Esperimenti semplici Hands-On Minds-On di

Michelini M, Viola R (2009) Esperimenti semplici Hands-on Minds-on di elettromagnetismo, LFNS, XLII, 3-sup, pp.151-157
Esperimenti semplici Hands-On Minds-On di elettromagnetismo
Marisa Michelini e Rossana Viola
Unità di Ricerca in Didattica della Fisica dell’Università di Udine
1. Introduzione
Le ricerche sull’apprendimento hanno evidenziato alcune difficoltà degli studenti, che spesso hanno
una comprensione parziale dell’induzione elettromagnetica, dovuta alla non completa conoscenza
delle situazioni che determinano una corrente indotta o in relazione ad un uso non corretto della
Legge di Lenz (Maloney D P, O’Kuma T L, Hieggelke C J, Heuvelen A V , 2001; Thong W.M.,
Gunstone R., 2007).
2. La proposta
Nell’ambito di una ricerca mirata allo studio di un percorso di Insegnamento/Apprendimento in
prospettiva verticale, secondo il modello dell’MRE (Duit R., 2006), è stato condotto uno studio
dedicato al nodo specifico dell’induzione elettromagnetica per studenti di biennio di scuola
secondaria superiore.
In questo lavoro si presenta la sequenza e degli esperimenti in esso proposti ed utilizzati nell’ambito
di sperimentazioni didattiche.
3. Strategie e metodi
Il percorso si articola con attività esplorativo- laboratoriali (Michelini, 2005) in cui si prospettano
situazioni (Sx) hands-on usando schede studente con domande stimolo (Martongelli, 2001;
Michelini, 2003) e una strategia basata su cicli SPPEA (Situazione – Previsione – Progettazione –
Esperimento – Analisi). In questa sede la proposta viene illustrata attraverso le domande di ricerca
dettagliatamente poste nello studio dei processi di apprendimento: per ogni situazione (Sx) sono
indicate le domande di ricerca (Ry).
4. La fenomenologia e i problemi di ricerca
R1- I ragionamenti sono in termini di proprietà dello spazio intorno ad un
S1
Oggetti di materiale magnete o ancora di interazione tra oggetti (sistemi) e magnete?
ferromagnetico
e R2- Viene identificata una proprietà dello spazio intorno al magnete?
magneti:
interazioni. R3- Viene individuato un esploratore?
Esplorazione
dello R4- La proposta operativa è sostenuta da ipotesi esplicite/implicite?
spazio circostante a un
magnete.
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S2 Una bussola lontano e
vicino a un magnete: sua
orientazione. Esplorazione
con una bussola dello spazio
intorno a un magnete.
R5- Si tiene conto del contributo del campo magnetico terrestre
nell’orientazione delle bussole?
R6- Il campo magnetico terrestre è evocato come responsabile
dell’orientazione di tutte le bussole?
R7- Quale spiegazione viene data al cambio di orientazione quando
ci si avvicina ad un magnete?
R8- Emerge l’idea della sovrapposizione tra campi?
S3 Una piattaforma di R9- Viene riconosciuto il parallelismo degli aghi quando sono lontani dal
bussole lontano e vicino magnete o vengono solo tracciate le linee?
a un magnete: loro
R10- Vengono descritte le linee e/o anche effettuato un confronto?
orientazione
R11- L’illustrazione riguarda gli stati o il processo di cambio di direzione
e, quando viene individuato il processo, viene riconosciuta la nuova
configurazione come caratteristica prodotta dal magnete?
R12- viene riconosciuto che si tratta di una sovrapposizione o scompare
completamente il ruolo del campo magnetico terrestre?
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S4 Cambia la posizione del R13- Le linee di orientazione sono dipendenti dalla sorgente del
magnete sulla piattaforma di campo o piuttosto sono viste come una struttura dello spazio da essa
bussole: come cambia la indipendente?
configurazione delle linee di R14- Viene associata la configurazione delle linee di orientazione al
magnete?
campo.
R15- Il magnete è riconosciuto come sorgente?
S5
Cambia R16- È riconosciuta la tridimensionalità e la simmetria della struttura delle
l’inclinazione della linee di orientazione?
piattaforma
di R17- La proposta operativa è sostenuta da ipotesi esplicite/implicite?
bussole rispetto al R18- L’uso di un esploratore e delle linee di campo sono un angolo di attacco
magnete:
la efficace per il ragionamento in termini di campo?
tridimensionalità
R19- Quale l’angolo di attacco più efficace per il ragionamento in termini di
della struttura delle campo nella ricostruzione concettuale della fenomenologia?
linee di campo.
R20- Le linee di campo sono considerate come un ente autonomo o sono
associate al magnete come sorgente?
R21- Riemerge la direzione in assenza del magnete ed il problema della
sovrapposizione?
R22- La descrizione è localizzata intorno al magnete o si riconosce che ha
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un’estensione infinita?
R23- La piattaforma di bussole è un referente concettuale per l’idea di campo
o dà forse l’idea di uno spazio limitato?
R24- Viene attribuito significato e ruolo alle linee di campo?
S6
Si
pone
sulla R25- Viene riconosciuto il principio di sovrapposizione ed utilizzato
piattaforma di bussole, per spiegare il cambiamento della configurazione delle linee?
prima un solo magnete, poi R26- I singoli magneti sono identificati come sorgenti del campo
due e poi se ne toglie uno descritto dalle linee?
nuovamente: osservazione R27- La nuova configurazione di linee viene considerata come una
di
come
cambia
la composizione punto per punto o solo una nuova configurazione? Il
configurazione di linee di cambiamento della configurazione delle linee di campo è considerato
campo
globalmente o localmente?
in presenza di
più magneti.
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S7 Una corrente elettrica in R28- La proposta operativa di esplorazione è sostenuta da ipotesi
un filo e una bussola: esplicite/implicite?
esplorazione degli effetti
magnetici di una corrente.
R29- Viene utilizzata la bussola come esploratore delle proprietà
magnetiche in una regione di spazio?
S8 Esperimento di Oersted:
linee di campo intorno a un R30- Gli elementi studiati precedentemente (orientazione, posizione,
filo percorso da corrente.
distanza dalla sorgente) sono riferimenti anche per questa
esplorazione?
S9 Bussole intorno a R31- La spiegazione della configurazione delle linee di campo utilizza la
due fili percorsi da composizione locale dei contributi di ciascuna sorgente?
corrente:
linee
di
campo.
R32- Viene applicato il principio di sovrapposizione?
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S10
Ripetere R33- Quali sono i referenti concettuali per riconoscere il comportamento
l’esplorazione da un magnetico (linee di campo, bussole come esploratore, o solo interazione
diverso punto di vista: magnete-oggetto)?
interazioni
tra
un
magnete e oggetti di R34- Quali le variabili considerate importanti nell’interazione?
materiali differenti.
R35- Quanti e quali tipi di interazioni vengono identificati?
S11 Un filo non R36- Quanti studenti riconoscono di essere in presenza di una situazione
percorso, prima, e già esplorata?
percorso da corrente, R37- Quali esperimenti richiamano?
poi, tra le espansioni R38- Si riutilizzano i differenti aspetti della situazione (campo prodotto
polari di un magnete: dal magnete, quello prodotto da una corrente che circola nel filo) per fare
esplorazione
della una previsione?
Forza di Lorentz
R39- La Forza di Lorentz viene descritta come una interazione tra le
sorgenti (magneti o correnti) tenendo conto del legame con il
cambiamento delle linee di campo?
R40- Come viene strutturata la proposta operativa per cercare l’origine
della Forza di Lorentz?
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S12 Un filo R41- Gli studenti riconoscono che la corrente è generata solo in occasione di una
non collegato variazione di flusso del campo?
ad
un R42- Descrivono il processo usando le linee di campo?
generatore in R43- Vengono riconosciute tutte le situazioni in cui si ha induzione
un
campo elettromagnetica?
R44- Tali situazioni vengono solo descritte o sono inserite in un quadro
magnetico:
esplorazione interpretativo unitario? Quale?
libera
delle R45- Le linee di orientazione e la Legge di Lorentz vengono proposti come
situazioni che strumento per comprendere ed interpretare il fenomeno dell’induzione
generano
elettromagnetica?
corrente
R46- In che modo vengono utilizzate le linee di campo per capire l’induzione?
indotta
R47- Viene riconosciuto il ruolo del flusso concatenato nel fenomeno
dell’induzione elettromagnetica?
R48- Ripropongono una mappatura dello spazio o guardano solo la forma delle
linee?
S13 La Legge di Faraday-Neumann.
Esplorazione guidata che genera
induzione elettromagnetica:
a) Variazione della superficie.
b) Variazione dell’angolo tra la
normale alla superficie e le linee di
campo
c) Variazione dell’intensità del
campo magnetico
d) Cambio della velocità di
variazione del flusso
R49- C’è il riconoscimento fenomenologico/descrittivo
dell’azione (il cambiamento effettuato) che dà corrente
indotta?
R50- Qual è il modello interpretativo usato per spiegare la
nascita della corrente indotta?
R51- La velocità di variazione del flusso viene riconosciuta
come condizione da cui dipende l’intensità della corrente
indotta?
R52- Quale modello interpretativo viene utilizzato per
spiegare il fenomeno in questo caso?
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5. Considerazioni conclusive
La proposta presentata è stata illustrata attraverso le domande di ricerca dettagliatamente poste nello
studio dei processi di apprendimento: per ogni situazione (Sx) si sono indicate le domande di
ricerca (Ry). L’articolare in domande di ricerca ogni passo del percorso è molto utile anche ai fini
dell’insegnante interessato a conoscere i tipi di ragionamento e le articolazioni concettuali dei
ragazzi. I risultati dell’analisi dei dati, infatti, sono poi dati sulla base delle domande di ricerca, in
modo da sottolineare lo sviluppo concettuale associato.
Il percorso è stato già sperimentato in classi seconde di Liceo Scientifico e in classi terze di Scuola
media. Per l’analisi dei dati è stata fatta una classificazione delle risposte in classi definite a priori,
analisi statistica delle risposte standard, studi di caso qualitativi per modelli interpretativi
particolari, confronto tra dati qualitativi e quantitativi e controllo con interviste Rogersiane. I
risultati dell’analisi dei dati relativi ad alcune delle sperimentazioni effettuate sono stati già
presentati (Michelini M, Viola R, A proposal for a curricular path about electromagnetic induction,
Girep book 2008).
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