Fisica Ingenua - Laboratorio di didattica della Fisica e della

Fisica ingenua
o
Fisica di senso comune
Dott. G. Casini
L’inizio
• Se vogliamo parlare di scienza a un bambino, che
linguaggio dovremmo usare?
• Cos’è che non possiamo dirgli subito? Perché?
• C’è una costruzione della conoscenza, ci
dobbiamo arrivare …
• … il che implica un viaggio.
• È importante essere consapevoli del punto da cui
si parte e di dove si vuole arrivare
• Spesso il punto di partenza è meno presente a noi
stessi
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Cos’è la fisica ingenua?
In breve possiamo dire che la fisica ingenua o
fisica di senso comune è la “fisica” che formiamo
spontaneamente grazie alle esperienze della vita
quotidiana.
Possiamo scrivere “fisica” fra virgolette perché
non ha le caratteristiche di una scienza, ma
piuttosto di un sistema di pensiero.
Il fatto particolare, che lo ha reso oggetto di studio
è questo sistema ha dei tratti che sono largamente
condivisi fra molti individui e che si rivela talvolta
resistente all’istruzione scolastica.
Prima di dare una definizione Paolo Bozzi inizia
con una rassegna delle prime ricerche
sull’argomento.
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Benny Shannon 1976
• Articolo Aristotelianism, Newtonianism and the
physic of the layman
• Domande a studenti della Stanford University non
iscritti ad alcun corso di fisica sulla caduta dei
gravi, del tipo:
– Quanto tempo spende la palla a percorrere metà del
percorso di caduta, posto che impieghi x secondi?
•
•
•
•
Meno di x/2
X
x/2
Più di x/2
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Shannon
• Dalle risposte abbiamo un 20% di aristotelici e
un 60% di newtoniani
– Posto che una palla di 4 chili raggiunge il terreno
in z secondi, quanto impiegherà a cadere dalla
stessa altezza una palla di 2 chili?
• 2z
•Z
• Fra z e 2z
• In questo caso abbiamo ben il 60% di
aristotelici e il 20% di newtoniani
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Come interpretiamo?
• Può darsi che la gente quando dimentica la
fisica imparata a scuola si fidi di ciò che vede
nelle comuni occorrenze della vita e fondi lì le
sue teorie alternative?
• Può darsi che le nostre percezioni tradiscano
la realtà fisica e ci forniscano dati empirici
illusori?
• È da escludere che le persone conoscano
Aristotele più di quanto conoscano la fisica
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Cos’è la fisica ingenua?
• La fisica ingenua è un sistema di
credenze, sommerso ma molto
più coerente di quanto non si
sospetti comunemente, intorno
alle proprietà degli oggetti
inanimati che popolano il mondo
della nostra esperienza
• Queste credenze sono connesse
fra loro e al nostro modo di
percepire gli eventi del mondo
esterno, quindi influenzano il
modo in cui ci appaiono le
proprietà fisiche delle cose.
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7
Champagne et al. 1980
1.
2.
3.
4.
Una forza quando è applicata a
un oggetto, produce movimento
Sotto l’influsso di una forza
costante, gli oggetti si muovono
di velocità costante
La grandezza della velocità è
proporzionale alla grandezza
della forza
In assenza delle forze gli oggetti
stanno fermi o, se sono in
movimento (per aver
immagazzinato movimento
quando le forze agivano su di
essi) essi rallentano (e
consumano il momento
immagazzinato.
• Uno studente su cinque crede che
un grave assuma
istantaneamente la velocità di
caduta
• Quattro su cinque credono che
un oggetto più pesante cada più
rapidamente
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Champagne 1980
• Aristotelica: confortable
and intuitive
• Newtoniana: esoteric
ed unfamiliar
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Il problema di Aristotele
• Come fa una freccia a proseguire dopo che l’arco
l’ha scoccata?
• Come fa il proietto a proseguire dopo che il
proiettore ha terminato la sua azione?
• Aristotele si affida a due spiegazioni che
coinvolgono l’aria come motore per il
prolungamento dell’azione del proiettore
• Giovanni Buridano postula l’esistenza dell’impetus,
un progenitore del concetto di inerzia
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1980 McCloskey
• Il tubo è posto su un piano orizzontale. Disegnare la
traiettoria di uscita dal tubo di una pallina che viene
iniettata con un soffio di aria compressa nel punto
indicato dalla freccia
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Lancio e caduta
• Disegnare la traiettoria
della sfera che cade dal
muro
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Pendolo
• Disegnare la traiettoria
della sfera lasciata dal
pendolo
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Aereo
• Disegnare la traiettoria
della sfera lanciata
dall’aereo e la posizione
dell’aereo al momento
in cui la sfera tocca
terra
• Si noti la figura sbiadita
dell'aereo nel momento
in cui la bomba tocca a
terra
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BIAS (pregiudizio, predisposizione)
Il bias (pron. 'baiəs) in
psicologia cognitiva indica un
giudizio (o un pregiudizio),
non necessariamente
corrispondente all'evidenza,
sviluppato sulla base
dell'interpretazione delle
informazioni in possesso,
anche se non logicamente o
semanticamente connesse
tra loro, che porta dunque ad
un errore di valutazione o
mancanza di oggettività di
giudizio. (WP)
Quello che sappiamo (e che
non sappiamo) influenza le
nostre conclusioni su quello
che vediamo accadere.
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Bias
Nella prima immagine tratta da
un testo medievale il proietto
prosegue in linea retta fino ad
esaurire il suo impeto e poi
cade.
Nella seconda immagine, di un
testo del ‘600, si vede la
traiettoria descritta come
composizione di tratti rettilinei
e circolari che dipendono
dall’inclinazione con cui il
cannone spara.
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Conclusioni
• Quando studiamo la fisica abbiamo già vissuto anni di
esperienze nella vita quotidiana: possediamo già una
fisica di senso comune o fisica ingenua
• I cardini principali della fisica ingenua sembrano riferirsi
ad un archetipo comune simile al pensiero aristotelico
• I principali misconcetti della meccanica:
– La caduta dei gravi è un moto uniforme
– I gravi più pesanti arrivano prima al suolo
– Una velocità costante è prodotta da una forza costante;
terminata l’azione della forza il moto si “consuma” e si estingue
– La teoria dell’impeto di G. Buridano
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Insegnare la Fisica
Il metodo scientifico cerca
risposte valide per spiegare
classi più generali di fenomeni,
che formano il paradigma più
valido. Eppure non possiamo
insegnare direttamente la
teoria nella sua forma più
completa come la meccanica
quantistica relativistica…
Dobbiamo passare
gradualmente attraverso
diversi stadi, utilizzando
concezioni e teorie che sono
approssimate, provvisorie, in
evoluzione
g
c
h
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Fisica e fisica ingenua
• Per esporre i concetti iniziali, i fondamenti del
linguaggio scientifico, dobbiamo necessariamente usare
il linguaggio già conosciuto, quello di senso comune: i
concetti i della fisica si innestano quindi su quelli della
fisica ingenua
• Il compito dell’insegnante è quindi condurre ad un
ampliamento dei concetti preesistenti, guidare
l’evoluzione, saperla motivare
• È un dato di fatto che spesso i concetti della Fisica
Ingenua, invece di essere un luogo di passaggio,
diventano molto stabili e resistenti all’istruzione
scolastica
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Che significa capire la Fisica
• Secondo Richard Feynmann capire la fisica significa
che, di fronte ad un problema o a una situazione
sperimentale, siamo in grado si capire come
andranno le cose senza risolvere le equazioni
• In questa chiave di lettura “capire” vuol dire essere
capaci di prevedere correttamente l’evoluzione del
fenomeno. Questa simulazione mentale è la nostra
“intuizione” relativa al fenomeno, con la quale
cerchiamo di prevederne l’evoluzione.
• Più completa, ricca e dettagliata è la nostra
simulazione mentale, maggiore la comprensione
intuitiva (e non)
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Perché la FI resiste?
• È responsabilità sia dell’insegnante che dello
studente
• Alcuni misconcetti non sono affrontati da un
insegnamento inadeguato
• Se una reale e soddisfacente comprensione
sembrano troppo difficili da raggiungere, l’alunno, se
è in grado di farlo, ripiega su un atteggiamento
condiscendente: per adempiere al contratto
scolastico (prendere la sufficienza) l’allievo impara a
memoria, simula, copia. Salva la sua funzionalità
sociale di figlio e di scolaro mantenendo le sue
concezioni ingenue (perché non ha appreso)
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Il Metodo scientifico
•OSSERVAZIONE di un fenomeno naturale
•IPOTESI sul fenomeno
•Ideazione di un ESPERIMENTO che:
– isoli il fenomeno
– sia riproducibile
– permetta di verificare o confutare l’ipotesi
•deduzione di una LEGGE FISICA, scritta attraverso “il
linguaggio della geometria e della matematica ”
Galileo Galilei
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“Non fidatevi troppo dei risultati di un
esperimento, a meno che non siano confermati
dalla teoria.”
Sir Arthur Eddington
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Il metodo scientifico
Osservatore con
conoscenza
Ipotesi confermata:
modifica della
conoscenza
Interpretazione dei
risultati
Quesito sulla realtà
Ipotesi non confermata
Ideazione di un
esperimento di
verifica
Ipotesi di
spiegazione
Previsione sui
fenomeni
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