L'Insegnamento della Fisica nei Licei riformati - Emilio Mariotti, UniSiena
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L’Insegnamento della
Fisica nei Licei riformati
Liceo scientifico “Barsanti e Matteucci”
Viareggio, 8 marzo 2012
Emilio Mariotti, UniSiena
Viareggio, c'è il corso di aggiornamento:
il sonno dei partecipantiA. DA DOVE SI PARTE
1. CENNI STORICI (per scaldarsi)
L’evoluzione dell’insegnamento della fisica in Italia
1960 L’OCSE produce un documento dal titolo: Un nuovo approccio per l’insegnamento della fisica
1963 Corsi di sperimentazione didattica e metodologica fisica Museo della Scienza di Milano
Rete di laboratori Unità mobile
in Italia nascono le classi pilota in cui veniva sperimentato l’insegnamento della fisica secondo il
PSSC (Physical Science Study Committee)
1968 Lo scossone
Iniziano ad essere autorizzate dal Ministero le prime sperimentazioni richieste direttamente
dalle scuole
1974 DD, DPR 419 articoli 2 e 3 nascono le mini e le maxi-sperimentazioni, esplosione di richieste di
sperimentazione
1980-83 I Progetti Assistiti (DIRTECNICA), alcuni dei quali prevedevano l’insegnamento della fisica al
biennio
1985 Avvio del PNI.
Il PNI di fisica vede anche l’elaborazione dei nuovi programmi di fisica sia per il biennio che per
il triennio in cui il PC era visto come strumento didattico utile per chiarire i concetti e migliorare
gli apprendimenti degli allievi.
I corsi d’aggiornamento interessarono 24000 docenti di matematica e fisica iniziarono nel 1986
e si conclusero nel 1992
48,3% delle scuole è coinvolto PNI 50% degli Istituti Tecnici ha adottato un progetto assistito
(Dati del Ministero 1991)
1987-1992 Programmi della Commissione Falcucci (1987), Progetto ’92, Progetto Autonomia
1991-1992 Avvio della sperimentazione del Progetto Brocca
1993 un decreto ed una circolare del MPI impongono di chiudere le mini-sperimentazioni
autonome, offrendo in alternativa la possibilità di adottare, PNI (Matematica e
Fisica) Progetto Brocca e Progetti AssistitiL’evoluzione dell’insegnamento della fisica in Italia
1992-97 Aggiornamento docenti: corsi residenziali a Lugo di Romagna, Liceo Scientifico Curbastro per
docenti del centro nord che sperimentano il PNI (1993) a Reggio Calabria al Leornardo da Vinci per i
docenti del sud; a Roma Il Liceo Scientifico nel futuro della scuola italiana per i docenti che
sperimentano il progetto Brocca
1998 La prima indagine PISA (Programme for International Student Assessment)
Sviluppato dai governi tramite l’Organizzazione per la Cooperazione e lo Sviluppo Economico
PISA ha l’obiettivo generale di verificare se, e in che misura, i giovani che escono dalla scuola
dell’obbligo abbiano acquisito alcune competenze giudicate essenziali per svolgere un ruolo
consapevole e attivo nella società e per continuare ad apprendere per tutta la vita
2000 Vengono definiti gli obiettivi prioritari dell’UE – che si configurano come obiettivi prioritari anche delle
politiche nazionali - e che dovevano trovare attuazione nell’arco del decennio 2001-2010
I Ministri dell’Istruzione UE devono promuovere l’acquisizione da parte di tutti i cittadini, delle
competenze di base necessarie a partecipare attivamente e responsabilmente alla società della
conoscenza, al potenziamento degli studi scientifici (Matematica, Scienza e Tecnologia), alla necessità
di prestare particolare attenzione al ruolo della cultura scientifica e tecnologica ed alla necessità di una
politica europea di ricerca e sviluppo incisiva ed aperta
2000, 2003 La seconda e la terza indagine PISA
Drastica diminuzione delle iscrizioni ai Corsi di Laurea scientifici (Matematica Fisica e Chimica)
fenomeno di portata internazionale
2005 Piano Insegnare Scienze Sperimentali per promuovere un efficace cambiamento nella didattica
delle scienze sperimentali.
2005 Progetto Lauree Scientifiche
2006 e 2009 La quarta e la quinta indagine PISA
2010 Riforma della Scuola Media Superiore2. QUEL CHE SANNO I RAGAZZI ITALIANI
(ahi ahi)Paesi aderenti al nel 1998 Progetto PISA Equivalenti a 77% dell’economia mondiale
Paesi aderenti al nel 2003
2001
2009
2006
1998
2000
Progetto PISA
83%
Equivalenti a 77%
86%
85%
81%
87% dell’economia mondialeCaratteristiche del progetto
• Quindicenni = studenti di età compresa tra 14 anni 6 mesi
e 15 anni e 6 mesi.
• Periodicità triennale con un’area di contenuti principale
in ciascun ciclo
PISA 2000: lettura, di nuovo nel 2009
PISA 2003: matematica,
PISA 2006: scienze
PISA 2009: lettura
PISA 2012: matematica e problem solving
• In ogni Paese il campione è costituito da un minimo di
150 scuole con un campione di 35 studenti per scuola.
• In PISA 2003 sono stati coinvolti oltre 275.000 studenti nei
41 Paesi partecipanti
• in PISA 2006 sono stati coinvolti 400.000 studenti nei 57
Paesi partecipanti a rappresentare una popolazione di
quasi 20 milioni di quindicenni scolarizzati.La Reading Literacy è stata definita come …
• “… la comprensione e l’utilizzazione di testi scritti e la
riflessione su di essi al fine di raggiungere i propri
obiettivi, sviluppare le proprie conoscenze e potenzialità e
svolgere un ruolo attivo nella società.”
La Mathematics Literacy è stata definita come …
• “… la capacità di un individuo di individuare e
comprendere il ruolo che la matematica gioca nel mondo
reale, di operare valutazioni fondate e di utilizzare la
matematica e confrontarsi con essa in modi che
rispondono alle esigenze della vita di quell’individuo in
quanto cittadino impegnato, che riflette e che esercita un
ruolo costruttivo.”Per Scientific Literacy di un individuo PISA intende: l’insieme delle sue conoscenze scientifiche e l’uso di tali conoscenze per identificare domande scientifiche, per acquisire nuove conoscenze, per spiegare fenomeni scientifici e per trarre conclusioni basate sui fatti riguardo a questioni di carattere scientifico; la sua comprensione degli aspetti distintivi della scienza intesa come forma di sapere e di indagine propria degli esseri umani; la sua consapevolezza di come scienza e tecnologia plasmino il nostro ambiente materiale, intellettuale e culturale; la sua volontà di confrontarsi con le questioni legate alle scienze e con le idee della scienza da cittadino che riflette.
563 Finlandia
Intervallo Confidenza Inferiore 534 Canada
531 Giappone
Intervallo Confidenza Superiore 530 N. Zelanda
527 Australia
525 Paesi Bassi
Risultati in 522 Corea
516 Germania
scienze 515 Regno Unito
513 Rep. Ceca
512 Svizzera
(medie) in 511 Austria
510 Belgio
PISA 2006 508 Irlanda
504 Ungheria
503 Svezia
500 Media OCSE
496 Polonia
496 Danimarca
495 Francia
491 Islanda
489 Stati Uniti
488 Rep. Slovacca
488 Spagna
487 Norvegia
486 Lussemburgo
475 Italia
474 Portogallo
473 Grecia
424 Turchia
410 Messico
400 450 500 550Risultati in scienze (livelli) in PISA 2006
Francia 6,6 14,5 22,8 27,2 20,9 7,2 0,8
Spagna 4,7 14,9 27,4 30,2 17,9 4,5 0,3
Questi studenti sanno sistematicamente548 Finlandia
Intervallo Confidenza Inferiore 547 Corea
531 Paesi Bassi
Intervallo Confidenza Superiore 530 Svizzera
527 Canada
523 Giappone
Risultati in 522
520
N. Zelanda
Belgio
matematica 520
513
Australia
Danimarca
(medie) in PISA 510
506
Rep. Ceca
Islanda
505 Austria
2006 504
502
Germania
Svezia
501 Irlanda
498 Media OCSE
496 Francia
495 Regno Unito
495 Polonia
492 Rep. Slovacca
491 Ungheria
490 Lussemburgo
490 Norvegia
480 Spagna
474 Stati Uniti
466 Portogallo
462 Italia
459 Grecia
424 Turchia
406 Messico
400 450 500 550556 Corea
Intervallo Conf idenza Inf eriore 547 Finlandia
527 Canada
Intervallo Conf idenza Superiore 521 N. Zelanda
517 Irlanda
513 Australia
Risultati in 508
507
Polonia
Svezia
lettura 507
501
Paesi Bassi
Belgio
(medie) in 499
498
Svizzera
Giappone
PISA 2006 495
495
Regno Unito
Germania
494 Danimarca
492 Media OCSE
490 Austria
488 Francia
484 Islanda
484 Norvegia
483 Rep. Ceca
482 Ungheria
479 Lussemburgo
472 Portogallo
469 Italia
466 Rep. Slovacca
461 Spagna
460 Grecia
447 Turchia
410 Messico
400 450 500 550Esempio di una prova di
matematica
ANDATURA
La figura mostra le orme di un uomo che cammina. La lunghezza P del passo è la distanza tra la
parte posteriore di due orme consecutive.
n
Per gli uomini, la formula =140 fornisce una relazione approssimativa tra n e P dove:
P
n = numero di passi al minuto, e
P = lunghezza del passo in metri.Domanda 1: ANDATURA
Se la formula si applica all’andatura di Enrico ed Enrico fa 70
passi al minuto, qual è la lunghezza del passo di Enrico? Scrivi
qui sotto i passaggi che fai per arrivare alla risposta.
ANDATURA:INDICAZIONI PER LA CORREZIONE D1
Punteggio pieno
% Risposte
Codice 2: 0,5 m or 50 cm, (unità di misura corrette:
non richiesta).
• 70/P = 140 Italia 23% (parz.25%)
70 = 140 P
P = 0,5 OCSE 36% (parz.22%)
• 70/140
Omissioni Italia 35%
Punteggio parziale
Omissioni
Codice 1: Ad esempio sostituzione corretta dei numeri OCSE
nella formula ma 21%
risultato errato oppure nessuna risposta.
· [solamente sostituzione dei numeri nella formula]
· [sostituzione corretta, ma calcoli sbagliati]
OPPURE Trasformazione corretta della formula in p = n / 140 ma si
ferma lì o prosegue in modo errato.EFFETTO SERRA Leggi il brano e rispondi alle domande che seguono. EFFETTO SERRA: REALTÀ O FANTASIA? Gli esseri viventi hanno bisogno di energia per sopravvivere. L’energia che mantiene la vita sulla Terra proviene dal Sole che irradia energia nello spazio perché è molto caldo. Una minima parte di questa energia raggiunge la Terra. L’atmosfera terrestre funziona come uno strato protettivo sulla superficie del nostro pianeta, impedendo le variazioni di temperatura che si verificherebbero se non ci fosse l’aria. La maggior parte dell’energia proveniente dal Sole attraversa l’atmosfera terrestre. Una parte di questa energia è assorbita dalla Terra, un'altra è invece riflessa dalla superficie terrestre. Parte di questa energia riflessa viene assorbita dall’atmosfera. Come risultato di questo processo, la temperatura media sulla superficie terrestre è maggiore di quella che ci sarebbe in assenza di atmosfera. L’atmosfera terrestre ha lo stesso effetto di una serra, da qui il termine effetto serra. L’effetto serra sembra sia diventato più marcato durante il ventesimo secolo. Che la temperatura media dell’atmosfera terrestre sia aumentata è un dato di fatto. Sui giornali e sui periodici viene spesso citato l’aumento dell’emissione di diossido di carbonio (anidride carbonica) come causa principale dell’aumento della temperatura nel ventesimo secolo. Uno studente, di nome Andrea, si interessa della relazione possibile tra la temperatura media dell’atmosfera terrestre e l’emissione di diossido di carbonio sulla Terra. In una biblioteca trova i seguenti due grafici.
20
Emissione di diossido di carbonio
↑
(miliardi di tonnellate
all’anno)
10
1860 1870 1880 1890 1900 1910 1920 1930 1940 1950 1960 1970 1980 1990
→
Anni
15,4
Temperatura media
dell’atmosfera terrestre (°C) ↑
15,0
14,6
1860 1870 1880 1890 1900 1910 1920 1930 1940 1950 1960 1970 1980 1990
→
AnniDa questi due grafici Andrea conclude che l’aumento della temperatura media dell’atmosfera terrestre è sicuramente dovuto all’aumento dell’emissione di diossido di carbonio. Domanda 3: EFFETTO SERRA S114Q03 - 01 02 11 12 99 Da quale caratteristica dei grafici Andrea trae la sua conclusione? Domanda 4: EFFETTO SERRA S114Q04- 0 1 2 9 Un'altra studentessa, Gianna, non è d’accordo con la conclusione di Andrea. Paragona i due grafici e dice che alcune parti dei grafici non confermano la sua conclusione. Fornisci un esempio di una parte dei grafici che non conferma la conclusione di Andrea. Spiega brevemente la tua risposta.
Domanda 3
Domanda 4
Come rispondono gli studenti
Paesi EFFETTO SERRA Dom. 3 EFFETTO SERRA Dom.4 EFFETTO SERRA Dom. 4
Difficoltà 529– Livello 3 Difficoltà 568 – Livello 4 Difficoltà 659 – Livello 5
% corrette E.S. % % E. S. % E.S. %
Omesse p. parziale p. pieno Omesse
Finlandia 66.6 1.1 6.1 38.0 1.1 28.6 1.2 14.2
Francia 64.1 1.5 12.4 20.6 1.4 33.4 1.6 27.1
Grecia 48.3 1.7 21.0 23.9 1.0 20.8 1.3 33.5
Italia 40.5 1.1 21.4 20.1 0.8 16.5 0.8 40.8
Media 53.9 0.3 13.6 24.1 0.2 22.4 0.2 25.8
OCSEB. COSA FARE?
1. I PROGRAMMI MINISTERIALI, LE SCELTE STRATEGICHE DEGLI INSEGNANTI
PNI FISICA Temi del programma di fisica PNI per il biennio La misura L’equilibrio e i processi stazionari Il movimento La propagazione della luce L’energia: sue forme, conservazione e trasformazione
PNI FISICA Scelte metodologiche: Programmazione didattica Utilizzo del laboratorio (30%) Risoluzione di problemi Utilizzo del computer Quadro orario: tre ore settimanali Valutazioni: scritto ed orale
PNI FISICA Alla fine del biennio gli allievi dovranno essere in I Temi … grado di: - analizzare un fenomeno o un problema, riuscendo ad individuare gli elementi significativi, le TEMA n° 3 - IL MOVIMENTO relazioni, i dati superflui, quelli mancanti, e riuscendo a collegare premesse e conseguenze; - Sistemi di riferimento; - eseguire in modo corretto semplici misure con chiara - legge oraria e sua rappresentazione grafica; consapevolezza delle operazioni effettuate e - velocità, accelerazione (esempi di moti degli strumenti utilizzati; significativi); - raccogliere, ordinare e rappresentare i dati ricavati, - le leggi della dinamica ed applicazioni; valutando gli ordini di grandezza e le - quantità di moto, energia meccanica e la loro approssimazioni, mettendo in evidenza l'incertezza conservazione; associata alla misura; - urti elastici ed anaelastici; - esaminare dati e ricavare informazioni significative da - il moto dei pianeti. tabelle, grafici ed altra documentazione; Lo svolgimento di questo tema richiede particolari - porsi problemi, prospettare soluzioni; capacità di astrazione per la necessità di introdurre - inquadrare in un medesimo schema logico situazioni diverse, riconoscendo analogie o differenze, concetti come la velocità e l'accelerazione proprietà varianti ed invarianti; instantanee. Si raccomanda, pertanto, un ampio - trarre semplici deduzioni teoriche e confrontarle con i riferimento a diagrammi e rappresentazioni risultati sperimentali; geometriche nelle discussioni teoretiche e l'uso di - utilizzare o elaborare semplici programmi da verificare filmati per integrare gli esperimenti di laboratorio. con l'elaboratore, per la risoluzione di Il tema si presta particolarmente all'utilizzazione del problemi o per la simulazioni di fenomeni. computer nello studio del moto dei corpi. Con l'attività di laboratorio gli allievi dovranno La trattazione degli urti elastici e anaelastici inoltre: richiede esperienze di laboratorio che ne - aver sviluppato la capacità di proporre semplici evidenzino la fenomenologia in due dimensioni. esperimenti, atti a fornire risposte a problemi di La conservazione della quantità di moto si presta, natura fisica; in modo particolare, per mostrare agli allievi - aver imparato a descrivere, anche per mezzo di l'importanza e la necessità dei principi di schemi, le apparecchiature e le procedure utilizzate e conservazione nell'indagine fisica. aver sviluppato abilità operative connesse con l'uso degli strumenti; - aver acquisito flessibilità nell'affrontare situazioni impreviste di natura scientifica e/o tecnica.
Laboratorio di Fisica/Chimica Progetto Brocca Obiettivi del corso non sono tanto le conoscenze teoriche relative alla fisica e alla chimica quanto le abilità sperimentali e le strategie cognitive che diventano operative attraverso i contenuti delle due discipline Scelte metodologiche: Programmazione didattica Utilizzo del laboratorio Quadro orario: tre ore settimanali Valutazioni: pratico ed orale
Laboratorio di Fisica/Chimica Progetto Brocca Proprietà fisiche dei corpi e loro misura Dai materiali alle sostanze Dalle sostanze alle soluzioni Trasformazioni e conservazione della materia Movimento ed energia Energia ed ambiente La progettazione di un esperimento
Laboratorio di Fisica/Chimica Progetto Brocca
2010 Riordino dei Licei:Liceo Scientifico Fisica
Riordino dei Licei:Liceo Scientifico Fisica
Bozza Indicazioni Nazionali Licei 14 marzo 2010
Profilo Generale e Competenze Obiettivi Specifici per il Biennio
Lo studente dovrà
Lo studente dovrà
Conoscere i concetti fondamentali
della fisica ed inquadrarli dal punto di
saper risolvere problemi
vista storico e filosofico semplificare e modellizzare
Formulare ipotesi, sperimentare ed situazioni reali
interpretare leggi fisiche sviluppare abilità relative alla
Formalizzare un problema di fisica e
saperlo risolvere
misura
Aver fatto esperienza e saper riferire
Rielaborare in maniera critica
sull’esperimento fatto. Dove per ogni esperimento seguito
esperimento si intende
interrogazione ragionata dei
fenomeni naturali e controllo di
ipotesi interpretative, raccolta ed
analisi critica dei dati, costruzione di
modelliRiordino dei Licei:Liceo Scientifico Fisica
Bozza Indicazioni Nazionali Licei 14 marzo 2010
Scelte metodologiche:
Programmazione didattica
……la libertà, la competenza e la sensibilità dell’insegnante che valuterà di
volta in volta il percorso didattico più adeguato ad ogni singola classe….
…I temi suggeriti saranno sviluppati secondo modalità e con ordine coerenti
con gli strumenti concettuali e con le conoscenze matematiche in possesso
degli studenti. …
Utilizzo del laboratorio …l’attività sperimentale dovrà accompagnare lo
studente lungo l’arco di tutto il primo biennio ……
Risoluzione di problemi
Quadro orario: due ore settimanali
Valutazioni: ? Esame di Stato: ?Riordino dei Licei:Liceo Scientifico Fisica Bozza Indicazioni Nazionali Licei 14 marzo 2010 Temi Le grandezze fisiche (scalari e vettoriali) e la loro misura (incertezze, cifre significative di una misura, grafici) Ottica geometrica (riflessione, rifrazione e strumenti ottici) I fenomeni termici (temperatura, calore, equilibrio termico, passaggi di stato) Equilibrio dei corpi Cinematica e dinamica (II Legge di Newton) Energia meccanica (come primo esempio di conservazione di una grandezza fisica)
2. ASSIOMI
Perché la Fisica? (risposte diverse per persone diverse) Il dovere di insegnare Fisica (non solo storia, ma anche presente) La Fisica è una disciplina sperimentale (il metodo sperimentale è fondamentale, non accessorio) Fisica come scoperta Procedere partendo da un basso livello di formalizzazione
Selezionare gli argomenti, definire gli “irrinunciabili” Fare scelte “coraggiose”, “controcorrente” Fisica e altre discipline (prima di tutto, Matematica) Fare ricerca in didattica
3. ALCUNE INDICAZIONI PIÙ CONCRETE
Appunti dal corso di Laboratorio di fisica
Liceo F. Redi
Caratteristiche del percorso:
……L’idea è quella di partire il più possibile da
oggetti e fenomeni della vita comune, di porre al centro dell’attenzione
questioni concrete che interessano la vita quotidiana degli studenti e,
partendo da esse, sviluppare i concetti di fisica. L’approccio sarà fin da
subito sperimentale, attraverso la proposta di misure che possono essere
eseguite facilmente dagli allievi in laboratorio, ma anche attraverso l’uso di
semplici strumenti di misura presenti nel loro corredo scolastico o a casa.
Le prime misure fisiche proposte nel percorso sono quelle di
lunghezza, dell’ area e del volume. L’intento è quello di far acquisire agli
allievi la definizione operativa di lunghezza, area e di volume.
Gli inconvenienti nell’uso del volume come misura della quantità di materia
porteranno all’introduzione del concetto di massa e allo studio di cosa
succede al volume e alla massa nelle trasformazioni. Le attività
sperimentali proposte tendono a suggerire una legge di conservazione della
massa e di non conservazione del volume. Parlando di massa non si potrà
non parlare di Peso. Si passerà, quindi, dalle proprietà dei corpi alle
proprietà delle sostanze con la misura della densità ed infine si
guideranno gli allievi ad individuare i criteri che ci permettono di prevedere
se un certo oggetto può galleggiare o no in un dato liquido.Apprendimenti che si intendono promuovere Competenze
Saper misurare le dimensioni, il volume e la massa e il peso di un corpo.
Saper usare semplici tecniche e strumenti di misura: saper utilizzare il calibro
decimale e ventesimale; la bilancia a bracci uguali; la bilancia elettronica e il
dinamometro.
Saper trasformare misure fisiche nei rispettivi multipli e sottomultipli dell’unità di
misura.
Saper effettuare ragionamenti sulle trasformazioni di scala e sui rapporti.
Saper valutare l’incertezza di una misura diretta e di una misura indiretta e
saper individuare le cifre significative di una misura.
Saper raccogliere i dati in tabelle e grafici.
Saper rappresentare i dati sperimentali su un grafico.
Saper interpretare la relazione matematica fra grandezze riportate su di un
grafico.
Saper individuare grandezze varianti ed invarianti in una trasformazione.
Saper riconoscere situazioni di equilibrio.
Saper riferire in modo sintetico la procedura seguita nelle proprie indagini, i
risultati raggiunti e il loro significato usando linguaggi specifici.
Saper formulare ipotesi e saper organizzare esperienze di verifica delle ipotesi.Conoscenze Abilità/capacità
•Conoscere le caratteristiche di uno •La capacità di osservare in modo
strumento di misura sistematico, di raccogliere i dati e di
•Conoscere la definizione operativa di esaminarli criticamente.
area e di volume •La consapevolezza della possibilità di
•Conoscere la definizione operativa di descrivere in termini di trasformazioni
massa fisiche e chimiche molti eventi osservati
•Conoscere la definizione operativa di nella vita reale ed in generale
peso comprendere la rilevanza della fisica
•Conoscere il concetto di bilancio e di nella spiegazione del mondo che ci
grandezza invariante e variante circonda
•Conoscere la definizione di densità •La comprensione dell’utilità di
•Conoscere il ragionamento aritmetico alla formulare un’ipotesi e della necessità di
base delle divisioni valutarne il grado di attendibilità
•Conoscere la densità come proprietà attraverso una verifica
caratteristica delle sostanze •La comprensione del rapporto tra fatti
•Conoscere la propagazione degli errori empirici e la loro interpretazione
nelle misure indirette modellistica
•Riconoscere il significato di una legge
generale
Competenze inerenti il comportamento
•Saper collaborare con i compagni
•Saper organizzare il proprio lavoro e il proprio tempo
•Saper discutere e confrontare le proprie idee con quelle degli altri
•Saper valutare i risultati del proprio lavoro e individuarne gli errori
•Saper porre obiettivi e metodi anche in mancanza di direttive esterneMetodologia
L’insegnante avrà il ruolo di esperto e guida alla ricerca.
Dovrà favorire la curiosità per la scienza, la fantasia e la
creatività dell’allievo partendo il più possibile da un
problema. Le fasi del metodo seguito saranno il più possibile
le seguenti:
a)stimolazione mediante un problema;
b)indagine sul problema posto: osservazioni guidate e misure;
c) discussioni e lezioni dialogate sui risultati raggiunti che
conducano alla risoluzione del problema ed all’analisi sulla
validità e sui limiti della risposta.
Verifica e valutazione
La valutazione deve essere fatta a due livelli:
1)raggiungimento da parte degli allievi degli obiettivi posti dal
percorso
Strumenti: osservazione del lavoro degli studenti in classe e
in laboratorio, correzione delle relazioni di laboratorio redatte
dagli studenti, tests, esercizi e problemi per vedere quali
degli obiettivi in termini di conoscenze, competenze e
capacità sono stati raggiunti.
2)Efficacia del percorso a raggiungere gli obiettivi posti.
L’efficacia del percorso dipende dai seguenti parametri:
novità introdotta relativa a contenuti, metodi e
valutazioni;
studenti a cui è rivolto, con riguardo alle loro
capacità, aspirazioni, desiderio di apprendere;
ambiente in cui è inserito.Appunti dal corso di Laboratorio di fisica IS Liceo F. Redi Misurare lunghezze, aree, volumi e masse. Massa e volume: cosa rimane costante nelle trasformazioni? Massa e peso Dalle proprietà dei corpi alle proprietà delle sostanze: la densità. La densità e il galleggiamento
Esperienze Effettuate
Misurare lunghezze con righelli, metro Utilizzo della bilancia a bracci per la
da sarta, metro da muratore, calibro, misura della massa
strumenti ad ultrasuoni. Misura della costante elastica di una
Misura dello spessore di un foglio di molla
carta, misura dello spessore di grafite Elastici e molle
lasciato da una matita su di un foglio di
carta, misura del diametro della Luna
Misura del peso di alcuni oggetti con il
……. dinamometro
Misura dell’area delimitata da alcune
Bilance a molla e a bracci. Equilibrio tra
figure (regolari ed irregolari) tracciate forze e tra momenti
su di un foglio di carta millimetrata La massa nelle trasformazioni. La
Misura del volume del libro di fisica massa si conserva?
Misura del volume di una zolletta di
Misura della densità di solidi e di liquidi
zucchero Misura della densità dell’aria
Misura diretta ed indiretta del volume Misura della densità delle growing-
di alcuni solidi che non galleggiano sphere
Misura diretta del volume di un solido La spinta di Archimede
che galleggia Densità e galleggiamento, i densimetri
Misura del volume della sabbia I diavoletti
Misura del volume di cristalli di sale Relazioni tra misure di grandezze fisiche
Il volume nelle trasformazioni
Circa 20 esperienze - 48 ore di lezione più di 30 in laboratorioLaboratorio Come?
….. .L’osservazione è un processo in cui giochiamo una
parte intensamente attiva. Un’osservazione è una
percezione pianificata e preparata…Un’ossertvazione è sempre
preceduta da un particolare interesse, una questione un problema….
Da Karl Popper il “Gioco della Scienza”
Non come esecuzione di un serie di istruzioni per
arrivare al risultato “giusto”,
ma come situazione
che offre ampie opportunità di percezione, osservazione,
discussione, formulazione e verifica di ipotesi
Che serva a stimolare la memoria
Che possa far collegare argomenti scolastici con il mondo
esternoCome utilizzare al meglio il lavoro
di laboratorio
Attività qualitative ed osservazioni che permettono di
farsi un’idea del fenomeno in esame
Attività che vengono eseguite per mettere alla prova
ipotesi e teorie
Attività in cui si devono misurare varie grandezze fisiche
per poter conoscere un’altra grandezza fisica il cui valore
non può essere determinato direttamente
Attività aperte che hanno a che fare con il Problem
Solving in campo sperimentaleLe relazioni di laboratorio Titolo – Scopo – Materiale Utilizzato – Disegno o Foto – Raccolta dati sperimentali – Discussione degli errori commessi – Elaborazione dei dati sperimentali servendosi dei grafici – Conclusioni Inserire domande di controllo a cui i ragazzi devono rispondere: Quali sono le ipotesi fisiche che hai fatto inizialmente? Perché hai misurato certe grandezze fisiche e non altre? A cosa ti è servito il grafico che hai tracciato? …….?
Il Ruolo del Laboratorio Laboratorio Perché ? Solo quando cerchiamo di mettere in contatto la parte teorica con quella pratica della nostra preparazione cominciamo a sentire in pieno l’effetto di quella che Faraday ha chiamato l’inerzia mentale – che non è solo la difficoltà di riconoscere, negli oggetti concreti che ci stanno davanti, la relazione astratta che abbiamo appreso sui libri, ma il doloroso sforzo necessario per strappare la mente dai simboli e concentrarla sugli oggetti, e poi di nuovo dagli oggetti ai simboli ……., J.C. Maxwell
Appunti di lezione
Porre un certo numero di monetine uguali (da 5 , 10 o 20 centesimi) l’una sull’altra a formare più pile di
diversa altezza e chiedere agli studenti quante monete sono in ogni pila e quindi in totale ………….
Chiedere quale è lo spazio occupato da ogni pila di monete. Potremmo scegliere come spazio unitario
il volume di ogni moneta. Lo spazio occupato da ogni pila di monete sarà pari al numero di monete
della pila.
Chiedere quanto rame c’è in ogni pila di monete (le monete da 10 e 20 centesimi sono fatte per 89% di
rame). Potremmo scegliere come quantità unitaria ancora la quantità di rame di ogni moneta. Il rame di
ogni pila sarà dato dal numero di monete della pila.
Scegliere una scatola a forma di parallelepipedo e chiedere quanto spazio occupa ………
Proporre come esercizio per casa la misura approssimata del volume di una borsa del supermercato
…………..
Misurare il volume di un corpo significa, quindi, trovare quante volte quel corpo contiene il
campione di volume, Far riflettere sulle dimensioni del volume e sul fatto che, se si ingrandisce un solido in
modo da conservarne la forma, se le sue dimensioni lineari vengono moltiplicate per
il fattore k, allora il suo volume viene moltiplicato per il fattore k3. Proporre esercizi del
tipo: un uovo di struzzo può essere considerato, con buona approssimazione,
l’ingrandimento di un uovo di gallina. La lunghezza di un uovo di gallina sia 5 cm e il
suo volume 50 cm3. Se la lunghezza di un uovo di struzzo è 20 cm, qual è il suo
volume?
Effettuare in classe la misura del volume del libro di fisica si tratta di misurare,
utilizzando la riga o la squadra, le stesse che usano a disegno tecnico, o il metro da
sarta le dimensioni del libro (lunghezza, larghezza ed altezza)
Questa misura può essere l’occasione
per determinare la sensibilità e la portata di uno strumento di misura;
per discutere come leggere le scale graduate;
per discutere come giudicare se una tacca dell’asta metrica coincide o no con il
bordo del libro di cui si vogliono misurare le dimensioni;
per proporre di osservare con una lente di ingrandimento i bordi del libro, se ad
occhio nudo appare abbastanza regolare e continuo, come appare visto con una
lente di ingrandimento?
Per discutere come associare una incertezza assoluta alla misura delle dimensioni
del libro, nel caso di una singola misura e nel caso di misurazioni ripetute in punti
diversi del libro.
Per discutere come dalle incertezze sulla misura delle dimensioni si può valutare
l’errore sulla misura del volume.
Proporre come esercizio per casa la misura del volume di una zolletta di zucchero Proporre agli studenti la misura del volume di una certa quantità di acqua
fornendo loro più cilindri graduati di sensibilità diversa ed un recipiente graduato a
forma di cono oppure una beuta.
La misura proposta costituisce occasione per osservazioni e riflessioni:
Al contatto con le pareti la superficie libera dell’ acqua contenuta nel cilindro graduato
non è piana, ma curva. Questa superficie curva si chiama menisco. Come posso
quindi decidere quanta acqua è contenuta nel cilindro?
Le divisioni del cilindro graduato sono tutte alla stessa distanza, mentre quelle del
recipiente a forma di cono o della beuta non lo sono. Perché?
Qual è il vantaggio di costruire cilindri alti e stretti rispetto a larghi e bassi?La spinta di Archimede
……………………………………
Prendete un recipiente trasparente che contiene dell’acqua e introducete nel
recipiente un oggetto che va a fondo e chiedete ai ragazzi, una volta che
l’oggetto ha raggiunto il fondo, di dire, o scrivere, cosa hanno visto.
E’ probabile che molti studenti si limitino a dire che il corpo è andato a fondo.
Chiedete, allora, di descrivere cosa è successo all’acqua e al recipiente.
Gli studenti saranno sicuramente in grado di mettere in evidenza l’innalzamento
dell’acqua nel recipiente. Si possono puntualizzare i due fenomeni fondamentali:
l’oggetto va a fondo e il livello dell’acqua aumenta.
Si può adesso chiedere agli studenti di dare una spiegazione, in termini di
forze, del perché l’oggetto va a fondo.
Mentre l’oggetto va a fondo possiamo dire che si trova in equilibrio? Una volta
che ha raggiunto il fondo del recipiente è in equilibrio?
Si appenda adesso l’oggetto ad un dinamometro e si prenda nota del valore
indicato dal dinamometro che in questo caso coincide col peso dell’oggetto.
Si immerga completamente l’oggetto, appeso al dinamometro, nel recipiente
contenente l’acqua. Cosa si osserva?
Gli studenti dovrebbero osservare che il corpo non affonda, ma neppure galleggia: è
in equilibrio in una certa posizione all’interno del recipiente, il livello dell’acqua è
aumentato, il valore indicato dal dinamometro è diminuito. Il lavoro precedente con il
corpo appeso al dinamometro e il palmo della mano che spinge l'oggetto verso l'alto
serve anche a far comprendere che se il dinamometro segna un valore inferiore, il
peso del corpo non è diminuito.La spinta di Archimede
Perché il dinamometro segna adesso un valore minore? E’ forse diminuito il peso del
corpo?
E’ possibile fare un confronto con una situazione già sperimentata?
Gli studenti dovrebbero essere in grado di ricollegare questa situazione a quella già sperimentata
della mano che spinge l’oggetto appeso al dinamometro verso l’alto e indicare nella spinta
dell’acqua sul corpo, verso l’alto, la causa della diminuzione del valore indicato dal dinamometro.
In quale direzione è diretta la forza (spinta), dell’acqua sul corpo? Quanto vale?
Questa situazione è già stata affrontata e gli studenti dovrebbero essere in grado, in analogia a
quanto fatto in precedenza, di ricavare la forza in questione. Si preferisce parlare di forza di
spinta, piuttosto che di sola spinta, per non creare confusione ai ragazzi con una varietà di
termini diversi che indicano pur sempre una forza.
Ripetere l’esperienza usando altri liquidi: alcool, olio, glicerina. Confrontare questa
situazione con il caso in cui il liquido era acqua. Può essere utile costruire una tabella che
riporti il tipo di liquido usato, il volume di liquido spostato e la forza applicata al corpo dal
liquido
Dai confronti effettuati emerge la costanza del volume spostato; la spinta sul corpo
varia in intensità a seconda del liquido utilizzato.
Perché, in tutti i casi analizzati, il volume del liquido spostato è sempre lo stesso?
Questa domanda dà la possibilità di riprendere le considerazioni fatte nel percorso relativo alla
determinazione del volume di solidi irregolari. Gli studenti dovrebbero essere in grado di indicare
nel volume spostato il volume dell’oggetto immerso …………………………….Laboratorio di modellizzazione
PLS – SienaLaboratorio di modellizzazione
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PLS – SienaC. CONCLUSIONI:
LA CAPACITÀ DI PREDIRE IL
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