LICEO CLASSICO “F. SCADUTO” - BAGHERIA
ASPETTANDO LA RIFORMA….
Anticipazione dello studio della Fisica al 3° anno (I Liceo)- una unità oraria settimanale
Corso E
Anno Scolastico 2003/2004
“L’emozione è la vera molla dell’impero scientifico”
Prof.ssa Puleo Anna Maria Olimpia
Anticipare lo studio della Fisica al 3° anno del Liceo Classico nasce da diverse esigenze: alcune
di esse scaturiscono da osservazioni di tipo teorico ed organizzativo, altre scaturiscono dalle
quotidiane osservazioni sul “campo”.
Osservazioni preliminari
Analizzando le indagini nazionali ed internazionali sull’apprendimento scientifico nelle scuole
italiane e la drastica diminuzione delle iscrizioni alle facoltà scientifiche, appare chiaro che esistono
degli ostacoli sia nella comprensione a livello concettuale, sia nell’immagine che l’impresa
scientifica ha come dimensione culturale.
La divisione che tuttora persiste tra le culture umanistica e scientifica, ha fatto sì che
quest’ultima spesso sia identificata come una conoscenza puramente tecnica, un sapere “pratico”,
utile solo a far funzionare le macchine.
Nasce quindi l’esigenza di un insegnamento scientifico che riesca a coniugare l’acquisizione di
concetti con la formazione di un modello entro il quale ci stanno le teorie che cercano di descrivere
il mondo: un insegnamento scientifico che trasmetta la consapevolezza che la scienza è uno dei
modi possibili di guardare il mondo.
Se si vuole tentare di superare la visione passiva che della scienza ha la maggior parte degli
allievi, bisogna far capire loro soprattutto che educazione scientifica significa sviluppo di diversi
modi di guardare la realtà e di mettersi in relazione con essa.
Motivazioni
Data la vastità e la complessità dei contenuti di Fisica elencati nel programma ministeriale, non
si può pensare di poterli svolgere tutti e nell’arco di due anni, come previsto attualmente nel quadro
orario del Liceo Classico.
È necessario, così, operare dei tagli che spesso però vedono penalizzati temi di fondamentale
importanza per una preparazione di base soddisfacente; risulta molto difficile, infatti, effettuare
delle scelte che prevedano tutti i “contenuti essenziali per una formazione di base” e che
individuino con completezza i “nuclei concettuali fondanti” della disciplina.
Nasce, quindi, l’esigenza di una riorganizzazione ampia e a largo respiro dell’insegnamento della
Fisica; riorganizzazione vagliata nella riforma della scuola superiore, in cui è previsto lo studio
della Fisica in un primo biennio, in un secondo biennio e in un ultimo anno di approfondimento per
alcuni tipi di istituti (tra cui il Liceo Classico).
Aspettando la riforma, può essere comunque utile ed opportuno anticipare di un anno, anche se
per un numero esiguo di ore (un’ora settimanale), lo studio della Fisica: entrare prima in contatto
con il suo statuto (oggetti, linguaggio, metodologia di ricerca) non può che favorire un processo di
insegnamento-apprendimento più motivato, consapevole e responsabile.
Considerato che nel processo educativo sotteso allo studio della Fisica, ha notevole importanza il
ruolo che assume il modello matematico-scientifico, quel processo, cioè, di “matematizzazione”
degli oggetti fisici e la conseguente costituzione di un “modello” che si sostituisce agli oggetti reali,
può essere già un traguardo importante, alla fine del primo liceo, aver garantito agli studenti la
consapevolezza che alla base della ricchezza dei fenomeni e della molteplicità delle applicazioni
tecniche sta un piccolo numero di leggi fisiche fondamentali e, altrettanto importante e
fondamentale per il loro percorso umano e culturale, il gusto della curiosità e dello studio.
Finalità generali
Lo studio della fisica nella scuola secondaria di secondo grado, attraverso l’acquisizione delle
metodologie e delle conoscenze specifiche della disciplina, può:
1. Concorrere alla formazione culturale dell’allievo, arricchendone la preparazione
complessiva con strumenti idonei a una comprensione critica del presente, attraverso lo
sviluppo di capacità di analisi e di collegamento e delle facoltà di astrazione e di
unificazione che la fisica richiede per indagare sul mondo naturale;
2. contribuire all’acquisizione di una mentalità flessibile, fondata su una preparazione che
consenta il conseguimento di una professionalità di base polivalente;
3. far comprendere l’universalità delle leggi fisiche che, partendo dalla scala umana, si
estenda dal microcosmo al macrocosmo nel tentativo di fornire una visione scientifica
organica della realtà fisica;
4. far acquisire la consapevolezza che la possibilità di indagare l’universo è legata alle più
moderne conoscenze,
5. far comprendere l’evoluzione storica dei modelli di interpretazione della realtà
evidenziandone l’importanza, i limiti ed il progressivo affinamento;
6. contribuire, insieme alle altre discipline, ad una visione unitaria del divenire storico
dell’umanità;
7. far comprendere l’universalità del linguaggio della fisica, che favorisce l’apertura, il
dialogo e il rispetto reciproco tra individui e quindi tra popoli e culture;
8. contribuire alla consapevolezza che, in una società complessa permeata di scienza e
tecnologia, una formazione scientifica è indispensabile per le scelte che ogni cittadino è
chiamato a compiere nella vita democratica.
Obiettivi specifici di apprendimento
Gli argomenti saranno trattati per temi, che vengono ripresi ed approfonditi in anni successivi: lo
statuto di una disciplina, infatti, non cambia con l’età degli allievi, ma cambia la distanza tra il
soggetto che apprende e l’oggetto da apprendere.
Possono essere individuati cinque nuclei concettuali, ognuno dei quali rappresenta uno o più
concetti portanti della fisica, essi sono:
1. spazio e tempo: dove i fenomeni fisici studiati si caratterizzano per il fatto di mettere in
particolare evidenza il loro sviluppo nello spazio e nel tempo;
2. materia ed energia: dove sono studiate le caratteristiche della materia, dal microcosmo
al macrocosmo, l’energia nelle sue varie forme, il suo trasferimento da un corpo all’altro,
fino all’equivalenza tra massa ed energia;
3. interazione: dove i fenomeni sono caratterizzati dalla presenza di corpi soggetti
all’azione di forze a “contatto” o all’azione di campi di forze stazionari o variabili nel
tempo;
4. stato e trasformazione: dove sono studiate le caratteristiche degli stati della materia e le
trasformazioni da uno stato ad un altro;
5. invarianza: dove è studiata l’evoluzione dei fenomeni fisici utilizzando relazioni
invarianti tra grandezze, come potenti strumenti di analisi.
I Liceo:
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Nucleo concettuale: Spazio e tempo
Conoscenze
Grandezze fisiche fondamentali; unità di misura e regole previste nel S.I.
Moto su una traiettoria rettilinea, a velocità costante e accelerazione costante;
Moto su una traiettoria qualsiasi: velocità e accelerazione come vettori;
Il moto relativo e la composizione delle velocità;
Moti periodici e, in particolare, moto circolare uniforme
Abilità
Analizzare oggetti e fenomeni individuando le grandezze fisiche che li caratterizzano,
riconoscendone le dimensioni ed il carattere scalare o vettoriale;
Utilizzare le unità di misura previste dal Sistema Internazionale S.I., con i relativi
multipli e sottomultipli, distinguendo tra grandezze fondamentali e derivate;
Rappresentare graficamente il moto nei piani (s,t) e (v,t), utilizzando il sistema di
riferimento più conveniente;
Risolvere semplici problemi di cinematica, analiticamente (individuando il modello
matematico più idoneo) e graficamente;
Calcolare le grandezze fisiche che caratterizzano un moto circolare e rappresentare
graficamente quelle vettoriali.
Nucleo concettuale: Interazione
Conoscenze
Forza e sua unità di misura nel SI;
Massa gravitazionale e forza peso;
Momento di una forza e di una coppia di forze;
L’equilibrio tra forze in condizioni statiche; baricentro;
Forza come causa del moto: principi della dinamica;
Forze di attrito;
Sistema di riferimento inerziale e relatività galileiana;
Sistemi di riferimento non inerziali e forze apparenti.
Abilità
Spiegare il funzionamento degli strumenti di misura utilizzati e tener conto della loro
precisione e sensibilità;
Calcolare gli errori assoluto e relativo nelle misure dirette;
Sommare, sottrarre, comporre e scomporre le forze, come vettori applicati in un punto;
Risolvere semplici problemi di dinamica riguardanti il moto nei sistemi inerziale e non
inerziale.
II Liceo
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Nucleo concettuale: Materia ed energia
Conoscenze
Lavoro come modo per trasferire, trasformare e immagazzinare energia in presenza di
forze; unità di misura nel SI;
Potenza, come capacità di compiere un dato lavoro in un tempo definito; unità di
misura nel SI;
Energia cinetica, come modo di trasportare energia da un punto all’altro;
Energia potenziale.
Abilità
Applicare i concetti di lavoro e di potenza nella risoluzione di semplici problemi;
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Applicare i concetti di energia cinetica e di energia potenziale, nella risoluzione di
semplici problemi.
Nucleo concettuale: Invarianza
Conoscenze
Quantità di moto e sua conservazione in un sistema isolato;
Energia meccanica e sua conservazione in un sistema isolato;
Indipendenza dei principi di conservazione dal sistema di riferimento
Abilità
Risolvere semplici problemi riguardanti i principi di conservazione della quantità di
moto e dell’energia meccanica in un sistema isolato.
Nucleo concettuale: Spazio e tempo
Conoscenze
Moto armonico semplice;
Oscillazioni in meccanica; produzione e propagazione di onde elastiche;
Interferenza di onde piane sinusoidali e onde stazionarie;
Produzione, propagazione, ricezione e caratteristiche di un’onda acustica.
Abilità
Descrivere analiticamente e graficamente la propagazione di un’onda in meccanica,
distinguendo tra onde longitudinali e trasversali;
Classificare e ordinare i suoni in base alla loro diversa intensità e frequenza.
Nucleo concettuale: stato e trasformazione
Conoscenze
Temperatura e sua misura; scale termometriche;
Dilatazione termica dei corpi;
Calore e sua misura;
Capacità termica, calore specifico e relative unità di misura;
Trasmissione del calore;
Stati della materia e passaggi di stato.
Abilità
Esprimere il concetto di equilibrio termico e applicare il principio zero della
termodinamica;
Spiegare il concetto di calore, presentandolo con una breve esposizione storica;
Risolvere semplici problemi di calorimetria.
Nucleo concettuale: Interazione
Conoscenze
Pressione e sua unità di misura nel SI;
Forze nei fluidi;
Concetto di campo e, in particolare, di campo conservativo;
Campi gravitazionale, elettrico, magnetico e grandezze fisiche che li caratterizzano,
con le relative unità di misura previste dal sistema SI.
Abilità
Applicare il concetto di pressione nella risoluzione di semplici problemi riguardanti i
fluidi;
Rappresentare graficamente i campi gravitazionale ed elettrostatico e applicare le
relazioni tra le grandezze fisiche che li caratterizzano alla risoluzione di semplici
problemi.
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Nucleo concettuale: Materia ed energia
Conoscenze
Forza elettromotrice e differenza di potenziale;
Conduttori, isolanti e semiconduttori;
Capacità elettrica; distribuzione della carica elettrica sulla superficie di un conduttore;
Grandezze fisiche, con relative unità di misura, e leggi che caratterizzano i circuiti
elettrici in corrente continua;
Elementi attivi e passivi in un circuito elettrico.
Abilità
Applicare le leggi sui circuiti elettrici in corrente continua per la risoluzione di
semplici problemi, con generatori e utilizzatori in serie e in parallelo;
Risolvere semplici problemi riguardanti la capacità elettrica del condensatore piano, i
collegamenti in serie ed in parallelo, il comportamento di un circuito RC in corrente
continua.
III Liceo
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Nucleo concettuale: Materia ed energia
Conoscenze
Lavoro elettrico, potenza e rendimento di un utilizzatore; effetto Joule;
Passaggio dell’elettricità nei liquidi e negli aeriformi;
Potenziale d’estrazione: effetto Volta ed effetto termoionico.
Abilità
Applicare l’effetto Joule e i concetti di potenza elettrica e rendimento alla risoluzione
di semplici problemi.
Nucleo concettuale: Interazione
Conoscenze
Equivalenza tra ago magnetico e spira percorsa da corrente;
Forza di attrazione tra due fili percorsi da corrente e conseguente definizione di
ampère;
Comportamento della materia nei campi elettrico e magnetico; isteresi magnetica;
Legge di Faraday-Neumann e Lenz;
Equazioni di Maxwell;
Emissione, propagazione e assorbimento di onde elettromagnetiche; radiazione
visibile;
L’ottica come parte dell’elettromagnetismo; fenomeni ottici.
Abilità
Applicare le leggi di Biot e Savart e il teorema della circuitazione di Ampère per
risolvere semplici problemi per il calcolo di B;
Applicare la legge di Faraday-Neumann;
Classificare le radiazioni elettromagnetiche e descriverne le caratteristiche in base alle
diverse frequenze o lunghezze d’onda.
Nucleo concettuale: Materia ed energia
Conoscenze
Leggi dell’irraggiamento; radiazione del corpo nero e ipotesi di Planck;
Effetto fotoelettrico e interpretazione di Einstein con il concetto di fotone
Dualismo onda corpuscolo e ipotesi di De Broglie
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Abilità
Esporre la sequenza storica delle ipotesi che hanno portato alle attuali conoscenze
sulla struttura della materia.
Nucleo concettuale: spazio e tempo
Conoscenze
Evoluzione delle unità di misura di spazio e tempo nella storia;
Postulati della relatività ristretta;
Dilatazione dei tempi, contrazione delle lunghezze, relatività della simultaneità.
Abilità
Risolvere semplici problemi riguardanti i fenomeni della dilatazione del tempo e della
contrazione delle lunghezze.
Nucleo concettuale: invarianza
Conoscenze
Invarianza delle leggi della meccanica e non invarianza della teori elettromagnetica;
Conservazione della massa e dell’energia
Abilità
Spiegare perché lo studio delle propagazione delle onde elettromagnetiche ha generato
la contraddizione che ha portato alla teoria della relatività ristretta di Einstein.
Nucleo concettuale: Stato e trasformazione
Conoscenze
Temperatura assoluta e sua unità di misura nel sistema SI;
Leggi dei gas; gas perfetto e sua equazione di stato;
Relazione tra energia cinetica delle molecole di un gas e la sua temperatura;
Sistema termodinamico; trasformazioni reversibili ed irreversibili;
Secondo principio della termodinamica e concetto di entropia;
Ciclo di Carnot e macchine termiche.
Abilità
Utilizzare l’equazione di stato di un gas perfetto per la risoluzione di semplici
problemi;
Rappresentare graficamente le trasformazioni isoterma, isobara, isocora, adiabatica e
applicarle nella risoluzione di semplici problemi.
Nucleo concettuale: Invarianza
Conoscenze
Conservazione dell’energia in presenza di forze non conservative; primo principio
della termodinamica e concetto di energia interna.
Abilità
Applicare il primo principio della termodinamica nella risoluzione di semplici
problemi.
