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Capitolo 23: Alimentazione, sostenibilità e alfabetizzazione scientifica in un unico pacchetto? Opportunità e sfide nell'uso dell'acquaponica tra i giovani a scuola, una prospettiva danese

1. 23.1 Introduzione

   Original publication 2019 · Pubblicato per la prima volta su FarmHub Learn 2020-06-04 · Aquaponics Food Production Systems

   La produzione e il consumo di alimenti sostenibili sono importanti sfide sociali. La crescita della popolazione, la scarsità di terreni coltivabili e l'urbanizzazione sono tutti fattori importanti in questo settore, portando a un crescente interesse per le nuove tecnologie sostenibili di produzione alimentare, che non sono necessariamente limitate a contesti marittimi o rurali. Aquaponics è una di queste tecnologie che ha ricevuto maggiore attenzione, in particolare, poiché può essere facilmente applicata anche in ambienti urbani. Queste nuove tecnologie, compresa l'acquaponica, offrono anche nuove opportunità come strumenti di apprendimento per persone di tutte le età, ma sono particolarmente attraenti per i giovani a scuola. Questo capitolo riporta i risultati del programma educativo Growing Blue & Green (GBG) che è stato sviluppato e testato in ambienti educativi nella zona di Greater Copenhagen. Ulteriori studi suggeriscono inoltre che sembra esserci un potenziale per utilizzare l'acquaponica come un modo chiave per imparare la produzione alimentare sostenibile in un ampio spettro di discipline accademiche a scuola, poiché può essere facilmente integrato nel curriculum educativo esistente. Alcuni studi hanno esaminato l'applicazione dell'acquaponica in un contesto educativo. Graber et al. (2014) ha studiato il potenziale dell'acquaponica come metodo di produzione alimentare per le aree urbane insegnando agli alunni del settimo grado questioni di sostenibilità nelle lezioni di scienze. L'idea alla base del concetto era di introdurre e formare gli studenti sul «pensiero dei sistemi» combinando pesce e piante. Junge et al. (2014) ha dimostrato che la capacità degli studenti di pensare in modo sistematico è migliorata significativamente di conseguenza. Lo studio ha anche suggerito che basandosi sull'apprendimento sociale in gruppi gli studenti hanno sviluppato maggiori capacità di lavoro di squadra. Tuttavia, a parte questi esempi, la letteratura acquaponica è relativamente limitata e la maggior parte degli articoli disponibili si è concentrata sugli aspetti tecnologici dei sistemi. Questo capitolo tenta di colmare questa lacuna di conoscenza esplorando le opportunità di integrare la tecnologia acquaponica nell'apprendimento scolastico e di scoprire alcuni dei vincoli e le opportunità.

   Il capitolo si basa su tre casi empirici, in cui l'acquaponica è stata applicata nelle scuole elementari nella zona della Grande Copenaghen. Questo include uno studio esplorativo sulle opportunità educative a scuola (Bosire et al. 2016), uno studio di fattibilità condotto tra gli insegnanti (Bosire e Sikora 2017), nonché gli approfondimenti tratti dalla prima parte di uno studio educativo Growing Blue & Green (Toth e Mikkelsen 2018).

   Lo scopo di questo capitolo è quindi quello di introdurre e discutere gli interventi didattici acquaponici in cui l'acquaponica viene utilizzata in una scuola elementare in Danimarca e di discutere come la teoria possa essere presa in pratica. Il capitolo illustra il potenziale dell'acquaponica per contribuire alla promozione di un apprendimento più approfondito sulla produzione alimentare urbana e sostenibile tra i bambini delle scuole in ambito scolastico, nonché le potenzialità per la creazione di alfabetizzazione digitale attraverso l'aggiunta di un rilevamento digitale autoregolante e strumento di manutenzione, vale a dire, lo strumento eGbg.

2. 23.2 Fondazione concettuale

   Original publication 2019 · Pubblicato per la prima volta su FarmHub Learn 2020-06-04 · Aquaponics Food Production Systems

   Sostenere lo sviluppo sostenibile (SD) del sistema alimentare attraverso gli sforzi educativi può essere un buon investimento, dato che i bambini delle scuole sono i futuri responsabili politici e produttori.

   Secondo Shephard (2008), gli educatori e in particolare gli educatori superiori si sono tradizionalmente concentrati sul dominio cognitivo dell'apprendimento senza porre molta enfasi sull'istruzione primaria. Riteniamo che l'uso di strumenti di apprendimento adeguati a livello di scuola primaria possa costituire un pilastro essenziale per portare a cambiamenti positivi a lungo termine nelle società. Questi possono essere realizzati attraverso approcci alternativi di apprendimento e di insegnamento, diversi dai tradizionali approcci deduttivi come «imparare facendo» e «apprendimento esperienziale» pionieri da Dewey (1997) nella sua esperienza lavorativa e nella sua educazione. Nel nostro lavoro di ricerca, presentiamo un tipo di prospettiva dimensionale extracurricolare, in cui aggiungiamo i risultati di apprendimento degli alunni attingendo al dominio affettivo, che si concentra su interessi, atteggiamenti, apprezzamenti, valori, comportamenti mutevoli, insiemi emotivi o pregiudizi (Shephard et al. 2015). L'acquaponica pratica promette di fornire uno strumento pratico di apprendimento induttivo basato sui problemi per l'istruzione.

   I casi di studio si basano sull'idea di Service Learning (SL), in cui gli studenti utilizzano le conoscenze accademiche per soddisfare le esigenze della comunità, e il triangolo della conoscenza (istruzione, ricerca e innovazione), che fanno parte dell'insegnamento del programma Integrated Food Studies (IFS) presso l'Università di Aalborg (Mikkelsen e Justesen 2015). L'IFS utilizza anche l'apprendimento basato sui problemi (PBL), dove l'apprendimento viene affrontato con problemi aperti senza risposta assoluta e approcci SL. SL è un approccio pedagogico che è radicato nel PBL e nell'approccio di apprendimento esperienziale (McKay-nesbitt et al. 2012). Utilizzando l'approccio SL, gli studenti dovrebbero essere coinvolti in progetti basati sulle esigenze, i desideri e le richieste delle comunità locali. Il recente interesse a riformare le pratiche e le strategie educative rende l'uso dell'acquaponica una componente importante nel contesto educativo tempestivo e pertinente. Inoltre, si sta diffondendo l'uso di metodi induttivi come il PBL e l'apprendimento basato sulla disciplina (Wood 2003: Armstrong 2008) e l'apprendimento esperienziale (Beard 2010; McKay-Nesbitt et al. 2012), dove i problemi e le domande della vita quotidiana vengono utilizzati per informare il processo di apprendimento. Questi concetti sono tutti favorevoli per l'insegnamento aquaponico. Inoltre, l'idea di SL è compatibile con il concetto di insegnamento aquaponico e la recente riforma scolastica danese (Ministero danese dell'Istruzione 2014) che presentano linee guida su come integrare gli aspetti pratici e teorici del curriculum.

   Mentre esistono diversi sistemi aquaponici che possono essere forniti dai produttori e/o sistemi su misura progettati da consulenti, la tecnologia aquaponica in linea di principio è piuttosto semplice. I principi di base possono quindi essere ben compresi dagli studenti, e i sistemi possono essere progettati, costruiti e monitorati dagli studenti utilizzando una gamma di materiali e metodi, che vanno dal basico al sofisticato. Prendendo questa premessa, l'acquaponica è quindi una tecnologia che si adatta perfettamente all'approccio del triangolo della conoscenza. L'istruzione può essere rafforzata attraverso la creazione di collegamenti tra i tre lati del triangolo della conoscenza, vale a dire istruzione, ricerca e innovazione. Il pensiero innovativo su come l'educazione alla sostenibilità potrebbe essere implementata utilizzando strumenti didattici pratici porta l'educatore verso l'acquaponica: un metodo di produzione alimentare che è essenzialmente un'integrazione simbiotica di due discipline mature: il ricircolo dell'acquacoltura e dell'idroponica in un unico sistema di produzione, dove i pesci vivi generano sostanze nutritive per la produzione vegetale. Una semplice unità di sistema acquaponico, come quella mostrata in Fig. 23.1, è stata istituita in una scuola elementare di Copenaghen. La figura illustra alcuni dei componenti di base utilizzati con un breve dettaglio sul suo principio di funzionamento: un semplice acquario dove l'acqua nell'acquario viene mantenuta ad un'altezza costante attraverso un design adeguato per il comfort del pesce. Attraverso una certa azione di pompaggio da una vasca di raccolta situata sotto il letto di coltivazione, l'acqua in eccesso contenente rifiuti di pesce viene percorsa attraverso le aiuole di coltivazione delle piante, dove sono ospitati batteri e altri microbi.

   

   Fig. 23.1 L'apprendimento acquaponico e il mock-up sperimentale. L'illustrazione mostra la configurazione che include acquari e dispositivi di monitoraggio utilizzati per misurare l'equilibrio dell'intero sistema. L'ultima parte è il nucleo dell'obiettivo di apprendimento per gli studenti. (Foto: per gentile concessione di Lija Gunnarsdottir)

   Il pozzetto e il letto di coltivazione agiscono insieme come meccanico e biofiltro, rispettivamente, rimuovendo solidi e rifiuti disciolti.

   La configurazione in Fig. 23.1 illustra un esempio educativo pratico, incentrato sulla sostenibilità in quanto fornisce un esempio pratico di come possono essere affrontati gli obiettivi definiti negli Obiettivi di Sviluppo Sostenibile (SDG) nell'Agenda 2030 per SD delle Nazioni Unite (ONU 2015b). Obiettivo numero 2, che mira a porre fine alla fame, raggiungere la sicurezza alimentare e migliorare la nutrizione, promuovere l'agricoltura sostenibile, e l'obiettivo numero 4, che si concentra sulla garanzia di un'istruzione di qualità inclusiva ed equa e sulla promozione di opportunità di apprendimento permanente per tutti (ONU 2015b). Queste questioni cruciali possono essere incluse nell'approccio PBL (Problem-based Learning) sviluppato nel caso GBG. Basato su una convinzione condivisa nell'avere soluzioni tecnologiche per i problemi dei sistemi alimentari contemporanei, l'approccio GBG contribuisce a dimostrare la «modernizzazione ecologica» nei processi di produzione alimentare. Attraverso lo sviluppo della didattica per i temi eGBG della sostenibilità e dell'alfabetizzazione alimentare, è emerso chiaramente che per un tale sistema di cambiamento è necessaria la giusta piattaforma attraverso la quale si possano scambiare conoscenze e competenze tra i giovani e i loro insegnanti in ambito scolastico.

   Altri studi hanno dimostrato che la mancanza di alfabetizzazione alimentare e nutrizionale tra i giovani è di crescente preoccupazione (Vidgen e Gallagos 2014; Dyg e Mikkelsen 2016). Ciò è particolarmente preoccupante, poiché i metodi convenzionali di produzione alimentare e gli attuali driver persistenti della scienza e della tecnologia hanno alimentato lo sfruttamento globale insostenibile delle risorse terrestri portando a numerose sfide all'interno del sistema alimentare (FAO 2010; UNDP 2016). Inoltre, l'aumento della popolazione mondiale e la rapida urbanizzazione hanno sovraccaricato il sistema alimentare. Le Nazioni Unite prevedono che la popolazione mondiale aumenterà di oltre 1 miliardo di persone entro i prossimi 15 anni, raggiungendo 8,5 miliardi nel 2030. Di questi, la maggioranza (66%) dovrebbe vivere in città entro il 2050 (ONU 2015a). Queste tendenze, in combinazione con la crescita delle abitudini alimentari malsane e dei disturbi legati alla nutrizione, hanno reso imperativo un nuovo approccio alla nutrizione alimentare e all'agriliterazione scolastica.

   Le intuizioni del progetto GBG e i risultati di numerose interviste con insegnanti e studenti hanno dimostrato che l'applicazione efficace della tecnologia aquaponica dipende dall'attenta pianificazione e manutenzione del sistema. La versione digitale del GBG — l'eGBG — è stata sviluppata per affrontare queste sfide e per sfruttare le relative opportunità per promuovere l'alfabetizzazione digitale a scuola. L'idea dell'eGBG trae ispirazione dall'idea di autoregolamentazione nei sistemi biologici. Si basa concettualmente sull'idea dell'autopoiesi: riferirsi ad un sistema capace di riprodursi e mantenersi. Il termine introdotto per la prima volta nel 1972 dai biologi Maturana e Varela (1980) descrive l'automantenimento chimica delle cellule viventi (https://en.wikipedia.org/wiki/Cells_(biology)) e da allora, il concetto è stato applicato in una vasta gamma di campi come cognizione, teoria dei sistemi, e sociologia. Nello studio eGBG, illustrato dalla configurazione e dai componenti della Fig. 23.2, la qualità dell'acqua, la temperatura, l'ossigeno disciolto, il CO2, il pH, l'ammoniaca e il contenuto di nitriti sono misurati con sensori utilizzando una configurazione elettronica e digitalizzata, seguita da un'appropriata regolazione automatizzata e regolazioni ai livelli richiesti o impostati. Questo sistema utilizzato insieme a un regime di manutenzione di base consente ai bambini di apprendere meglio le tecnologie dell'informazione e della comunicazione (TIC), insieme ai soggetti della scienza, della tecnologia, dell'ingegneria e della matematica (STEM), oltre a una più ampia comprensione delle pratiche sostenibili per l'agricoltura urbana e il benessere degli animali. L'eGBG riduce al minimo l'errore umano e riduce la quantità di risorse critiche come il lavoro fisico e le ore che altrimenti sarebbero necessarie per la cura e il mantenimento di un sistema aquaponico equilibrato.

   

   Fig. 23.2 La configurazione sperimentale di eGBG. L'illustrazione mostra le due parti del sistema. Il sistema acquaponico stesso, i dispositivi di misura e il minicomputer utilizzato per seguire le condizioni biologiche del sistema eGBG

3. 23.3 Metodi

   Original publication 2019 · Pubblicato per la prima volta su FarmHub Learn 2020-06-04 · Aquaponics Food Production Systems

   Nel contesto di questo capitolo sono state utilizzate tre fonti di dati, tra cui (a) uno studio esplorativo sulle opportunità educative a scuola (Bosire et al. 2016), (b) uno studio di fattibilità condotto tra gli insegnanti (Bosire e Sikora 2017) e (c) lo studio EGBG (Toth e Mikkelsen 2018).

   Il primo studio (a) è stato condotto come un'esplorazione delle opportunità e delle sfide derivanti dall'utilizzo dell'acquaponica come strumento educativo. Lo studio mirava a studiare fino a che punto abbia senso usare l'acquaponica nell'insegnamento scolastico. Sono stati raccolti dati provenienti da tre interviste qualitative indipendenti (N = 3). Gli informatori erano (1) un insegnante di biologia impegnato nell'insegnamento delle scienze naturali nella scuola elementare; (2) un imprenditore consulente, che è anche un esperto acquaponico; e (3) un bio-agricoltore acquaponico locale. La procedura di analisi dei dati è stata ispirata al futuro approccio del workshop (Jungk e Müllert 1987), che ha portato ad una categorizzazione e valutazione secondo le tre categorie di critica, fantasia e strategia.

   Nel secondo studio (b) è stato effettuato uno studio di fattibilità presso la scuola pubblica Blågaard situata nel comune di Copenaghen, in collaborazione con due insegnanti di biologia e un insegnante di fisica e con l'approvazione dell'amministrazione scolastica. Anche il bio-agricoltore acquaponico locale ed esperto è stato coinvolto. Una struttura acquaponica a basso costo per l'insegnamento è stata sviluppata utilizzando un semplice sistema di produzione alimentare fai-da-te (fai da te) e componenti preconfezionati. L'idea di questa progettazione e costruzione era di dimostrare che questo tipo di tecnologia può essere facilmente intrapresa, e non è solo per la crescita urbana avanzata, ma ha anche il potenziale per essere utilizzato come strumento di insegnamento scientifico in ambienti più umili come una scuola locale. Poiché il budget della scuola è limitato, l'obiettivo generale era quello di completare il progetto a basso costo e di adattare accuratamente il sistema ai requisiti dei programmi esistenti.

   Nel terzo studio (c), una componente digitale è stata aggiunta ad una versione migliorata del sistema aquaponico e l'eGBG è stata introdotta. L'eGBG è un programma di apprendimento basato su acquaponica semplice, ed è progettato per creare intuizioni di apprendimento tra gli adolescenti. L'attenzione speciale del programma è rivolta all'insegnamento dei principi della produzione alimentare sostenibile nelle città e allo stesso tempo per facilitare l'apprendimento delle TIC. La didattica del programma ha lo scopo di mostrare come un sistema biologico come l'acquaponica può essere controllato, manovrato e autoregolato utilizzando sensori e meccanismi di feedback. Questo avviene collegando sensori che misurano la temperatura, il pH e l'equilibrio dei nutrienti tramite un'interfaccia digitale come Arduino. L'eGBG ha sviluppato un semplice strumento agricolo urbano basato su un pacchetto di apprendimento per le scuole in cui gli studenti possono conoscere questa tecnologia nelle lezioni di biologia. Studiando come funzionano i sensori, hanno la capacità di imparare come le TIC possono essere integrate per monitorare e controllare un sistema biologico vivente.

   Il programma educativo eGBG può essere utilizzato sia in un corso interdisciplinare con ICT come tema sia in soggetti di biologia, fisica e chimica. I componenti dell'eGBG sono per un sistema acquaponico a basso costo che è stato sviluppato per il contesto scolastico come descritto in precedenza. Alcuni degli elementi chiave sono stati forniti da BioTeket, un'azienda con un mandato sociale e culturale con particolare attenzione alla tecnologia ambientale. BioTeket offre una serie di workshop ed eventi, dando ai cittadini di Copenaghen l'opportunità di acquisire esperienza con la vita urbana sostenibile. Il montaggio è stato effettuato sotto la supervisione tecnica dell'azienda. Secondo i curricula nazionali, le TIC nella scuola elementare non sono insegnate come una materia autonoma, ma in modo trasversale che abbraccia diverse materie. La combinazione di controllo intelligente e basato su sensori e sistema biologico sembra quindi semplice per questo requisito. Le tecnologie agricole urbane richiedono un sistema di monitoraggio con una moltitudine di sensori poiché mantenere un sistema in equilibrio richiede una misurazione continua della temperatura, del pH, ecc. Per soddisfare questo requisito, l'eGBG è stato sviluppato in collaborazione tra l'Università di Aalborg, una scuola municipale di Albertslund, e il Impresa BioTeket. Il processo di sviluppo è stato configurato come uno studio di ricerca di azione in cui i dati sono stati raccolti insieme al processo di sviluppo.

4. 23.4 Risultati e discussione

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   1. Fin dal primo studio, i risultati hanno dimostrato che le visioni di un nuovo modo di insegnare con l'inclusione della tecnologia moderna potevano essere percepite come un vantaggio nell'influenzare i processi di trasformazione a scuola. Tuttavia, questo processo richiede alcune considerazioni critiche, pratiche e teoriche per l'attuazione del sistema per renderlo efficace e sostenibile a lungo termine. Alcune delle questioni positive dal punto di vista degli utenti includevano una vasta gamma di applicazioni nei settori della biologia, della matematica, della scienza e altro ancora. Riduzione dell'inquinamento e utilizzo efficiente delle risorse; flessibilità della configurazione del sistema, ad esempio sui tetti; produzione di prodotti gemelli (biologici\ *) (pesci e alimenti vegetali). Le limitazioni potenziali includono vincoli di tempo, mancanza di risorse finanziarie, nonché la necessità di cure e manutenzione frequenti. (\ * Nell'UE, la legislazione vigente prevede che solo i prodotti vegetali coltivati nel suolo possano essere considerati «biologici». Questo non è il caso, ad esempio, negli Stati Uniti, dove i prodotti acquaponici possono essere coltivati in modo biologico e legalmente venduti come biologici).

   2. Dal secondo studio (b), lo studio di fattibilità, le esperienze dello studio hanno indicato che il concetto di apprendimento, l'idea generale e la didattica si inseriscono bene nei curricula educativi e anche nei progetti che la scuola aveva già previsto di intraprendere nel campo della sostenibilità. L'esperienza ha dimostrato che tale insegnamento deve essere attentamente pianificato con largo anticipo. Inoltre, l'idea di un approccio triangolo della conoscenza, che porti l'apprendimento dei servizi, la ricerca universitaria, una piccola impresa e il personale didattico in una rete informale di progetto e innovazione, è un modo fruttuoso di organizzare l'impresa. Inoltre, l'iniziativa gode del sostegno del comune che vede l'imprenditorialità e gli approcci di apprendimento innovativi come obiettivi importanti.

   3. Il terzo studio (c), lo studio EGBG, ha mostrato che la scuola era favorevole e aveva già sensori appena acquistati per misurare pH, temperatura, COSub2/sub, e ossigeno disciolto (DO). Pertanto, i dati potrebbero essere condotti con un minimo sforzo di formazione, poiché il personale docente era già ben preparato a raccogliere dati digitalmente. La scuola, al momento dell'avvio del progetto, stava già progettando di misurare nitrati e ammoniaca utilizzando i sensori, poiché il concetto di base dell'insegnamento era quello di aumentare le conoscenze, le abilità e le competenze in relazione al ciclo dell'azoto. L'idea di creare la tecnologia aquaponica e applicarla nell'insegnamento è stata prontamente accettata dalla scuola poiché la scuola vicina aveva già quel tipo di sistema AP attivo e funzionante.

   Riconoscimenti Grazie agli insegnanti di biologia Mette ed Else della scuola Blågård nel comune di Copenaghen, a Lilja Gunnarsdottir e agli insegnanti della scuola Herstedlund, e a Inge Christensen del Centro Naturale di Albertslund. Grazie anche a Viktor Toth, studente di Integrated Food Studies dell'Università di Aalborg, per aver fornito i dati dello studio EGBG. Grazie anche a Tomasz Sikora e Kathrine Breidahl degli Integrated Food Studies che hanno partecipato al lavoro sul campo. Grazie anche alla proprietaria e CEO Lasse Antoni Carlsen di Bioteket, Copenhagen, per aver fornito componenti e guida nello sviluppo del programma GBG.