TFA/PAS 2015

sulle misconcezioni ...

Sulle conoscenze di senso comune

modalità di elaborazione delle conoscenze scientifiche

modelli di concettualizzazione

rielaborazione e riorganizzazione dei saperi

costruzione della conoscenza e ruolo dell’insegnamento

alunno con prerequisiti disciplinari di senso comune caratterizzati da

regole

coerenze

campi di intervento e validità

centralità del linguaggio

condivisione/rifiuto di componenti scientifiche

La formazione dello “spirito scientifico”

Nell’educare, la nozione di ostacolo epistemologico è misconosciuta. Spesso mi ha colpito il fatto che i professori di scienze – più ancora di altri, se ciò è possibile – non comprendono il fatto che si possa non comprendere. I professori di scienze immaginano che lo spirito cominci come una lezione, che si possa sempre correggere un’attitudine indifferente ripetendo una classe, e che si possa far comprendere una dimostrazione ripetendola punto per punto. Non hanno ancora riflettuto al fatto che l’adolescente arriva alle lezioni di fisica con delle conoscenze empiriche già costituite: si tratta, allora, non di acquisire una cultura sperimentale, bensì di cambiare la cultura sperimentale, rovesciando gli ostacoli già accumulati nella vita quotidiana.

Bachelard, La formation de l’esprit scientifique, 1938

Origine della conoscenza scientifica…

… dalla conoscenza di senso comune, con la progressiva e costante sostituzione del “conoscere per fare” con il “fare per conoscere”.

Il senso comune descrive bene il reale, ma non lo spiega (perché è complesso);

la conoscenza scientifica privilegia semplicità, coerenza e generalizzabilità per porzioni di realtà più circoscritte e limitate.

Conflittualità fra le conoscenze di senso comune e scientifica

“La conoscenza scientifica è sempre più lontana dalla complessità della vita quotidiana: non serve conoscere la termodinamica del motore a scoppio per guidare una macchina. D’altra parte, la scienza capace di progettare centrali nucleari e shuttle spaziali ha difficoltà a spiegare l’equilibrio di una bicicletta, fatto alla portata di ogni bambino.”

Meyer, 1990

Inoltre la scienza

“da un lato è per definizione democratica, universalistica, aperta alla verifica ed al controllo di tutti. Ma per altro verso la scienza è altra cosa dalla pratica dell’uomo comune. E’, per definizione, separata, anzi postula la netta separazione tra teoria e pratica, affida il controllo ad esperti competenti, escludendo perciò totalmente il controllo democratico ed universale dell’uomo comune”

Mazzonis e Cini, 1981

Realtà della conoscenza di senso comune legata a …

Fattori di percezione (come i sensi percepiscono forza, movimento, equilibrio, velocità …)

Il linguaggio (e la sua evoluzione storica: calore, peso, energia come “parole”)

Informazioni esterne (scolastiche ed extrascolastiche).

Fisica “intuitiva”

Impeto: antico o moderno ?

... ogni cosa mossa con furia seguiterà per l’aria la linia del movimento del suo motore. Se quello che muove la cosa in circulo, s’ella fia lasciata in quel moto, il moto suo fia curvo ... Impeto = quantità di

moto?

MISCONCEZIONI in METEOROLOGIA

Be very, very careful what you put into that head, because you will never, ever get it out.

Thomas Cardinal Wolsey (1471-1530)

•nuvole, umidità e spugne

•pioggia e gioccioline

•effetto serra e radiazione

•il gabinetto di Coriolis

•la luna fredda

•i lampi di calore

•le date delle stagioni

La PRESSIONE?

L'atmosfera, quest'ultima risulta formata da un miscuglio di aria contenente gas di varia natura che, venendo attratti verso il centro della Terra dalla forza di gravità ,esercitano sulla superficie di quest'ultima, una Pressione, che chiameremo "Pressione Atmosferica"; la Pressione Atmosferica quindi , è "la colonna d'aria che gravita sulla superficie terreste unitaria al livello del mare (quota 0)."

http://www.sqtradiometeo.it/

Sulle nuvoleLe nuvole si formano quando l’aria si raffredda perché l’aria fredda non può contenere (hold) vapore come l’aria calda

quando l’aria umida si raffredda si posso formare nubi (molto meglio)

Le spiegazioni “universali” dell’aria satura e della spugna valgono come 19/95=1/5 per avere semplificato la cifra 9!

La storiella dello spazio ridotto fra le molecole e l’effetto “spugna”

Sulle nuvoleIl rateo fra evaporazione e condensazione è ciò che conta.

Le vere dipendenze del rateo di evaporazione:

Fasi (più rapida evaporazione dal liquido che dal solido)

Forma del contorno (più rapida evaporazione da piccole curvature convesse)

Purezza (impurità possono ridurre la rapidità di evaporazione)

Temperatura (ad alta temperatura le molecole hanno più energia)

Le spiegazioni “universali” dell’aria satura e della spugna valgono come 16/64=1/4 per avere semplificato la cifra 6!

Gocce di pioggia lacrimose

La cultura della tradizione grafica: ma le gocce “vere” come sono fatte?

Gocce di pioggia lacrimose

La cultura della tradizione grafica: ma le gocce “vere” come sono fatte?

Evidenze sperimentali:

•Fotografiche

•Teoriche

•Indirette (arcobaleno, radar)

Gocce di pioggia lacrimose

Precipitazioni e leggi fisiche: Newton e la ( i n ) d i p e n d e n z a d a l l a m a s s a : a n c o r a l e misconcezioni!

Eppure le osservazioni sono semplici:

pioggia e pioviggine

La velocità limite, l’attrito, la legge di Stokes …

L’effetto serra

L’effetto serraDal sito “nonsoloaria” (o soloaria?), www.nonsoloaria.com

Il processo serra consiste in un riscaldamento del pianeta per effetto dell’azione dei cosiddetti gas serra, composti presenti nell’aria a concentrazioni relativamente basse (anidride carbonica, vapor acqueo, metano, ecc.). I gas serra permettono alle radiazioni solari di passare attraverso l’atmosfera mentre ostacolano il passaggio verso lo spazio di parte delle radiazioni infrarosse provenienti dalla superficie della Terra e dalla bassa atmosfera (il calore riemesso); in pratica si comportano come i vetri di una serra e favoriscono la regolazione ed il mantenimento della temperatura terrestre ai valori odierni.

L’energia ricevuta complessivamente dalla superficie terrestre e dalla troposfera viene poi riemessa sottoforma di energia termica come raggi infrarossi. Alcune sostanze presenti in atmosfera (i gas serra) assorbono gran parte di questa radiazione per poi reirradiarla in tutte le direzioni. Circa il 6% di questa energia si perde nello spazio, parte viene riassorbita nuovamente dai composti atmosferici, mentre la quantità maggiore dell’energia viene reirradiata verso la terra, riscaldandola. I gas serra agiscono così come i vetri di una serra: fanno passare la luce solare e trattengono il calore.

L’effetto serra

La terra è continuamente colpita dalla radiazione elettromagnetica emessa dal sole, parte di questa radiazione viene assorbita dall'atmosfera terrestre ma la grande maggioranza colpisce la crosta terrestre. Di questa radiazione parte viene assorbita dalla superficie, parte è riflessa come radiazione luminosa di varia frequenza (è per questo che noi vediamo le cose con i rispettivi colori) e parte viene riflessa come radiazione a lunghezza d'onda maggiore (tipicamente infrarossi). Sono proprio questi infrarossi che generano l'effetto serra: l'atmosfera (come il vetro di una serra) è quasi completamente trasparente alla luce visibile ma è estremamente opaca alla radiazione infrarossa pertanto gli infrarossi riflessi dalla superficie non "scappano" nello spazio ma restano racchiusi tra la superficie e gli strati alti dell'atmosfera (come in una serra dove sono intrappolati sotto i vetri).

L’effetto serra

La superficie del globo terrestre è più calda di quanto sarebbe in assenza di atmosfera perché riceve energia da due sorgenti: il Sole e l’atmosfera (e non solo dal Sole)

Entrambe le sorgenti emettono perché sono ad una temperatura finita

La Terra riceve circa il doppio di energia dall’atmosfera di quanto ne riceve dal Sole.

L’effetto serraL’effetto serra è una “buona cosa”? Si, se si apprezza la vita L’atmosfera (o qualunque “gas serra”) agiscono come una coperta? E’ una povera metafora. Le coperte servono a sopprimere la convezione, l’atmosfera fa in modo di renderla possibile! L’atmosfera intrappola la radiazione? No, l’atmosfera assorbe la radiazione emessa dalla Terra. In seguito al suo assorbimento, la radiazione cessa di esistere ed è trasformata in energia interna e cinetica delle molecole. Come si fa ad intrappolare qualcosa che non c’è?

L’atmosfera re-irradia? E’ vero che l’atmosfera assorbe la radiazione terrestre ma non la irradia di nuovo: irradia perché ha una temperatura finita, non è un serbatoio di radiazione! La radiazione assorbita e quella emessa non solo la stessa, hanno anche uno spettro completamente diverso. E non si può nemmeno parlare di riflessione della radiazione!

L’effetto serra

L’atmosfera intrappola calore nella produzione dell’effetto serra?

Niente affatto: con la stessa rapidità con la quale l’atmosfera assorbe energia termica essa lo perde. Se ci fosse intrappolamento o ritenzione di energia, la temperatura dovrebbe continuamente salire!

Dunque, l’atmosfera si comporta come una serra o no?

Il nome “serra” è in realtà sfortunato. In una serra il meccanismo principale per mantenere l’aria calda è quello della soppressione della convezione (dall’interno all’esterno della serra). Una vera serra agisce come una coperta che evita a bolle di aria tiepida di fuggire dalla superficie. Nemmeno il paragone con il surriscaldamento in una macchina chiusa durante l’estate regge, perché anche questo è causato dalla soppressione della convezione.

Coriolis a sproposito

Coriolis a sproposito•La forza di Coriolis in effetti influenza vortici che durano a lungo

•La forza di Coriolis è veramente piccola quando agisce su scale temporali “locali” (i pneumatici di un’automobile, il CD che ruota, il lavandino che si svuota)

•La direzione di svuotamento è determinata da altri fattori (dal modo di riempimento, da vortici locali, dalle pareti del contenitore)

•E’ possibile evidenziare la rotazione terrestre dal verso di svuotamento di un contenitore usando particolari accorgimenti

•Perché insegnanti e libri di testo insistono ad affermare ciò che non accade in realtà?

•La trappola per turisti all’equatore

•Altri effetti connessi: la pietra Celtica, i riccioli, i cani che si accucciano …