che integra 4 diverse discipline (Scienze, Tecnologia, Ingegneria, Matematica) allo scopo di realizzare percorsi di apprendimento capaci di far acquisire agli studenti una visione olistica delle conoscenze. È importante precisare che per ingegneria si intende la capacità di usare conoscenze e abilità per progettare, per realizzare quanto progettato, per trovare soluzioni a problemi concreti e per controllare i risultati. L’approccio parte dal presupposto che le sfide che la modernità pone a studenti e insegnanti richiedono che le abilità provenienti dalle diverse discipline si contaminino e si fondano in nuove competenze (Fig. 1). È per questo che l’educazione STEM utilizza principalmente un apprendimento basato su progetti, ispirandosi a situazioni reali, al fine di preparare gli studenti ad affrontare le sfide scientifiche e tecnologiche della società.
 |
| Fig. 1 |
Nell’insegnamento delle scienze sperimentali, infatti, le discipline rimangono spesso separate a discapito della comprensione di molti fenomeni: basti pensare a quanta fisica si può trovare nello studio del corpo umano o più in generale della biologia.
Quando, poi, tra le discipline si includono anche le arti figurative e la musica, si parla di STEAM. La loro presenza vuole sottolineare l’importanza della creatività come componente essenziale delle STEM e la necessità di incorporare il pensiero creativo e le arti applicate in situazioni reali. Anche se a prima vista la creatività potrebbe sembrare un’abilità lontana dalle materie scientifiche, in realtà il pensiero creativo è la capacità di pensare fuori dagli schemi, trovando soluzioni innovative ai problemi. Recentemente anche le neuroscienze hanno evidenziato che esiste un coordinamento tra le regioni del cervello implicate nel pensiero divergente e nella generazione di nuove idee e quelle coinvolte nella selezione delle idee e nel controllo dell’attenzione.
Le STEAM perciò forniscono un ambiente di apprendimento interdisciplinare che consente sia di arrivare a una comprensione più profonda e duratura dei concetti esplorati, sia di sviluppare competenze che permettono di applicare quanto appreso alla vita reale.
Rispetto a una progettazione tradizionale delle attività didattiche, l’approccio STEAM richiede infine una pianificazione più accurata e una formazione adeguata dei docenti.
Ecco un esempio di percorso didattico che integra alcune discipline STEAM.
Progettare e costruire un modello di sottomarino
Questa “sfida tecnologica” può essere introdotta presentando l’immagine di uno dei primi sottomarini, la cui costruzione si può collocare verso la fine del 1700 (Fig. 2).
 |
| Fig. 2 |
Si chiede agli studenti di immedesimarsi in un gruppo di scienziati dell’epoca che ha un problema da risolvere: costruire un sottomarino che possa raggiungere grandi profondità e che sia in grado di risalire senza utilizzare motori o eliche.
Si può suggerire agli studenti di osservare i movimenti dei pesci in un acquario o in un filmato poiché spesso l’uomo si è ispirato alla natura per costruire oggetti. Si può scoprire così che molti pesci utilizzano la vescica natatoria per risolvere il problema del movimento verticale e si può trarre spunto da questo meccanismo nella progettazione del sottomarino (Fig. 3).
 |
| Fig. 3 – Che cosa hanno in comune pesci e sommergibili? Si muovono entrambi in acqua… ma c’è dell’altro. Entrambi, infatti, sfruttano la spinta di Archimede per scendere in profondità e salire in superficie.
La vescica natatoria è un organo idrostatico: aumentando o diminuendo di volume permette al pesce di variare la propria spinta idrostatica per renderla maggiore, uguale o minore del proprio peso; in tal modo il pesce può spostarsi a vari livelli di profondità. |
Gli studenti possono cimentarsi nella costruzione di un modello funzionale di vescica natatoria utilizzando bottiglie e palloncini. (Fig. 4)
 |
| Fig. 4 |
 |
| Fig. 5 |
Dall’esperienza svolta appare evidente che per salire o scendere occorre sfruttare un meccanismo che consenta di aumentare o diminuire la densità: un corpo affonda quando il suo peso è maggiore della spinta idrostatica che riceve.
Se occorre, si potranno citare altri esempi che chiariscano i concetti fisici coinvolti; per esempio si potrà chiedere “Perché una nave galleggia, pur essendo fatta di metalli e pur trasportando carichi pesanti?” (Fig. 5) e proporre una modellizzazione: mettere una pentola in una bacinella piena d’acqua e poi osservare cosa succede quando la si riempie prima a metà, poi fino all’orlo.
Attraverso questi esempi e la manipolazione apparirà chiaro che la densità dipende dalla massa e dal volume (d=m/V). Qui è il caso di sottolineare quanta matematica c’è nel concetto di densità: i rapporti, le formule inverse, la nozione di volume, l’importanza delle unità di misura ben dimensionate.
Una volta che si sarà compreso come funziona la vescica natatoria dei pesci i ragazzi inizieranno a progettare il sottomarino. Ogni gruppo dovrà utilizzare le conoscenze acquisite per costruire un prototipo di sottomarino che possa muoversi nell’acqua in modo simile ai pesci. Durante la progettazione, i gruppi potranno confrontarsi e scambiarsi idee per migliorare il proprio modello. Infine, dopo aver costruito il modello del sottomarino, ogni gruppo dovrà testarlo e valutare se è in grado di muoversi correttamente nell’acqua. In base ai risultati ottenuti, i gruppi potranno discutere come migliorare il loro prototipo e presentare i loro progetti al resto della classe.
In Figura 6 la descrizione della costruzione di un sommergibile.
 |
| Fig. 6 |
La costruzione del modello semplificato di sottomarino richiede l’applicazione di numerose conoscenze scientifiche, come la variazione della pressione dell’acqua con la profondità, il concetto di spinta idrostatica e il principio di Archimede, e per la progettazione e la costruzione del modellino, che dovrà scendere e risalire nella colonna d’acqua, necessita di competenze tecnologiche e ingegneristiche; gli studenti dovranno inoltre fare ricorso alla loro creatività per rendere il design del sottomarino attraente e funzionale.
Alla fine della sfida, gli studenti avranno sviluppato abilità interdisciplinari e pratiche, nonché una comprensione più profonda del funzionamento degli oggetti sommersi e delle sfide ingegneristiche dell’esplorazione subacquea (Fig. 7).
 |
| Fig. 7 |
PER APPROFONDIRE
Matescienze Live – webinar Le scienze e le altre discipline STEAM, Vincenzo Boccardi, Ernesta De Masi e Giulia Forni
SCOPRI L’OPERA
Tra le dita – Scienze da esplorare, di A. Alfano, V. Boccardi, E. De Masi, G. Forni – Fabbri Editore – Rizzoli Education, 2022 – Testo di scienze per la scuola secondaria di primo grado