un modo di guardare all`educazione scientifica e

UN MODO DI GUARDARE ALL’EDUCAZIONE SCIENTIFICA
E UN APPROCCIO DI RICERCA
Federico Corni1, Marisa Michelini2, Lorenzo Santi2, Alberto Stefanel2
La nostra impostazione di ricerca
Le ricerche condotte dall’unità di Udine3 si collocano nel quadro delle ricerche
empiriche, finalizzate a contribuire alla pratica didattica e a produrre proposte di
Insegnamento/Apprendimento (I/A), ma non sono ristrette a ciò che funziona nella pratica. Sono orientate allo studio della costruzione del pensiero formale nei più
piccoli (scuola dell’infanzia e primaria) e delle idee di base della fisica moderna nei
ragazzi di scuola secondaria4. Affrontano pertanto il ruolo di aspetti metodologici
peculiari, come il gioco, l’operatività, il problem solving, l’educazione informale
nei processi di apprendimento, mentre mirano a produrre materiali didattici a sostegno dell’innovazione5 e ad orientare la pratica con metodologie di ricerca e sviluppo (R&D) (Millar, 2003). Gli approcci nella ricerca non sono puramente basati su aspetti di contenuto disciplinare: si pone infatti attenzione anche a variabili
di contesto, che influenzano il modo di porsi dello studente (Fischer, 2005). Nel
progettare nuove proposte di I/A si pongono su piani di uguale rilevanza aspetti
1
Dipartimento di Fisica, Università di Modena e Reggio Emilia.
Dipartimento di Fisica, Università di Udine.
3
Esse sono svolte in collaborazione con le università di Modena, Trieste, Lecce e Bari, oltre che con
le altre unità di ricerca del Progetto ‘F21’.
4
Le ricerche sulla fisica moderna riguardano l’insegnamento della meccanica quantistica a livello secondario e i concetti di base applicati nelle tecniche di analisi delle ricerche sulla fisica della materia
e dei solidi in particolare, come la Sezione d’urto, la Rutherford Backscattering Spectroscopy (RBS),
la Time Resolved Reflectivity (TRR), diffrazione raggi X, interazioni ioni-materia (TRIM) e profili di
impianto e la fisica dei rivelatori di particelle. Un impegno rilevante riguarda inoltre analisi sperimentali approfondite di fenomeni quotidiani, come lo studio dell’emissione luminosa di una lampadina ad incandescenza, le onde termiche, la costruzione di diagrammi di fase e la misura della conduttività elettrica e termica di solidi con diversi metodi (Ottaviani et al., 2004a, 2004b; Corni, Michelini, 2006b; Pugliese, Michelini, 2005; Michelutti et al., 2004; Santi, Michelini, 2008).
5
Molti dei materiali prodotti sono disponibili all’indirizzo www.fisica.uniud.it/URDF.
2
134
Federico Corni, Marisa Michelini, Lorenzo Santi, Alberto Stefanel
legati al dominio scientifico, ai bisogni degli studenti ed agli ambienti di apprendimento, soprattutto per individuare approcci efficaci all’evoluzione delle idee da
quelle di senso comune a quelle scientifiche (Michelini, 2006).6
Ripensare ai contenuti scientifici come problematica e ricostruirli in prospettiva
educativa è il primo passo di ogni nostro lavoro di ricerca empirica e ricerca-azione in una dialettica collaborativa tra la scuola e l’università. La collaborazione
scuola-università7, affrontata come ricerca integrata per il miglioramento della pratica didattica, ha prodotto nuove modalità di indagine, di confronto, di ricerca
stessa e di formazione degli insegnanti. La ricaduta delle ricerche nell’attività didattica quotidiana in classe si realizza allora in un quadro in cui esiste un forte elemento di attivazione di ricerca-azione da parte dei numerosi insegnanti, che collaborano con noi come professionisti riflessivi a diverso livello di impegno. Nel paragrafo che segue illustriamo il modo in cui indirizziamo la ricerca su percorsi di
I/A a partire dagli studi sulla disciplina (nodi disciplinari e aspetti epistemologici)
e sui processi di apprendimento, ponendo particolare attenzione alla dinamica dei
ragionamenti nel raccordo tra esperienza comune e interpretazione fisica della fenomenologia. Gli angoli di attacco e i dettagli critici sono elementi rilevanti nel nostro studio di percorsi per la costruzione del pensiero formale in fisica. Nel paragrafo successivo discutiamo il ruolo di modelli spontanei, analogici ed oggettuali
nella nostra ricerca, illustrando con esempi significato e ruolo di questi ultimi. Nell’ultimo paragrafo illustriamo due dei percorsi messi a punto per il livello L1, rinunciando in questa sede ad esemplificare i percorsi del livello L3 e trasversale da
noi prodotti in ‘F21’.
Ragionamenti naturali e accesso al livello scientifico di interpretazione
La nostra ricerca pone particolare attenzione allo studio di percorsi di I/A capaci
di sviluppare il pensiero formale. Si propone perciò di fare luce sui modi di ragionare comuni. L’errore è un indicatore importante per individuare zone di coerenza nei ragionamenti spontanei e spesso impliciti (Michelini, Cobal, 2002).
6
Ci collochiamo a cavallo rispetto ai due mondi di ricercatori della tradizione europea (Duit, 2006):
a) legati al dominio scientifico per progettare proposte didattiche di I/A; b) focalizzati sui bisogni
degli studenti.
7
Accanto a ricerche impostate dall’università e condotte in collaborazione con la scuola nell’ambito
di progetti istituzionali (europei, nazionali PRIN e L. 6/2000, regionali ai sensi della L.R. 3/98), la
nostra unità ha realizzato tre tipi di ricerche collaborative scuola-università in cui il problema di ricerca, l’impostazione e la conduzione della ricerca erano affidate alla scuola e/o ad un intreccio di
competenze e modalità di lavoro collaborativi (progetti BRI, PRIRUS e di Piano Triennale) (Honsell, Michelini, 2004).
Un modo di guardare all’educazione scientifica e un approccio di ricerca
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I modi di ragionare comuni incoerenti con la fisica coincidono spesso con elementi
di fisica che non sono stati ben affrontati o che vengono interpretati in modo contingente e locale, con un grado di coerenza, che ne determina la resistenza rispetto ai ragionamenti di tipo fisico (Viennot, 1995; McDermott, 1993; Ritchie et al.,
1997; Gutierrez, 2001). Prendere sul serio le idee sbagliate dei ragazzi (Viennot,
2003) significa per noi non solo indagare la logica interna del ragionamento spontaneo per capirne la resistenza e la struttura in termini di Modelli Mentali8 (Gilbert, Boulter, 1998), ma anche analizzarne l’evoluzione dinamica esplorando in
modo operativo nelle sperimentazioni in classe ed in contesti ludici ed informali le
idee interpretative spontanee (Michelini, 2003, 2006).
I modi del senso comune di guardare ai fenomeni spesso non coincidono con quelli disciplinari e gli angoli di attacco alla fenomenologia sono spesso strategici per
l’analisi dei ragionamenti comuni e per l’individuazione di piste per il loro superamento, secondo modalità spesso in continuità con essi (Guidoni, 2005). Approcci che focalizzano in modo approfondito dettagli critici (Viennot, 2004) emergono come chiavi interpretative di interi contesti fenomenologici, come abbiamo
visto nel caso della lettura vettoriale della polarizzazione ottica per l’analisi di stati quantici9, delle linee di campo per lo studio della fenomenologia magnetica (Bradamante et al., 2005), del ruolo della sensazione termica per lo studio dei fenomeni termici (Michelini, 2004a), della caduta dei corpi per capire la gravità (Bradamante, Michelini, 2006). Piuttosto che risultati generali o cataloghi di difficoltà
ci interessano gli ostacoli da superare per accedere al livello scientifico di ragionamento e la costruzione del pensiero formale su specifici temi. La descrizione di tipologie di ragionamento è il principale prodotto di ricerca, fonte di impostazione
per le proposte di I/A. Si studiano le diverse evoluzioni di ragionamento, che si
realizzano in relazione a situazioni di partenza diverse ed a contesti differenziati.
Si riconoscono/individuano categorie (Gilbert, Boulter, 1998), che gettano luce
sulle piste utili per produrre apprendimento. La scelta della situazione di riferimento, dei materiali e dei modi con cui condurre l’indagine non è mai neutra. Per
questa ragione nel nostro lavoro l’intervento10 è preceduto/istruito da ricerche sui
fondamenti disciplinari e determinato da approfondimenti sulla disciplina, a cui si
accompagnano analisi di libri di testo e di proposte didattiche disponibili ovvero
8
In letteratura vi è un ampio dibattito sui modelli mentali e vi sono vari punti di vista. In questa sede specifichiamo il diverso significato nei vari punti.
9
Uno specifico studio sui modelli interpretativi della polarizzazione ottica nella prospettiva di un
percorso verticale dalla fisica classica a quella quantistica ha permesso di vedere come dettagli critici producano transizioni nel modo di guardare alla fenomenologia (Cobal et al., 2002; Santi, 2002;
Stefanel, Michelini, 2006).
10
L’intervento è di esplorazione concettuale, prima ancora che di azione didattica o percorso I/A.
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Federico Corni, Marisa Michelini, Lorenzo Santi, Alberto Stefanel
da indagini sugli stili di insegnamento. L’analisi dei nodi di apprendimento relativi ad una specifica tematica è altrettanto importante nella nostra ricerca ed è svolta in più fasi con indagini di tipo sperimentale, in riferimento alla letteratura specifica11. Materiali di appoggio e monitoraggio predisposti costituiscono strumento
descrittivo dell’azione messa in campo e della relativa risposta dei ragazzi. Essi sono pertanto indicatori di potenzialità e limiti dell’intervento proposto, che è sempre necessario modificare a seguito dell’analisi degli esiti.
Ai bassi livelli scolari (3-11 anni) le nostre ricerche (Bosio et al., 2004) evidenziano la necessità di articolare le attività per ‘micro-step’, che si prestino ad essere discussi dai ragazzi stessi12. Nell’ambito di questi è fecondo il confronto di modelli
interpretativi spontanei per costruirne di nuovi: è la condivisione di elementi argomentati dagli stessi ragazzi che feconda il processo. Si specificano e confermano le procedure analogiche e le giustificazioni di tipo causale, in associazioni coerenti per segmenti interpretativi elementari da intuizioni di base, che diSessa teorizza in termini di sistema di interpretazioni dall’esperienza (diSessa et al., 1998).
È perciò importante sempre chiedere13 di spiegare e giustificare affermazioni e risposte per avere preciso riscontro di tali processi negli specifici ambiti14. Straordinario è il fenomeno di ‘contaminazione’ dei ragionamenti efficaci: si assiste talvolta al cambiamento radicale di punto di vista di un intero gruppo di bambini con
idee diverse per effetto di uno solo che esplicita un ragionamento riconosciuto valido15. I percorsi di I/A non sono mai unici, ma sono stati individuati ‘micro-step’
efficaci per costituire segmenti interpretativi che si raccordano con la percezione.
Avere sempre chiari i confini dei risultati di ricerca ci aiuta a produrre proposte
mirate, che gli insegnanti utilizzano come riferimento sia per riflettere sui concetti, sia per elaborare percorsi di attività in classe.
11
Il sito realizzato da Reinders Duit www.ipn.uni-kiel.de/aktuell/stcse/stcse.html (Duit, 2007) è particolarmente fecondo allo scopo, così come la proposta teorica del Model of Educational Reconstruction (MER) (Duit, 2006).
12
Ciò non significa una riduzione della complessità fenomenologica ad una sequenza disciplinare o
una linearizzazione dei ragionamenti su cui focalizzare l’attenzione del soggetto, ma l’attenzione a
domini di ragionamento propri dei ragazzi stessi: è il lavoro con i ragazzi che individua i micro-step.
13
Non solo oralmente e nelle discussioni, ma anche strutturando i materiali di riferimento e monitoraggio con quesiti stimolo per la spiegazione o l’interpretazione.
14
Non basta un singolo strumento di indagine a tale scopo ed è opportuno utilizzare diverse modalità di riscontro. La raccolta dei dati è sempre condizionata dagli strumenti utilizzati per farla ed inoltre la complessità della problematica suggerisce grande prudenza nel fare ipotesi sui pensieri/ragionamenti dei ragazzi: si devono avere riscontri incrociati dei diversi elementi.
15
Anche per questo motivo il nostro interesse è orientato sui ragionamenti profondi e sulle modalità
di costruzione del pensiero formale piuttosto che a condizioni generali di efficacia.
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Un modo di guardare all’educazione scientifica e un approccio di ricerca
Modelli mentali, analogici e oggettuali
La costruzione del pensiero formale avviene dall’esperienza attraverso l’evoluzione di modelli interpretativi mentali16. Noi ci interessiamo al modo in cui si producono ed evolvono, con particolare riguardo al ruolo dell’operatività manuale e
concettuale nel personale coinvolgimento del soggetto con l’oggetto di studio. Si
punta in tal modo ad individuare strategie di I/A, scelte di contenuto ed angoli di
attacco ad ambiti fenomenologici. Accedere al livello scientifico richiede di superare ostacoli di vario tipo, come quello di attribuire natura materiale a grandezze
fisiche o pensare a modelli funzionali (Greca, Moreira, 2000), anche mediante rappresentazioni analogiche della realtà (Johnson-Laird, 1983; Euler, 2002, 2004).
Nelle nostre ricerche abbiamo trovato utili modelli oggettuali17 che rappresentano
aspetti di una fenomenologia, stimolano analogie e mettono alla prova le idee primitive, le intuizioni e i modelli mentali spontanei.
a
b
c
Fig. 2.1. a) Le vaschette di acqua, di gavettoni di acqua e di palle di gommapiuma; b) la gabbia delle palle di gommapiuma con stantuffo per esercitare la sollecitazione esterna; c) il modello a sfere rigide ed il principio di Pascal.
Facciamo alcuni esempi presi dalle ricerche per la messa a punto di percorsi sul livello L1:
1) il modello mesoscopico, fertile modalità interpretativa per le proprietà di equilibrio dei fluidi (Besson, Viennot, 2004) è stato realizzato con palle di gommapiuma a partire dall’isolare porzioni di fluido con palloncini di acqua (fig. 2.1).
È stato utilizzato per ragionare sul concetto di pressione, sul meccanismo che
evidenzia lo stato di compressione in tutte le direzioni di un intero sistema sottoposto a sollecitazioni esterne e sull’aumento della pressione con la profondità
in un fluido (legge di Stevino)18;
16
Gilbert e Boulter (1998) definiscono modelli mentali una «personal, private, representations of a
target».
17
Chiamiamo modelli oggettuali (Michelini, 2004, 2006; Bradamante et al., 2005, 2006) apparati che
realizzino comportamenti analogici al processo in esame.
18
L’unità di Pavia propone sempre in questa stessa Sezione del volume un modello a sfere lisce e ri-
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Federico Corni, Marisa Michelini, Lorenzo Santi, Alberto Stefanel
2) una scatola per camice trasparente (contenente un oggetto appeso ad una molla verticale, oggetti appoggiati sul fondo, un pendolino) è diventato l’ascensore da osservare in caduta libera e ragionare su peso e gravità (fig. 2.2);
3) una piattaforma di polistirolo con imperniate cannucce appesantite da un lato,
è diventato un sistema di ‘bussole di gravità’, da confrontare con le bussole nello spazio intorno ad un magnete;
4) un telo di tessuto elastico fissato ad un telaio è diventato il modello di Eddington
per lo studio della caduta dei corpi al variare delle condizioni iniziali (fig. 2.3);
Fig. 2.2. La scatola trasparente in caduta.
Fig. 2.3. Il telo del modello di Eddington.
5) un sistema di tesserine con dipinti elementi di circuito è stato utilizzato per l’analisi del nodo topologico nel comportamento funzionale di semplici circuiti
elettrici (Imperio et al., 2006, Bradamante et al., 2005, 2006; Testa et al., 2006).
Fertilizzano il processo di costruzione del pensiero formale riproduzioni e rappresentazioni della realtà su cui si può operare. La multimedialità offre grandi aiugide (pochissimo deformabili), che realizza una modellizzazione in grado rendere conto della fluidità
e del principio di Pascal. Tale modello mette in primo piano la necessità che gli elementi di un fluido scorrano gli uni sugli altri per rendere conto del principio di Pascal, inoltre permette di sviluppare un’analisi della relazione tra la pressione e le forze in gioco, nel caso di un piccolo e di un grande numero di sferette. Il modello a sfere di gommapiuma e quello a sfere rigide (utilizzato anche da
noi in un’altra fase; Imperio et al., 2006) si collocano pertanto in una prospettiva di continuità rispetto alla modellizzazione di un fluido. Il modello a sfere di gomma piuma costituisce una proposta di prima modellizzazione di un liquido nella scuola primaria, che visualizza lo stato di compressione di un sistema materiale quando viene sottoposto a sollecitazioni esterne. Esso rende evidente
il cambiamento dello stato interno e motiva l’introduzione di una nuova grandezza, la pressione, che
descrive una proprietà caratteristica del sistema materiale, sia esso fluido o solido. Giudichiamo
estremamente formativo utilizzare modelli diversi per uno stesso sistema: si evidenzia che ogni modello è uno strumento interpretativo parziale.
Un modo di guardare all’educazione scientifica e un approccio di ricerca
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ti da questo punto di vista. È stato realizzato perciò un applet Java in web (Geiweb)
per la rappresentazione di modelli in forma geometrica a partire da oggetti reali: il sistema acquisisce fotografie di situazioni e con strumenti per il disegno
consente di rappresentare elementi del modello (rette-direzioni/raggi di luce,
vettori/velocità/forze) sulla foto stessa, che viene successivamente eliminata per
concentrarsi sul modello (fig. 2.4). Utilizzato in diversi percorsi, questo strumento ha offerto piste di raccordo tra fenomenologia e strumenti interpretativi
delle fisica.
Fig. 2.4. L’ambiente web per la costruzione del modello a raggi a partire dalla situazione di riflessione multipla.
I prodotti delle ricerche
Nell’ambito di ‘F21’ abbiamo elaborato proposte di Sotto-Percorsi (SP) sulle parti di confine in un modello di percorso in fisica: l’educazione scientifica di base
(L1)19 e la fisica moderna20, con particolare riguardo alla fisica quantistica nel
19
A livello di L1 (scuola di base) i Sotto-Percorsi (SP) sviluppati riguardano: 1.1) moto; 1.2) proprietà dei fluidi; 1.3) fenomeni acustici; 1.4) fenomeni termici; 1.5) fenomeni magnetici; 1.6) fenomeni elettromagnetici; 1.7) circuiti elettrici e circuiti logici; 1.8) Concentrazione, densità, solubilità
e fasi.
20
A livello di L3 (scuola secondaria superiore) i SP sono su: 2.1) concetto di campo, con particolare riguardo al campo magnetico; 2.2) ottica fisica: diffrazione e polarizzazione; 2.3) meccanica quantistica; 2.4) superconduttività nella didattica secondaria. Sono inoltre stati sviluppati Moduli di Lavoro Esemplare (MLE) di natura trasversale sulla fisica nello sport e nell’arte: 1) modellizzazione del
salto in alto; 2) modellizzazione del Judo (Bradamante et al., 2004); 3) luce e pittura; 4) studio di processi e misura della conducibilità termica del filamento di una lampadina; 5) costruzione di diagrammi di fase.
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Federico Corni, Marisa Michelini, Lorenzo Santi, Alberto Stefanel
triennio secondario superiore (L3). L’educazione informale è stato un altro ambito importante di ricerca di cui si riferisce molto brevemente in altra sede (si veda
la Sezione 4 di questo volume).
Una ricerca sulla formazione degli insegnanti è stata parte integrante di queste ricerche.
Tutti i SP e molti dei MLE sono l’esito di un lungo iter di ricerche collaborative
contestualizzate (situate) nella scuola su percorsi di I/A sul moto, i fenomeni termici, acustici, magnetici, i fluidi in equilibrio, i circuiti elettrici. Essi sono stati
pubblicati in web (www.fisica.uniud.it/URDF) e talvolta in forma cartacea21. Le
sperimentazioni lunghe (20-30 ore) nella scuola sono avvenute a seguito di sperimentazioni brevi in laboratori cognitivi ed hanno coinvolto almeno 4 diverse classi ciascuna.
Per ragioni di spazio si fanno qui soltanto due esempi di percorsi.
SP - Fenomeni termici. Riconosciuto che l’impostazione tradizionale per stati di
equilibrio produce diversi problemi di apprendimento (Vicentini, 1998), l’impostazione scelta ha alla propria base l’attuale visione termodinamica della fenomenologia e, come filo conduttore, l’esplorazione dei processi di interazione termica
con l’ausilio di sensori on-line22. Ciò realizza il raccordo23 in tempo reale tra il fenomeno e la sua rappresentazione fisica mediante l’evoluzione temporale della
temperatura. Il pensiero formale si costruisce sul linguaggio grafico/iconografico
proposto per leggere e interpretare i fenomeni. L’angolo di attacco è la sensazione
termica da porre a confronto con la temperatura. Il filo del SP si articola dalla
scuola dell’infanzia alla scuola media con la conquista delle idee fisiche di base per
il I e il II principio della termodinamica.
La costruzione di idee interpretative è graduale e il linguaggio della fisica si costruisce associando concetti fisici ai verbi sentire, essere, diventare e tenere caldo
21
Sono stati prodotti nell’ambito di ‘F21’, in collaborazione con altri progetti, libretti per l’insegnante che illustrano le proposte didattiche e le scelte effettuate a seguito delle sperimentazioni di
ricerca. Essi comprendono i materiali didattici per il lavoro in classe e di monitoraggio dell’apprendimento su: fluidi in equilibrio (Imperio et al., 2006), fenomeni magnetici ed elettromagnetici (Fedele et al., 2006a, 2006b), fenomeni termici (Gigante, Michelini, 2006) e fenomeni acustici (Toffolo,
Michelini, 2006). Altri quattro libretti propongono percorsi di esplorazioni sperimentali su: ‘fenomeni elettromagnetici’, ‘stati e processi termici con sensori on line’, ‘polarizzazione ottica’ e ‘avvicinarsi alla fisica quantistica’ (Michelini, Stefanel, 2004).
22
È stato sviluppato un semplice sistema di acquisizione in tempo reale della temperatura misurata
da 4 sensori collegati via USB con l’elaboratore (Gervasio, Michelini, 2005), che è stato utilizzato in
modo familiare anche da bambini della scuola dell’infanzia.
23
Si realizza la riduzione immaginativa del fenomeno con la sua rappresentazione mediante grandezze che lo descrivono (Michelini, 2003, 2004, 2006).
Un modo di guardare all’educazione scientifica e un approccio di ricerca
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per effettuare un’analisi per stati e trasformazioni in base a cui esplorare i processi. L’esplorazione si attua avendo come riferimento le idee interpretative e le domande poste dei bambini nel contesto. Le diverse piste di uno stesso canale di
pensiero toccano in modi diversi (per micro-step concettuali) le stesse tappe. Le
principali tappe sui concetti disciplinari sono: sensazione termica come processo
a confronto con la temperatura; natura di variabile di stato della temperatura ed
equilibrio termico come esito dell’interazione tra sistemi; le proprietà del materiale, la massa dei sistemi e la variazione di temperatura come variabili rilevanti nelle interazioni; riconoscimento di proprietà dei materiali come la temperatura di
cambiamento di stato fisico e della loro natura rispetto alle proprietà di stato (calore specifico) e di processo (conducibilità termica); le leggi di Fourier sui processi di interazione termica; il calore come processo di riscaldamento e le variabili che
ne consentono la definizione operativa; la variazione di energia interna come riferimento nei diversi processi e il riconoscimento delle principali più comuni trasformazioni.
Si evocano e rivivono esperienze di interazione termica con il mondo. Si discute
da un lato l’idea di caldo e di freddo e dall’altro si esplorano sensazioni di caldo e
di freddo.
Si riconosce che esistono sistemi più caldi di altri in un contesto dato e si devono
trovare modi per conoscere quanto un sistema è caldo. Si realizza che tutti gli oggetti possono diventare caldi o diventare freddi e che questo implica un processo:
si deve fare qualcosa perché succeda! Si impara a discernere tra le affermazioni ‘è
caldo’ e ‘lo sento caldo’, per costruire l’idea di stato termico, della sua misura (la
temperatura) e identificare la diversa informazione data dalla sensazione termica
(flusso termico), piuttosto che bandirla come imprecisa e non affidabile: la si riconosce per saperla usare. Ci si accorge che modalità diverse di riscaldare corrispondono allo stesso processo: il fornello elettrico, la fiamma del fornello a gas, un
corpo più caldo corrispondono sempre all’interazione di un sistema più caldo con
uno più freddo. Questa interazione può avvenire direttamente a contatto, oppure
attraverso altri oggetti a contatto, oppure attraverso l’aria, l’acqua o altri fluidi, oppure a distanza e nel vuoto, come avviene con le lampade e il sole. Nelle attività
mirate a questa chiarificazione ed al riconoscimento della temperatura come proprietà di stato dei vari sistemi, non è raro imbattersi nella necessità di discutere la
distinzione tra l’essere caldo e il tenere caldo. La coperta tiene caldo, perché evita,
che io mi raffreddi, ma se metto sotto la coperta un oggetto freddo, non lo scalda: fa
come il polistirolo lo mantiene ‘caldo o freddo come è’! Questa è una bella sintesi
del modo corretto di guardare alla conducibilità termica a livello di scuola di base (infanzia in questo caso). È infatti importante che venga riconosciuta essere una
proprietà termica della materia (diversa a seconda delle sostanze), che descrive come una sostanza lascia scaldare o raffreddare in fretta i vari sistemi. L’utilizzo di
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Federico Corni, Marisa Michelini, Lorenzo Santi, Alberto Stefanel
sensori di temperatura collegati all’elaboratore avviene senza difficoltà da parte
dei bambini, per i quali tutto è nuovo: essi li considerano come termometri comuni, come tanti altri. Il grafico della temperatura nel tempo in contemporanea all’azione rappresenta una feconda e seria possibilità per affrontare i fenomeni termici in modo rigoroso con i più piccoli. La forma del grafico costituisce elemento
risonante con ‘la storia’ del fenomeno e fa correlare le azioni, le interazioni e l’andamento nel tempo della temperatura.
SP - Fluidi in equilibrio. Il SP si propone nella scuola primaria come proposta organica propedeutica allo studio comparato sui piani microscopico e macroscopico della stessa problematica24. L’approccio è fenomenologico. Gli angoli di attacco sono lo scorrimento ed il galleggiamento nei liquidi. Il concetto di pressione
viene costruito secondo tre prospettive, che ne completano il significato: 1) agente il cui cambiamento è correlato ad un cambiamento del volume (azioni di compressione ed espansione); 2) forza distribuita su una superficie in stretta relazione
con la matematica ed il significato dell’operatore divisione; 3) proprietà del punto
in un mezzo continuo. Lo scorrimento dei liquidi e la compressione di fluidi attuano la prima prospettiva. La pressione è il cardine per l’interpretazione di situazioni e fenomeni con il citato modello oggettuale mesoscopico, realizzato con palle di gommapiuma, che viene usato come contesto di riferimento per i confronti
tra esperimento e modello, ipotesi, previsioni e fenomeni. Esso viene ad esempio
utilizzato per prevedere la legge di Stevino. La variazione di volume di una bolla
d’aria e gli zampilli che fuoriescono uguali dai fori in diverse posizioni di una bottiglia d’acqua orizzontale di un liquido compresso consolidano il principio di Pascal. Si guarda a diverse situazioni, pensando alla pressione secondo le tre prospettive sopra indicate, anche per spiegare alcune principali applicazioni, come il
torchio idraulico ed il sifone. L’equilibrio di una massa fluida nello stesso fluido
rappresenta la base interpretativa utilizzata per il galleggiamento e per riconoscere la spinta di Archimede come forza, a partire da un ‘pasticciamento’ (Hawkins,
1974) di situazioni e variabili, che permettono di definire operativamente e riconoscere la densità come grandezza significativa nel fenomeno. Situazioni problema, come il comportamento del diavoletto di Cartesio sono alcune delle modalità
di controllo della competenza acquisita nell’interpretare fisicamente l’equilibrio
nei fluidi.
24
Si propone in particolare come SP propedeutico a quello sviluppato dall’unità di Pavia, che ha realizzato una proposta verticale nella scuola media e secondaria con strumenti anche multimediali su
questo tema.
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APPROCCI E PROPOSTE
PER L’INSEGNAMENTOAPPRENDIMENTO DELLA FISICA
A LIVELLO PREUNIVERSITARIO,
DAL PROGETTO PRIN ‘F 21’