L’uso della scienza di avanguardia nel programma di studi: il bilanciamento del peso corporeo Teach article

Tradotto da Daniela Caleppa. Friedlinde Krotscheck descrive come ha utilizzato un articolo d’avanguardia da “Science in School” per svolgere le sue lezioni sul corpo umano.

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Per gli adolescenti, la scuola può essere di importanza secondaria. Molti studenti sono interessati principalmente al loro aspetto fisico, ai loro partner ed a divertirsi nel tempo libero; inoltre essi sono molto sensibili alle opinioni dei coetanei.  Pertanto, quando ho recensito un articolo per Science in School, riguardo ad una nuova potenziale terapia ormonale contro l’obesità (Wynne & Bloom, 2007), mi sono chiesta se avessi potuto usare l’articolo e le ansie degli adolescenti per rendere i miei studenti del Decimo anno (15-16 anni) più partecipi alle lezioni di biologia.

Il primo semestre del Decimo anno è dedicato al “corpo umano”; è la prima ed unica occasione in cui gli studenti possono approfondire l’argomento. Per più di tre mesi, ho dedicato tutte le 24 lezioni di biologia (ciascuna di 45 minuti) all’ “omeostasi ed il corpo umano”, concentrandomi sull’articolo di Science in School ed integrandolo con registrazioni video delle lezioni The Science of Fat (Evans & Friedman, 2004).

Ho iniziato col domandare ai miei studenti se avessero voluto provare un differente approccio alla materia, basato su esercizi e tabelle, che avevo preparato. Gli studenti avrebbero dovuto lavorare da soli e in gruppi, per sviluppare le proprie cartelle di informazioni (appunti, diagrammi e saggi), presentare i propri risultati ai compagni e prendere parte ai dibattiti in classe. Gli studenti hanno risposto con entusiasmo alla mia proposta.

Friedlinde Krotscheck
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Krotscheck

Nei successivi tre mesi, l’entusiasmo degli studenti per l’argomento e l’approccio alla materia non era diminuito. Essi erano motivati a studiare gli apparati, cogliere il principio dell’omeostasi ed analizzare criticamente il loro stile di vita. Sono rimasta impressionata dalla serietà con cui lavoravano alle loro cartelle (anche al di fuori delle lezioni) e dall’entusiasmo con cui chiedevano più informazioni scientifiche, influenzavano l’andamento dell’unità didattica, esponevano gli uni agli altri le proprie ricerche e discutevano dei risvolti etici che il lavoro implicava.

Di certo, quando si parla di obesità,  ci si preoccupa di mostrare sensibilità nei confronti di studenti obesi o in sovrappeso.  Dato che l’unità didattica iniziava con una considerazione abbastanza lunga sull’omeostasi ed il metabolismo, gli studenti erano abbastanza rilassati quando siamo arrivati ad approfondire il concetto di indice di massa corporea (e chiaramente i dati individuali degli studenti non sono stati resi pubblici).

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Quando abbiamo cominciato a parlare di obesità e dell’articolo di ricerca, i miei due studenti in sovrappeso erano euforici, perchè avevano realizzato che tale condizione non dipendeva necessariamente da loro, ed hanno iniziato a parlare apertamente in classe delle loro abitudini alimentari. Altri studenti hanno raccontato di ulteriori problemi di peso, come anoressia e bulimia.

Di seguito troverete le linee guida per riprodurre l’unità didattica. Io sono partita da qui per introdurre (con il consenso degli studenti) un differente approccio alle lezioni di biologia, più simile al metodo scientifico. In questo modo, inoltre, i miei studenti hanno realizzato che la conoscenza basilare dei fatti è importante per capire la ricerca d’avanguardia.

Se non riuscite a dedicare un periodo di tempo così lungo a questo argomento, potrete avvalervi di piccole parti del progetto, o schede individuali.

L’equilibrio energetico.
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1) La vita quotidiana di uno studente

Iniziate la prima lezione con una semplice domanda: “Come stai?”. Discutere le risposte degli studenti, separandole in riscontri cortesi e riflessioni oneste delle loro emozioni (es. triste, felice, stanco, annoiato) permetterà di individuare i fattori che hanno influenzato le loro risposte, ad esempio:

  • Se piace loro la scuola
  • Se hanno fame o sete
  • Quanto e che tipo di cibo hanno mangiato
  • Quanto hanno dormito.

Da qui, conducete la discussione al metabolismo umano e ad uno dei diagrammi ( l’equilibrio energetico, a sinistra) di Wynne & Bloom (2007). Di compito, gli studenti dovranno completare quotidianamente la Tabella 1 per una settimana, annotando cosa hanno mangiato e che tipo di attività sportiva hanno praticato. Tutte le tabelle e le schede necessarie all’unità didattica possono essere scaricate dal sito webw1 di Science in School.

 

Tabella 1: Quantità di cibo assunto e dispendio energetico. Ogni giorno, registra cosa hai mangiato, che tipo di attività fisica hai praticato e per quanto tempo.
  Quantità di cibo assunto Dispendio energetico
Giorno Descrizione del cibo ml o g Attività Tempo Distanza
           
           

2) Gli apparati

Per avvicinarsi all’argomento del metabolismo, gli studenti devono comprendere gli apparati del corpo umano e come essi lavorino insieme per mantenere l’omeostasi. Nel corso dell’intera unità, gli studenti dovranno acquisire una cartella di informazioni sulle differenti funzioni degli apparati, lavorando in gruppo o individualmente, in classe o a casa. E’ importante che l’insegnante fornisca solamente i materiali (libri di testo, siti internet, modelli, diagrammi e altre informazioni sui diversi apparati); gli studenti dovrebbero acquisire autonomamente le informazioni fondamentali. Io ho dato ai miei studenti pochissime linee guida sulle informazioni da raccogliere, supportando soprattutto i soggetti meno preparati. Altri insegnanti potrebbero voler fornire strumenti più numerosi.

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Ogni gruppo di studenti potrà concentrarsi su un apparato, per poi esporre una presentazione di 15 minuti, consegnando al loro audience un test da completare.

Dopo aver raccolto informazioni su tutti gli apparati, gli studenti dovranno usare la Scheda 1 per:

  1. Descrivere le funzioni di ogni apparato e riconoscere gli organi ad esso appartenenti.
  2. Usare frecce e definizioni per descrivere l’influenza che gli apparati hanno l’uno sull’altro.

Mi sono soffermata per 12 lezioni sulle prime due parti dell’unità didattica, in seguito alle quali i miei studenti avevano acquisito una conoscenza base sugli apparati, su come essi dipendano l’uno dall’altro e sull’omeostasi. Ho spiegato solamente il sistema nervoso centrale, mentre tutti gli altri argomenti sono stati presentati dagli studenti.

3) Una valutazione della quantità di cibo assunto e dell’attività fisica

Con riferimento ai dati della Tabella 1, gli studenti dovranno formulare un’ipotesi sul proprio equilibrio energetico (es. perdita o aumento di peso). In seguito dovranno considerare come i loro risultati possano essere quantitativamente equiparati a quelli dei compagni di classe , ed infine arrivare ad utilizzare l’indice di massa corporea (IMC).

IMC = massa corporea (kg)
          (altezza (m))2

Usando questa equazione o un programma on-line per il calcolo dell’indice di massa corporeaw2, ogni studente deve calcolare il suo IMC. La prima lezione di The Science of Fat (“Deconstructing obesity” di Jeffrey M Friedman) può essere usata per introdurre alcuni limiti dell’IMC, in particolare il fatto che la sua efficacia non si possa estendere a tutti i soggetti esaminati.

In seguito, utilizzando la Tabella 2 ed i dati della Tabella 1, ogni studente deve calcolare il proprio equilibrio energetico e la media settimanale, per scoprire in quale direzione esso si orienti. Per fare ciò, gli studenti hanno bisogno dell’aiuto dell’insegnante, per convertire i dati della Tabella 1 in kilojoule. Ci sono anche molti siti internet che effettuano questi calcoli o forniscono le informazioni necessarie per procedere da soliw3.

Tabella 2: Quantità di cibo assunto ed equilibrio energetico
Quantità di cibo assunto meno dispendio energetico
Giorno + kJ (quantità di cibo assunto) – kJ (dispendio energetico) Equilibrio energetico
       
       
L’omeostasi. Il corpo umano è
un insieme di apparati;
ognuno di essi ha
caratteristiche proprie, ma
tutti cooperano,
scambiandosi costantemente
informazioni e modificando
input ed output per venire
incontro alle richieste
dell’organismo. Questa
cooperazione e
comunicazione risulta
nell’omeostasi. Clicca per
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L’equilibrio energetico calcolato può variare da studente a studente – e può essere diverso dalle ipotesi formulate all’inizio di questa sezione. Nel diagramma “equilibrio energetico” (si veda sopra), inserite l’equilibrio energetico (in kJ) di ogni studente e discutete i risultati. Gli studenti realizzeranno che il dispendio energetico totale può essere diviso in energia che il corpo utilizza per i processi metabolici a riposo (indice del nostro metabolismo basale) ed energia usata durante l’attività fisica. Comunque, la Tabella 2 include solo il dispendio energetico durante l’attività fisica, mentre l’indice del nostro metabolismo basale varia da studente a studente.

Scheda 2: la cellula come più
piccola unità vivente. Clicca
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I nostro dispendio energetico metabolico può essere valutato, basandoci sulla nostra altezza, peso, sesso ed etàw4, w5. Gli studenti possono calcolare l’indice del proprio metabolismo basale ed includerlo nel calcolo del loro equilibrio energetico della Tabella 2. Come cambiano le posizioni degli studenti sui loro diagrammi di “equilibrio energetico” dopo aver appreso questo dato (si veda sopra)?

A questo punto, potete introdurre il metabolismo a livello cellulare, utilizzando la Scheda 2. Gli studenti dovranno usare i propri libri di testo per rispondere alle seguenti domande, facendo collegamenti tra l’equilibrio energetico e l’attività di cellule, tessuti e organi.

  1. Elenca le strutture cellulari e gli organuli coinvolti in ciascuna delle funzioni del diagramma.
  2. Nella Scheda 2, usa frecce per mostrare l’interdipendenza di queste funzioni.
  3. Compara la tua conoscenza delle funzioni cellulari con l’omeostasi del corpo umano. Descrivi ogni equivalente che noti.

Ciò ha portato ad una discussione tra i miei studenti sul fatto che il nostro fenotipo (ad esempio, se siamo alti o se siamo grassi) è influenzato dal modo in cui lavorano le nostre cellule. A volte queste cellule sono presenti, ma non funzionano bene. I miei studenti hanno così concluso che l’omeostasi avviene a tutti i livelli – tra cellule e tra organi e che essa (il suo equilibrio) è necessaria per avere un organismo sano.

4) Introdurre l’articolo di Science in School

Anche se la variazione nel dispendio di energia metabolica è stata presa in considerazione, non tutti gli studenti avevano un equilibrio energetico vicino allo 0; alcuni di essi assumevano chiaramente più (o meno) energia di quella che consumavano. Perchè? La discussione dovrà condurre al concetto di sazietà: la sensazione di aver mangiato abbastanza.

L’oxyntomodulina induce la
sazietà. Clicca per allargare
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Introducete un secondo diagramma (a destra) da Wynne & Bloom (2007))– ma senza definizioniw1. Descrivete lo studio riportato nell’articolo e spiegate i segnali di appetito, assunzione di cibo e sazietà. In particolare, potete dibattere ed investigare il ruolo della cellula L intestinale, a partire dalla conoscenza che gli studenti hanno delle funzioni cellulari nei nostri apparati.

Gli studenti devono definire il diagramma secondo tali conoscenze.

Dato che gli studenti hanno ora familiarizzato con il concetto di IMC e la definizione di obesità, fate in modo che essi, utilizzando la Scheda 3w1,discutano in piccoli gruppi di obesità e della necessità di un aiuto contro tale patologia.

Chiedete agli studenti di immaginare di essere obesi e rispondere alle seguenti domande:

  1. Di quale problema associato all’obesità (vedi Scheda 3) vorresti iniziare ad occuparti?
  2. Come te ne occuperesti?
  3. Chiederesti aiuto? In caso di risposta affermativa, a chi?
  4. Fai una lista dei piccoli passi necessari a raggiungere il tuo obiettivo.
  5. Quali tra i problemi associati all’obesità sono interconnessi? A cosa potrebbero portare tali problemi?
  6. Pensi che l’obesità sia una patologia di cui potresti soffrire? Motiva la tua risposta.

La discussione deve portare gli studenti a concludere che l’obesità è un segno di un’omeostasi disturbata, in cui gli individui non riconoscono la sazietà perchè le loro cellule L intestinali non funzionano bene. I trattamenti a base di oxyntomodulina possono portare ad una perdita di peso, correggendo l’equilibrio energetico corporeo e permettendo di mantenere un peso sano.

5) Prospettive di cura

Prima di poter utilizzare l’oxyntomodulina su larga scala per curare l’obesità, sono necessari ulteriori studi. Utilizzate il riquadro sugli esperimenti clinici (sotto, da Wynne & Bloom (2007), per dimostrare che, prima di essere approvate, le medicine sono sottoposte a vari test per identificare e minimizzare gli effetti collaterali.

Possono sorgere, o essere poste, le seguenti domande:

Una persona obesa. Clicca
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Krotscheck
  1. Che effetti ha l’iniezione di oxyntomodulina sui ricettori del cervello?
  2. Che effetti ha avuto l’oxyntomodulina sui volontari su cui è stato condotto questo studio, oltre a provocare la sazietà?
  3. L’ormone iniettato può disturbare la produzione di oxyntomodulina dell’organismo (ed indurre inibizione)? Formulate un’ipotesi.

Conclusione dell’argomento

Chiedete agli studenti di scrivere un breve saggio, una storia creativa o un resoconto basato sui fatti, sul possibile impatto dell’uso dell’oxyntomodulina per curare l’obesità.

Infine, gli studenti potranno avviare un dibattito, chiedendosi se questo tipo di ricerca debba essere completamente accantonata. Perchè? Perchè no? Con i miei studenti, ciò ha portato ad una discussione vivace, giungendo al dato secondo cui molte più persone al mondo muoiono di fame, che di problemi connessi all’obesità.

Alla fine dell’unità, gli studenti dovranno aver capito che nel nostro organismo, gli apparati dipendono l’uno dall’altro e si influenzano a vicenda, e che se si modifica un parametro, si verifica una catena di cambiamenti altrove nell’organismo. Ciò è vero per ogni interferenza con l’omeostasi corporea, che si tratti di mangiare troppo, di digiunare o assumere troppi medicinali.

Esperimenti clinici

I nuovi medicinali devono essere sottoposti ad una serie di esperimenti, chiamati fasi, per accertare la loro efficacia e sicurezza.

FASE I: Esperimenti iniziali su un piccolo campione di volontari solitamente sani, per stabilire dosi sicure e prevedere i possibili effetti collaterali.

FASE II: Esperimenti su un numero maggiore di volontari (fino a 100) affetti dalla malattia, per stabilire l’efficacia a breve termine e la sicurezza. Entrambi gli studi descritti in quest’articolo sono esperimenti iniziali della Fase II.

FASE III: Esperimenti clinici su molti volontari (fino a qualche migliaia) affetti dalla malattia, per un periodo di tempo di un anno o più, per comparare la cura ad una terapia esistente o ad un placebo.

FASE IV: Esperimento clinico solitamente condotto dopo che la cura è stata autorizzata, per stabilire la sua efficacia su scala maggiore, investigandone i rischi a lungo termine ed i benefici.

Questo processo è essenziale per assicurare che i benefici della cura siano maggiore di qualsiasi possibile effetto collaterale, ma ciò implica che ci vogliono parecchi anni perchè un nuovo medicinale possa essere messo in commercio.

Fase
Tabella 3: Potenziali medicinali contro l’obesità sono stati sottoposti ad esperimenti clinici tra il 1994 ed il 2007. Pur essendo stati sperimentati molti potenziali medicinali, solo pochi hanno raggiunto il mercato: solo due sono stati autorizzati negli Stati Uniti.
  I II III IV
Numero 124 259 169 55

Nota dell’editore

Se avete utilizzato uno dei nostri articoli scientifici nelle vostre lezioni, per piacere, spiegateci come. Contattateci: editor@scienceinschool.org

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References

  • Evans RM, Friedman JM (2004) Howard Hughes Medical Institute holiday lectures: The Science of Fat.
    • In queste lezioni per le scuole superiori, importanti scienziati discutono di come il corpo regoli il peso, controllando attentamente l’accumulo e la combustione dei grassi, e come una miglior comprensione di questi complessi sistemi metabolici possa condurre i ricercatori a trattamenti che curino l’obesità e migliorino la salute pubblica.
    • Lezione 1: Deconstructing obesity, by Jeffrey M Friedman, MD, PhD
    • Lezione 2: Understanding fat: syndrome x and beyond, by Ronald M Evans, PhD
    • Lecture 3: Balancing the fat equation, by Ronald M Evans, PhD
    • Lecture 4: Exploring obesity: from the depths of the brain to the far Pacific, by Jeffrey M Friedman, MD, PhD
    • Queste ed altre lezioni dell’Howard Hughes Medical Institute, serie “holiday lecture”, possono essere visionate on-line, oppure ordinate gratuitamente in DVD. Le trascrizioni delle traduzioni sono disponibili al download. Si veda www.hhmi.org/biointeractive/obesity
    • Per saperne di più riguardo ad alcune “holiday lectures”, si vedano le seguenti recensioni:
    • Hadjimarcou M (2006) Review of Learning from Patients: the Science of Medicine. Science in School 2: 83. www.scienceinschool.org/2006/issue2/patients
    • Hadjimarcou M (2007) Review of Clockwork Genes: Discoveries in Biological Time and Evolution: Constant Change and Common Threads. Science in School 7: 66-67. www.scienceinschool.org/2007/issue7/clockwork
    • Hadjimarcou M (2009) Review of Potent Biology: Stem Cells, Cloning, and Regeneration. Science in School 11: 92. www.scienceinschool.org/2009/issue11/potentbiology
  • Wynne K, Bloom S (2007) Oxyntomodulin: a new therapy for obesity? Science in School 6: 25-29. www.scienceinschool.org/2007/issue6/oxyntomodulin

Web References

Resources

Author(s)

Friedlinde Krotscheck ha insegnato per 25 anni. Dopo essersi abilitata all’insegnamento, è stata professoressa sia di biologia, che di educazione fisica in scuole superiori di Amburgo e Heidelberg, in Germania. Nel 1988 lei e la sua famiglia si sono trasferiti nel Texas, negli Stati Uniti, dove ha insegnato scienze per sei anni ed ha organizzato le giornate annuali scolastiche delle scienze e della matematica. Dopo vari corsi estivi sulle biotecnologie e sulle tecnologie genetiche, è diventata ambasciatrice delle biotecnologie, insegnando la materia ai professori delle scuole secondarie.

Ritornata nella sua vecchia scuola di Heidelberg (l’Internationale Gesamtschule) nel 1995, Friedlinde iniziò ad occuparsi di attività per le scuole all’w6, visitando il laboratorio con i suoi studenti e prendendo parte ai corsi di formazione per insegnanti. Essi ponevano l’accento sull’importanza della “vera” scienza nell’insegnamento, mediante la programmazione e la realizzazione di esperimenti per comprendere i processi della scoperta scientifica.

Dopo il pensionamento, Friedlinde si è trasferita in Austria, dove continua a scrivere review per articoli di Science in School ed a dirigere la sezione austriaca di Science on Stagew7.


Review

Quando gli studenti hanno una parte attiva nello svolgimento delle lezioni, essi apprezzano e imparano di più. Questo articolo mostra come si può ottenere tale risultato, utilizzando testi di scienza d’avanguardia da Science in School, che possono rivelarsi un valido supporto per un’intera unità didattica.

Il lavoro è coinvolgente e rappresenterà una sfida per molti studenti a cimentarsi con matematica, biologia e discussioni sulla salute ed il benessere. Gli studenti dovranno sentirsi sicuri nella loro classe, prima di poter affrontare problemi legati al peso; può essere quindi una buona idea assicurar loro che i problemi personali sono confidenziali e non se ne dovrà parlare al di fuori della classe.

Il discorso sui medicinali per il controllo e la perdita di peso è interessante e può essere esteso ad includere prodotti di erboristeria e farmaci da banco. Gli studenti potranno dibattere del lato sociale, commerciale ed etico dei prodotti e le campagne per la perdita di peso. Sarà un modo divertente ed interessante di studiare un’unità didattica, rendendola parte della vita degli studenti.


Shelley Goodman, Regno Unito



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CC-BY-NC-SA