Prodotto realizzato con il contributo della Regione Toscana
nell'ambito dell'azione regionale di sistema
Laboratori del
Sapere Scientifico
IL MOTO E LE SUE LEGGI
Relazioni tra le grandezze che intervengono nel movimento
Secondo anno di Scuola Secondaria di primo grado
B.Sestini- Agliana
2015-2016
Riferimento alle Indicazioni per il curricolo
È obiettivo qualificante del processo educativo l'acquisizione da parte
dell'alunno del metodo scientifico, quale metodo rigorosamente razionale
di conoscenza che si concretizza nelle capacità concettuali e operative di:
• esaminare situazioni, fatti e fenomeni;
• riconoscere proprietà varianti e invarianti, analogie e differenze;
• registrare, ordinare e correlare dati;
• porsi problemi e prospettarne soluzioni;
• verificare se vi è rispondenza tra ipotesi formulate e risultati sperimentali;
inquadrare in un medesimo schema logico questioni diverse;
• comprendere la terminologia scientifica corrente ed esprimersi in modo
chiaro, rigoroso e sintetico;
• usare ed elaborare linguaggi specifici della matematica e delle scienze
sperimentali, il che fornisce anche un contributo alla formazione linguistica;
• considerare criticamente affermazioni ed informazioni, per arrivare a
convinzioni fondate e a decisioni consapevoli.
OBIETTIVI ESSENZIALI
DI APPRENDIMENTO
1) Descrivere il moto
2) Indicare gli elementi che caratterizzano il moto
3) Distinguere tra i vari tipi di movimento
4) Costruzione di grafici cartesiani
5) Lettura e interpretazione di grafici relativi al moto rettilineo
uniforme e al moto vario
ELEMENTI SALIENTI DELL'APPROCCIO
METODOLOGICO
a) Uso di schemi strutturati con relative domande
b)Discussione collettiva delle risposte fornite
c)Attività pratica all'aperto con l'attribuzione di ruoli
diversi a ciascun alunno
d)Raccolta ed elaborazione dei dati ricavati dalle attività
pratiche
e)Costruzione di grafici e loro interpretazione
f)Lettura di grafici
MATERIALI, APPARECCHI E STRUMENTI
IMPIEGATI
a) Cronometro
b) Rotella metrica
c) Spray
d) Carta millimetrata
e) Calcolatrice
f) Lavagna
AMBIENTE IN CUI E' STATO SVILUPPATO IL
PERCORSO
•Aula
•Cortile della scuola
TEMPO IMPIEGATO
Per la messa a punto preliminare nel Gruppo LSS: 3 ore
Per la progettazione specifica e dettagliata nelle classi: 8 ore
Tempo - scuola di sviluppo del percorso: 7 ore
Per documentazione: 12 ore
ALTRE INFORMAZIONI
Il percorso in oggetto è stato sviluppato contemporaneamente in
tre classi seconde, dalle rispettive insegnanti di Scienze, nella
secondo parte dell'anno scolastico.
Quest'attività è stata utilizzata come supporto per affrontare,
nell'ambito delle Scienze Matematiche, la relazione di
proporzionalità tra grandezze.
IL PROBLEMA DEL LINGUAGGIO
Tutte le Scienze possiedono un proprio linguaggio tecnico e
specialistico. In particolare, la Fisica, fa anche uso del
linguaggio matematico e di relazioni simboliche, vale a dire di
formule. Tutto questo rende ogni frase più sintetica, ma nello
stesso tempo più carica di informazioni.
Il primo obiettivo che ci siamo poste è stato quello di aiutare gli
allievi ad impossessarsi di alcuni termini specifici e di
comprenderne bene il significato.
DESCRIZIONE DEL PERCORSO DIDATTICO
Il percorso è stato articolato in diverse fasi:
FASE 1: Spostamento o traiettoria?
Chi è il più veloce?
(2 ore)
FASE 2- Il concetto di velocità attraverso una esperienza pratica
nel cortile della nostra scuola (2 ore)
FASE 3- Costruzione di tabelle e grafici (2 ore)
FASE4- Interpretazione di grafici (1 ore)
FASE 1
Per introdurre l’argomento, abbiamo preparato e
somministrato schede-guida ad ogni singolo alunno, nelle
quali sono state presentate situazioni diverse per
introdurre concetti come spostamento e traiettoria o far
riflettere gli alunni sul significato di “essere il più veloce”.
Tale metodologia porta gli alunni a documentare il loro
ragionamento, permettendo così la costruzione passopasso di processi mentali di riflessione necessari per
l’acquisizione dei concetti.
Su suggerimento del Prof. Fiorentini, solo la prima domanda
della scheda è stata fornita all’inizio dell’esperienza,
mentre, le successive, sono state suggerite via via che
l’attività procedeva, per rendere più efficace il processo
della scoperta.
Nella situazione 1, abbiamo
presentato due itinerari
diversi, ma con in comune il
punto di partenza e il punto di
arrivo, e abbiamo posto ai
ragazzi domande che avevano
lo scopo di chiarire i concetti di
“traiettoria” e “spazio
percorso”.
Dopo discussione collettiva è
stato condiviso che la
traiettoria è la linea che
unisce le posizioni successive
che un corpo occupa nel
tempo.
E’ stato interessante osservare come ogni studente abbia confrontato i
percorsi in modo diverso, tali differenze hanno fatto riflettere e discutere la
classe.
Non è ovviamente mancata la citazione di esempi di “traiettorie”
legati alla nostra vita quotidiana, quali:
la scia lasciata in cielo da un aereo,
i solchi lasciati dagli sci di uno sciatore che si muove sulla neve
fresca o la linea che una bici lascia sulla spiaggia,
ma anche esempi di itinerari non visibili come quello effettuato da
un proiettile,
da un pallone calciato da un giocatore,
da una biglia fatta rotolare su un pavimento,
quest'ultimi con la finalità di spiegare l'impiego dei termini “linea
immaginaria” nella sua definizione.
Situazione 2: Chi è il più veloce?
In questa situazione ai ragazzi
sono stati forniti due
percorsi rettilinei con lo
stesso punto di partenza e di
arrivo. Dovevano mettere in
relazione
la
distanza
percorsa e il tempo di
percorrenza.
E’ stato facile condividere che:
il corpo più veloce è quello che,
a
parità
di
percorso
effettuato, impiega minor
tempo.
Nella situazione 3: percorso
diverso, stesso tempo di
percorrenza impiegato.
Le
domande
stimolo
miravano a far riflettere gli
studenti che il corpo più
veloce è quello che, nel
medesimo tempo, copre una
distanza maggiore.
La prima fase ha coinvolto direttamente gli studenti divisi in
piccoli gruppi (2-3 al massimo) che hanno documentato le loro
riflessioni sulle situazione proposte sulle schede guida.
L’insegnante ha avuto il ruolo di guidare il confronto delle
riflessioni dei vari gruppi. Alla fine di questa prima fase è
risultato chiaro che le due grandezze a cui si fa riferimento per
descrivere un moto sono:
- Il cammino che i corpi percorrono
- il tempo impiegato a percorrerlo.
FASE 2
In questa fase siamo usciti nel cortile della scuola (docenti e studenti) per
percorrere uno stesso tragitto, ma con tre andature diverse: camminata
lenta, camminata veloce, corsa. Lo scopo di questa attività era quello di fare
in modo che gli alunni prendessero familiarità con i concetti di moto, di
spazio, di tempo, di traiettoria trattati nella fase 1. L’esperienza di
apprendimento trova così la propria significatività e si automotiva.
I punti di forza di questa seconda fase esperienziale sono basati su di un
approccio metodologico volto a rendere i ragazzi protagonisti del cammino
didattico e formativo. Le attività pratiche, infatti, rappresentano la
dimensione costitutiva e irrinunciabile del sapere scientifico, sia in relazione
all’obiettivo di mantenere alta la motivazione ad apprendere sia in relazione
allo sviluppo di specifiche competenze.
ALLESTIMENTO DEL PERCORSO
In terra è stato tracciato un percorso
rettilineo (lunghezza=50m), misurato
con la rotella metrica.
Con lo spray, sono state inserite delle
tappe intermedie ogni 10 m.
ORGANIZZAZIONE DEL LAVORO
E’ stata data voce ai ragazzi per organizzare al meglio le misurazioni: per ricordare i
tempi, lo spazio e il tipo di andatura. Sono state allora proposte delle tabelle con due
colonne: nella prima si dovevano riportare lo spazio in metri e nella seconda colonna
i tempi.
Ai ragazzi sono stati assegnati compiti diversi: uno di loro doveva dare il via; cinque,
ciascuno con il proprio cronometro, dovevano mettersi in corrispondenza delle varie
tappe (10m, 20 m, 30m, 40m, 50m), evidenziate sul suolo con lo spray; c'era poi chi
doveva camminare lentamente, chi velocemente e chi, invece, doveva correre; infine
c'era chi doveva registrare tutte le informazioni sulle tabelle.
L’attività è stata così gestita: due ragazzi sono stati collocati, uno nel punto di partenza
per compiere, dapprima, la camminata con andatura lenta e, l'altro, in prossimità
con il compito di dare il via. In corrispondenza di ogni tappa, vi era poi un ragazzo,
ciascuno con il proprio cronometro, da far partire nel momento in cui l'alunno, in
cima al percorso, dava il via. La tabella, su cui già erano state segnate le tappe,
veniva completata solamente con l'inserimento del tempo che, al momento del
passaggio per ciascuna tappa, il cronometrista esprimeva ad alta voce.
FASE 3
I dati relativi al cammino percorso e ai tempi misurati
con il cronometro sono stati organizzati in tabelle da
tutti gli studenti una volta rientrati in aula.
I dati delle tabelle sono stati poi utilizzati per costruire
i grafici corrsipondenti.
Camminata lenta
Tappe
Tempo impiegato
0-10m
9 sec
10m-20m
18 sec
20m-30m
28 sec
30m-40m
38 sec
40m-50m
48 sec
Camminata veloce
Tappe
Tempo impiegato
0-10m
7 sec
10m-20m
11 sec
20m-30m
17 sec
30m-40m
23 sec
40m-50m
28 sec
Corsa
Tappe
Tempo impiegato
0-10m
2 sec
10m-20m
3 sec
20m-30m
5 sec
30m-40m
6 sec
40m-50m
7 sec
La tabella dai quaderni dei ragazzi….
Domanda stimolo posta ai ragazzi:
Come sono i tempi di chi ha effettuato la corsa, quindi
del più veloce, rispetto ai tempi di chi ha effettuato la
camminata lenta?
Risposta:
“Sono più brevi”
Il più veloce percorre la stessa distanza in un tempo
inferiore.
Costruzione del grafico Spazio-Tempo
I dati delle tabelle, sono stati poi visualizzati su un piano cartesiano, nel quale,
lungo l'asse delle ascisse sono stati riportati gli istanti di tempo e lungo
l'asse delle ordinate le posizioni del ragazzo, che aveva compiuto il moto.
Un punto sul diagramma rappresenta una data posizione ad uno specifico
istante di tempo.
Sono stati ottenuti i tre grafici di seguito riportati.
Il grafico sul quaderno
Grafico Posizione-Tempo
Il grafico su carta millimetrata
Osservazioni sul grafico..
Abbiamo chiesto ai ragazzi di:
- tenere fisso l’elemento “posizione” inserendo nel grafico una retta parallela all'asse
dei tempi e passante per s=10m, per fissare le idee. I ragazzi hanno capito che, il
più veloce, era colui che aveva impiegato il tempo minore per raggiungere appunto
la tappa fissata;
- tener fisso l’elemento “tempo”, inserendo nel grafico una retta parallela all'asse delle
ordinate, in particolare passante per l'istante 5 sec. Gli alunni hanno capito che, il
più veloce, era colui che, nello stesso tempo, aveva percorso uno spazio maggiore.
Da qui la conclusione: se, sul medesimo grafico posizione-tempo, sono rappresentate
due o più semirette uscenti dall'origine degli assi, il corpo più veloce è quello il cui
grafico ha una pendenza maggiore rispetto all'asse dei tempi
Verso il concetto di velocità…
Nelle osservazioni dei ragazzi è emerso che nella camminata normale, nella
camminata veloce e nella corsa, venivano percorsi spazi uguali in tempi
uguali.
Con l'utilizzo della calcolatrice, è stato chiesto loro di calcolare il rapporto tra le
distanze percorse e i relativi tempi di percorrenza. Gli alunni hanno notato
che si otteneva sempre lo stesso valore: cioè rimane pressochè costante il
rapporto tra il cammino percorso e il tempo impiegato a percorrerlo.
L’insegnante ha spiegato che tale rapporto si chiama Velocità.
Gli errori legati all'attività sperimentale......
Dall'attenta analisi dei dati raccolti nelle tabelle, dei
valori calcolati delle velocità in ogni tappa e
successivamente dei tre grafici costruiti, si è
potuto osservare le lievi differenze dovute a errori
inevitabili legati all'attività di tipo sperimentale.
I grafici costruiti sono, con buona approssimazione,
semirette uscenti dall'origine degli assi cartesiani.
La costruzione del grafico cartesiano è stato un
valido motivo di applicazione pratica di ciò che
solo in teoria conoscevano sulla funzione di
proporzionalità diretta.
Mettiamo in relazione la traiettoria
con il grafico spazio-tempo
In riferimento ai grafici che rappresentavano i tre tipi di
andatura, abbiamo chiesto ai ragazzi se quelle linee, con
pendenza diversa, fossero le traiettorie.
Loro hanno correttamente risposto di “no”, perchè la traiettoria,
per tutti, era stata la stessa, vale a dire il segmento lungo 50m
tracciato nel cortile con la rotella metrica.
Fase 4: Interpretazione di grafici
In quest’ultima fase gli
alunni, divisi in piccoli
gruppi, dovevano
rispondere ad alcune
domande osservando
grafici posizione-tempo
loro forniti.
Le insegnanti, servendosi del grafico precedente, e facendo
osservare, come in tempi uguali venissero percorsi spazi
diversi, hanno rivolto agli alunni la seguente domanda:
“In questa situazione, si può parlare di moto uniforme?”
La loro risposta è stata negativa con la motivazione che, in ogni
tratto, le velocità erano di valore diverso. A questo punto, è
stato spiegato loro che questo tipo di moto si chiama moto
vario.
E’ stato proposto un quesito
tratto dalla prova invalsi di
terza media (Anno Scolastico
2013-2014).
Leggere grafici e interpretarli
sviluppando deduzioni e
ragionamenti sugli stessi è
un'abilità di base, che deve
essere acquisita da studenti
in questa fascia scolare.
Immagini “dense”
di informazioni: i grafici
In quest'ultima fase, dunque, sono stati presi in considerazione
diversi grafici spazio-tempo: alcuni relativi a corpi che si
muovevano di moto rettilineo uniforme (ovviamente ciò, ai
ragazzi, non è stato detto); altri, relativi a corpi che si
muovevano di moto vario (anche quest'informazione è stata
celata dall'insegnante). Dopo aver fatto descrivere agli alunni il
tipo di moto corrispondente ai vari grafici, la docente ha fatto
osservare loro che, dal grafico di una porzione di retta uscente
dall'origine degli assi, si poteva determinare il valore della
velocità del corpo, eseguendo, come avevano fatto con i valori
della tabella, nella fase 3, il rapporto tra lo spazio percorso e il
corrispondente tempo impiegato per percorrerlo.
….. è il momento della verifica di scienze
Alla fine del percorso didattico, le insegnanti, per verificare il livello di
apprendimento dell'argomento trattato, hanno somministrato a
ciascun alunno, una scheda con domande a risposta aperta e quesiti
sulla lettura di grafici. Qui di seguito ne sono stati riportati alcuni tra
i più significativi.
Spiega il significato e le differenze dei seguenti termini:
spostamento - traiettoria. Che cos'è la velocità?
Che cos'è la velocità?
VERIFICA DEGLI APPRENDIMENTI
Verifiche scritte con domande a risposta aperta
Costruzione di grafici relativi al moto rettilineo uniforme
Lettura e interpretazione di grafici relativi al moto vario
Collegamenti con quesiti proposti dalle prove INVALSI
Analisi critica in relazione agli apprendimenti
degli alunni
Nella prima parte del percorso, le insegnanti hanno, in più
occasioni, riscontrato difficoltà nell'acquisizione dei termini
relativi al moto, in particolare la differenza tra “traiettoria” e
“spostamento”. Gli alunni consideravano i due termini come
sinonimi, per cui, attraverso immagini visive e attività pratiche,
sono riusciti, alla fine, ad apprenderne il giusto significato.
Un altro ostacolo da superare è stato quello di far loro
individuare le grandezze idonee, per descrivere il moto.
Arrivare a far loro ricavare la velocità come rapporto tra
spazio percorso e tempo impiegato.
VALUTAZIONE DELL'EFFICACIA DEL PERCORSO
DIDATTICO
In una delle tre classi, coinvolte nel progetto, questo argomento
era stato già affrontato all'inizio dell'anno scolastico solo per via
teorica, rispettando la scansione del libro. Effettuando poi il
percorso didattico sperimentale, alla fine, l'insegnante della classe
ha potuto constatare che, con il primo metodo, i ragazzi, a
distanza di tempo, avevano quasi completamente rimosso anche i
concetti chiave; invece, con il secondo metodo, i contenuti
essenziali rimanevano sempre presenti nella loro memoria
dimostrandone l'efficacia.
