all.5 - Liceo Scientifico Galileo Galilei
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LICEO SCIENTIFICO STATALE “GALILEO GALILEI” TRIESTE DIPARTIMENTO GALILEO DISCIPLINA: MATEMATICA DISCIPLINA: FISICA SECONDO BIENNIO E QUINTO ANNO CONOSCENZE E COMPETENZE GENERALI LIVELLI DI CONOSCENZA E DI COMPETENZA 1 INTRODUZIONE Il riordino dei quadri orario per il liceo scientifico di ordinamento e per quello delle scienze applicate ha indotto ad una profonda modifica della programmazione nell’insegnamento di tutte le discipline e in particolare della matematica, fisica e informatica. Si è resa quindi necessaria una riscrittura degli obiettivi in termini di competenze sulla quale formulare un piano di lavoro operativo per i docenti alle prese con questa importante novità. La proposta che segue parte dalla condivisione che nello sviluppo cognitivo dell’alunno/a le competenze generali delle discipline scientifiche, cioè le operazioni del pensiero che vanno sviluppate, sono le medesime che sviluppano le altre discipline: astrarre, confrontare, comprendere testi e problemi, comunicare con chiarezza padroneggiando il lessico tecnico, progettare, fare ipotesi e dimostrarne la verità o rigettarle come false non sono operazioni della mente che appartengano ad una disciplina più che ad un’altra, ma al contrario sono operazioni che tutte le discipline sviluppano o possono sviluppare, ciascuna nel proprio ambito specifico e con gli oggetti (conoscenze e procedure) che le sono propri: le competenze sono infatti una sintesi di abilità e conoscenze. Per le stesse ragioni, dal biennio al triennio le competenze non mutano, mutano i gradienti di difficoltà e i contenuti specifici di ciascun anno di corso: i curricoli perciò, come i curricoli delle altre materie, vanno anche letti in verticale. Questo faciliterà, inoltre, gli studenti, con il cambio di insegnante nel passaggio dal biennio al triennio, a rileggere, a ritrovare e trasferire le competenze acquisite pur attraverso modalità di esposizione differenti. L’obiettivo ultimo è migliorare l’insegnamento per migliorare l’apprendimento, rendendo il primo più consapevole degli strumenti di cui può disporre per sostenere il secondo. Solo così, di fronte ad un alunno che in alcune materie mostrerà difficoltà non perché o non solo perché non conosce sufficientemente i contenuti, ma perché pur conoscendoli “teoricamente” non riesce ad applicarli efficacemente, tutti gli insegnanti potranno dare il proprio contributo, con esercizi mirati, per potenziare la capacità cognitiva che risulta carente, sia essa l’analisi, la sintesi, la selezione dei dati pertinenti o qualsiasi altra. In questa prospettiva, l’alunno/a non è colui o colei che deve semplicemente acquisire delle nozioni: è colui o colei che deve imparare a servirsi di tali nozioni per risolvere problemi, con un’autonomia sempre maggiore. In una parola, l’alunno/a è più protagonista del proprio apprendimento, come 2 l’insegnante non è semplicemente colui/colei che trasmette, ma che aiuta l’allievo/o nel processo di comprensione ed elaborazione. Di conseguenza, la metodologia che meglio può aiutare è quella laboratoriale, intendendo per “laboratorio” non solo e non tanto un luogo fisico, ma un modo di lavorare, fondato sull’interazione continua fra insegnante e alunni e fra gli alunni tra loro. Inoltre è particolarmente importante la percezione del carattere delle discipline scientifiche come parte integrante ed essenziale del percorso storico dell’umanità e del suo pensiero. Le Indicazioni Nazionali per il Liceo Scientifico infatti recitano per la matematica esplicitamente che, alla fine del percorso liceale, “lo studente avrà acquisito una visione storico-critica dei rapporti tra le tematiche principali del pensiero matematico e il contesto filosofico, scientifico e tecnologico. In particolare, avrà acquisito il senso e la portata dei tre principali momenti che caratterizzano la formazione del pensiero matematico: la matematica nella civiltà greca, il calcolo infinitesimale che nasce con la rivoluzione scientifica del Seicento e che porta alla matematizzazione del mondo fisico, la svolta che prende le mosse dal razionalismo illuministico e che conduce alla formazione della matematica moderna e a un nuovo processo di matematizzazione che investe nuovi campi (tecnologia, scienze sociali, economiche, biologiche) e che ha cambiato il volto della conoscenza scientifica.” Per l'insegnamento della fisica, si dice che al termine del percorso liceale “lo studente avrà appreso i concetti fondamentali della fisica, acquisendo consapevolezza del valore culturale della disciplina e della sua evoluzione storica ed epistemologica” ..........….... “ lo studente avrà la consapevolezza dei vari aspetti del metodo sperimentale, dove l’esperimento è inteso come interrogazione ragionata dei fenomeni naturali, analisi critica dei dati e dell'affidabilità di un processo di misura, costruzione e/o validazione di modelli; comprendere e valutare le scelte scientifiche e tecnologiche che interessano la società in cui vive.” Per l'insegnamento dell'informatica si legge “.....l’insegnamento deve contemperare diversi obiettivi: comprendere i principali fondamenti teorici delle scienze dell’informazione, acquisire la padronanza di strumenti dell’informatica, utilizzare tali strumenti per la soluzione di problemi significativi in generale, ma in particolare connessi allo studio delle altre discipline, acquisire la consapevolezza dei vantaggi e dei limiti dell’uso degli strumenti e dei metodi informatici e delle conseguenze sociali e culturali di tale uso” 3 Riportiamo infine quanto segue dalle “Indicazioni nazionali per il liceo scientifico” come paradigma per la costruzione del percorso didattico anche in matematica: Gli studenti, a conclusione del percorso di studio, oltre a raggiungere i risultati di apprendimento comuni, dovranno: • aver acquisito una formazione culturale equilibrata nei due versanti linguistico-storicofilosofico e scientifico; comprendere i nodi fondamentali dello sviluppo del pensiero, anche in dimensione storica, e i nessi tra i metodi di conoscenza propri della matematica e delle scienze sperimentali e quelli propri dell’indagine di tipo umanistico; • saper cogliere i rapporti tra il pensiero scientifico e la riflessione filosofica; • comprendere le strutture portanti dei procedimenti argomentativi e dimostrativi della matematica, anche attraverso la padronanza del linguaggio logico-formale; usarle in particolare nell’individuare e risolvere problemi di varia natura; • saper utilizzare strumenti di calcolo e di rappresentazione per la modellizzazione e la risoluzione di problemi; • aver raggiunto una conoscenza sicura dei contenuti fondamentali delle scienze fisiche e naturali (chimica, biologia, scienze della terra, astronomia) e, anche attraverso l’uso sistematico del laboratorio, una padronanza dei linguaggi specifici e dei metodi di indagine propri delle scienze sperimentali; • essere consapevoli delle ragioni che hanno prodotto lo sviluppo scientifico e tecnologico nel tempo, in relazione ai bisogni e alle domande di conoscenza dei diversi contesti, con attenzione critica alle dimensioni tecnico-applicative ed etiche delle conquiste scientifiche, in particolare quelle più recenti; • 4 saper cogliere la potenzialità delle applicazioni dei risultati scientifici nella vita quotidiana. COMPETENZE DI ASSE Secondo biennio Materia:Matematica LICEO SCIENTIFICO ASSE DEI LINGUAGGI Padroneggiare gli strumenti espressivi ed argomentativi indispensabili per gestire l’interazione comunicativa verbale in vari contesti • Utilizzare in modo appropriato gli strumenti espressivi, (anche quelli tipici della disciplina) per la comunicazione orale con un linguaggio appropriato, sintetico, articolato con coerenza, logica e pertinenza • Utilizzare diversi registri comunicativi Leggere, comprendere ed interpretare testi scritti di vario tipo • • • • − − − − Ricavare le informazioni specifiche di disciplina dalla corretta interpretazione del testo in adozione individuare informazioni specifiche in testi scritti (anche tabelle e grafici) isolare le informazioni richieste o pertinenti al compito comprendere i linguaggi simbolici Produrre testi di vario tipo in relazione ai vari scopi comunicativi produrre schemi e mappe concettuali per sintetizzare informazioni prendere appunti e redigere sintesi Produrre testi corretti e coerenti adeguati alle diverse situazioni comunicative produrre tabelle di dati e grafici Utilizzare testi multimediali − utilizzare le tecnologie informatiche nella ricerca di informazioni, nella rielaborazione di dati − Individuare ed utilizzare fonti di informazione accreditate tramite un uso consapevole della rete ASSE STORICO-SOCIALE Comprendere il cambiamento e la diversità dei tempi storici in una dimensione diacronica attraverso il confronto fra epoche. • Essere consapevoli della dimensione storica dello sviluppo del pensiero scientifico avendo recepito il carattere dinamico del suo evolversi • Individuare i momenti significativi e gli strumenti che hanno caratterizzato lo sviluppo del pensiero matematico nel corso della storia 5 COMPETENZE DI ASSE CLASSE III LICEO SCIENTIFICO LICEO SCIENZE APPLICATE ASSE MATEMATICO • Utilizzare le tecniche e le procedure del calcolo algebrico, rappresentandole anche sotto forma grafica − − − − − − ABILITÀ Risolvere equazioni e disequazioni di secondo grado e digrado superiore. Risolvere equazioni e disequazioni irrazionali. Risolvere equazioni e disequazioni con valori assoluti Semplificare espressioni contenenti esponenziali e logaritmi, applicando in particolare le proprietà dei logaritmi. Risolvere semplici equazioni esponenziali e logaritmiche Tracciare il grafico di funzioni esponenziali e logaritmiche mediante l'utilizzo di opportune trasformazioni geometriche. • Confrontare ed analizzare figure geometriche, individuando invarianti e relazioni ABILITÀ − Rappresentare nel piano cartesiano una conica di data equazione e conoscere il significato dei parametri dell'equazione − Scrivere l'equazione di una conica, date alcune condizioni. − Risolvere semplici problemi su rette e coniche − Determinare l'equazione di un luogo geometrico nel piano cartesiano. • Analizzare dati ed interpretarli sviluppando deduzioni e ragionamenti sugli stessi anche con l’ausilio di rappresentazioni grafiche, usando consapevolmente gli strumenti di calcolo ABILITÀ Calcolare valori medi e misure di variabilità di una distribuzione • Individuare le strategie appropriate per la soluzione di problemi ABILITÀ 6 − Risolvere equazioni e disequazioni irrazionali. − Risolvere equazioni e disequazioni con valori assoluti. − Costruire modelli di crescita o decrescita esponenziale. − Costruire modelli matematici per descrivere le orbite dei pianeti 7 COMPETENZE DI ASSE Secondo biennio Materia: Fisica LICEO SCIENTIFICO ASSE DEI LINGUAGGI • Padroneggiare gli strumenti espressivi ed argomentativi indispensabili per gestire l’interazione comunicativa verbale in vari contesti − Utilizzare in modo appropriato gli strumenti espressivi, (anche quelli tipici della disciplina) per la comunicazione orale con un linguaggio appropriato, sintetico, articolato con coerenza, logica e pertinenza − Utilizzare diversi registri comunicativi • Leggere, comprendere ed interpretare testi scritti di vario tipo − Ricavare le informazioni specifiche di disciplina dalla corretta interpretazione del testo in adozione − individuare informazioni specifiche in testi scritti (anche tabelle e grafici) − isolare le informazioni richieste o pertinenti al compito − comprendere i linguaggi simbolici • Produrre testi di vario tipo in relazione ai vari scopi comunicativi − produrre schemi e mappe concettuali per sintetizzare informazioni − prendere appunti e redigere sintesi e relazioni − Produrre testi corretti e coerenti adeguati alle diverse situazioni comunicative − produrre tabelle di dati e grafici • Utilizzare la lingua inglese per scopi comunicativi e operativi (docenti CLIL) comprendere i punti principali di messaggi e annunci semplici e chiari su argomenti di interesse scientifico Conoscere e saper utilizzare la terminologia specifica per la descrizione dei fenomeni e per la soluzione di problemi • Utilizzare e produrre testi multimediali − utilizzare le tecnologie informatiche nella ricerca di informazioni, nella rielaborazione di dati − Individuare ed utilizzare fonti di informazione accreditate tramite un uso consapevole della rete ASSE MATEMATICO • Utilizzare le tecniche e le procedure del calcolo matematico, rappresentandole anche sotto forma grafica - Risolvere problemi proponendo percorsi logici e coerenti e utilizzando il calcolo algebrico - Utilizzare elementi di trigonometria e analisi nell’applicazione delle leggi fisiche alla soluzione dei problemi - Utilizzare funzioni logaritmiche e esponenziali • 8 Confrontare ed analizzare figure geometriche, individuando invarianti e relazioni − Utilizzare i fondamenti della geometria analitica per lo studio e l’applicazione delle leggi fisiche • Analizzare dati ed interpretarli sviluppando deduzioni e ragionamenti sugli stessi anche con l’ausilio di rappresentazioni grafiche, usando consapevolmente gli strumenti di calcolo e le potenzialità offerte da applicazioni specifiche di tipo informatico − Analizzare un campione di dati usando gli elementi base del calcolo statistico - Leggere i grafici ed individuare la relazione esistente tra le grandezze analizzate - Interpretare i dati sperimentali per individuare le proprietà di un dato fenomeno ASSE SCIENTIFICO-TECNOLOGICO • Osservare, descrivere, analizzare fenomeni appartenenti alla realtà naturale e artificiale e riconoscere nelle sue varie forme i concetti di sistema e complessità − Osservare, descrivere ed analizzare i fenomeni tramite un approccio conoscitivo basato sul rispetto dei fatti e sulla ricerca di un riscontro obiettivo delle proprie ipotesi interpretative − affrontare a livello critico situazioni problematiche di varia natura, tratte anche da esperienze quotidiane, scegliendo in modo flessibile e personalizzato le strategie di risoluzione − eseguire e/o progettare esperimenti in laboratorio applicando i procedimenti tipici dell’indagine scientifica, che si articolano in un continuo rapporto tra modello teorico e realtà sperimentale. − Utilizzare le tecnologie informatiche per reperire informazioni, eseguire esperimenti, rappresentare graficamente ed elaborare dati, comporre testi scritti, comunicare i risultati del proprio lavoro − essere consapevole delle potenzialità e dei limiti di scienza e tecnologia • Analizzare qualitativamente e quantitativamente fenomeni legati alle trasformazioni di energia a partire dall’esperienza − essere consapevoli dei possibili impatti sull’ambiente naturale dei modi di produzione e di utilizzazione dell’energia nell’ambito quotidiano − saper descrivere in termini di conservazione e di trasformazione di energia i fenomeni meccanici estendendo lo studio a sistemi di corpi • Essere consapevoli delle potenzialità e dei limiti delle tecnologie nel contesto culturale e sociale in cui vengono applicate - Riconoscere il ruolo della tecnologia nella vita quotidiana -Progettare e realizzare percorsi risolutivi di problemi pratici ASSE STORICO-SOCIALE • Comprendere il cambiamento e la diversità dei tempi storici in una dimensione diacronica attraverso il confronto fra epoche e in una dimensione sincronica attraverso il confronto fra aree geografiche e culturali − Essere consapevoli della dimensione storica dello sviluppo del pensiero scientifico avendo recepito il carattere dinamico del suo evolversi − Individuare i momenti significativi e gli strumenti che hanno caratterizzato lo sviluppo tecnico-scientifico nel corso della storia 9 • Collocare l’esperienza personale in un sistema di regole fondato sul reciproco riconoscimento dei diritti garantiti dalla Costituzione, a tutela della persona, della collettività e dell’ambiente − adottare nella vita quotidiana comportamenti responsabili per la tutela e il rispetto delle persone e dell’ambiente − stabilire rapporti di collaborazione e di apprendimento con i compagni e gli insegnanti COMPETENZE ABILITÀ E CONTENUTI Quanto riportato, rappresenta una possibile suddivisione dei contenti del secondo biennio fra la classe terza e la classe quarta, i singoli docenti nelle loro programmazioni, sono ovviamente liberi di adattare e modificare la suddivisione, in base alle esigenze didattiche, fermo restando lo svolgimento degli argomenti al fine del conseguimento degli obiettivi prefissati. CLASSE III ABILITÀ CONOSCENZE COMPETENZE TEMA 1: LE GRANDEZZE E IL MOTO − Distinguere grandezze fondamentali e − Il sistema di riferimento fisico derivate. − Posizione e distanza − Comprendere e interpretare un − La velocità diagramma orario − Definire i concetti di velocità e accelerazione. − L’accelerazione − Distinguere i concetti di posizione e spostamento nello spazio. − La legge oraria − Distinguere i concetti di istante e intervallo di tempo. − Moti in una sola dimensione (rettilineo uniforme e uniformemente accelerato) − La traiettoria − Comprendere il concetto di sistema di − Moti bidimensionali (moto riferimento. parabolico, moto circolare uniforme) − Distinguere tra grandezze scalari e vettoriali. − Utilizzare le funzioni trigonometriche. − Riconoscere le caratteristiche del moto 10 − Moto armonico Asse scientifico tecnologico a) Asse matematico a), c) Asse dei linguaggi a), b), c) rettilineo uniforme e del moto uniformemente accelerato. − Ragionare in termini di grandezze cinematiche lineari e angolari (s,v,α,ω). − Mettere in evidenza la relazione tra moto armonico e moto circolare uniforme. − Ricavare le leggi della posizione della velocità e dell’accelerazione, in funzione del tempo, nei moti rettilineo uniforme e rettilineo uniformemente accelerato. − Individuare le caratteristiche del moto parabolico ed esaminare la possibilità di scomporre un determinato moto in altri più semplici. − Analizzare i moti rettilinei, uniforme e uniformemente accelerato, attraverso grafici s-t, v-t e a-t. TEMA 2 : I PRINCIPI DELLA DINAMICA E LA RELATIVITA’ GALILEIANA − Saper ricostruire il percorso storico e i I principi della dinamica e la fatti sperimentali che hanno portato alla relatività galileiana − Il principio d'inerzia formulazione dei principi della dinamica. − Sistemi di riferimento inerziali. − Identificare i sistemi di riferimento inerziali. − Individuare l'ambito di validità delle trasformazioni di Galileo. − Ragionare sul principio di relatività galileiana. − Formalizzare il secondo principio della dinamica. − Analizzare l'interazione fra due corpi per pervenire alla formulazione del terzo 11 − Il principio di relatività galileiana − Il secondo principio della dinamica. − Il terzo principio della dinamica Asse scientifico tecnologico a), c) Asse matematico a), c) Asse dei linguaggi a), b), c) Asse storico sociale a) principio della dinamica TEMA 3: APPLICAZIONI DEI PRINCIPI DELLA DINAMICA − Individuare il ruolo della forza centripeta nel moto circolare uniforme. − Analizzare il concetto di forza apparente. − Forza peso − Forza centripeta − Forze apparenti − Riconoscere le caratteristiche della condizione di mancanza di peso. − Forze vincolari − Identificare il concetto di vincolo. − Corpi rigidi − Analizzare il moto dei sistemi complessi con il ricorso al diagramma delle forze. − Momento di una forza − Osservare il moto di una massa attaccata a una molla e di un pendolo che compie piccole oscillazioni. − Definire le caratteristiche del prodotto scalare e del prodotto vettoriale. − Definire il vettore momento di una forza. − Esprimere le relazioni matematiche relative al moto armonico di una molla e di un pendolo. − Ragionare sul concetto di corpo rigido e studiarne le condizioni di equilibrio, anche nel caso di rotazioni (momento di 12 − Il diagramma delle forze − Il momento di una coppia di forze − Equilibrio di un corpo rigido Asse scientifico tecnologico a), c) Asse matematico a), c) Asse dei linguaggi a), b), c) una forza). TEMA 4: IL LAVORO E L’ENERGIA − Mettere in relazione l’applicazione di − Il lavoro di una forza una forza su un corpo e lo spostamento − La potenza conseguente. − Analizzare la relazione tra lavoro prodotto e intervallo di tempo impiegato. − Identificare le forze conservative e le forze non conservative. − Realizzare il percorso logico e matematico che porta dal lavoro all’energia cinetica, all’energia potenziale gravitazionale e all’energia potenziale elastica. − L'energia cinetica − Forze conservative e non Asse scientifico tecnologico a), b) Asse matematico a), c) Asse dei linguaggi a), b), c) − L'energia potenziale gravitazionale, elastica − Conservazione dell'energia meccanica − Formulare il principio di conservazione dell’energia meccanica e dell’energia totale − Essere consapevoli dell’utilizzo dell’energia nelle situazioni reali. TEMA 5: LA QUANTITA’ DI MOTO E IL MOMENTO ANGOLARE 13 − Identificare i vettori quantità di moto di un corpo e impulso di una forza. − Creare piccoli esperimenti che indichino quali grandezze all’interno di un sistema fisico si conservano. − Definire il vettore momento angolare. − Formulare il teorema dell’impulso a partire dalla seconda legge della dinamica. La quantità di moto e il momento angolare − La quantità di moto e la sua conservazione − L'impulso di una forza. − I principi della dinamica e la legge di conservazione della quantità di moto − Urti − Ragionare in termini di forza d’urto. − Il momento angolare − Definire la legge di conservazione della quantità di moto in relazione ai principi della dinamica. − Conservazione e variazione del momento angolare − Il momento di inerzia − Affrontare il problema degli urti, su una retta e obliqui. − Identificare il concetto di centro di massa di sistemi isolati e non. − Interpretare l’analogia formale tra il secondo principio della dinamica e il momento angolare, espresso in funzione del momento d’inerzia di un corpo. − Finalizzare la conservazione delle grandezze fisiche in riferimento ai problemi da affrontare e risolvere. TEMA 6: LA GRAVITAZIONE 14 Asse dei linguaggi a), b), c) Asse scientifico tecnologico a) Asse matematico a), c) La gravitazione − Descrivere i moti dei corpi celesti e individuare la causa dei comportamenti − Le leggi di Kepler osservati. − La gravitazione universale − Analizzare il moto dei satelliti e − Massa gravitazionale e inerziale descrivere i vari tipi di orbite. − Descrivere l’azione delle forze a distanza in funzione del concetto di campo gravitazionale. − Mettere in relazione fenomeni osservati e leggi fisiche. − Formulare la legge di gravitazione universale. − Il moto dei satelliti Asse dei linguaggi a), b), c) Asse scientifico tecnologico a) Asse matematico a), b),c) Asse storico sociale a) − Il campo gravitazionale − l'energia potenziale gravitazionale − La forza di gravità e l a conservazione dell'energia meccanica − Interpretare le leggi di Keplero in funzione dei principi della dinamica e della legge di gravitazione universale. − Descrivere l’energia potenziale gravitazionale in funzione della legge di gravitazione universale. − Mettere in relazione la forza di gravità e la conservazione dell’energia meccanica. − Studiare il moto dei corpi in relazione alle forze agenti. TEMA 7: LA DINAMICA DEI FLUIDI − Ragionare sull’attrito nei fluidi. − La corrente in un fluido − Analizzare il moto di un liquido in una conduttura. − l'equazione di continuità − L'equazione di Bernoulli − Esprimere il teorema di Bernoulli, sottolineandone l’aspetto di legge di conservazione. − L'effetto Venturi − Ragionare sul movimento ordinato di un fluido. − La caduta in un fluido − Riconoscere a cosa può essere assimilato il sistema idrico di un acquedotto. 15 − L'attrito in un fluido Asse dei linguaggi a), b), c) Asse scientifico tecnologico a), c) Asse matematico a),c) Asse storico sociale a) il sistema idrico di un acquedotto. 16
