STEM E STEAM: DEFINIZIONI, CURRICOLI,
RUOLO DELL’ECONOMIA, GAP DI GENERE

Nell’ambito del’istruzione il termine STEM – Science, Technology, Engineering and Mathematics – si riferisce all’insegnamento e all’apprendimento nel campo delle scienze naturali, della tecnologia, dell’ingegneria e delle scienze matematiche. L’acronimo intende includere ogni grado scolastico: dall’infanzia all’istruzione terziaria. L’istruzione STEM vuole tenere assieme due prospettive:

• l’indagine delle scienze che prevede la formulazione di una domanda a cui si può rispondere attraverso una ricerca;
• la progettazione tecnologica o ingegneristica che comporta la formulazione di un problema, che può essere risolto con la costruzione/manipolazione, e la valutazione successiva alla realizzazione progettuale.

Uno degli scopi dichiarati di questa prospettiva di istruzione è sicuramente l’aumento della cultura dei cittadini in questi ambiti ritenuti fondamentali per il XXI secolo (Bybee 2013).

Il peso dell’economia mondiale nello sviluppo STEM

Il movimento per le STEM nell’istruzione è stato spinto dai cambiamenti dell’economia globale nelle ultime decadi, con le crisi che ne conseguono, e dalla necessità di nuove professioni che verranno richieste in futuro. Non è infatti raro che le spinte verso curricoli focalizzati sulle discipline scientifiche e tecnologiche vengano propugnati in periodi di crisi economica (interessante a questo proposito la correlazione presente in Australia negli anni 1890, 1930 e 1980 tra crisi economiche e modifiche dei curricoli). La modifica dei curricoli risente quindi delle finalità economiche che orientano verso alcuni tipi di professionalità da promuovere nella scolarizzazione. Non bisogna però credere che i sistemi di istruzioni e le culture dei diversi Paesi siano corpi inerti sotto le spinte delle esigenze dell’economia globale, come testimoniano i diversi approcci intrapresi in India e Cina proprio sul tema dell’educazione scientifico tecnologica (Natarajan & Chunwala, 2009; Ding, 2009).

Raccomandazioni UE e USA su STEM e STEAM

Il recente Parere del Comitato Europeo delle Regioni, del giugno 2019 (presente in download), indica nel rafforzare le STEAM (Science, Technology, Engineering, Art, and Mathematics), che tengono conto delle intersezioni delle scienze con le discipline umanistiche e artistiche, uno dei settori che possono contribuire allo sviluppo delle economie europee. Il parere contiene 25 raccomandazioni politiche e bisogna osservare come l’inserimento delle arti con le discipline scientifiche sia stata un’idea positiva soprattutto per Paesi come il nostro, che ormai hanno perso la competizione per l’innovazione tecnologica soprattutto nel campo delle ICT, ma che possono ancora avere opportunità in settori che coinvolgono con le tecnologie il patrimonio storico-culturale di cui sono in possesso.

Non si può nascondere però il ruolo guida che hanno gli USA nel mondo occidentale soprattutto sull’area anglosassone e in modo meno marcato sui paesi dell’Europa continentale. A questo proposito associazioni come l’International Council of Associations for Science Education (ICASE) tengono in così grande considerazione la questione STEM tanto da affermare che “…l’accesso a un’istruzione di qualità è un diritto di tutti. In tempi di rischio e vulnerabilità, questioni come la sostenibilità, la salute, la pace, la riduzione della povertà, l’eguaglianza di genere e la conservazione della biodiversità bisogna che siano all’avanguardia del pensiero, della pianificazione e delle azioni in relazione al rafforzamento dell’istruzione STEM. Mentre l’enfasi relativa e il bilanciamento di queste discipline varia nel mondo, è la loro interrelazione e connessione che aiuta il progresso” (ICASE, 2013).

Stati Uniti, Europa, altri paesi dell’area anglofona e le economie asiatiche hanno assunto, anche se declinandolo in forme differenti, il miglioramento dell’istruzione nelle discipline STEM come fattore di sviluppo economico.

In Europa una delle più un’importanti iniziative è inGenious realizzata, con fondi dell’Unione Europea, dall’Ente Europeo Coordinatore per l’Educazione Scientifica, Tecnologica, Ingegneristica e Matematica come iniziativa congiunta tra l’European Schoolnet, una rete di 30 ministri di Paesi europei, e le principali industrie del’Unione, anche per affrontare il problema del gap tra il numero di studenti che frequentano discipline STEM in Asia (20%) rispetto a quelli che le frequentano in Europa (2%) (dati del 2011).

Già tra il 2010 e il 2012 negli USA il “President Obama Council of Advisorson Science and Technology” (PCAST) e il “National Reseach Council” (NRC) avevano evidenziato 5 raccomandazioni e 14 indicatori per pianificare, individuare, monitorare, coordinare e valutare il progresso nelle politiche di istruzione per il miglioramento dell’insegnamento e dell’apprendimento nelle discipline STEM.

A ben vedere però quello che emerge è che i fattori che possono migliorare insegnamenti e apprendimenti nelle STEM non sono diversi da quelli che possono migliorare nel complesso i risultati in una qualsiasi delle discipline scolastiche (Kennedy & Odell 2014).

La concezione non univoca di STEM e STEAM

L’integrazione delle discipline STEM nell’insegnamento scolastico appare comunque problematica a partire dalla definizione di cosa sia esattamente un’istruzione STEM. Si va dalla definizione di istruzione STEM come: «inclusione di approcci che esplorano l’apprendimento e l’insegnamento in almeno due di queste discipline scientifiche o tra una disciplina STEM e un’altra disciplina» (Sanders, 2009) (definizione questa che porta all’allargamento alle STEAM che includono le discipline artistiche) a una definizione che invece indica l’istruzione STEM come « una meta-disciplina, basata su standard, sviluppata a livello scolastico (insegnamento secondario) in cui tutti gli insegnanti usano un approccio integrato nelle discipline scientifiche in cui il contenuto specifico delle discipline non è separato ma trattato come un unico studio indirizzato a un apprendimento dinamico e fluido» (Merrill, 2009) (definizione questa che porta a una pesante riorganizzazione curricolare). Di fatto anche nell’ ambito dell’educazione terziaria le facoltà e dipartimenti che lavorano sull’istruzione STEM in progetti che interessano più discipline o dipartimenti non applicano una medesima idea di STEM trasferibile da un progetto all’altro.

Inserimento di STEM nei curricoli: difficoltà e resistenze

Nel passato i tentativi di cambiamento nel curricolo sono stati sempre molto faticosi e osteggiati ovunque nei sistemi di istruzione, soprattutto quando tentavano di modificare l’impostazione disciplinaristica di derivazione accademica che spesso è già presente a livello di scuola primaria, nonostante le idee riformatrici probabilmente troppo rivoluzionarie di grandi educatori come Illich e Freire (in Italia ancora si discute, soprattutto tra gli insegnanti di scuola secondaria e universitari se le idee di Don Milani abbiano portato un contributo positivo all’istruzione). Fattori come la valutazione (non quella formativa), le aspettative dei genitori per i metodi di insegnamento tradizionali, la scansione predefinita dei tempi di istruzione, la struttura dei libri di testo scolastici, l’organizzazione dei curricoli o programmi e infine la formazione del personale docente legata a un impostazione fortemente disciplinaristica mantengono la scuola vincolata a una struttura tradizionale. Una struttura che non è mai mutata a livello di sistema nei diversi Paesi, ma solo in singole realtà scolastiche, che non sono riuscite, però, a fare massa critica per un cambiamento reale nella concezione del curricolo scolastico. Risulta quindi molto difficile immaginare quale possa essere un cambiamento curricolare che permetta di ideare una successione di attività di apprendimento che siano un approccio integrato per imparare le abilità e le conoscenze essenziali delle scienze e delle applicazioni ingegneristiche e tecnologiche.

I progetti portati avanti negli USA e Regno Unito per potenziare le STEM soffrono di questa mancanza di chiarezza sull’integrazione di tali discipline nei curricoli. Così si riducono a volte a mettere assieme parti di queste discipline che fondamentalmente conducono all’apprendimento della matematica e delle scienze ma ignorano gli apprendimenti legati alle tecnologie e quelli progettuali (tipici dell’ingegneria). Infatti quello che in realtà spesso accade quando si tratta di STEM a scuola è il subordinare alcune discipline di quest’ambito al raggiungimento degli obiettivi di una o alcune tra di esse (quella che nel progetto o approccio al curricolo ha un peso dominante), senza una reale integrazione che porti ad apprendimenti trasversali negli ambiti STEM. Uno dei vincoli è sicuramente l’orientamento disciplinaristico degli insegnanti e degli insegnamenti oltre che la loro organizzazione del lavoro che dovrebbe privilegiare, rispetto all’attuale, l’attività in team con cambiamenti, quindi, anche negli orari di lezione. Una formazione in tal senso è necessaria e ricerche vengono svolte e documentate anche nel “Journal of STEM Teachers Education“. Inoltre l’uso delle STEM dovrebbe essere concepito in modo differente tra istruzione professionale e istruzione generale, in particolare se si tratta di istruzione di base. In Inghilterra c’è un dibattito acceso sull’opportunità di orientare i curricoli delle scuole di base maggiormente verso discipline STEM con l’obiettivo di innalzare il livello di competenze di base della popolazione in queste discipline (si parla infatti di STEM Literacy), mentre l’obiettivo di fronteggiare l’arrivo di tecnici e ingegneri da Paesi come l’India richiede un approccio più professionalizzante in grado di affrontare studi a livello terziario fondati su discipline STEM (come ad esempio ingegneria), cosa che non riguarda ovviamente la totalità degli studenti.

STEM nell’educazione terziaria

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Il documento “Higher Education in Science, Technology, Engineering and Mathematics (STEM) Subjests” della House of Lords Select Commettee on Science and Technology del 2013, oltre ai noti problemi di formazione specifica degli insegnanti e di carenti investimenti nell’istruzione terziaria (che evidentemente non colpiscono solo l’Italia), considera uno dei punti deboli del sistema scolastico inglese, in relazione allo sviluppo di STEM nell’istruzione terziaria, la scarsa preparazione matematica data agli studenti nella scuola secondaria, misurata in numero di anni frequentati rispetto ad altri Paesi e in base al livello di matematica studiato a scuola.

Si considera inoltre che per rafforzare i curricoli STEM uno dei punti forti è la collaborazione progettuale tra istituzioni scolastiche e mondo dell’impresa. Parte dei progetti è gestita in comune tra docenti delle scuole e professionisti in ambito STEM che lavorano in aziende ad alto tasso di innovazione tecnologica in modo da rafforzare negli studenti le competenze progettuali che sono più difficili da raggiungere nell’istruzione scolastica.

In Italia il problema della carenza di un tessuto produttivo di imprese che possano collaborare con le scuole per progetti in cui le conoscenze e competenze implicate siano di alto profilo tecnologico o scientifico è risultato evidente in molte aree del Paese proprio anche a seguito delle riforme su quella che è ormai la ex-ASL (Alternanza Scuola Lavoro).

E’ riconosciuto, anche se non troppo evidenziato, un problema presente in tutti i Paesi europei: il disallineamento tra le richieste del mercato del lavoro e l’offerta di educazione terziaria in ambito STEM. Le lauree STEM, esclusi specifici settori, nelle ICT e in alcuni rami dell’ingegneria, non offrono in realtà rispetto ad altre lauree i benefici di carriera ventilati spesso in varie occasioni (si vedano i seguenti documenti per approfondimenti: Does the EU need more STEM graduates?, Higher Education in Science, Technology, Engineering and Mathematics (STEM) subjects, How returns from tertiary education differ by field of study). Anzi emergono come maggiormente allineate con le possibilità di carriera le aree delle scienze sociali ed economiche dove i rapporti costi/benefici sono migliori rispetto alle scienze STEM (esclusi i settori delle scienze mediche). Ciò è confermato in molti Paesi europei tra cui la Francia e l’Italia dove il valore del rapporto costi benefici di una laurea STEM calcolato a cinque anni dalla laurea è negativo per le donne e positivo per gli uomini. Valori molto più negativi per gli uomini rispetto alle donne si registrano invece negli ambiti delle lauree umanistiche, il che fa pensare al perché le donne tendano a scegliere discipline non-STEM (in Italia l’indice di cui sopra per le donne in STEM è -32 mentre per le discipline umanistiche è -15, conviene dunque per le donne una laurea in discipline umanistiche?).

La questione del gap di genere nelle STEM

La questione del gap di genere (riferito a carriere e retribuzioni) nelle discipline STEM (in particolare quelle dove le discipline matematiche sono particolarmente rilevanti) è naturalmente complessa e non può essere liquidata con spiegazioni fondate solo su una più o meno consapevole scelta basata sulla convenienza a lungo termine.

Ad esempio, nelle abilità cognitive matematiche, solo nei test standardizzati e non nelle valutazioni scolastiche, i maschi superano le femmine con percentuali significative e solo nelle parti estreme delle code (dove si trova lo 0,01% degli studenti migliori), ma ciò non basta a spiegare la sproporzione ben più ampia tra maschi e femmine nelle professioni STEM.

Un’altra evidenza che può aiutare a spiegare il gap di genere riguarda la forza cognitiva relativa: matematica vs. verbale. Quando gli individui hanno abilità matematiche e verbali ugualmente forti (le donne tendono ad avere capacità matematiche e verbali più equilibrate rispetto agli uomini), è probabile che le loro capacità si ripercuotano sui loro interessi e valori, il che potrebbe spiegare perché le donne con alte capacità matematiche e verbali hanno maggiori probabilità di scegliere campi impegnativi non STEM più pratici o applicati, a differenza dei campi STEM ad alta intensità matematica che sono più teorici o meccanici. I punti di forza cognitivi relativi sembrano guidare le scelte di carriera nelle STEM più che le capacità cognitive assolute ed essere un fattore primario che spiega la carenza delle donne nelle carriere STEM ad alta intensità matematica.

Anche le convinzioni presenti nell’ambiente familiare giocano un ruolo. Ad esempio, la ricerca ha scoperto che i genitori con convinzioni di genere stereotipate più forti sulla matematica (ad esempio, i ragazzi sono migliori in matematica rispetto alle ragazze e trovano la matematica più utile e più importante di quanto la trovino le ragazze) hanno percezioni delle capacità matematiche più elevate di quelle delle loro figlie. L’ambiente familiare gioca un ruolo non solo rispetto alle differenze di genere nelle prestazioni in matematica a favore dei ragazzi, ma anche nelle differenze di genere nelle prestazioni verbali a favore delle ragazze. Ad esempio, la ricerca ha scoperto che le madri parlano di più con le loro figlie e usano con loro un che favorisce maggiormente il loro sviluppo verbale rispetto a quello usato con i loro figli (Leaper et al. 1998). Un altro studio che utilizza dati rappresentativi a livello nazionale, afferma che i genitori trascorrono più tempo a insegnare alle ragazze attività verbali, come la lettura e lo storytelling (Baker e Milligan 2013) nella prima infanzia e  nella scuola primaria. Sebbene questi studi non colleghino queste differenze di socializzazione in ambito familiare direttamente con le prestazioni cognitive, queste esperienze differenti per ragazzi e ragazze possono parzialmente spiegare perché le ragazze hanno maggiori probabilità di superare i ragazzi in test standardizzati di abilità verbale. Pertanto, mentre i fattori biologici non possono essere definitivamente esclusi, le influenze socioculturali sembrano avere sicura probabilità di incidere sulle differenze di genere nelle capacità cognitive.

Inoltre le differenze di genere negli interessi di carriera contribuiscono anche alla sottorappresentanza delle donne in settori ad alta intensità matematica. Una meta-analisi ha mostrato che i maschi preferiscono lavorare con gli oggetti, mentre le femmine preferiscono lavorare con altre persone. Le preferenze delle donne per le occupazioni socialmente orientate possono essere motivate dall’altruismo, in quanto le donne dichiarano un desiderio maggiore rispetto agli uomini di aiutare gli altri e favorire la società (Freund et al. 2012). Le carriere STEM sono spesso considerate in conflitto o poco correlate con gli obiettivi di interesse collettivo, portando molte donne a trascurare queste carriere influenzate da numerosi stereotipi culturali che le portano a credere che le carriere ad alta intensità matematica non siano coerenti con il loro desiderio di lavorare con le persone (cosa su cui si dovrebbe riflettere tenuto conto dei problemi legati ai cambiamenti climatici che coinvolgeranno le future generazioni e potranno essere affrontati solo ad elevati livelli di expertise scientifica e con un’attenzione agli interessi di tutta l’umanità).

Un quarto fattore, spiegabile anche dal punto di vista degli stereotipi socioculturali,riguarda le differenze di genere nelle preferenze di stile di vita o le priorità che le donne e gli uomini attribuiscono alla famiglia rispetto alla carriera (Hill et al. 2010). Le donne non solo sono più disponibili degli uomini a fare sacrifici professionali per il bene delle loro famiglie (Eccles et al. 1999), ma preferiscono anche stili di vita meno centrati sul lavoro rispetto ai loro colleghi maschi (Hakim 2006). Quando le donne iniziano a concentrarsi sugli obblighi familiari, sorgono nuovi ostacoli. I campi STEM infatti stanno cambiando rapidamente e richiedono un notevole impegno in termini di tempo e uno sviluppo continuo di competenze per rimanere produttivi e competitivi (Lubinski e Benbow 2006). Le donne con bambini, a causa dell’aumento del numero di ore che dedicano alle faccende domestiche e alla cura, lavorano molte meno ore rispetto agli uomini con o senza figli e alle donne senza figli.

Decenni di ricerca testimoniano anche l’importanza delle credenze nell’intelligenza e nelle capacità innate e non modificabili in confronto a credenze nella modificabilità dell’intelligenza e delle capacità. Gli studi hanno dimostrato che i giovani che credono che l’intelligenza sia modificabile hanno prestazioni accademiche più elevate e tassi di successo più elevati nei corsi di matematica più impegnativi rispetto ai giovani che credono che l’intelligenza sia qualcosa di non modificabile (una dotazione innata) (Blackwell, Trzesniewski e Dweck 2007; Yeager e Dweck 2012). Gli individui che credono nell’intelligenza modificabile hanno anche maggiori probabilità di persistere di fronte a una sfida, mentre gli individui che credono che l’intelligenza sia qualcosa di non modificabile hanno maggiori probabilità di arrendersi per paura di fallire. Le mentalità “fisse” possono essere problematiche, in particolare per le ragazze e le donne che credono che l’abilità matematica sia dovuta all’intelligenza innata. Dopo aver condotto diversi decenni di ricerca su questo argomento, Dweck et al. hanno scoperto che le ragazze affrontano meno bene dei ragazzi compiti matematici difficili e hanno più probabilità dei ragazzi di avere scarsi risultati in matematica quando credono nella non modificabilità dell’intelligenza (Dweck 2007). Questi risultati suggeriscono che probabilmente le donne evitano carriere sfidanti nello STEM non solo perché credono erroneamente che è necessaria un’intelligenza innata per avere successo in questi campi, ma anche perché credono erroneamente di appartenere a un gruppo che ha meno probabilità di possedere le qualità necessarie per ottenere successo. Le credenze sull’intelligenza e gli obiettivi di apprendimento non esistono però nel vuoto. La ricerca ha dimostrato che l’intelligenza è malleabile e può essere modellata dalle forze sociali. Ad esempio, nelle classi in cui gli insegnanti enfatizzano la padronanza delle conoscenze degli studenti piuttosto che le loro prestazioni relative sono presenti studenti con un maggiore interesse a sfidare se stessi, ad aumentare la loro comprensione e ad avere risultati più elevati. La ricerca suggerisce che gli obiettivi e le mentalità degli insegnanti sull’apprendimento possono influenzare fortemente la mentalità degli studenti e il conseguente rendimento scolastico (si vedano a questo proposito le ricerche di Dweck).

Infine sebbene le pratiche di discriminazione esplicite o intenzionali possano non essere più così prevalenti come decenni fa, esistono ancora forme nascoste e apparentemente benevole di sessismo che si verificano per tutta la durata della vita, dando indubbiamente forma a percorsi di carriera uomo/donna. Ad esempio, numerosi studi hanno dimostrato che genitori e insegnanti sottovalutano l’abilità matematica delle ragazze rispetto ai ragazzi nonostante abbiano voti simili (Bleeker e Jacobs 2004; Lubienski et al. 2013; Tiedemann 2000), incoraggiano i ragazzi più spesso in matematica e scienze (Tenenbaum 2009) e attribuiscono i successi dei ragazzi in matematica più alle capacità e i fallimenti in matematica più alla mancanza di sforzo, mentre si ritiene che il contrario sia vero per le ragazze (Tiedemann 2000). In effetti, lo stereotipo nella cultura occidentale secondo cui la matematica e la scienza sono domini maschili è così pervasivo che i bambini di sei anni già lo danno per dato (Miller et al. 2015).

In conclusione: spunti per orientare verso le STEM

Per concludere alcuni spunti per orientare maggiormente le studentesse, in particolare quelle dotate sia di elevate capacità matematiche che verbali, verso professioni STEM ad alta intensità di contenuti matematici.

1. Fin dalle scuole primarie e secondarie di primo grado far comprendere come l’uso delle ICT e della matematica sia importante per migliorare la qualità della vita quotidiana e come sia quindi correlato alle professioni di cura, ma anche a professioni legate all’ambito dell’arte e delle humanities. Questo può produrre anche un aumento di interesse verso le professioni STEM che altrimenti, come già visto, a parità di capacità, verrebbero più facilmente scartate dalle studentesse.
2. Migliorare la didattica in ambito scientifico e matematico con una maggiore attenzione alla collaborazione tra studenti e alla didattica per problemi.
3. Combattere gli stereotipi di genere (non solo a scuola) che ancora persistono in favore dei maschi e a discapito delle femmine nell’ ambito delle STEM.
4. Sottolineare, soprattutto a scuola, l’importanza dell’impegno e della serietà e cura nell’affrontare gli studi, fattori che sono potenti strumenti di crescita intellettuale (nel senso di modificabilità delle proprie capacità) anche in ambito matematico e scientifico.
5. Date le migliori capacità verbali delle femmine rispetto ai maschi collegare le discipline scientifiche agli aspetti del loro sviluppo storico e anche alle biografie di importanti scienziati (e soprattutto scienziate) migliorerebbe l’interesse e i risultati delle studentesse (pensiamo a quanto in Italia si potrebbe fare in quest’ambito).

Questi sono solo alcuni spunti che riguardano l’ambito dell’istruzione scolastica, certamente l’orientamento nella scelta dei percorsi di educazione terziaria e le politiche lavorative in favore delle donne non possono restare estranee al problema, se lo si vuole affrontare con l’adeguata volontà di migliorare la situazione.

BIBLIOGRAFIA

Kennedy, T.J. & Odell M.R.L. 2014 Engaging students in STEM education, Science Education International.

Ming-Te Wang & Jessica L. Degol, 2017 Gender Gap in Science, Technology, Engineering, and Mathematics (STEM): Current Knowledge, Implications for Practice, Policy, and Future Directions, Educational Psychology Review.

Parere del Comitato Europeo delle Regioni, Rafforzare l’istruzione STE(A)M nell’UE, 135^a sessione plenaria del 26 e 27 giugno 2019

Williams J.P. 2011 STEM Education: proceed with caution, Design and Technology Education: An international journal