UNIVERSITA’ DEGLI STUDI DI PALERMO FACOLTA’ DI SCIENZE DELLA FORMAZIONE CORSO IN SCIENZE DELLA FORMAZIONE PRIMARIA

INDIRIZZO PRIMARIA

TESI DI LAUREA

Candidata: Relatore: Rosaria Orestano Prof. Matr. 0432690 Claudio Fazio

A. A. 2005\2006

2

Alla mia famiglia, Al mio amore,

Al mio caro nonno…..

3

Un caloroso ringraziamento al mio relatore

prof. Claudio Fazio, per l’aiuto e la

collaborazione prestati.

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“ Fu a causa del senso di meraviglia che gli uomini iniziarono

a filosofeggiare; inizialmente si meravigliarono dinanzi alle

difficoltà ovvie, quindi avanzarono un passo alla volta e si

confrontarono con le difficoltà poste da argomenti più grandi,

ad esempio dei fenomeni della Luna e da quelli del Sole e delle

Stelle, e dalla formazione dell’Universo.

L’uomo che è dubbioso e meraviglioso si ritiene

ignorante…….quindi poiché filosofava per sfuggire

all’ignoranza, evidentemente cercava la conoscenza fine a se

stessa e non per alcun fine utilitaristico”.

( Aristotele, Metafisica II. 2 )

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INDICE

Introduzione 7 I. Insegnare fisica nella scuola primaria 9 1.1 La fisica 10 1.2 La didattica 11 II. Insegnamento delle discipline scientifiche 18 2.1 Didattica: un problema complesso 19 2.2 Insegnamento/apprendimento: 21 riferimenti per un docente di fisica 2.3 Conoscenza comune/conoscenza scientifica 31 2.4 Il problema del cambiamento concettuale 35 2.5 Il ruolo del laboratorio nella fisica e nel suo 41 insegnamento/apprendimento. III. L’uso delle nuove tecnologie informatiche nella didattica 45 IV. Calore, temperatura e passaggi di stato 53 4.1 Calore e temperatura 53 4.1.1 La propagazione del calore 56 4.2 I cambiamenti di stato 58 V. Il percorso didattico 62 VI. La sperimentazione 105

6

VII. Trascritti delle discussioni degli alunni durante il 168 brainstorming e durante le fasi di lavoro VIII. Conclusione 174 Bibliografia 176

7

INTRODUZIONE

La scelta dell’ argomento di questo lavoro di tesi è stata dettata dal

desiderio di rendere nota l’importanza della fisionomia didattica delle

discipline scientifiche.

Nei suoi tratti fondamentali questa tesi vuole dare un contributo al

superamento di alcune difficoltà che si incontrano nell’insegnamento e

nell’apprendimento della disciplina e alla risposta alle esigenze pressanti

di un aggiornamento nell’approccio ai metodi e ai contenuti delle

discipline scientifiche.

Per raggiungere tali obiettivi ho operato in tre direzioni:

1) Presentare le nozioni fondamentali e le conoscenze specifiche

della fisica secondo un linguaggio piano e accessibile;

2) Puntare su una esposizione molto agile ed essenziale, pur nel

rispetto del rigore e della completezza delle informazioni;

3) È stato dato ampio spazio alla descrizione dei procedimenti del

metodo sperimentale e degli schemi di pensiero caratteristici del

sapere fisico. La scelta di sottolineare l’aspetto metodologico ed

epistemologico della disciplina si fonda in particolare su due

condizioni:

Che il compito primario dell’insegnamento della fisica sia

quello di insegnare agli alunni a padroneggiare le operazioni

mentali, le procedure logiche, le abilità necessarie per la

manipolazione delle apparecchiature di laboratorio semplici

o sofisticate, sulle quali si basa il sapere fisico;

Che lo studio delle procedure di costruzione delle

conoscenze fisiche svolga un ruolo didattico importante,

facilitando i processi di apprendimento.

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Presento, naturalmente,un percorso didattico che è stato costruito

seguendo le tappe di un rigoroso e razionale itinerario didattico.

Tale percorso vuol essere una traccia di lavoro, che è parso lecito

consigliare perché ha dimostrato la sua efficacia durante la

sperimentazione svolta come parte integrante di questo lavoro di tesi.

9

CAPITOLO 1

INSEGNARE FISICA NELLA SCUOLA PRIMARIA

La fisica è una scienza sperimentale, educare alla fisica significa,

dunque, sviluppare conoscenza e comprensione delle leggi fisiche

ma anche capacità osservative e operative e, comportamenti e

attitudini scientifiche. Questo è il motivo per cui conviene iniziare

l’educazione alle scienze sperimentali in età precoce, perché

comportamenti, attitudini, capacità osservative e operative si sviluppano

gradualmente e tanto meglio quanto prima si inizia.

Per sviluppare tali comportamenti e capacità nella scuola primaria, non

conviene proporre un curriculum di fisica in senso stretto, ma bisogna

presentare alcuni esempi emblematici scelti con i seguenti criteri:

sono significativi per la disciplina in sé (aiutano a riflettere su nodi

concettuali fondamentali);

sono significativi per l’avvio all’educazione scientifica nella scuola

primaria;

sono accessibili a livello di scuola primaria e legati a fenomeni

della vita quotidiana;

comportano esperimenti di facile realizzazione che fanno uso di

materiale “povero”;

si prestano a un esame degli aspetti principali da tener presente

nell’introduzione di esperienze didattiche di fisica nella scuola

primaria;

utilizzano i nuovi strumenti informatici che semplificano i processi

di misura e analisi dati, e favoriscono la partecipazione attiva dei

bambini.

10

Tutte le attività devono essere scelte da fenomeni della vita quotidiana e

si devono basare sull’uso di oggetti comuni. Si deve privilegiare l’uso di

materiale povero e di facile reperibilità, e sviluppare aspetti fisici

interessanti per i bambini e di chiara interpretazione.

La Fisica e la Didattica saranno perciò i due aspetti di cui si terrà conto

per la preparazione di docenti che insegneranno fisica nella scuola

primaria.

1.1 LA FISICA

I temi di fisica riguardano tradizionalmente i seguenti argomenti:

le dimensioni delle cose: lunghezza, superficie, volume, massa

le forze

l’energia

i fluidi

temperatura e calore (l’argomento che verrà sviluppato in

questa tesi)

la luce

elettricità

magnetismo

In ogni lezione conviene partire dalla descrizione/presentazione di un

fenomeno o di un oggetto (preferibilmente un gioco, un giocattolo, una

gara, una cosa della vita quotidiana) e se ne discuteranno gli aspetti

fisici, cioè quali concetti di fisica si possono imparare o approfondire

esaminando quel fenomeno o quell’oggetto. Non bisogna discutere tutti i

possibili aspetti fisici riguardanti un certo tema, ma solo i nodi

concettuali accessibili ai bambini di scuola primaria.

Per facilitare l’organizzazione mentale, i concetti fisici possono essere

raggruppati sotto certe “etichette” e tutte le etichette che riguardano un

certo tema verranno raggruppate a loro volta in un “occhiello” riportato

11

alla fine della discussione di ogni tema: guardando l’occhiello, dovrebbe

essere possibile ricostruire rapidamente la mappa concettuale relativa a

quel tema, un po’ come avviene per l’occhiello di un giornale, che attira

l’attenzione alle notizie principali.

È molto importante che, prima di affrontare un certo tema con i suoi

allievi, l’insegnante abbia capito con sicurezza i concetti fisici legati a

quel tema e li abbia mentalmente ben organizzati nella sua mente.

Infatti, anche se non dovrà mai forzare sui suoi allievi delle spiegazioni astratte della fisica dei fenomeni, ma rispettare il più possibile lo

sviluppo autonomo e graduale delle conoscenze, l’insegnante deve conoscere al meglio delle sue possibilità la fisica di ciò che si sta

esaminando, sia per aver chiaro il punto di arrivo a cui vuole giungere

alla fine di tutto il percorso, sia per poter guidare gradualmente gli allievi

alla meta.

1.2 LA DIDATTICA

Aver individuato una bella attività, ricca di aspetti fisici interessanti, può

essere completamente inutile se non se ne sanno sfruttare le potenzialità

didattiche.

L’analisi di tali potenzialità deve essere fatta specificamente per ogni

attività, facendo riferimento soprattutto agli aspetti di fisica evidenziati nei

punti dell’occhiello.

Per evitare oscillazioni nell’impostazione didattica da un’attività all’altra, è

necessario avere in mente un quadro generale, che miri allo sviluppo

dell’intelligenza, cercando di sfruttare in questo senso le valenze

specifiche della singola attività. Esistono vari modelli sulle fasi dello

sviluppo dell’intelligenza; seguendo il modello di Binet - Guilford, che è

ben adatto alle attività di tipo scientifico, le valenze nei riguardi dello

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sviluppo dell’intelligenza possono essere raggruppate in quattro fasi

principali:

• conoscenza e memoria: nell’attività si deve far emergere ciò che i

bambini già sanno, per esperienze di vita quotidiana, sul tema che

si affronta. È infatti noto, dagli studi psicologici, che le nuove

conoscenze si acquisiscono non si dimenticano (cioè vanno a far

parte della “memoria di lunga durata”) solo se sono ben raccordate

alla memoria con le conoscenze precedenti. È quindi molto

importante un buon attacco all’attività: non iniziare mai

imponendo un punto di vista o un procedimento che risulti estraneo

alla classe, non dare “spiegazioni” astratte, ma far emergere il tutto

dagli interessi dei bambini, dalle circostanze, dalla vita quotidiana

di scuola o di casa, cioè dal contesto della classe;

• pensiero divergente: l’attività deve stimolare sia la scoperta di

nuovi modi per risolvere problemi, che l’esplorazione di cose

nuove. In questo senso, giochi, giocattoli e gare sono molto utili,

perché spingono emotivamente i bambini a trovare nuove strategie

per migliorare le prestazioni. Fa parte dello sviluppo del pensiero

divergente anche l’uso di parole nuove o di modi nuovi di

descrivere o raffigurare;

• pensiero convergente: le attività devono avere momenti di

analisi, di sistematizzazione delle conoscenze, di misura, di

esecuzione di operazioni matematiche, di rappresentazione

corretta dei dati rilevati o dell’attività svolta anche attraverso

disegni, parole, grafici. È una fase importante perché riguarda lo

sviluppo di tutta una serie di abilità operative, logiche ed

espressive che sono essenziali per l’effettiva acquisizione delle

nuove conoscenze;

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• pensiero critico: l’attività deve sviluppare la capacità di riflettere

sugli aspetti cruciali, su ciò che funziona e su ciò che può essere

migliorato e soprattutto deve portare a confrontare le nuove

conoscenze acquisite con ciò che si sapeva già, in modo da essere

da stimolo per la proposta e lo sviluppo di nuove attività che

mettano alla prova la validità di quanto espresso.

Gli aspetti didattici principali, che dovranno essere tenuti presenti

nell’introduzione di ogni proposta didattica, possono essere raggruppati

sotto le seguenti voci:

a. il contesto: con cui si intende

- l’ambito generale in cui si inserisce l’attività.

Anzitutto l’età degli allievi, il livello della classe, le

altre discipline, l’ambiente sociale e infine la

verticalità, cioè il collegamento con ciò che viene

prima (scuola dell’infanzia, oppure scuola primaria) e

ciò che seguirà (scuola secondaria di primo grado,

oppure scuola secondaria superiore, università),

- la situazione specifica, cioè gli interessi della classe

in quel particolare momento, le attività quotidiane di

casa e di scuola, che sono importanti, come spiegato

sopra, per evitare un distacco artificioso fra la “scienza”

che si fa a scuola e la vita quotidiana, con tutto il suo

bagaglio di conoscenze già acquisito dal bambino;

b. gli obiettivi: un elenco dettagliato che includa tutti i possibili

obiettivi generali è spesso inutile, perché diventa generico

(l’esperienza insegna che elencare più di tre-quattro obiettivi

è come non elencarne nessuno, perché spesso si

sovrappongono o risultano in antitesi). È invece essenziale

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aver presente in grandi linee quali sono le potenzialità

specifiche dell’attività che si propone ai bambini,

individuandone le valenze nei riguardi

- della fisica implicita o esplicita dell’attività, evidenziata

nei punti degli occhielli,

- delle fasi dello sviluppo dell’intelligenza sopra descritte,

- dello sviluppo delle abilità a diversi livelli (operativo,

logico, espressivo);

c. le modalità di conduzione: ogni esperimento, anche il più

banale, va accuratamente provato prima, vanno preparati i

materiali (scelti o costruiti con oggetti di uso comune e con

particolare attenzione alla sicurezza dei bambini), va

pensato in dettaglio il modo in cui lo si condurrà in classe

(singolarmente, con lavoro di gruppo, ecc.), l’inserimento

nelle attività della classe, il linguaggio da usare, in

particolare nei casi in cui i termini “scientifici” si discostano da

quelli del linguaggio comune, anche se va evitato di

“ingessare” l’esperimento, senza lasciare più alcuno spazio

alla fantasia e all’intuizione dei bambini, alla esplorazione di

vie non previste, ecc.. Verranno discusse, durante il corso,

alcune modalità di conduzione (che possono andare dalla

“scheda di lavoro”, alla “scoperta”, al gioco, al “fai da te”, alla

sollecitazione o all’attacco, ecc.);

d. il quaderno di laboratorio: con questo termine si intende in

senso stretto la raccolta delle relazioni che l’allievo fa

dell’attività svolta. A un vero e proprio quaderno di laboratorio

strutturato (contenente la descrizione del lavoro, la

presentazione dei dati e degli eventuali grafici, la discussione

dei risultati, ecc.) si giungerà solo probabilmente con i

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ragazzi di scuola secondaria superiore, ma è importante

abituare i bambini fin dall’inizio a documentare, in modo

sistematico, il lavoro svolto. Per i bambini di scuola primaria,

si ricorrerà a disegni, semplici “pensierini” o brevi riassunti,

per la scuola dell’infanzia la “documentazione” del lavoro

potrebbe consistere nelle chiacchierate che i maestri amano

chiamare “tappeto”, in cui i bambini, seduti per terra su un

tappeto, discutono liberamente dell’attività appena svolta.

Anche l’insegnante deve tenere un suo “quaderno di

laboratorio”, per avere una documentazione del proprio

lavoro, che gli permetterà, in futuro, di ripetere le esperienze

riuscite, migliorandole e arricchendole, evitando di riproporre

quelle che si sono rivelate problematiche. Nel quaderno

annoterà in particolare:

- tutte le fasi della preparazione dell’attività (obiettivi

specifici, scelta dei materiali, risultati di tutte le prove

eseguite, aspetti critici riscontrati durante le prove,

aspetti importanti da tenere presenti nella

valutazione del lavoro dei bambini);

- durante la fase di conduzione, le eventuali difficoltà

o aspetti positivi riscontrati, gli interventi

particolarmente significativi degli allievi;

- una autoanalisi, anche brevissima, con riflessioni

utili sull’attività condotta.

In questo quaderno i docenti così come gli allievi devono:

- numerare tutte le pagine;

- lasciare la prima pagina vuota in cui si scriverà

l’indice dei contenuti man mano che va riempito, con

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riferimento alla pagina a cui inizia un certo argomento

ritenuto importante;

- iniziare ogni nuova registrazione scrivendo data e

“titolo” del tema trattato;

- riportare tutte le misure, gli schemi, i grafici o tabelle,

i passaggi intermedi, insomma tutto ciò che può

servire in futuro per ricostruire e ricordare quanto

fatto;

- non cancellare mai e non strappare fogli perché

“sbagliati”: anche gli sbagli fanno parte

dell’esperienza, anzi sono preziosi perché

permettono di ricordare errori che non dovranno più

essere ripetuti. L’importante non è “non sbagliare”,

ma accorgersi degli errori e imparare a correggerli. Si

possono barrare perciò le cose sbagliate con una

croce, indicando eventualmente dove stava l’errore

se non è evidente (la stessa cosa i docenti devono

insegnarla ai bambini).

A ogni argomento vanno associati esercizi,che hanno lo

scopo di

aiutare gli insegnanti a verificare se sono stati compresi i

concetti di fisica e a costruire su questi un intervento

didattico. Gli esercizi vanno svolti per intero e in modo

dettagliato sul quaderno di laboratorio e i punti principali

vanno sintetizzati in una “scheda”. Una scheda-tipo riguarda

esercizi in cui è richiesta sia la descrizione della fisica sia

dell’intervento didattico, un’altra più semplice, riguarda

esercizi in cui è richiesta la sola parte di fisica. In alcuni

esercizi si suggerisce di costruire degli oggetti: è importante

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cimentarsi nella costruzione di oggetti o piccoli esperimenti,

perché molte cose si imparano, o si imparano in modo

diverso, solo costruendo in prima persona.

e. la valutazione: deve essere pensata prima di svolgere le

attività, almeno a grandi linee, sia perché deve servire

come “griglia di analisi” in itinere, sia per verificare se gli

obiettivi proposti sono effettivamente raggiungibili. La

valutazione non deve essere generica, ma puntuale e

specifica, mirata cioè a verificare l’ acquisizione dei

concetti fisici specifici di quella attività e lo sviluppo di

specifiche abilità.

Riassumendo gli aspetti didattici importanti sono:

1. il contesto: - elementi di carattere generale (classe, scuola, ambiente) - elementi specifici (situazione contingente, interessi della classe,

“modalità di attacco”) 2. gli obiettivi:

- riguardanti lo sviluppo dell’intelligenza, nelle quattro fasi della conoscenza e memoria, del pensiero divergente, del pensiero convergente, e del pensiero critico

- riguardanti lo sviluppo delle abilità a livello operativo, logico, espressivo

3. le modalità di conduzione 4. il quaderno di laboratorio 5. la valutazione

18

CAPITOLO 2

INSEGNAMENTO DELLE DISCIPLINE SCIENTIFICHE

Nella nostra società, fortemente dipendente dai risultati della scienza e

della tecnica, sopravvivono numerose superstizioni e credenze prive di

fondamento, che spesso vengono presentate come fatti reali e

contrapposte alla scienza ufficiale.

La scuola dovrebbe intervenire fornendo agli allievi adeguati strumenti

concettuali e sufficiente senso critico per permettere loro di riconoscere

ed evitare le dilaganti pseudoscienze ( magia, astrologia, ufologia….),

che alimentano facili illusioni creando, spesso, una grave dipendenza

psicologica.

L’istruzione scientifica nelle scuole italiane è fortemente carente.

L’insegnamento di queste discipline è troppo spesso improntato a un

nozionismo che privilegia i contenuti a discapito del metodo.

Frequentemente i contenuti disciplinari assumono l’aspetto di lunghi

elenchi di risposte, senza che lo studente abbia chiaro quali siano le

domande cui esse si riferiscono.

È fuori dubbio che la scienza rappresenta la più alta espressione del

pensiero razionale. Far comprendere a fondo agli studenti il modo in cui

la scienza opera è sicuramente un efficace mezzo per educare alla

razionalità.

Nella scienza è indispensabile un continuo confronto dialettico, reso

possibile da una libera circolazione delle idee, e al suo interno non vale

nessun principio di autorità.

L’educazione al pensiero razionale dovrebbe essere l’obiettivo prioritario

della scuola e le discipline scientifiche possono giocare in questo un

ruolo fondamentale.

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2.1 DIDATTICA: UN PROBLEMA COMPLESSO

La formazione degli insegnanti di scuola secondaria avviene in ambito

universitario attraverso scuole di specializzazione post-laurea della

durata di due anni, poiché si riconosce che ogni disciplina presenta

problemi didattici particolari dovuti allo stesso contesto disciplinare.

Il problema dell’insegnare non è un problema semplice ne un problema

complicato suddivisibile in problemi semplici, ma un problema

complesso difficilmente scomponibile. Basti infatti pensare in quanti

contesti di conoscenza esso è inserito e come tali contesti siano

intrecciati.

La parola “insegnare” indica l’azione esplicita di una persona (il docente)

per la comunicazione di un argomento ad altre persone (i discenti)

finalizzata alla acquisizione di tale comunicazione (l’apprendimento).

Nel contesto naturale e sociale della vita quotidiana è presente una

didattica extrascolare, in particolare quella prescolare, in cui i genitori

sono i docenti, i figli i discenti e l’argomento dell’insegnamento \

apprendimento è tutto ciò che è necessario a vivere.

Il compito di un insegnante come qualifica professionale è quello

dell’esercizio di tale azione in un particolare ambiente sociale, la scuola,

istituzionalmente delegato a fornire ai cittadini competenze culturali. La

scuola è un ambiente con le sue regole, la sua storia, la sua comunità

sociale, immerso nell’ambiente sociale più vasto del paese. Le

problematiche didattiche devono dunque essere viste nel quadro

complessivo schematizzato in figura 1. In questa figura sono stati

individuati i due attori (nel senso di operatori di azione) dell’attività

didattica, il docente e gli studenti in relazione all’argomento della

comunicazione, e i contesti da tenere presente come riferimenti al

contorno (il contesto sociale e naturale del paese, la scuola e il contesto

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scientifico dell’argomento oltre ai contesti psicopedagogico,

comunicativo ed epistemologico).

contesto naturale contesto e sociale contesto pedagogico docente epistemologico e comunicativo

1 2 studente argomento

3

contesto scuola contesto scientifico Figura 1 Questo quadro permette di porre in evidenza i saperi necessari alla

pratica didattica.

Ovviamente vi è il sapere sull’argomento e sul suo contesto scientifico,

ma oltre a questo sono necessari saperi sugli altri due contesti, la scuola

e l’ambiente naturale e sociale.

Ma ciò non è sufficiente in quanto sono necessari anche saperi sulle

tecniche di comunicazione, sugli strumenti didattici attualmente

disponibili e sulle caratteristiche cognitive e psicologiche degli esseri

umani che si trovano a porsi in relazione didattica.

21

2.2 INSEGNAMENTO \ APPRENDIMENTO:

RIFERIMENTI PER UN DOCENTE DI FISICA

Un docente di fisica ha il compito professionale di insegnare agli studenti

ad osservare la realtà naturale, affinché essi possono interpretarla e

comprenderla.

Insegnamento \ apprendimento sono due aspetti dell’attività

professionale di un insegnante: questi due aspetti tuttavia, non vengono

usualmente viste, nella prassi didattica, come parti della competenza del

docente ma considerate come compiti separati, l’uno (l’insegnamento)

compito del docente e l’altro (l’apprendimento) compito degli studenti.

Per esperienza sappiamo che si può cercare di insegnare qualcosa

senza riuscire a farla imparare, mentre si impara anche quando non vi è

una particolare persona che ci insegna qualcosa, come l’imparare

dall’esperienza, dagli sbagli, guardando la TV, leggendo un libro.

Quest’ultimo modo di apprendere è un’esperienza personale su cui in

genere non si riflette: succede, è parte del vivere. D’altra parte gli

insuccessi di eventuali tentativi di insegnamento non vengono

normalmente attribuiti a possibili carenze nella pratica dell’insegnamento

ma piuttosto a carenze nel discente o nel suo atteggiamento. Nella

scuola si stabilisce tuttavia una relazione tra le due attività ponendone

una (l’apprendimento) come fine dell’altra (l’insegnamento).

Per capire se tale relazione, di tipo istituzionale, abbia delle implicazioni

sull’esercizio della pratica dell’insegnare è opportuno analizzare in

dettaglio il fine dell’insegnamento, ovvero l’apprendimento legato ai

processi di acquisizione e di crescita della conoscenza di un essere

umano.

I due processi non sono necessariamente coincidenti in quanto si può

acquisire conoscenza e successivamente perderla o mantenerla in

memoria, e solo in questo caso si ha crescita. Gli orientamenti teorici in

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ambito psicologico hanno studiato meccanismi e processi di

apprendimento alla luce di una teoria cognitivista generale che

considera l’uomo come un soggetto che sceglie, immagazzina, elabora,

trasforma recupera l’informazione proveniente dall’ambiente naturale e

sociale in cui è immerso.

A partire dalla teorizzazione di Piaget l’essere umano è considerato un

soggetto attivo nella costruzione della propria conoscenza e

l’apprendimento è visto come la compatibilità tra le conoscenze

preesistenti del soggetto e le informazioni provenienti dall’ambiente

naturale e sociale.

Il modello di riferimento è un modello biologico di adattamento

dell’individuo all’ambiente, adattamento che si articola nelle funzioni

cognitive assimilazione e accomodamento.

L’assimilazione corrisponde all’incorporazione negli schemi concettuali

del soggetto, di informazioni provenienti dall’ambiente che siano

compatibili con gli schemi stessi.

L’accomodamento corrisponde a trasformazioni degli schemi generate

dalla necessità di tenere conto di informazioni in qualche modo

incompatibili con lo schema mentale iniziale.

Il ruolo attivo del soggetto nella costruzione della propria conoscenza e

la distinzione tra i processi di assimilazione e accomodamento vengono

successivamente ripresi nell’ambito delle problematiche di ricerca della

didattica delle scienze sperimentali per tentare di trovare una

spiegazione della persistenza e della tipologia degli errori di

comprensione degli studenti.

Si è così sviluppato il modello costruttivista dell’apprendimento

(Glasersfeld 1989) che oggi, in versioni più o meno forti, domina il

quadro delle ricerche relative all’apprendimento di concetti scientifici.

23

Pertanto è importante, per un insegnante di scienze, conoscere le linee

generali di tale modello.

Il processo di costruzione di un essere umano inizia fin dalla nascita, con

esso ogni individuo raccoglie esperienze e informazioni dalla comunità

sociale in cui vive e le organizza in schemi, modelli di realtà il cui fine è

quello di fornire capacità di interazione con l’ambiente rispetto al vivere

quotidiano.

Ciascuno, quindi, acquisisce nel corso degli anni diversi livelli di

conoscenza comune che mantengono una stabilità finchè non vengono

messe in crisi da nuove esperienze o nuove informazioni, crisi, che

richiede una riorganizzazione degli schemi di conoscenza.

Nel corso degli anni si raggiungono diversi livelli di conoscenza nei

diversi campi. Così un fisico avrà un livello alto di conoscenza nel campo

della fisica, ma potrà avere livelli bassi o di senso comuni in altri campi,

così come un medico……, un biologo……

Più l’ambiente è ricco di esperienze e informazioni, più stimolerà il

processo di crescita di un individuo. L’esaurimento delle risorse

ambientali, dunque, porta ad un livello di saturazione delle capacità di

crescita del soggetto.

In parole povere la conoscenza viene acquisita con la sistemazione

personale dei pezzi di informazione ricevuti dall’ambiente in reti di

conoscenze organizzate e coerenti che vengono usate come riferimento

sia per affrontare situazioni vecchie e nuove, sia per interpretare e

costruire nuove conoscenze.

L’acquisizione di nuovi elementi di conoscenza si può ritenere che

avvenga con una certa continuità ma con modalità diverse: nelle reti ci

sono spazi vuoti in cui tali conoscenze si inseriscono naturalmente senza

problemi; in altri casi i nuovi elementi non riescono a trovare un

aggancio, oppure richiedono una modifica della rete.

24

Le conoscenze che riusciamo a comunicare in maniera sistematica e

coerente nei vari momenti della vita sono quelle relative a reti già

stabilizzate, sono le cose che abbiamo capito, non quelle che stiamo

cercando di capire o che stiamo imparando a fare.

Pensare con la propria testa riguardo a un particolare argomento

significa in prima istanza essere capaci di prendere coscienza della rete

di conoscenze possedute in riferimento al particolare argomento. In

assenza di tale presa di coscienza può succedere di inserire nuove

conoscenze nella rete preesistente, ma può anche succedere, ed è

quanto spesso avviene nelle situazioni scolastiche e nell’aggiornamento

degli insegnanti, che le nuove conoscenze rimangono incomprensibili o

costituiscano reti staccate dalla realtà.

Ogni persona ha le sue reti di conoscenza individuali in quanto costituite

attraverso una serie di esperienze individuali. In questo senso ogni

persona è speciale, cioè diversa dalle altre, in quanto sono speciali le

sue esperienze, conoscenze, reti. Sono quindi speciali le sue domande e

il suo modo di trovare risposte.

D’altra parte ogni persona è qualsiasi in quanto, pur nella diversità

individuale, il metodo di appropriazione delle conoscenze attraverso

esperienze, l’acquisto di pezzi staccati, la costituzione di reti cognitive, la

riflessione sulle conoscenze possedute, può essere considerato comune

a tutti gli appartenenti alla specie umana.

Negli schemi di conoscenza comune sull’apprendimento esistono due

diverse modalità di apprendere: apprendimento spontaneo e

apprendimento indotto o guidato.

Il primo è quello non vincolato all’istruzione scolastica. Nel mondo

occidentale scolarizzato l’apprendimento dei primi anni di vita è di questo

tipo, ed è perciò legato allo sviluppo. Il suo prodotto può essere chiamato

25

la conoscenza comune, insieme di conoscenze non trasmesse

esplicitamente su cui si basa il vivere quotidiano.

Il secondo, invece, è quello connesso con l’istruzione scolastica, di

conoscenza su discipline scientifiche.

Storicamente le ricerche sull’apprendimento si sono sviluppate

separatamente su queste due modalità, considerando, da un lato le

problematiche dell’apprendimento nella prospettiva comportamentista

prima e cognitivista poi, e dall’ altro le problematiche dello sviluppo con

particolare riferimento alla teorizzazione piagettiana.

Nell’ambito del comportamentismo, in cui si inquadra la tradizionale

“teoria dell’apprendimento”, si studiano le risposte a stimoli

all’apprendere e pertanto il riferimento implicito è l’apprendere indotto.

Nella teoria piagettiana invece l’interesse è sullo sviluppo delle strutture

cognitive. Il modello di riferimento è un modello biologico di adattamento

dell’individuo all’ambiente e per tanto il riferimento è l’apprendimento spontaneo.

L’approccio cognitivista all’apprendimento ha come ipotesi forte il

carattere attivo del soggetto conoscente, presente nell’impostazione

piagettiana. Pertanto la distinzione tra l’apprendimento spontaneo e

apprendimento indotto dalla comunità sociale perde le caratteristiche di

una precisa delimitazione fra due diverse modalità di acquisizione di

conoscenze.

Infatti, a seconda del punto di vista, si può oggi affermare che ogni

apprendimento è spontaneo oppure che ogni apprendimento è indotto.

Sono quelle che Clotilde Pontecorvo chiama le due dimensioni del

conoscere e dell’intervenire. Chiaramente l’aspetto dell’intervenire è

particolarmente importante per l’attività dell’insegnare.

Oggi il modello cognitivista dell’apprendimento pone in evidenza la

complessità del problema dell’apprendimento per l’intersecarsi di

26

processi interni al soggetto conoscente con processi di interazione con il

mondo naturale e con la comunità sociale.

È possibile tuttavia individuare tre linee di ricerca parzialmente

indipendenti e precisamente quelle riguardanti:

1. le problematiche dell’interazione tra l’individuo e la comunità

sociale con particolare attenzione al ruolo del linguaggio;

2. le problematiche relative alle strategie per acquisire, connettere,

elaborare informazioni e per la soluzione di problemi;

3. le problematiche relative all’organizzazione delle conoscenze

ovvero alle caratteristiche degli schemi di conoscenza.

Per quanto riguarda il linguaggio, strumento progressivamente

padroneggiato dal bambino in età prescolare, qualunque sia la comunità

sociale di appartenenza, è il principale mezzo di comunicazione della

cultura di tale comunità e quindi uno strumento essenziale per la

formazione delle prime rappresentazioni della realtà.

Il linguaggio è uno strumento privilegiato una volta acquisita la

padronanza linguistica in quanto diventa un mezzo per la ricerca di

informazioni e principale strumento della interazione sociale,

particolarmente importanti per l’organizzazione di attività di

insegnamento.

Il suggerimento principale che ne emerge è quello di stabilire in classe

una interazione sociale tra insegnante \ allievo e tra gli allievi stessi.

Nell’interazione il linguaggio è uno strumento essenziale per confrontare

schemi di conoscenze, per argomentare sulla validità degli stessi, per

esplicitare a se stessi e agli altri consensi e dissensi. Nell’ambito

dell’insegnamento scientifico oltre all’interazione linguistica tra

insegnante e allievi e tra gli allievi stessi va considerato il problema

dell’interazione a livello di linguaggio tra conoscenza scientifica e

conoscenza comune.

27

Le parole del linguaggio comune presentano in generale una ricordanza

di significati in cui va ricercato quello adatto al contesto specifico, le

parole del linguaggio scientifico sono, invece, oggetto di definizione che

ne precisa il significato. Ciò pone problemi in quanto vi è una continua

osmosi tra il linguaggio comune, che si appropria delle parole scientifiche

attribuendo loro una varietà di possibili significati, e il linguaggio

scientifico che usa parole comuni attribuendo loro un solo significato.

Sulla seconda linea di ricerca, strategie di acquisizione delle

conoscenze, è stato dimostrato da più ricercatori che con il crescere

dell’età le strategie diventano più flessibili nel passaggio da una

situazione all’altra. Per l’apprendimento di una disciplina scientifica quale

la fisica, può porsi il problema della somiglianza/ differenza fra le

strategie di costruzione delle conoscenze di un essere umano e le

strategie usate dalla comunità scientifica per la costruzione della

conoscenza scientifica.

Pur accettando l’esistenza di una variabilità biologica, per cui alcuni

umani possono essere considerati più dotati di altri, è più plausibile

adottare l’ipotesi della somiglianza. Interessante a questo proposito è la

posizione dello psichiatra americano Kelly che sostiene l’ipotesi

dell’uomo come scienziato cioè l’ipotesi che l’uso dei procedimenti

scientifici sia una caratteristica dell’essere umano e non un prodotto

dell’istruzione scolastica.

Oggi il problema di procedimenti scientifici legati ai contesti disciplinari

pone una stretta relazione tra strategie di conoscenza e organizzazione

delle conoscenze stesse.

Strategie e contenuti sono sempre intrecciati fra loro, un esempio di

ricerca si ha nella psicologia dell’istruzione che individua come centrale

per l’analisi della conoscenza disciplinare la distinzione tra tre tipi di

conoscenza:

28

- la conoscenza dichiarativa (ciò che si sa),

- la conoscenza procedurale (ciò che si sa fare),

- la metaconoscenza (riflessioni su ciò che si sa e si sa fare).

La conoscenza dichiarativa si riferisce all’organizzazione dei contenuti

della disciplina.

La conoscenza procedurale riguarda i processi per la risoluzione di

problemi.

La metaconoscenza, come sostengono vari autori, è un prodotto della

scolarizzazione, in quanto la scolarizzazione impone l’interazione con

altri, che a sua volta, produce la capacità di riflessione sulle proprie

azioni e conoscenze.

Per quanto riguarda l’organizzazione della conoscenza, infine, non è

facile dare un quadro delle ricerche condotte in quanto sono spesso

intrecciate con aspetti delle altre linee di ricerca.

Possono essere menzionati in primo luogo i risultati di ricerche

sull’interazione tra il linguaggio usato dagli adulti e la prima

concettualizzazione prelinguistica del bambino, che risulta caratterizzata

da rappresentazioni di eventi, generalizzazioni all’interno di una

conoscenza di scripts.

Nell’ambito delle scienze sperimentali uno script può essere usato per

rappresentare la conoscenza procedurale, quindi le procedure per

l’esecuzione di una ricerca.

Per l’organizzazione della conoscenza dichiarativa, invece, nella ricerca

si parla di organizzazione in schemi per indicare le reti di conoscenza

che determinano aspettative e modi di codificare l’informazione. Gli

schemi possono trasformarsi secondo diverse possibilità: per

accrescimento con l’inserimento nello schema di nuovi elementi, per

modulazione con parziali modifiche verso una maggiore

29

generalizzazione o specificità, per ristrutturazione quando nuovi elementi

non inseribili provocano una modifica sostanziale.

Tra i possibili tipi di schemi è stato studiato in particolare lo schema tipo

prototipo definito come esempio significativo di una classe di eventi.

Nella fisica un prototipo di organizzazione fornisce l’esempio concreto

dell’andamento oscillatorio smorzato.

Il quadro generale delle ricerche sull’apprendimento avvalora l’ipotesi

che questa attività sia un processo attivo di conoscenza da parte del

soggetto che apprende. In situazione scolastica il soggetto esplicito della

attività di apprendimento è lo studente. Infatti il suo compito scolastico è

quello di acquisire conoscenze e di dimostrare al docente tale

acquisizione.

Per lo studente l’apprendimento può essere una vera acquisizione di

conoscenze o un puro compito scolastico. Una vera acquisizione implica

comprensione ed uso della conoscenza anche se a volte si impara ad

usare una conoscenza senza avere una buona comprensione. Ne sono

esempio la capacità di studenti di risolvere problemi applicando formule

di cui conoscono l’uso ma non il significato.

D’altra parte l’insegnamento è l’attività predisposta dalla società nelle

strutture scolastiche finalizzate a produrre l’apprendimento.

L’insegnante deve decidere quale significato attribuire all’apprendimento,

o di uso connesso alla comprensione o di uso puro.

In questo secondo caso l’attività di insegnamento si riduce a quella di

addestramento (in inglese training ) in cui si mira a produrre determinati

comportamenti indipendentemente da una reale comprensione. Il

comportamento desiderato può essere indotto con l’uso di problemi e

punizioni, e la relazione insegnamento-apprendimento può essere vista

come una relazione di causa-effetto.

30

Pur riconoscendo che l’addestramento può essere un’attività utile ai fini

sociali, per quanto riguarda la conoscenza scientifica, ciò che

l’insegnamento dovrebbe produrre è una comprensione della

conoscenza stessa. In questo caso, nel momento in cui si afferma che

l’autore della comprensione è il soggetto che apprende, la relazione

insegnamento-apprendimento non può più essere vista come una

relazione causale. Il compito dell’insegnante non è più quello di produrre

l’apprendimento ma piuttosto quello di favorirlo, rendendo lo studente

capace di affrontare con successo il proprio compito di apprendimento.

L’insegnante deve avere ben chiaro il livello di personale padronanza

dell’argomento oggetto della trasmissione di conoscenze. Ciò impone

l’esercizio della capacità di metariflessione sulle conoscenze possedute.

Questo esercizio, oltre a definire i limiti della propria conoscenza e le

eventuali necessità di approfondimento, può chiarificare eventuali

problemi di comprensione da parte degli studenti.

In secondo luogo l’insegnante deve essere aperto alla possibilità che gli

studenti attivino per la comprensione degli schemi di conoscenza

personali che possono presentare dei contrasti con lo schema

scientifico.

La comunicazione della conoscenza non può quindi avvenire, come

nell’addestramento, a senso unico dal docente (che sa) al discente (che

non sa). I messaggi trasmessi dal docente non contengono in se stessi il

significato, ma solo le istruzioni per scegliere i significati negli schemi di

conoscenza posseduti, o per costruire nuovi significati con modifica degli

schemi.

Un insegnante, pertanto, non può illudersi che per produrre la

comprensione negli allievi sia sufficiente una accurata organizzazione e

presentazione dell’argomento oggetto della trasmissione di conoscenza,

ma deve organizzare attività didattiche in cui sia possibile una

31

negoziazione dei significati. Da un lato ciò significa sviluppare una

capacità di ascolto e organizzare attività in cui gli studenti possano

esplicitare le proprie rappresentazioni mentali, e dall’altro ciò significa

allargare la comunicazione sia dal punto di vista sociale (stimolare le

attività di gruppo e l’interazione tra pari) sia utilizzando strumenti e

oggetti come intermediari della comunicazione.

Allo stadio attuale l’unico suggerimento importante è quello che ogni

insegnante usi la propria capacità metacognitiva per riflettere su se

stesso come soggetto di apprendimento nei riguardi, sia dei possibili

ostacoli alla comprensione dei suoi allievi, sia ad una sempre migliore

comprensione della disciplina che insegna.

2.3 CONOSCENZA COMUNE /CONOSCENZA SCIENTIFICA

Il compito di un insegnante consiste nel comunicare (in senso ampio

non in quello ristretto di trasmissione di contenuti ) ai suoi allievi la

conoscenza scientifica. Bisogna quindi definire la conoscenza scientifica

in modo da poter discutere somiglianze e differenze fra i due tipi di

conoscenza.

Il soggetto di costruzione di conoscenza è ora un individuo-scienziato

che interagisce con un mondo naturale e con una comunità sociale in cui

viene ora distinta la sub comunità costituita dagli scienziati operanti nello

stesso settore.

Hanno validità scientifica solo quei modelli di realtà che acquistano un

valore intersoggettivo attraverso il confronto e la discussione critica,

nell’ambito della comunità degli addetti ai lavori.

Mentre per la conoscenza comune, come dice Bronowski non vi è storia

che la ricordi, né libri che la descrivono, per la conoscenza scientifica si

hanno a disposizione molte informazioni.

32

Secondo la psicologia dello sviluppo esistono profonde analogie tra

pensiero scientifico e pensiero naturale. Per Dewey la scienza ha la sua

origine nel senso comune e se ne differenzia storicamente sostituendo a

un conoscere per fare un fare per conoscere.

Nell’esaminare i problemi dell’insegnamento scientifico, già nel 1938,

Bachelard aveva sostenuto che la scienza si costruisce attraverso la

consapevolezza prima e il superamento poi di ostacoli epistemologici

che l’esperienza stessa frappone al nostro conoscere.

È interessante notare che per Bachelard quando si supera un ostacolo,

quando si passa da una concettualizzazione ad un'altra, i fenomeni

presi in esame che modificano e ampliano i nostri concetti, non sono

tanto le esperienze ma le teorie usate per dare significato alle

esperienze.

Da questa analisi Bachelard concludeva che ciò che differenzia la

conoscenza comune da quella scientifica sono le differenti regole del

gioco. Oggi possiamo dire, invece, che non sono tanto le regole del

gioco ad essere diverse quanto il loro uso in relazione contesto.

Nel gioco scientifico inoltre si aggiunge la regola della esplicitazione di

tale uso, del tutto superflua negli accadimenti del vivere quotidiano in cui

generalmente l’accordo implicito è sufficiente.

Il sapere comune può costituire un ostacolo per la comprensione della

conoscenza scientifica non perché usa regole diverse o perché meno

razionale e coerente ma perché risponde a domande diverse.

Il metodo cui l’evoluzione delle conoscenze ha dato validità scientifica, è

il metodo galileiano, che scarta tutto ciò che si considera accessorio e

contingente per poter generalizzare e quantificare. I termini accessorio e

contingente si riferiscono a ciò che sta al centro di interesse.

Al metodo galileiano è stato contrapposto quello indiziario che si è

affermato nelle scienze umane, in particolare nella storia. Secondo tale

33

metodo quel che conta per comprendere un avvenimento, sono le

differenze, i piccoli indizi, le tracce che permettono di portare alla luce

significati altrimenti nascosti. Per andare ad un esempio moderno e

tecnologico, segue il paradigma indiziario il bravo meccanico che

riconosce il possibile guasto da una serie di piccoli indizi.

In realtà i due metodi non sono contrapposti ma complementari e

l’impiego dell’uno o dell’altro è dettato dal contesto dei fenomeni in

esame. Anche per la fisica è l’uso iniziale del metodo indiziario ciò che

permette di definire cosa può essere considerato accessorio e

contingente nello studio di un fenomeno. Infatti l’analisi ottenuta delle

differenze, degli indizi, delle tracce, permette in primo luogo di

riconoscere quali sono i fenomeni che con la loro ripetibilità in situazioni

simili a distanza di tempo permettono di ricercare ciò che, essendo

accessorio, può essere inizialmente trascurato e quindi di affidarsi al

metodo galileiano per generalizzare e quantificare.

Gran parte delle scienze naturali e la fisica in particolare, dopo la fase

iniziale del metodo indiziario, per ricercare spiegazioni generali ricorrono

al metodo galileiano. Si sono così costituite le discipline con un proprio

sistema di regole, regole che definiscono il contesto, indicano cosa è

essenziale osservare e cosa si può trascurare, per raggiungere un

risultato.

Poiché la realtà è complessa, lo scopo di queste regole è semplificarla

per renderla comunicabile e maneggiabile.

È la consapevolezza, dei processi e delle teorie che vengono applicate,

che permette alla comunità scientifica, da una parte, di comunicare i suoi

risultati, di confrontarli, di negoziarli, dall’altra di costruire frammenti

semplificati di realtà le esperienze di laboratorio, con l’unico scopo di

confrontarli con la teoria che essa sta elaborando.

34

Queste due caratteristiche sono quindi le conseguenze principali di

questa riflessione sulla conoscenza ad un punto di vista sulla realtà di

diventare una disciplina scientifica.

Molti concetti in fisica hanno la loro origine in esperienze primarie,

precedenti alla elaborazione del linguaggio e relative alla percezione e al

movimento.

Il movimento in particolare è oggetto di studio molto prima

dell’esperienza scolare; i bambini piccoli fanno previsioni ed

esperimenti sulla caduta dei gravi, si esercitano nel lancio dei proiettili,

costruiscono regole relative agli urti e ai rimbalzi. Queste teorie sono

quasi sempre inconsce, Karmiloff-Smith e Inhelder, collaboratori di

Piaget, le chiamano teorie in azione, ma non per questo sono meno

radicate o meno efficaci. Queste regole provengono dalle esperienze

dirette delle azioni di movimento di noi stessi e degli oggetti. Così tutti

sanno che:

- È diverso stare fermi o in movimento;

- È diverso prendere un oggetto fermo o uno in movimento;

- Le cose tendono sempre a fermarsi in certe posizioni;

- le cose lasciate a se stesse cadono lungo la verticale verso il

basso;

- per muovere una cosa ferma bisogna fare qualcosa;

- le cose possono essere spostate da un posto a un altro o per

spinta (lancio) o per trasporto;

e nessuno tranne casi particolari, è interessato ai dettagli del movimento

come, nessuno è interessato a trovare spiegazioni generali.

Alcuni schemi di conoscenza comune si possono trovare nella fisica di

Aristotele che si identifica con la fase indiziaria.

Aristotele afferma che tutte le cose mosse risultano mosse da qualcosa

e che “non c’è movimento di un movimento”, né “generazione di una

35

generazione”. Inoltre, come per l’esperienza comune, l’attrito e la

resistenza del mezzo , sono grandezze sempre presenti e ineliminabili.

A partire dal 1970 si è sviluppata, in ambito internazionale una ricerca

sulle rappresentazioni mentali degli studenti in vari ambiti disciplinari, tra

cui quelli che hanno a che fare con l’energia termica.

Per la fisica molte ricerche in questo campo hanno riguardato più

l’aspetto calorico che termodinamico essendo centrate principalmente

sulla differenza calore/temperatura. Da esse emerge il suggerimento che

un elemento conflittuale per la comprensione del concetto di temperatura

sia il disaccordo delle percezioni tattili con il principio zero della

termodinamica. Questo principio è largamente ignoto agli studenti di

scuola secondaria che classificano gli oggetti in freddi-caldi e neutri

rispetto alle sensazioni, e sconoscono la costanza della temperatura

nelle transizioni di fase.

2.4 IL PROBLEMA DEL CAMBIAMENTO CONCETTUALE

Dal punto di vista costruttivista l’apprendimento è un processo di

costruzione di conoscenze in cui ogni individuo valuta le informazioni

provenienti dal mondo che lo circonda per decidere se e come

modificare gli schemi di conoscenza posseduti.

Per quanto riguarda la fisica, la vita quotidiana costituisce la base

esperenziale degli schemi di conoscenza spontanea utilizzati dagli

studenti, che possono essere incongruenti agli schemi scientifici e

provocare errori di comprensione della conoscenza scientifica.

Per spiegare i possibili casi di congruenza Vygotskij ha ideato la

metafora delle viti secondo cui: “ la conoscenza spontanea che nasce

nell’individuo, il quale apprende, sarà una pianta che cresce verso l’alto

(per sottolineare che è parte dello sviluppo organico dell’individuo),

mentre la conoscenza formale imposta dalla scuola sarà una pianta che

36

si sviluppa verso il basso (per sottolineare l’impostazione dall’alto di una

autorità sull’individuo.

Nella prospettiva costruttivista un apprendimento scientifico significativo

è visto come l’integrazione di questi due tipi di conoscenza che hanno

origini differenziate. Rimanendo nella metafora, dunque, una visione

costruttivista dell’apprendimento dei concetti scientifici comporta un

intreccio delle due viti, che perdono la propria individualità nonostante la

loro diversa origine.

È possibile immaginare diverse situazioni che si possono realizzare

quando le due viti entrano in contatto. Si va da una situazione di

immediata affinità tra le due piante, che ha come risultato un intreccio

senza problemi e perciò rapido e completo, ad una situazione di rifiuto

totale in cui fra le due viti non si realizza alcun intreccio.

I casi interessanti, perché problematici per l’insegnamento, sono quelli in

cui non si ha congruenza tra la conoscenza spontanea e la conoscenza

scientifica comunicata dall’insegnante.

La metafora è appropriata in quanto mette in evidenza che la

componente forte della conoscenza è la conoscenza spontanea, propria

dell’individuo, e grazie ad opportune correzioni (potature nella metafora)

è possibile intrecciarla con la conoscenza imposta dall’alto.

Si parla così di cambiamento concettuale.

Queste due parole possono nascondere ambiguità nel significato; nel

caso in cui l’oggetto del cambiamento è un oggetto fisico, si parla di

cambiamento quando sono disponibili due osservazioni in tempi diversi

di un oggetto con caratteristiche tali che assicurino da un lato, che si

tratti effettivamente di un oggetto e, dall’altro, che l’oggetto è cambiato.

Si ha quindi un gioco tra invarianza (dell’oggetto) e variazione (dei suoi

attributi).

37

La variazione dipende dalle interazioni con l’ambiente, e può essere per

qualità, per aggiunta di quantità e/o di qualità, per perdite di quantità e/o

di qualità.

Un esempio del primo tipo è il cambiamento di colore di capelli; del

secondo tipo l’aumento di un conto in banca; del terzo tipo il calo di peso

per una dieta.

Naturalmente si hanno anche i cambiamenti di tipo misti dovuti alla

diminuzione di ricchezza in denaro per acquisto di altri beni.

Per quanto riguarda l’attributo concettuale al cambiamento trasferisce le

problematiche semplici dei fenomeni delle scienze naturali alle

problematiche delle scienze umane, in cui l’oggetto del cambiamento

diventa il soggetto costruttore della propria conoscenza.

Il problema del cambiamento è stato studiato nel contesto psicologico-psichiatrico e comunicativo dove il termine cambiamento è inteso

come cambiamento di atteggiamento verso gli altri, se stessi, i fatti della

vita. Gli atteggiamenti sono legati alle conoscenze possedute, alle regole

d’uso e alle credenze.

Il successo dell’attività intrapresa valida le conoscenze, regole e

credenze, mentre gli insuccessi richiedono una revisione.

Watzlawick nel contesto psicologico presenta due livelli di

cambiamento; il primo si ha quando in un sistema di regole si

aggiungono nuovi elementi di conoscenza, che non alterano le regole

stesse, mentre, il secondo si ha quando cambiano le regole del sistema

che implica un cambiamento di credenze.

38

Un semplice esempio di cambiamento di secondo tipo, che permette la

soluzione di un problema altrimenti insolubile, è il seguente:

“come collegare i nove punti della figura 1 con quattro linee rette senza

sollevare la matita dal foglio.

Figura 1

A prima vista il problema sembra insolubile a causa di una regola del

gioco suggerita dalla disposizione spaziale dei punti, ma in realtà non

contenuta nell’enunciato. Il quadrato gestaltico formato dai punti sembra,

infatti, imporre la regola che non si possa uscire con la matita dallo

spazio definito dal quadrato stesso. L’abbandono della regola permette

di giungere immediatamente alla soluzione del problema (vedi figura 2).

Figura 2

39

È proprio l’abbandono della regola non imposta che implica un

cambiamento di prospettiva sul gioco, quindi, un cambiamento di

secondo tipo.

Chiunque abbia tentato di risolvere il problema senza riuscirci rimane

sorpreso nel vedere la semplicità della soluzione e individua l’ostacolo

nella necessità del cambiamento di punto di vista con revisione delle

regole.

Nell’uso delle parole cambiamento concettuale, nel senso di

apprendimento di conoscenze discordanti con gli schemi di conoscenza

intuitiva, intervengono aspetti sia cognitivi che affettivi.

Nel primo cambiamento vengono coinvolti solo gli aspetti cognitivi,

mentre, nel secondo anche quelli affettivi.

Entrambi i cambiamenti sono importanti nell’insegnamento di materie

scientifiche che esamina in particolare aspetti cognitivi.

Alla costruzione degli schemi di conoscenza contribuiscono le interazioni

tra quello che una persona ha nella testa e il mondo esterno. Si hanno in

testa diversi schemi concettuali adatti a diversi contesti il cui uso viene

innescato dal contesto appropriato. Ciò è utile per spiegare il

cambiamento concettuale che, nel senso di apprendimento, può indicare

dal semplice arricchimento di uno schema alla costruzione di nuovi

schemi adatti a nuovi contesti.

Il problema che un insegnante deve affrontare nella comunicazione

didattica di una conoscenza scientifica può essere focalizzato nel far

comprendere agli studenti che schemi di conoscenza spontanea e

schemi di conoscenza scientifica hanno diversi contesti d’uso.

In questo senso devono essere usate le parole cambiamento

concettuale: costruzione di uno schema di conoscenza che sia in grado

di contenere sia gli schemi di conoscenza spontanea sia gli schemi di

40

conoscenza scientifica e la definizione delle rispettive regole d’uso in

relazione ai contesti di azione.

Un modello di cambiamento concettuale, è stato proposto da Hewson in

cui si pone l’accento su tre condizioni necessarie per l’accettazione di

contenuti di conoscenza.

In primo luogo la conoscenza deve essere intelligibile al soggetto, nel

senso che questi deve comprenderne il significato e vedere che gli

elementi della nuova conoscenza sono coerenti tra loro.

In secondo luogo la nuova conoscenza deve essere plausibile per il

soggetto, nel senso che questi deve poter essere in grado di

riconoscerne la validità esplicativa o predittiva.

Infine la nuova conoscenza deve risultare utile al soggetto, nel senso

che gli permette di risolvere problemi precedentemente non risolvibili o

gli suggerisce nuove idee e nuove possibilità.

Intelligibilità, plausibilità e utilità devono essere comunque viste

considerando a confronto le caratteristiche degli schemi di conoscenza

spontanea con quelle della conoscenza scientifica e tenendo conto dei

vari fattori che influenzano la costruzione della conoscenza e quindi

anche la possibilità di cambiamento di schemi conoscitivi.

Una persona, che voglia suggerire la necessità di un cambiamento, deve

essere capace di comunicare tale necessità eventualmente

predisponendo ambienti atti a tale comunicazione. Un insegnante di

fisica, che deve proporre agli studenti modi diversi di organizzare le

esperienze, dovrà preoccuparsi di ampliare l’ambito fenomenologico in

modo che siano le stesse esperienze a dare maggiore plausibilità e

utilità allo schema scientifico rispetto allo schema ingenuo.

Di fondamentale importanza è imparare ad usare le conoscenze

adeguate nel contesto adeguato, ed è proprio il contesto che stabilisce

se gli scemi di conoscenza sono appropriati, corretti o meno.

41

Ad esempio un fisico può usare la parola calore per suggerire ad una

persona infreddolita di <esporsi al calore della stufa>, mentre farà

attenzione all’uso della parola <calore> in una lezione di termodinamica.

2.5 IL RUOLO DEL LABORATORIO NELLA FISICA E NEL SUO

INSEGNAMENTO/APPRENDIMENTO. La fisica è una scienza sperimentale, e la radice semantica di tale

termine è “esperire”. Esperienze, esperimenti sono tutte parole che

indicano attività manuali o mentali, dell’essere umano.

Esperire, fare esperienza si differenzia da sperimentare, fare

esperimenti, sia per gli aspetti procedurali in quanto le prime spontanee

e le seconde progettuali, sia per le caratteristiche della realtà su cui

agiscono. La realtà della prima attività è complessa, fa riferimento al

mondo naturale, quella della seconda è la realtà del laboratorio che pur

naturale, costruito dall’uomo e quindi artificiale.

La realtà del laboratorio presenta oggetti che devono essere noti allo

sperimentatore in modo che l’attività di ricerca faciliti il raggiungimento

della risposta al problema ignoto. Inoltre i ricercatori per condurre

qualsiasi tipo di esperimento devono conoscere anche gli oggetti astratti,

cioè le teorie e i modelli che consentono di operare, e le procedure di

sperimentazione, cioè l’insieme di regole che non possono essere

infrante.

Dunque è il mondo del laboratorio che costruisce la realtà naturale della

fisica; la scienza ha come fine riuscire a comprendere e controllare la

realtà naturale pur mantenendola lontana.

L’esecuzione di un esperimento si può suddividere in quattro fasi, l’una

successiva all’altra:

1) l’individuazione del problema che dipende dalla

creatività e conoscenza del ricercatore;

42

2) La progettazione dell’esperimento che richiede

l’analisi del fenomeno, la definizione delle variabili da

controllare e misurare, inventare accorgimenti tecnici

basandosi sulle conoscenze note, progettare

l’apparato nei dettagli, valutarne la risposta. Anche in

questa fase si ha un gioco tra creatività e

conoscenza: la creatività riguarda aspetti tecnici, la

conoscenza riguarda l’aspetto teorico e le regole

delle attività sperimentali;

3) Segue poi la raccolta dei dati che richiede solo

attenzione, pazienza, meticolosità nel rispettare le

regole del gioco sperimentale. Quindi è la fase in cui

la creatività è poco importante;

4) La creatività ridiventa importante nella quarta fase,

analisi dei dati raccolti e della loro

interpretazione .

Il ruolo del laboratorio può essere esaminato da due punti di vista: quello

della fisica e quello dell’apprendimento.

L’insegnamento in laboratorio nel mondo occidentale nasce

nell’Ottocento per l’esigenza delle industrie di avere ricercatori qualificati

in ambito sperimentale, poi si allarga a livello universitario e alle scuole

secondarie, con l’obiettivo di attivare i laboratori scolastici e rompere con

l’insegnamento astratto e formale.

In tali laboratori si propongono attività già progettate nei particolari, nelle

quali gli studenti debbono solo raccogliere i dati e fornire un risultato

numerico riguardante una grandezza fisica.

In sostanza agli studenti viene proposta la terza fase.

La didattica del laboratorio dal punto di vista della fisica ha

l’obiettivo di far capire l’intreccio teoria/esperimento della fisica in quanto

43

scienza sperimentale. Per le prime due fasi, basate su osservazioni ed

esperimenti di tipo qualitativo, possono essere utili audiovisivi sulla

fenomenologia naturale ed esperienze di tipo dimostrativo per

sottolineare somiglianze e differenze; nella terza fase, cioè raccolta dei

dati, bisogna fare attenzione a proporre come obiettivo didattico non la

raccolta dei dati giusti, ma l’acquisizione di abilità manipolative ( uso di

strumenti) che permette la formazione culturale del non specialista.

In caso di raccolta di dati sbagliati, dunque, non bisogna preoccuparsi, al

contrario ciò permette di discutere ed indicare come applicare

correttamente le regole del gioco.

Si potrebbe quasi dire che, a fine didattico, più i dati sono sbagliati

meglio è.

L’ultima fase di analisi dei dati è molto significativa per la comprensione

del rapporto teoria/esperimento, e poiché è difficile che la raccolta dei

dati degli studenti in un laboratorio didattico sia valida è possibile far

analizzare agli studenti i dati valutati attendibili dalla comunità scientifica

e pubblicate su riviste specialistiche.

Un vantaggio di tale proposta è quello di dare l’opportunità di situare i

dati nel contesto scientifico reale in cui sono stati ricavati e infine

discutere i criteri di validità usati dalla comunità scientifica.

La didattica del laboratorio dal punto di vista dell’apprendimento

ha, invece, l’obbiettivo di agire manualmente per fare capire la fisica.

Come sostiene Nuffield se faccio capisco; da ciò la necessità di attività

di laboratorio.

L’agire con le mani deve sempre essere accompagnato dall’agire con la

mente, l’agire con la mente può essere accompagnato dall’agire con le

mani. Per capire la fisica è importante agire con la mente tenendo

presente l’aspetto empirico, quindi è importante vedere i fenomeni,

saperli innescare o impedire, saper indurre modifiche di comportamento.

44

Ciò indica che bisogna rivalutare l’ attività didattica del passato oscurata

dalle attività sperimentali degli studenti in laboratorio, e le esperienze

dimostrative in aula, che richiedono una preparazione accurata da

parte degli insegnanti che devono ricercare il materiale, devono

organizzare il discorso in modo da stimolare l’attività mentale degli

studenti per facilitare la comprensione del rapporto teoria/esperimento.

L’esecuzione diretta degli studenti di attività sperimentali è importante

perché motiva la conoscenza scientifica.

Ma molti esperimenti non possono essere eseguiti dagli studenti per

pericolosità, durata e difficoltà tecnologiche. I difensori del laboratorio

affermano che una cosa è vedere e altro è fare.

Nel mostrare un esperimento occorrerebbe usare metodologie

didattiche che attraverso il vedere attivino il fare nelle menti

degli studenti.

45

CAPITOLO 3

L’USO DELLE NUOVE TECNOLOGIE INFORMATICHE NELLA DIDATTICA

All’inizio del secolo scorso un fondamentale fattore di sviluppo e di

progresso sociale era l’alfabetizzazione: saper leggere e scrivere.

Oggi è l’alfabetizzazione informatica ad essere sulla “cresta dell’onda”:

l’uso del computer, di internet e dei mezzi di comunicazione digitali.

Le nuove tecnologie ci permettono di comunicare, di apprendere, di

lavorare in modo più efficiente, di risparmiare tempo e denaro. Insomma,

migliorano la vita di tutti i giorni.

L’idea di fondo che ispira l’introduzione di nuove tecnologie nel

laboratorio di scienze è sfruttare le potenzialità didattiche da esse offerte,

per rendere comprensibili fenomeni quotidiani e dispositivi d’uso comune

che normalmente appaiono troppo complessi per essere spiegati con

conoscenze elementari.

Per incoraggiare gli studenti ad affrontare lo studio di discipline

scientifiche, si deve far leva su:

L’interesse dei giovani per i dispositivi tecnologici che si incontrano

nella vita quotidiana;

La soddisfazione conseguente alla conquista della capacità di

descrivere, analizzare e interpretare (ovvero modellizzare) i

fenomeni naturali;

L’utilità delle nuove tecnologie che permettono di acquisire

velocemente e accuratamente dati dal mondo reale e di darne una

ricca rappresentazione grafica;

La possibilità di usare un metodo di interpretazione dei fenomeni

osservati sulla base di modelli che si possono confrontare con i

46

dati sperimentali e raffinare via via in un processo ciclico che sta

alla base del progresso delle conoscenze scientifiche.

L’utilizzazione delle moderne tecnologie di acquisizione e di analisi dati

in tempo reale, ovvero di sistemi costituiti da sensori, interfaccia e

calcolatore (spesso indicato con gli acronimi MBL= Microcomputer

Based Laboratory, o RTL= Real Time Laboratory), ha aperto nuove

prospettive nell’insegnamento sperimentale delle scienze. Esso

consente, infatti, di superare alcune delle principali difficoltà riscontrate

nell’insegnamento delle scienze sperimentali, quali:

Ridotta disponibilità di tempo da dedicare ad attività sperimentali;

Scarsa disponibilità di laboratori attrezzati e di personale tecnico

opportunamente formato;

Necessità di proposte sperimentali flessibili che possano essere

adattate alle esigenze di diversi studenti e di diversi contesti

scolastici;

Diminuzione dell’interesse degli studenti per le materie scientifiche.

Uno degli strumenti più usati nel Microcomputer Based Laboratory è

certamente il sensore di posizione ad ultrasuoni.

Esso rivela la distanza tra sé e l’oggetto più vicino, che può essere uno

studente o un qualsiasi altro oggetto del quale si vuole studiare il moto.

Il sensore è collegato ad un computer, che in base alla distanza dello

studente dal sensore crea un grafico nell’arco di tempo scelto dall’utente.

Il grafico viene visualizzato in tempo reale, mentre, il moto procede.

Lo studente che va davanti al sensore può spostarsi in avanti e indietro,

e guardare contemporaneamente il grafico che appare, per comprendere

meglio la rappresentazione grafica del suo moto.

Questa strumentazione è stata usata in parecchi studi descrittivi

(Barclay, 1985) e comparativi (Svec, 1995; Thornton e Sokoloff, 1990).

47

Altri sensori dedicati alla misurazione della temperatura, della corrente,

del voltaggio e dell’intensità di luce, sono disponibili e sono stati usati in

vari studi che esaminano, in altri contesti, gli effetti del Microcomputer

Based Laboratory.

Secondo Svec (1995) l’uso dei grafici per lo studio dei contenuti fisici

porta ad importanti coinvolgimenti emotivi in aula. È importante, dunque,

documentare gli argomenti che gli studenti imparano quando usano il

MBL nei laboratori e soprattutto il modo in cui li imparano.

Svec ha svolto i suoi studi su studenti universitari iscritti in due corsi

fisici: in un’aula è stato usato il MBL con i sensori di posizione, mentre,

nell’altra i laboratori tradizionali. Due test, uno di comprensione del

movimento e un altro di interpretazione di grafici, sono stati somministrati

all’inizio e alla fine del semestre.

L’autore ha somministrato a ciascun gruppo 15 domande su ipotesi

relative a specifiche interpretazioni e abilità grafiche, e a cenni su alcuni

contenuti che aveva predetto. Inoltre, per analizzare le loro opinioni su

queste ipotesi, sono stati effettuati sondaggi prima e dopo il test, che

hanno rivelato una differenza notevole a favore del gruppo che ha potuto

utilizzare il Microcomputer Based Laboratory per tutto il semestre.

Questi ultimi, infatti, sono stati in grado di determinare in modo migliore il

significato generale di un grafico e di interpretare più facilmente i grafici

distanza-tempo, velocità-tempo e accelerazione.

Svec ha concluso che i suoi studi dimostrano un migliore apprendimento

sull’abilità di interpretazione grafica, negli studenti che hanno fatto uso

del MBL, rispetto agli studenti del gruppo tradizionale.

Ancora, Thornton e Sokoloff (1990) hanno usato il MBL con sensori di

posizione a ultrasuoni per insegnare la cinematica a 1500 studenti, di

vari collegi ed università.

48

Attraverso pre e post test hanno comparato le nozioni di cinematica degli

studenti che hanno ricevuto lezioni tradizionali sugli stessi argomenti,

con quelli che hanno, invece, utilizzato il Microcomputer Based

Laboratory.

Subito dopo il completamento dello studio e sette settimane dopo sono

stati somministrati altri test dai quali si è evinto che il numero e il tipo di

errori degli studenti che non avevano usato il MBL erano simili al tasso di

errori riscontrati nel pre-test di tutti gli studenti, mentre, il numero degli

errori degli studenti che avevano usato il MBL era sostanzialmente più

basso.

Da ciò e da altre evidenze di ricerca Thornton e Sokoloff hanno dedotto

che l’uso del MBL migliora di molto la comprensione fisica di coloro che

lo usano.

Diversi ricercatori hanno tentato di spiegare il successo del MBL nel

migliorare le abilità degli studenti ad interpretare grafici. Tra questi

ricordiamo:

Barclay (1985) il quale elenca i vantaggi del MBL, quali:

Il forte legame che si ottiene tra la rappresentazione grafica e

le azioni reali dello studente;

La possibilità di utilizzare materiale visuale, cinetico e

analitico;

Le operazioni in “tempo reale” che permettono agli studenti di

mettere in contemporanea i grafici in relazione agli eventi.

Linn. Layman, e Nachnias (1987) i quali confermano che il MBL

offre il vantaggio di costruire i grafici contemporaneamente

all’esperimento e di relazionarli subito a un’esperienza che gli

studenti stessi hanno impostato. In questo modo i grafici vengono

visti meno come oggetti astratti e più come dinamiche relazionali

con situazioni di vita vissuta.

49

Thornton e Sokoloff (1990), i quali descrivono le caratteristiche

degli strumenti del MBL importanti per vari motivi:

Permettono agli studenti lo studio diretto dei fenomeni fisici,

evitando il lavoro faticoso e monotono di acquisizione dei

dati con gli strumenti tradizionali;

I dati sono tracciati in forma grafica e in tempo reale, in modo

che gli studenti ricevano immediatamente un “feedback” per

le loro azioni ;

Il fatto che i dati vengano mostrati velocemente permette agli

alunni di esaminare le conseguenze dei cambiamenti in

condizione sperimentale durante le fasi di laboratorio. Gli

studenti spendono gran parte del loro tempo di laboratorio

osservando il fenomeno fisico e interpretando, discutendo e

analizzando i dati in attività di gruppo;

Gli strumenti MBL hardware e software sono generalmente

indipendenti dagli esperimenti. Gli studenti hanno la

possibilità di concentrarsi sull’osservazione di molti e

differenti fenomeni fisici senza spendere molto tempo

nell’imparare ad usare strumenti complicati e diversi per

ciascuna grandezza da misurare;

Gli strumenti MBL non sono legati ai fenomeni da esplorare,

ai passi da seguire dell’esplorazione e nemmeno al livello o

alla sofisticazione del curriculum. Così la stragrande

maggioranza degli studenti di scuola, dalla primaria fino

all’università possono usare tale strumenti ed esplorare il

mondo fisico.

Il filo comune in queste proposte è un’enfasi sull’immediatezza della

produzione del grafico come punto chiave nell’esperienza del MBL.

50

Diverse ricerche hanno rivelato che il fare esperienza di movimento

guardando il grafico aiuta lo studente a formare un legame tra le due

cose. In questo modo si trasferisce l’unità dell’evento-grafico in memoria

a lungo termine come una singola entità.

Seguendo quest’idea, Beichner ha ipotizzato che gli studenti possono

imparare anche da esperimenti sul moto pre-registrati e non prodotti

dagli studenti; basta che i grafici vengano visualizzati in tempo reale

insieme al movimento reale degli oggetti.

Egli ha sviluppato un sistema chiamato videografico, che produce i

grafici del movimento e li mostra tramite videoregistrazioni.

Secondo Beichner, però, i vantaggi della videoregistrazione possono

essere rivelati solo dopo un lungo periodo d’istruzione.

La tecnica videografica può presentare, inoltre, le repliche degli eventi

del movimento mentre si generano i grafici; ma gli studenti oltre a

determinare i cambiamenti non possono controllare il movimento.

Quest’abilità di effettuare i cambiamenti e poi istantaneamente vederne

l’effetto è “vitale” per l’efficacia del Microcomputer Based Laboratory

applicato alla cinematica.

Una semplice giustapposizione di immagini dell’evento e dei grafici non è

così buona come vedere (e sentire) l’attuale evento mentre il grafico

viene costruito in tempo reale.

Da quanto detto finora si evince, dunque, che l’esperienza controllata

dello studente e la produzione grafica in tempo reale sono importanti

aspetti dell’esperienza MBL.

I sistemi MBL realizzando uno “strumento di misura universale” (in

quanto si presentano all’utente in modo sostanzialmente invariato al

cambiare del sensore utilizzato) offrono, dunque, all’insegnante

molteplici vantaggi sul piano della didattica:

Rapidità e accuratezza nella acquisizione di dati;

51

Possibilità di registrare i dati in formato facilmente duplicabile e

trasferibile;

Facilità e rapidità nella rappresentazione grafica;

Facilità nella manipolazione dei dati (grafici, interpolazioni,

confronti…);

Possibilità di “rivedere in differita” l’esperimento eseguito usando i

dati acquisiti;

Possibilità di eseguire una miriade di diversi esperimenti

utilizzando sostanzialmente lo stesso procedimento di misura.

In più con un sistema MBL portatile è possibile, entro certi limiti, fare esperimenti in ogni posto senza disporre di un “laboratorio attrezzato”. Esperimenti a livello di scuola primaria, secondaria o di primi anni all’università possono essere, infatti, condotti in aule non attrezzate: si può portare il laboratorio agli studenti invece che gli studenti in laboratorio. Nel laboratorio questi sistemi consentono innanzitutto un notevole

risparmio di tempo, sia nella fase di esecuzione che nella fase di

apprendimento delle procedure di misura. Ma il risparmio di tempo e la

semplificazione del lavoro sperimentale sono solo l’aspetto più

appariscente: una analisi più accurata mostra che le potenzialità

didattiche dell’uso di sistemi MBL coprono uno spettro assai più ampio.

Mettere a disposizione dello studente un modo facile di misurare lascia

maggiore spazio all’impegno per capire cosa si vuole misurare e perché

lo si vuol fare.

Facilitando il confronto fra i risultati di esperimenti in cui vengono fatti

variare alcuni parametri significativi e rendendo disponibile una grande

varietà di dati, si favorisce una più profonda comprensione del fenomeno

studiato, si agevola l’attribuzione di significato fisico alla modellizzazione

matematica e si aiuta a cogliere anche gli aspetti ludici delle attività di

52

laboratorio; caratteristica non trascurabile in tempi in cui assistiamo ad

una fuga di iscrizione dalle facoltà scientifiche.

MBL offre anche un valido aiuto nella didattica della tecnologia:

nell’industria, nel terziario, nei laboratori di ricerca tutti gli strumenti di

misura sono oggi costituiti da sensore – interfaccia - microprocessore e

per preparare gli studenti ad affrontare il mondo del lavoro è importante

offrire loro una esperienza della strumentazione che si troveranno ad

adoperare. Anche dal punto di vista di una preparazione non

specialistica, l’utilizzazione di un sistema di acquisizione, invece, dei

singoli strumenti dedicati ad una specifica misura, offre allo studente

maggiori possibilità di capire a fondo la logica della misura.

Inoltre, la possibilità d’uso dello strumento universale può stimolare

l’iniziativa dei singoli studenti, portando i più intraprendenti a progettare

autonomamente indagini sperimentali e aprendo così la strada ad una

didattica differenziata che può rendere massima l’efficacia

dell’insegnamento per ciascuno studente.

Questa che stiamo vivendo, dunque, è la seconda storica

“alfabetizzazione” degli italiani: quella digitale. Il governo la sta

promuovendo attraverso una serie di iniziative senza eguali in Europa, a

partire dall’insegnamento dell’informatica sin dal primo anno di scuola

sino alle agevolazioni per l’acquisto di computer e di accessi alla “larga

banda”.

Grazie a queste agevolazioni messe a disposizione delle scuole, dei

giovani e delle famiglie, siamo all’avanguardia in Europa per crescita di

accessi a Internet e di connessioni veloci in “larga banda”.

E poiché la modernità di un Paese si misura anche, dalla diffusione delle

nuove tecnologie digitali, possiamo dire che siamo sulla strada giusta per

l’ammodernamento del nostro Paese e la diffusione della cultura

scientifica.

53

CAPITOLO 4

CALORE, TEMPERATURA E PASSAGGI DI STATO

4.1 CALORE E TEMPERATURA Come la meccanica si occupa delle leggi che governano la caduta

dei corpi, così la termodinamica si occupa della trasformazione delle

varie forme di energia, in particolare dell’energia termica in energia

meccanica e viceversa.

Fino a tutto il 700 si pensava che il calore fosse un fluido che scorre tra

oggetti a temperatura diversa. Poi Benjamin Thompson e James Joule

capirono che il calore è un passaggio di energia, ma a guadagnarsi fama

eterna fu principalmente il secondo: infatti, ancora oggi, la parola Joule è

usata come unità di misura dell’energia.

Nella vita di tutti i giorni, spesso, confondiamo il termine energia con

quello di forza. La forza è la grandezza responsabile delle variazioni di

velocità del corpo e, di conseguenza delle variazioni di energia. Tali

variazioni sono dovute al lavoro, definito come il “prodotto scalare tra la

forza e lo spostamento”.

Il lavoro non è proprio dell’oggetto, è presente solo se nell’oggetto stesso

agiscono forze e se esse “spostano” il proprio punto di applicazione in

direzione non parallela alla forza. Non posso dire, dunque, quanto lavoro

possiede una penna, ma quanta energia è acquistata o ceduta dalla

penna per effetto del lavoro.

In parole povere il lavoro entra in gioco solo quando faccio muovere la

penna.

L’energia ( quella cinetica, in particolare ) è, invece, legata al movimento;

se non c’è movimento non c’è energia ( cinetica).

54

Nel linguaggio comune di solito si fa confusione, anche, tra temperatura

e calore; per il linguaggio scientifico la temperatura è un indice

dell’energia molecolare del corpo ( detta energia termica), mentre, il

calore è solo passaggio di energia termica. Di conseguenza, il calore

provoca variazioni di temperatura.

Se si prendono in considerazione due corpi con temperatura diversa, A e

B, e li si mette a contatto, se A ha una temperatura superiore a

quella di B, quest’ultimo si riscalda assorbendo calore da A,

mentre A si raffredda cedendo calore a B; tale processo si

interrompe solo quando A e B hanno raggiunto la stessa

temperatura.

Il fenomeno del raggiungimento di una stessa temperatura tra due corpi

posti a contatto termico è noto con il nome di principio dell’equilibrio termico.

In termini microscopici, ciò che differenzia due corpi che hanno

temperatura diversa è il diverso grado di agitazione termica delle loro

molecole. Riscaldando un corpo, infatti, l’agitazione delle molecole che lo

compongono aumenta sempre di più. Così un corpo “freddo” è

caratterizzato da una bassa agitazione termica delle molecole, mentre

un corpo “caldo” è caratterizzato da un alta agitazione termica delle sue

molecole.

Il principio dell’equilibrio termico appena enunciato afferma che il

contatto tra due corpi posti a diversa temperatura fa si che “qualcosa”

fluisca dall’uno all’altro, fino a quando i due corpi non abbiano raggiunto

la stessa temperatura. Questo “qualcosa” è l’energia termica, e il flusso

di essa è detto calore.

Si potrebbe pensare che due corpi fatti della stessa sostanza

raggiungano, all’equilibrio termico, una temperatura che è la media di

quelle iniziali.

55

Tuttavia, se i corpi non possiedono uguale massa, la temperatura finale

sarà più vicina a quella presente nel corpo di massa maggiore.

La temperatura finale di equilibrio è influenzata oltre che dalla massa dei

corpi, anche dalla loro “natura”. Tale natura è specificata dalla grandezza

“calore specifico”, cioè la quantità di calore che deve essere fornita a un

grammo di sostanza per farne variare la temperatura di un grado

centigrado.

L’acqua ad esempio ha rispetto all’olio, un calore specifico maggiore.

È possibile riassumere il tutto scrivendo:

Q = c. m . T

dove Q è il calore scambiato da un corpo di massa m e calore specifico

C che varia la sua temperatura di una quantità T = T2 – T1 .

T è espressa in gradi centigradi, m in Kg, Q in Joule, c in Joule

Kg . °c Notiamo che anche i corpi considerati dal “buon senso comune” non

sorgenti di calore possono esserlo. Infatti, un cubetto di ghiaccio a

temperatura di 0° certamente fornisce calore a un cubetto di ghiaccio

ad una temperatura di -18° perché ha temperatura maggiore.

Facciamo infine un riferimento a esperienze di vita quotidiana, aprendo

una piccola parentesi sull’ustione. Essa può essere causata o dalla

troppa energia che entra nel corpo (quando poggiamo un oggetto caldo

sulla pelle) o dalla troppa energia che esce dal corpo (quando poggiamo

56

un oggetto freddo, come un cubetto di ghiaccio, sulla pelle). Anche la

velocità con cui tali passaggi avvengono contribuiscono al danno.

Abbiamo visto che normalmente quando si fornisce calore a un oggetto

aumenta la sua energia interna cioè la sua temperatura, ma ciò non

avviene sempre. Nei passaggi di stato, pur avendosi un flusso di calore

la temperatura non varia.

Durante l’ebollizione dell’acqua, ad esempio, la temperatura rimane fissa

a 100 gradi ( valore indicativo al livello del mare e alla pressione di 1

atmosfera). L’acqua viene trasformata da liquido a vapore a temperatura

costante e fornire più calore serve solo a far evaporare l’acqua più

velocemente.

Ecco perché quando l’acqua bolle conviene abbassare un poco la

fiamma: la temperatura resta di 100 gradi e si risparmia gas.

Riassumendo: La variazione di temperatura è sempre una conseguenza di un flusso

di calore;

Il calore non causa necessariamente una variazione di temperatura;

Il calore può essere considerato un lavoro microscopico sulle

molecole di una sostanza.

4.1.1 LA PROPAGAZIONE DEL CALORE

La propagazione del calore avviene in due modi distinti: per

conduzione, e per convezione.

A. Si dice che il calore si propaga per conduzione quando si

trasmette da un corpo solido a un altro posti a diversa

temperatura e in contatto reciproco.

Dal punto di vista della conduzione del calore, i corpi sono distinti in

buoni conduttori e cattivi conduttori.

57

Appartengono alla prima categoria, per esempio, tutti i metalli. Nella

seconda categoria troviamo materiali come la lana, la paglia, il legno, i

liquidi in genere.

Il fatto che i corpi non conducano il calore tutti allo stesso modo può

essere evidenziato facilmente ricorrendo a una comunissima esperienza:

quella di immergere in acqua molto calda due mestoli, uno di legno e

uno di metallo (figura 1).

Figura 1 È evidente che il manico del mestolo di metallo diventerà molto presto

assai caldo, mentre il manico del mestolo i legno sarà solo un po’ più

caldo. Ciò evidenzia chiaramente che il metallo conduce meglio il calore

del legno.

B. Il termine convezione indica il modo di propagazione del

calore nei fluidi. Nei fluidi il calore si propaga per spostamento

macroscopico di materia.

È possibile osservare tale fenomeno, per esempio, riempiendo d’acqua

un recipiente di vetro e versando al suo interno delle gocce di colorante.

58

Riscaldando il liquido, vediamo le sue particelle spostarsi verso l’alto

nella parte centrale del recipiente, per poi ricadere lungo le pareti, come

è indicato nella figura 2:

Figura 2

Tale fenomeno è dovuto al fatto che il liquido collocato nella parte bassa,

riscaldato dalla fiamma, si dilata e diminuisce di densità, cioè diventa più

leggero e di conseguenza, per il principio di Archimede è spinto verso

l’alto.

Contemporaneamente, il liquido collocato in superficie, che è più freddo

e dunque più pesante, scende verso il basso, andando a occupare lo

spazio lasciato vuoto dal liquido che risale. Giunto in basso, tale liquido

viene a sua volta riscaldato, mentre, nel frattempo, il liquido salito in

superficie si raffredda. Ricreatesi le condizioni per la sua ripetizione, il

moto, detto convettivo, riprende.

4.2 I CAMBIAMENTI DI STATO La materia che ci circonda è presente secondo tre possibili stati di

aggregazione: lo stato solido, lo stato liquido e lo stato aeriforme.

59

L’acqua per esempio, a seconda della temperatura che possiede e della

pressione cui è sottoposta, si presenta allo stato liquido (acqua

propriamente detta), allo stato solido (ghiaccio) o allo stato aeriforme

(vapore acqueo).

SOLIDO LIQUIDO AERIFORME

Se alla pressione atmosferica ne diminuiamo la temperatura, l’acqua

solidifica; se ne aumentiamo la temperatura, l’acqua evapora.

Per aumentare la temperatura occorre somministrare calore; per

diminuirla, occorre sottrarre calore.

Dunque

Il passaggio della materia da uno stato di aggregazione all’altro è

sempre accompagnato da uno scambio di calore con l’ambiente

esterno.

Tutti i corpi, qualunque sia la sostanza di cui sono composti, possono

cambiare il loro stato di aggregazione grazie a scambi più o meno

cospicui di calore con l’ambiente in cui si trovano.

Il fatto che un corpo allo stato solido possa diventare liquido o aeriforme

in seguito all’assunzione di calore dall’ambiente esterno è in perfetta

coerenza con quanto detto sulle forze di coesione che agiscono fra le

molecole che costituiscono la sostanza del corpo considerato.

60

I cambiamenti di stato conseguenti ad uno scambio di calore sono di

cinque tipi: fusione, vaporizzazione, sublimazione, liquefazione o

condensazione, solidificazione.

1. Fusione: si tratta del passaggio

di una sostanza dallo stato solido allo

stato liquido. Avviene in seguito a una

somministrazione di calore. 2. Vaporizzazione: si tratta del

passaggio di una sostanza dallo stato

liquido allo stato aeriforme. Avviene

in seguito a una somministrazione di

calore. vaporizzazione 3. Liquefazione o condensazione:

si tratta del passaggio di una sostanza

dallo stato aeriforme allo stato liquido.

Avviene in seguito a una sottrazione di

calore, tipica è la nebbia. 4. Solidificazione: si tratta del

passaggio di una sostanza dallo

stato liquido allo stato solido. Avviene

in seguito a una sottrazione di calore.

5. Sublimazione: si tratta del passaggio di una sostanza dallo stato

solido allo stato aeriforme o viceversa. Il primo passaggio di stato

avviene in seguito a una somministrazione di calore. Il secondo in

seguito a una sottrazione di calore.

La vaporizzazione può avvenire in due modi: per evaporazione e per

ebollizione.

61

Si parla di evaporazione quando il passaggio di stato liquido-

aeriforme avviene senza riferimento a particolari condizioni di

temperatura e di pressione.

Per esempio, delle gocce di alcol versate su una superficie vaporizzano

rapidamente (figura 4).

Figura 4

Si parla di ebollizione quando il passaggio dallo stato liquido allo

stato aeriforme avviene, in modo abbastanza tumultuoso, a ben

determinate condizioni di temperatura e di pressione.

Per esempio, l’acqua contenuta in una pentola, sottoposta alla pressione

atmosferica, bolle alla temperatura di 100°C. Se il processo di ebollizione

dura per un tempo adeguato, tutto il liquido passa allo stato di

vapore (figura 5).

Figura 5

62

CAPITOLO 5

IL PERCORSO DIDATTICO

Il calore e la temperatura sono argomenti

trattati nella scuola primaria. Per il

linguaggio scientifico la temperatura è

energia, mentre, il calore è passaggio di

energia, di conseguenza il passaggio di

calore provoca variazioni di temperatura.

Nel linguaggio comune, però, questi due termini vengono, spesso,

confusi; compito dell’insegnante è di evitare questa confusione

nei bambini utilizzando tutti i metodi possibili.

Gli OSA che riguardano il calore e la temperatura sono:

conoscenze abilità

Calore e Temperatura. Fusione e

solidificazione, evaporazione e

condensazione, ebollizione.

Illustrare le differenze tra

temperatura e calore con

riferimento all’esperienza

ordinaria.

Effettuare esperimenti sui

fenomeni legati al cambiamento

di temperatura (evaporazione,

fusione).

63

OBIETTIVI GENERALI

A LIVELLO COGNITIVO

utilizzare i termini “calore e temperatura” in determinati

contesti;

conoscere il significato di temperatura e calore;

conoscere come si propaga il calore per conduzione e

convezione;

conoscere i fenomeni che permettono i cambiamenti di

stato.

A LIVELLO OPERATIVO

progettare e realizzare semplici esperienze scientifiche;

illustrare la differenza fra temperatura e calore con

riferimento all’esperienza di tutti i giorni;

completare alcune schede di verifica,

eseguire ricerche.

A LIVELLO LOGICO

partire da esperienze concrete per giungere a situazioni in cui

la teoria scientifica venga considerata la conclusione del

percorso elaborato.

A LIVELLO ESPRESSIVO GRAFICO

realizzazione di mappe concettuali che sintetizzino la

relazione calore-temperatura.

64

LA TEMPERATURA E IL CALORE

CALORE E TEMPERATURA

Esplorare la

differenza tra le cose;

Illustrare attraverso

l’esperienza ordinaria,

la differenza tra

temperatura e calore;

Effettuare esperimenti

sui fenomeni legati al

cambiamento di stato

della materia.

ESITI FORMATIVI

Acquisire dati e

organizzarli tramite

tabelle;

Osservare fenomeni e

riprodurli tramite

semplici esperimenti;

Individuare le variabili

rilevanti per la

descrizione di un

fenomeno;

Descrivere la realtà

sulla base di modelli

spontanei;

Rappresentare dati per

via grafica;

Utilizzare rappresenta-

65

zioni grafiche e\o

tabelle per risolvere

problemi.

LIVELLO

SERVIZIO:acquisire conoscenze e

competenze in diversi ambiti e

settori del sapere.

SVILUPPO: approccio,

addestramento ed elaborazione.

DURATA 40 ore

NOTE DELL’INSEGNANTE

Il modulo si propone di

introdurre gli allievi nel mondo

della cultura scientifica,

conferendo loro adeguate

capacità di espressione.

È teso, inoltre, a far acquisire

competenze applicabili in diversi

ambiti culturali e far

familiarizzare l’allievo con gli

strumenti ed i modi della

scienza relativi alla temperatura,

calore, propagazione di calore e

passaggi di stato.

Gli allievi, introdotti a tali

concetti tramite semplici

spiegazioni ed esperimenti,

imparano ad utilizzarli

correttamente nei diversi

66

contesti della vita quotidiana.

NOTE DELLO STUDENTE

Gli alunni verificano alcune

conoscenze e alcune

acquisizioni dell’esperienza

diretta della loro vita quotidiana,

attraverso attività presentate ed

eseguite a livello sperimentale.

Gli studenti grazie alla scuola

effettuano esperienze e le

completano trasferendo le

conoscenze e riutilizzandole

come base di partenza per

ulteriori approfondimenti.

SITUAZIONI DI LAVORO:

calore e temperatura;

la propagazione del calore;

i cambiamenti di stato.

67

SITUAZIONE REALE

FENOMENO

RIPRODOTTO

IN LABORATORIO

CONCETTI

BASE

CONCETTI

ORGANIZZAT

ORI

S 1

Temperatura

E

Calore

Esperimenti che

consentono di

capire la

differenza tra

temperatura e

calore.

Forza,

lavoro,

energia,

passaggi di

energia,

agitazione

termica delle

molecole,

corpo caldo,

corpo

freddo.

Rapporto

tra energia

e

passaggio

di energia,

principio

dell’equili

brio

termico,

calore

specifico.

S 2

La

propagazione

del calore

Sperimentare il

concetto di

propagazione del

calore.

Conduzione

e

convezione.

Buoni

conduttori

Cattivi

conduttori

Isolanti.

S 3

I cambiamenti

di stato

Esperimenti che

consentono agli

alunni di capire

Fusione,

vaporizzazio-

ne,

sublimazione

,

condensazio-

ne,

Scambio

di calore

con

l’ambiente

esterno,

68

come la materia

che ci circonda è

presente secondo

tre stati di

aggregazione:

solido, liquido,

aeriforme.

solidificazio-

ne.

aumento di

temperatura-

somministra-

zione di

calore,

diminuzione

di

temperatura-

sottrazione

di calore.

PROVE DI

VERIFICHE

Le verifiche si baseranno sull’ elaborazione di

schede, tabelle e sulla realizzazione di alcuni

esperimenti.

69

A B C

X

X

X

A)esplorazione della diversa temperatura alla quale possono

trovarsi le cose;

B) Illustrare la differenza tra temperatura e calore con riferimento

all’esperienza ordinaria;

C) Effettuare esperimenti su fenomeni legati al cambiamento di

temperatura;

MAPPA DI RIFERIMENTO SITUAZIONI/ ESITI

70

INDICAZIONI RELATIVE ALLE SITUAZIONI

PROPOSTE

In questa situazione l'allievo viene portato a

comprendere la differenza tra temperatura e

calore per poterli utilizzare correttamente nei

diversi contesti della vita quotidiana.

L'allievo proseguendo nel suo approccio al mondo

sperimentale, impara con l'esperienza diretta

come si propaga il calore per conduzione e

convezione, inoltre comprende che esistono alcuni

materiali che permettono una maggiore

propagazione di calore (buoni conduttori), altri

meno ( cattivi conduttori) e altri ancora che

ostacolano il passaggio di calore (isolanti).

Questa situazione di servizio alle altre in questo

modulo, porta l'allievo a familiarizzare con i

concetti di temperatura e calore attraverso la

comprensione dei fenomeni che permettono i

cambiamenti di stato.

71

Affinché gli alunni comprendano la differenza tra temperatura e

calore, e possano utilizzarli correttamente nei diversi contesti

della vita quotidiana, l’insegnante segue 5 fasi:

1) Per prima cosa l'insegnante "somministra un pre-test"

agli alunni per avere chiara la loro conoscenza sui concetti

"temperatura" e "calore”, usando le seguenti domande:

Che cos'è il calore?

Che cos'è la temperatura?

Come varia la temperatura?

Cosa significa equilibrio termico?

In che modo il grado di agitazione delle molecole è legato

alla temperatura di un corpo?

Si può dire che fra due corpi a contatto con temperatura

diversa fluisce "qualcosa"? Di cosa si tratta?

Cos'è il calore specifico?

72

2) E’ opportuno che l’insegnante prima di spiegare la lezione

conduca un “brainstorming” in modo che i bambini vengano a

conoscenza dei nuovi termini utilizzati nel pre-test e quelli che

verranno usati nella lezione:

Molecole;

Corpo;

Micro;

Macro;

Energia;

Forza;

Lavoro.

73

3) Successivamente "spiega la lezione", in modo che gli

alunni comprendano i concetti base sulla temperatura e sul

calore e ne acquisiscano una certa padronanza:

Bambini, spesso, utilizziamo i termini temperatura e calore senza

riflettere sul contesto e sul loro significato.

Per il linguaggio scientifico la temperatura è energia (cioè

movimento), mentre, il calore è passaggio di energia; questo vuol

dire che il passaggio di calore provoca variazioni di temperatura.

Mettendo a contatto un corpo A con un corpo B, se A ha una

temperatura superiore a B, B si riscalda mentre A si raffredda; tale

processo si interrompe solo quando A e B hanno raggiunto la

stessa temperatura.

Questo fenomeno è noto con il nome di principio dell’equilibrio

termico.

Bambini sapete cosa differenzia due corpi che hanno temperatura

diversa?

Non è altro che il diverso grado di agitazione termica dei loro

atomi e delle loro molecole. Riscaldando un corpo, infatti,

l’agitazione degli atomi e delle molecole che lo compongono

aumenta sempre di più.

Così un corpo “freddo” è caratterizzato da una bassa agitazione

termica delle sue molecole, mentre un corpo “caldo” è

caratterizzato da un alta agitazione termica delle sue molecole.

74

Il principio dell’equilibrio termico, dunque, afferma che il contatto

tra due corpi posti a diversa temperatura fa si che “qualcosa”

fluisca dall’uno all’altro, fino a quando i due corpi non abbiano

raggiunto la stessa temperatura; questo “qualcosa” non è altro che

l’energia termica e il suo passaggio è detto calore.

Se questi oggetti non possiedono uguale massa, la temperatura

finale sarà più vicina a quella presente nel corpo di massa

maggiore.

La temperatura finale di equilibrio è influenzata oltre che dalla

massa dei corpi, anche dal calore specifico cioè quantità di calore

che deve essere fornita a un grammo di sostanza per farne variare

la temperatura di 1 °C centigrado.

Se proviamo a scaldare su un fornello sostanze diverse per lo

stesso tempo, pur fornendo la stessa quantità di calore, noteremo

che non si scaldano allo stesso modo, in quanto hanno un calore

specifico diverso.

Si può, dunque, affermare che per far raggiungere la stessa

temperatura a sostanze diverse, si devono fornire quantità di

calore.

75

4) Per fortificare maggiormente la padronanza di questi

concetti, l'insegnante propone di eseguire alcuni

“esperimenti”:

PRIMO ESPERIMENTO

Tocchiamo con la mano alcuni oggetti, ad esempio una balaustra

di marmo, un pezzo di legno un pezzo di metallo (come il

termosifone spento o la gamba della sedia), una borsa

d’acqua calda, e descriviamo le sensazioni che proviamo

utilizzando i seguenti termini:

freddo - meno freddo – più freddo - quasi caldo – caldo - più caldo.

a b c d

a) ………………….. b) …………………..

c) …………………..

d) …………………..

N.B. : “freddo”, “meno freddo”, “quasi caldo”, “caldo sono

espressioni che usiamo per definire lo stato termico di un corpo,

ovvero la sua temperatura.

76

Ora tocca gli stessi corpi con il termometro, come sono le

temperature?

Confronta le tue risposte iniziali con le letture del termometro.

77

SECONDO ESPERIMENTO

Per essere coscienti di cosa avviene prima e dopo che l'acqua

contenuta in una pentola sul fuoco raggiunga la temperatura

di 100 °C., osserviamo attentamente l’esperimento eseguito con il

termometro collegato al computer.

T (°C)

Punto di ebollizione

100

80

60

40

20

10

1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 t ( minuti)

N.B. : Dal grafico si evince che la temperatura dell'acqua

aumenta con il passare del tempo, fino ad arrivare al punto di

ebollizione e cioè a 100 °C. (a livello del mare, alla pressione

di 1 atm.).

Tale aumento di temperatura è dovuto alla somministrazione

di “qualcosa”, fornita dal fuoco.

78

Questo “qualcosa” si dice calore.

Dopodiché la temperatura dell'acqua, nonostante si continui a

somministrare calore, si mantiene costante; in questo caso fornire

calore serve solo a far evaporare l'acqua più velocemente.

Ecco perché quando l'acqua bolle conviene abbassare la fiamma,

la temperatura resta di 100 °C e si risparmia gas.

79

TERZO ESPERIMENTO

Metti su un fornellino un pentolino pieno d'acqua e annota il

tempo che l'acqua impiega per bollire.

Metti poi sullo stesso fornellino una pentola piena d'acqua e

annota anche in questo caso il tempo che l'acqua impiega per

bollire.

I due tempi che avrai annotato saranno diversi: minore per l'acqua

del pentolino, più lungo per l'acqua della pentola.

Come sai, sia l'acqua del pentolino sia quella della pentola bollono

alla temperatura di 100 °C, ma nonostante ciò il calore che

abbiamo dovuto fornire è stato minore per il pentolino e maggiore

per la pentola, perché diversa è la quantità di acqua contenuta in

esse.

N.B. : in questo modo hai constatato che per diverse quantità della

stessa sostanza occorrono diverse quantità di calore per

80

raggiungere una stessa temperatura; temperatura e colore sono,

dunque, due cose distinte.

Il calore è la grandezza che permette variazioni di temperatura.

81

QUARTO ESPERIMENTO

È possibile chiarire il significato di calore specifico con il seguente

esperimento:

Poniamo su un fornello un pentolino contenente mezzo litro

d'acqua alla temperatura di 10 °C. Dopo 10 minuti

controlliamo e annotiamo la temperatura raggiunta.

Adesso poniamo sullo stesso fornello un pentolino

contenente mezzo litro di aceto, anch'esso alla temperatura

di 10 °C. Dopo 10 minuti controlliamo e annotiamo la

temperatura raggiunta.

N.B. : Pur fornendo all'acqua e all'aceto lo stesso calore per uno

stesso tempo e a partire da una stessa temperatura, le due

sostanze "diverse" raggiungono un livello termico differente,

perché diverso è il loro calore specifico.

82

5) Infine, per verificare se gli alunni hanno appreso,

l'insegnante ripropone il “test iniziale”, confrontando le

risposte che ciascun bambino ha dato prima e dopo la

spiegazione e gli esperimenti.

Lo scopo di questo quinto punto è capire se il lavoro svolto ha

avuto successo.

Che cos'è il calore?

Che cos'è la temperatura?

Come varia la temperatura?

Cosa significa equilibrio termico?

In che modo il grado di agitazione delle molecole è legato

alla temperatura di un corpo?

Si può dire che fra due corpi a contatto con temperatura

diversa fluisce "qualcosa"? Di cosa si tratta?

Cos'è il calore specifico?

83

Dopo aver reso noti nella situazione 1 i concetti base relativi alla

temperatura e al calore, l'insegnante propone agli alunni di

proseguire l'approccio al mondo sperimentale, per apprendere

con l'esperienza diretta come si propaga il calore per conduzione,

convezione e irraggiamento. Inoltre, viene resa nota l'esistenza di

alcuni materiali che permettono una maggiore propagazione di

calore (buoni conduttori), di altri che ne permettono meno (cattivi

conduttori) e di altri ancora che ostacolano il passaggio di calore

(isolanti).

L'insegnante per facilitare agli alunni il raggiungimento di questi

obiettivi formativi si attiene a 5 fasi:

1) Per prima cosa verifica la conoscenza comune che hanno i

bambini sull'argomento, "somministrando un pre-test":

I corpi possiedono calore ?

Se si, in che modo possono scambiarlo con altri

corpi?

84

Il calore si propaga:

o Passando da un corpo meno caldo a uno più freddo;

o Passando sia da un corpo freddo a uno caldo sia

viceversa;

o Passando da un corpo più caldo a uno meno caldo.

Osserva la figura.

Quale cucchiaio è meglio non toccare?

Descrivi la propagazione del calore nei solidi e nei fluidi.

85

2) E’ opportuno che l’insegnante prima di spiegare la lezione

esegua un “brainstorming” per dare modo ai bambini di

conoscere i nuovi termini utilizzati nel pre-test e quelli che

verranno usati nella lezione:

Propagazione;

Solidi;

Fluidi.

86

3)Nella terza fase, l'insegnante inizia la “spiegazione”

affermando:

Bambini come già sapete mettendo a contatto due oggetti con

temperatura diversa, dopo poco tempo questi raggiungeranno la

stessa temperatura, perché il calore si trasferisce dal corpo più

caldo a quello più freddo, fino a raggiungere l’equilibrio termico.

Ora dovete essere al corrente che la propagazione del calore

avviene in due modi diversi: per conduzione e per convezione.

Si dice che il calore si propaga per conduzione quando si

trasmette da un corpo solido a un altro posti a diversa

temperatura e in contatto reciproco.

Dal punto di vista della conduzione del calore, i corpi sono distinti

in buoni conduttori, cattivi conduttori e isolanti.

Appartengono alla prima categoria, per esempio, tutti i metalli,

alla seconda la lana, la paglia, il legno, i liquidi in genere e alla

terza tutti i materiali che ostacolano il passaggio di calore.

Il fatto che i corpi non conducano il calore tutti allo stesso modo

può essere evidenziato facilmente ricorrendo a una comunissima

esperienza: quella di immergere in acqua molto calda due mestoli,

uno di legno e uno di metallo.

Provando a toccare i due mestoli constateremo che quello di

metallo risulta più caldo di quello in legno.

Il termine convezione, invece, indica il modo di propagazione del

calore nei fluidi dove il calore si propaga per spostamento di

materia.

87

È possibile osservare tale fenomeno riempiendo d’acqua un

recipiente di vetro e versando al suo interno delle gocce di

colorante.

Riscaldando il liquido, vediamo le sue particelle spostarsi verso

l’alto nella parte centrale del recipiente, per poi ricadere lungo le

pareti. Tale fenomeno è dovuto al fatto che il liquido collocato

nella parte bassa, riscaldato dalla fiamma diventa più leggero e di

conseguenza viene spinto verso l’alto.

Contemporaneamente, il liquido collocato in superficie, che è più

freddo e dunque più pesante, scende verso il basso dove viene a

sua volta riscaldato, mentre, il liquido salito in superficie si

raffredda. Ricreatesi le condizioni per la sua ripetizione, il moto,

detto convettivo, riprende.

88

4) Per rafforzare maggiormente la sicurezza su questi

concetti, l'insegnante propone di eseguire alcuni “esperimenti”:

PRIMO ESPERIMENTO Completa le seguenti frasi:

Se appoggiamo le mani fredde

Su un termosifone caldo, queste

si………………………………..

Se aggiungiamo un po’ di latte

latte freddo in una tazza di

latte caldo, otterremo del

latte……….…….

Se prendiamo in mano un

cubetto di ghiaccio,

quest’ ultimo incomincerà

a……………………………,perché

si………………………….

89

SECONDO ESPERIMENTO

Osserviamo con un esperimento come il calore si propaga nei

solidi (conduzione):

Procurati una sbarretta metallica, un appoggio di legno, una

candela e due biglie, ad esempio una rossa e una verde. Fissa le

biglie con della cera alla sbarretta metallica e quest'ultima

all'appoggio, come indicato in figura.

Il calore della fiamma si propaga gradatamente nel metallo.

Infatti, vedrai prima cadere la biglia rossa e dopo un po' di tempo

anche la biglia verde.

N.B. : in questo modo hai constatato che senza alcun movimento

di materia, si ha la conduzione del calore nei corpi solidi.

90

TERZO ESPERIMENTO

Osserviamo con un altro esperimento come il calore si propaga

nei solidi ( conduzione):

Prendiamo un cucchiaio di acciaio e uno di legno, e tenendoli con

le mani, immergiamoli in un recipiente pieno d'acqua bollente.

Ben presto non riusciremo più a tenere in mano il cucchiaio di

acciaio, perché si sarà riscaldato troppo, mentre, potremo tenere

in mano il cucchiaio di legno ancora per molto tempo senza

scottarci.

N.B. : da questo esperimento si evince che in alcuni corpi il calore

si propaga rapidamente (cucchiaio di acciaio), mentre in altri si

propaga con difficoltà (cucchiaio di legno).

Diciamo, quindi, che il calore si propaga in maniera diversa nelle

varie sostanze, ovvero ogni sostanza ha una sua ben precisa

capacità di trasmettere il calore; questa capacità è detta

conducibilità termica.

91

QUARTO ESPERIMENTO

Osserviamo con un esperimento come il calore si propaga nei

fluidi (convezione):

Metti dell'acqua in una pentola di pirex (trasparente e resistente al

fuoco), versa al suo interno delle gocce di colorante e ponila sul

fuoco.

Appena l'acqua del fondo incomincia a scaldarsi vedrai le sue

particelle spostarsi verso l'alto nella parte centrale del recipiente,

per poi ricadere lungo le pareti.

N.B. : tale fenomeno è dovuto al fatto che il liquido collocato nella

parte bassa, riscaldato dalla fiamma, diventa più leggero e di

conseguenza viene spinto verso l'alto. Contemporaneamente il

liquido collocato in superficie, che è più freddo e dunque più

pesante, scende verso il basso dove viene a sua volta riscaldato,

mentre, il liquido salito in superficie si raffredda.

92

5) Infine, l'insegnante esamina la preparazione raggiunta

dagli alunni somministrando lo stesso “test” proposto

inizialmente:

I corpi possiedono calore ?

Se si, in che modo possono scambiarlo con altri corpi?

Il calore si propaga:

o Passando da un corpo meno caldo a uno più freddo;

o Passando sia da un corpo freddo a uno caldo sia

viceversa;

o Passando da un corpo più caldo a uno meno caldo.

Osserva la figura.

Quale cucchiaio è meglio non toccare?

Descrivi la propagazione del calore nei solidi e nei fluidi.

93

Inoltre, chiede di realizzare una ricerca sulle sostanze

definite "buoni conduttori", "cattivi conduttori" e "isolanti", di

elaborare un cartellone su cui suddividere i tre tipi di

materiale e affiggerlo in classe per consultarlo facilmente:

BUONI CONDUTTORI

CATTIVI CONDUTTORI ISOLANTI

94

In questo modulo la terza situazione può essere considerata

come una situazione al servizio delle altre in quanto, porta

l'allievo a familiarizzare maggiormente con i concetti di

temperatura e calore attraverso la comprensione dei fenomeni

che permettono cambiamenti di stato.

Per agevolare il conseguimento di questi obiettivi formativi,

l'insegnante divide il percorso didattico in 4 fasi:

1) Nella prima fase, sempre per rendersi conto di ciò che i

bambini conoscono sull'argomento, l'insegnante propina

un “pre-test”:

La materia che ci circonda è presente secondo tre possibili

stati di aggregazione. Quali sono?

Qual è lo stato dell'acqua che esce dal rubinetto?

95

Qual è lo stato di un cubetto di ghiaccio?

Qual è lo stato del vapore che esce dalla pentola sul fuoco?

Quanti sono i cambiamenti di stato?

Quali sono i cambiamenti di stato?

Descrivi brevemente i cambiamenti di stato che conosci.

Come si definisce il passaggio dallo stato liquido a quello

gassoso?

Come si chiama il passaggio dallo stato gassoso a quello

liquido?

Come viene chiamato il passaggio dallo stato liquido a

quello solido?

96

2) L'insegnante prosegue il percorso didattico con la

"spiegazione" dei passaggi di stato:

Tutto ciò che ci circonda è costituito da materia.

Tutto ciò che ci circonda è costituito da materia.

La materia è tutto ciò che occupa uno spazio e che puoi vedere,

sentire, gustare, toccare, annusare. Se osservi attentamente,

scoprirai che tanti e diversi sono i tipi di materia.

Inoltre, la materia può presentarsi allo stato solido, allo stato

liquido o allo stato aeriforme.

L'acqua per esempio, a seconda della temperatura che possiede e

della pressione cui è sottoposta, si presenta allo stato liquido

(acqua propriamente detta), allo stato solido (ghiaccio) o allo stato

aeriforme (vapore acqueo).

Se alla pressione atmosferica diminuiamo la temperatura, l'acqua

solidifica, invece, se la aumentiamo evapora.

Per aumentare la temperatura occorre somministrare calore,

mentre, per diminuirla occorre sottrarre calore.

Dunque, il passaggio della materia da uno stato di aggregazione

all'altro è sempre accompagnato da uno scambio di calore con

l'ambiente esterno.

Tutti i corpi possono cambiare il loro stato di aggregazione grazie

a scambi più o meno notevoli di calore con l'ambiente in cui si

trova, ciò è in perfetta coerenza con quanto detto sulle forze di

coesione che agiscono fra le molecole che costituiscono la

sostanza del corpo considerato.

97

I cambiamenti di stato conseguenti ad uno scambio di calore sono di

cinque tipi: fusione, vaporizzazione, sublimazione, liquefazione o

condensazione, solidificazione.

La Fusione è il passaggio di una sostanza dallo

stato solido allo stato liquido e avviene in seguito a una

somministrazione di calore.

La Vaporizzazione è il passaggio di una sostanza dallo

stato liquido allo stato aeriforme; avviene in seguito a una

somministrazione di calore.

La Liquefazione o condensazione è il passaggio di una

sostanza dallo stato aeriforme allo stato liquido; avviene in

seguito a una sottrazione di calore, tipica è la nebbia.

La Solidificazione è il passaggio di una sostanza dallo

stato liquido allo stato solido, avviene in seguito a una

sottrazione di calore.

La Sublimazione, infine, è il passaggio di una sostanza

dallo stato solido allo stato aeriforme o viceversa. Il primo

passaggio di stato avviene in seguito a una

somministrazione di calore. Il secondo in seguito a una

sottrazione di calore.

Per quanto riguarda la vaporizzazione, dovete sapere bambini,

98

che può avvenire in due modi: per evaporazione e per ebollizione.

L'evaporazione si ha quando il passaggio di stato liquido-

aeriforme avviene senza riferimento a particolari condizioni

di temperatura e di pressione.

Per esempio, delle gocce di alcol versate su una superficie

vaporizzano rapidamente.

L'ebollizione, invece, si ha quando il passaggio dallo stato

liquido allo stato aeriforme avviene, in modo abbastanza

tumultuoso, a ben determinate condizioni di temperatura e

di pressione.

Per esempio, l'acqua contenuta in una pentola, bolle alla

temperatura di 100°C. Se il processo di ebollizione dura a lungo,

tutto il liquido passa allo stato di vapore.

99

3) Per trincerare ancor di più la padronanza di questo

argomento, l'insegnante presenta agli alunni alcuni

"esperimenti ":

PRIMO ESPERIMENTO Per verificare che l'acqua può esistere nei tre stati della materia

che conosci, esegui in casa il seguente esperimento:

1. Metti un po' d'acqua in una

bottiglia di plastica e riponila

nel congelatore senza chiuderla.

Che cosa è accaduto?...............

2. Ora appoggia la bottiglia sul

termosifone acceso e, dopo

circa un' ora, controlla.

Che cosa è accaduto?................

3. Con l'aiuto di un adulto, metti

sulla fiamma del gas una

pentola con dell' acqua.

Che cosa accade dopo

un po' di tempo?.....................

4. Sempre con l'aiuto di un

adulto, metti il coperchio

sulla pentola mentre l’acqua

bolle. Sollevalo e controlla:

che cosa è accaduto?................

100

SECONDO ESPERIMENTO Per verificare i cambiamenti di stato conseguenti ad uno scambio

di calore, fai una prova:

1) Prendi dei cubetti di

ghiaccio e mettili in un

pentolino, dopo un po' di

tempo si sciolgono: il

ghiaccio è diventato acqua

allo stato liquido.

2) Tieni il pentolino sul

fuoco; dopo un pò di tempo

l'acqua non ci sarà più ma

avrai visto uscire del vapore:

vapore acqueo.

3) Metti un coperchio freddo

sul pentolino mentre l'acqua

bolle, poi rialzalo e

osservalo: vedrai che la sua

superficie è cosparsa da

tante goccioline d'acqua.

4) Metti nel freezer

l'apposita vaschetta riempita

d'acqua. Dopo un po' di

tempo si sarà formato del

ghiaccio.

N.B.: in questo modo hai constatato che l'acqua in relazione alla

101

temperatura, sopra o sotto 100 .C, cambia da liquida a solida e

viceversa. L'acqua liquida si trasforma in vapore acqueo a 100 °C

in modo molto rapido; ma anche a temperatura ambiente passa a

vapore. Quando aiuti la mamma a stendere il bucato ad

asciugare, sai che gli indumenti bagnati asciugheranno più in

fretta se, ben stesi, vengono messi al Sole e se c'è vento.

Queste condizioni facilitano il passaggio dell'acqua a vapore.

102

4) Nell'ultima fase l'insegnante per appurare le competenze

conseguite dagli alunni, distribuisce a ciascuno di loro tre “prove

di verifica”:

VERIFICA 1

Hai verificato che l'acqua, per effetto del calore sprigionato dalla

fiamma, cambia stato. Il risultato dei tuoi esperimenti si può

rappresentare con il seguente schema. Osserva, completa e

verbalizza.

103

VERIFICA 2

Guardati intorno ed inserisci i nomi delle cose che vedi al

posto giusto. È allo stato............

104

VERIFICA 3

Osserva i disegni e completa.

Stato……………………………………..

Stato……………………………………..

Stato……………………………………..

105

CAPITOLO 6

LA SPERIMENTAZIONE

Nello sviluppo della sperimentazione ci siamo basati su un’ipotesi

fondamentale di ricerca, supportati anche dai risultati sperimentali

riportati nel capitolo 3.

La nostra ipotesi di ricerca può essere così espressa:

“L’uso del laboratorio scientifico nelle attività didattiche, con un forte

supporto delle tecnologie informatiche per l’acquisizione e l’analisi dei

dati sperimentali, migliora l’apprendimento delle discipline scientifiche”.

A questo punto iniziamo a descrivere la sperimentazione suddividendo

situazione didattica per situazione didattica.

( Temperatura e calore)

Prima domanda: Che cos’è il calore?

ANALISI A PRIORI

S1 calore come energia;

S2 calore come energia in transito; Strategie

S3 calore come passaggio di energia; scientifiche

S4 calore come grandezza responsabile delle variazioni di energia;

S5 calore come passaggio di temperatura;

106

S6 calore come temperatura;

S7 calore come sensazione termica; Strategie comuni

S8 calore come aria calda e aria fredda;

S9 calore come fuoco;

S10 calore come sostanza che riscalda;

S11 calore come il caldo che proviene dal Sole;

S12 calore come sostanza bollente;

TABELLA DATI (alunno \strategie) I colori indicano due tipi di strategie diverse; in blu sono riportate quelle comuni, mentre, in rosso quelle scientifiche. In questo modo è possibile individuare subito il tipo di strategia usata dall’alunno nel pre-test e nel post-test.

PRIMA DOMANDA

ALUNNI

PRE

POST

Filippo S10 S4 Dennis S8 S3 Ilenia S10 S3 Mariarita S11 S3 Anna S9 S3 Vincenzo S12 S10 Antonino S12 S3 Salvatore S11 S1 Giovanni S8 S3 Lautaro S11 S4

107

Nicola S11 S4 Annalisa S9 S5 Elena S9 S3 Lavinia S10 S3 Chiara S10 S3 Alessia S10 S3 Miriam S10 S1 Alfonso S9 S1 Michele S10 S3 Ivan S10 S3

TABELLA DATI (tot. alunni\strategia) Questa tabella indica il numero totale degli alunni che ha usato ciascuna strategia nel pre-test e nel post-test.

STRATEGIE

PRE

POST

S1 0 3

S2 0 0

S3 0 12

S4 0 3

S5 0 1

S6 0 0

S7 0 0

S8 2 0

S9 4 0

S10 8 1

S11 4 0

S12 2 0

108

ISTOGRAMMA DEI RISULTATI

Il grafico evidenzia con il colore giallo il numero delle volte che

ogni strategia viene utilizzata dagli alunni nel pre-test, con il

colore verde, invece, nel post- test.

N 18 16 14 12 10 8 6 4 2

S1 S3 S4 S5 S8 S9 S10 S11 S12 S PRE POST

109

Seconda domanda: Che cos’è la temperatura?

ANALISI A PRIORI

S13 temperatura come livello di energia;

S14 temperatura come grandezza che subisce variazioni tramite il calore; Strategie scientifiche S15 variazione di temperatura dovuta al passaggio di energia;

S16 variazione di temperatura dovuta al lavoro microscopico;

S17 temperatura come misurazione del calore;

S18 temperatura come meteo;

Strategie S19 temperatura come clima, comuni

S20 temperatura come aria;

S21 temperatura come sostanza né troppo calda né troppo fredda.

110

TABELLA DATI (alunno \strategie) SECONDA DOMANDA

ALUNNI

PRE

POST

Filippo S20 S14 Dennis S17 S14 Ilenia S20 S13 Mariarita S17 S13 Anna S18 S13 Vincenzo S19 S14 Antonino S19 S13 Salvatore S19 S15 Giovanni S20 S13 Lautaro S19 S13 Nicola S20 S14 Annalisa S18 S13 Elena S18 S14 Lavinia S18 S14 Chiara S19 S13 Alessia S20 S13 Miriam S21 S15 Alfonso S18 S15 Michele S19 S13 Ivan S20 S13

111

TABELLA DATI (tot. alunni\strategia)

STRATEGIE

PRE

POST

S13 0 11

S14 0 6

S15 0 3

S16 0 0

S17 2 0

S18 5 0

S19 6 0

S20 6 0

S21 1 0

112

ISTOGRAMMA DEI RISULTATI

N 18 16 14 12 10 8 6 4 2

S13 S14 S15 S17 S18 S19 S20 S21 S PRE POST

113

Terza domanda: Come varia la temperatura?

ANALISI A PRIORI

S22 tramite il passaggio di energia; Strategie

S23 tramite il calore; scientifiche

S24 semplicemente da sola;

S25 tramite il clima ( caldo o freddo);

S26 in diversi modi; Strategie comuni

S27 tramite il contatto tra due corpi;

S28 mettendo la pentola sul fuoco;

S29 tramite i gradi.

TABELLA DATI (alunno \strategie) TERZA DOMANDA

ALUNNI

PRE

POST

Filippo S28 S23 Dennis S25 S28 Ilenia S29 S22 Mariarita S25 S26

114

Anna S26 S22 Vincenzo S25 S27 Antonino S24 S23 Salvatore S25 S22 Giovanni S25 S23 Lautaro S24 S23 Nicola S29 S22 Annalisa S24 S23 Elena S24 S23 Lavinia S24 S22 Chiara S25 S23 Alessia S28 S22 Miriam S25 S23 Alfonso S26 S25 Michele S24 S23 Ivan S29 S28

TABELLA DATI (tot. alunni\strategia)

STRATEGIE

PRE

POST

S22 0 6

S23 0 9

S24 6 0

S25 7 1

S26 2 1

S27 0 1

S28 2 2

S29 2 0

115

ISTOGRAMMA DEI RISULTATI

N 18 16 14 12 10 8 6 4 2

S22 S23 S24 S25 S26 S27 S28 S29 S PRE POST

116

Quarta domanda: Cosa significa equilibrio termico?

ANALISI A PRIORI

S30 condizione di due o più corpi che, essendo rimasti a contatto per un tempo sufficiente, hanno la stesse temperatura ; Strategie

S31 uguale temperatura; scientifiche

S32 mettere a contatto due corpi e uguagliare i livelli di energia;

S33 sapere mantenere l’equilibrio;

S34 mantenere qualcosa;

S35 eseguire un confronto; Strategie comuni

S36 statura perfetta;

S37 clima perfetto.

TABELLA DATI (alunno \strategie) QUARTA DOMANDA

ALUNNI

PRE

POST

Filippo S33 S31 Dennis S35 S32 Ilenia S35 S32

117

Mariarita S33 S32 Anna S33 S30 Vincenzo S36 S31 Antonino S36 S30 Salvatore S37 S30 Giovanni S33 S32 Lautaro S36 S31 Nicola S33 S31 Annalisa S36 S30 Elena S34 S30 Lavinia S33 S30 Chiara S35 S30 Alessia S33 S32 Miriam S33 S32 Alfonso S33 S31 Michele S37 S30 Ivan S33 S31

TABELLA DATI (tot. alunni\strategia)

STRATEGIE

PRE

POST

S30 0 8

S31 0 6

S32 0 6

S33 10 0

S34 1 0

S35 3 0

S36 4 0

S37 2 0

118

ISTOGRAMMA DEI RISULTATI

N 18 16 14 12 10 8 6 4 2

S30 S31 S32 S33 S34 S35 S36 S37 S PRE POST

119

Quinta domanda: In che modo il grado di agitazione delle molecole è legato alla temperatura di un

corpo?

ANALISI A PRIORI S38 un corpo “freddo” presenta una bassa agitazione termica delle sue molecole, mentre un corpo “caldo” presenta una alta agitazione termica delle sue molecole;

S39 per il loro diverso grado di movimento; Strategie

S40 a causa del flusso di calore; scientifiche

S41 tramite il corpo umano;

S42 tramite piccolissime parti;

S43 per evitare di scottarsi; Strategie

S44 tramite una polvere magica; comuni

S45 per la presenza di aria;

S46 perché si scioglie.

120

TABELLA DATI (alunno \strategie) QUINTA DOMANDA

ALUNNI

PRE

POST

Filippo S41 S40 Dennis S40 S39 Ilenia S41 S39 Mariarita nessuna S39 Anna S42 S39 Vincenzo S40 nessuna Antonino S42 S38 Salvatore S41 S39 Giovanni S39 S39 Lautaro S41 S38 Nicola S40 S39 Annalisa S42 S40 Elena S42 S38 Lavinia S42 S38 Chiara S45 S40 Alessia S41 S39 Miriam S46 S39 Alfonso S45 S39 Michele nessuna S39 Ivan S44 nessuna

121

TABELLA DATI (tot. alunni\ strategia)

STRATEGIE

PRE

POST

S38 0 4

S39 1 11

S40 3 3

S41 5 0

S42 5 0

S43 0 0

S44 1 0

S45 2 0

S46 1 0

122

ISTOGRAMMA DEI RISULTATI

N 18 16 14 12 10 8 6 4 2

S38 S39 S4o S41 S42 S44 S45 S46 S PRE POST

123

Sesta domanda: Si può dire che fra due corpi a contatto con

temperatura diversa fluisce “qualcosa”? Di cosa si tratta?

ANALISI A PRIORI S47 di calore; Strategie

S48 di energia; scientifiche

S49 di temperatura;

S50 di due corpi,uno che si riscalda e uno che si raffredda;

S51 di due persone una calda e una fredda che a contatto provocano febbre;

S52 di qualcosa di spaziale e di musicale; Strategie

S53 di uguaglianza; comuni

S54 di un bambino;

124

TABELLA DATI (alunno \strategie) SESTA DOMANDA

ALUNNI

PRE

POST

Filippo S50 S47 Dennis S51 S47 Ilenia S52 S47 e S48 Mariarita S52 S50 Anna S53 S47 Vincenzo S52 nessuna Antonino S54 S47 Salvatore S54 S48 Giovanni S51 S47 Lautaro S54 S47 Nicola S49 S47 Annalisa S54 S50 Elena S54 S47 Lavinia S54 S47 Chiara S50 S50 Alessia S50 S47 e S48 Miriam S53 S47 Alfonso nessuna nessuna Michele nessuna S48 Ivan S49 nessuna

125

TABELLA DATI (tot. alunni\strategia)

STRATEGIE

PRE

POST

S47 0 12

S48 0 4

S49 2 0

S50 3 3

S51 2 0

S52 3 0

S53 2 0

S54 6 0

126

ISTOGRAMMA DEI RISULTATI

N 18 16 14 12 10 8 6 4 2

S47 S48 S49 S50 S51 S52 S53 S54 S PRE POST

127

Settima domanda: Cos’è il calore specifico?

ANALISI A PRIORI S55 si tratta della quantità di calore che bisogna fornire a 1 grammo di sostanza per farne variare la temperatura di 1 °C;

S56 è una quantità di calore che dipende dal Strategie tipo di sostanza; scientifiche

S57 è la differente quantità di calore di cui due sostanze diverse hanno bisogno per avere uguale variazione di temperatura;

S58 si tratta di calore che modifica la temperatura di una sostanza;

S59 si tratta di calore proprio;

S60 si tratta della presenza del Sole;

S61 si tratta di una sostanza molto calda; Strategie comuni S62 è il fuoco;

128

TABELLA DATI (alunno \strategie) SETTIMA DOMANDA

ALUNNI

PRE

POST

Filippo S60 S56 Dennis S61 S58 Ilenia S61 S56 Mariarita nessuna S58 Anna S61 S55 Vincenzo S61 S59 Antonino S61 S57 Salvatore S59 S58 Giovanni S61 S58 Lautaro S59 S57 Nicola S61 S55 Annalisa S61 S58 Elena S62 S57 Lavinia S59 S57 Chiara S60 S58 Alessia S60 S58 Miriam S59 S58 Alfonso S60 nessuna Michele nessuna S57 Ivan S60 nessuna

129

TABELLA DATI (tot. alunni\strategia)

STRATEGIE

PRE

POST

S55 0 2

S56 0 2

S57 0 5

S58 0 8

S59 4 1

S60 5 0

S61 8 0

S62 1 0

130

ISTOGRAMMA DEI RISULTATI

N 18 16 14 12 10 8 6 4 2

S55 S56 S57 S58 S59 S60 S61 S62 S PRE POST

131

Ottava domanda: Sai cosa si può rappresentare con un

grafico come quello in figura?

T (°C)

120

100

80

60

40

20

10

1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 t ( minuti)

ANALISI A PRIORI S63 come varia la temperatura di un corpo fornendo calore per un dato periodo;

S64 la temperatura di vari oggetti al passare del tempo segnata da una linea;

S65 la temperatura di un corpo nell’arco di tempo;

S66 il cambiamento della temperatura; Strategie scientifiche

S67 si può rappresentare la temperatura, e il tempo che occorre;

S68 una linea che sale o scende per capire la temperatura del corpo.

S69 non risponde; Strategie comuni

132

TABELLA DATI (alunno \strategie) OTTAVA DOMANDA

ALUNNI

PRE

POST

Filippo S69 S68 Dennis S69 S65 Ilenia S69 S64 Mariarita S69 S64 Anna S69 S64 Vincenzo S69 S65 Antonino S69 S66 Salvatore S69 S66 Giovanni S69 S65 Lautaro S69 S65 Nicola S69 S65 Annalisa S69 S66 Elena S69 S65 Lavinia S69 S64 Chiara S69 S65 Alessia S69 S66 Miriam S69 S65 Alfonso S69 S66 Michele S69 S66 Ivan S69 S66

133

TABELLA DATI (tot. alunni\strategia)

STRATEGIE

PRE

POST

S63 0 0

S64 0 4

S65 0 8

S66 0 7

S67 0 0

S68 0 1

S69 20 0

Da queste tabelle dati si evince che nel pre-test gli alunni non

hanno utilizzato nessuna strategia, in quanto al corto di idee; nel

post-test, invece, la situazione è cambiata del tutto. Gli alunni

hanno mostrato di aver capito, più o meno bene, cosa rappresenta

il grafico indicato in figura.

134

ISTOGRAMMA DEI RISULTATI

N 20 18 16 14 12 10 8 6 4 2

S63 S64 S65 S66 S67 S68 S69 S PRE POST

135

Nona domanda: Prova a rappresentare sul grafico sotto il

fatto che una certa quantità di acqua si sta scaldando da 20°C a 80°C in 5 minuti.

T (°C)

120

100

80

60

40

20

10

1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 t ( minuti)

RISULTATI TIPICI

S70 T (°C)

120

100

80

60

40

20

10

1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 t ( minuti)

S71 T (°C)

120

100

80

60

40

20

10

1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 t ( minuti

136

S72 T (°C)

120

100

80

60

40

20

10

1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 t ( minuti

S73 T (°C)

120

100

80

60

40

20

10

1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 t ( minuti

S74 T (°C)

120

100

80

60

40

20

10

1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 t ( minuti

137

S75 T (°C)

120

100

80

60

40

20

10

1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 t ( minuti)

S76 non risponde.

TABELLA DATI (alunno \strategie)

NONA DOMANDA

ALUNNI

PRE

POST

Filippo S76 S73 Dennis S76 S71 Ilenia S76 S72 Mariarita S76 S70 Anna S76 S70 Vincenzo S76 S70 Antonino S76 S73 Salvatore S76 S74 Giovanni S76 S71 Lautaro S76 S72 Nicola S76 S70 Annalisa S76 S74 Elena S76 S74

138

Lavinia S76 S70 Chiara S76 S74 Alessia S76 S75 Miriam S76 S74 Alfonso S76 S73 Michele S76 S74 Ivan S76 S74

TABELLA DATI (tot. alunni\strategia)

STRATEGIE

PRE

POST

S70 0 5

S71 0 2

S72 0 2

S73 0 3

S74 0 7

S75 0 1

S76 20 0

Queste tabelle dati svelano che durante il pre-test nessun alunno è

stato in grado di rispondere alla domanda.

Nel post-test, invece, grazie alla sperimentazione eseguita con le

nuove tecnologie informatiche gli alunni sono riusciti a

rappresentare qualcosa.

139

ISTOGRAMMA DEI RISULTATI

N 20 18 16 14 12 10 8 6 4 2

S70 S71 S72 S73 S74 S75 S76 S PRE POST

140

Decima domanda: Prova a rappresentare l’equilibrio termico

tra due corpi a temperatura iniziale diversa (100° e 20°) posti a contatto termico.

T (°C)

120

100

80

60

40

20

10

1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 t ( minuti)

RISULTATI TIPICI

S77 T (°C)

120

100

80

60

40

20

10

1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 t ( minuti)

S78 T (°C)

120

100

80

60

40

20

10

1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 t ( minuti

141

S79

T (°C)

120

100

80

60

40

20

10

1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 t ( minuti

S80 T (°C)

120

100

80

60

40

20

10

1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 t ( minuti

S81 T (°C)

120

100

80

60

40

20

10

1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 t ( minuti

S82 non risponde.

142

TABELLA DATI (alunno\strategie) DECIMA DOMANDA

ALUNNI

PRE

POST

Filippo S82 S80 Dennis S82 S78 Ilenia S82 S80 Mariarita S82 S80 Anna S82 S80 Vincenzo S82 S80 Antonino S82 S80 Salvatore S82 S77 Giovanni S82 S78 Lautaro S82 S77 Nicola S82 S81 Annalisa S82 S77 Elena S82 S77 Lavinia S82 S80 Chiara S82 S77 Alessia S82 S79 Miriam S82 S79 Alfonso S82 S79 Michele S82 S79 Ivan S82 S77

143

TABELLA DATI (tot. alunni\strategia)

STRATEGIE

PRE

POST

S77 0 6

S78 0 2

S79 0 4

S80 0 7

S81 0 1

S82 20 0

Da queste tabelle dati si nota subito che nel pre-test nessun

alunno ha saputo dare una risposta; nel post-test, invece, si nota

l’efficacia che l’osservazione e l’esecuzione degli esperimenti ha

avuto su alcuni alunni i quali hanno mostrato di aver compreso il

concetto di equilibrio termico riuscendo anche a rappresentarlo

sul grafico.

144

ISTOGRAMMA DEI RISULTATI

N 20 18 16 14 12 10 8 6 4 2

S77 S78 S79 S80 S81 S82 S PRE POST

145

Undicesima domanda: Riportiamo ora un grafico sperimentale relativo al processo di riscaldamento ed ebollizione dell’acqua. Tale grafico è stato realmente ottenuto in classe durante la sperimentazione. T (°C)

120

100

80

60

40

20

10

1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 t ( minuti)

Che cosa fa la temperatura dell’acqua durante l’ebollizione?

Ho posto la domanda prima e dopo l’esperimento.

ANALISI A PRIORI S83 durante l’ ebollizione la temperatura dell’acqua rimane costante;

S84 quando l’ acqua bolle la temperatura Strategie raggiunge i 100 – 120 gradi. Ecco perché scientifiche conviene abbassare la fiamma : la temperatura resta di 100-120 gradi e si risparmia gas;

S85 la temperatura rimane costante trasformando l’acqua da liquido a vapore. In questo caso, fornire più calore serve solo a far evaporare

l’acqua più velocemente.

146

S86 non risponde;

S87 crea bollicine nell’acqua; Strategie S88 diventa caldissima; comuni

S89 produce fumo;

S90 la temperatura dell’acqua durante l’ebollizione cuoce la pasta.

TABELLA DATI (alunno \strategie)

UNDICESIMA DOMANDA

ALUNNI

PRE

POST

Filippo S89 S88 Dennis S86 S87 Ilenia S88 S83 Mariarita S89 S92 Anna S88 S83 Vincenzo S89 S87 Antonino S90 S83 Salvatore S86 S83 Giovanni S89 S85 Lautaro S89 S88 Nicola S88 S83 Annalisa S90 S88 Elena S88 S83 Lavinia S89 S85

147

Chiara S86 S83 Alessia S88 S85 Miriam S90 S86 Alfonso S90 S87 Michele S88 S83 Ivan S89 S83

TABELLA DATI (tot. alunni\strategia)

STRATEGIE

PRE

POST

S83 0 9

S84 0 0

S85 0 3

S86 3 1

S87 0 3

S88 6 3

S89 7 1

S90 4 0

148

ISTOGRAMMA DEI RISULTATI

N 20 18 16 14 12 10 8 6 4 2

S83 S84 S85 S86 S87 S88 S89 S90 S PRE POST

149

(Propagazione del calore)

Prima domanda: I corpi possiedono calore?

ANALISI A PRIORI

S1 I corpi possiedono calore che è energia;

S2 i corpi possiedono calore che non è temperatura; Strategie

S3 I corpi possiedono calore che è energia, scientifiche e non temperatura che è passaggio di energia;

S4 tutti i corpi possiedono calore;

S5 si; Strategie comuni

S6 non lo so;

S7 non risponde;

S8 i corpi non possiedono calore;

150

TABELLA DATI (alunno \strategie) I colori indicano due tipi di strategie diverse; in blu sono riportate

quelle comuni, mentre, in rosso quelle scientifiche. In questo

modo è possibile individuare subito il tipo di strategia usata

dall’alunno nel pre-test e nel post-test.

PRIMA DOMANDA

ALUNNI

PRE

POST

Filippo S4 S4 Dennis S5 S5 Ilenia S4 S1 Mariarita S5 S5 Anna S5 S5 Vincenzo S5 S1 Antonino S5 S5 Salvatore S5 S5 Giovanni S4 S4 Lautaro S5 S5 Nicola S8 S5 Annalisa S5 S5 Elena S4 S4 Lavinia S5 S5 Chiara S5 S5 Alessia S4 S4 Miriam S5 S1 Alfonso S5 S2 Michele S5 S5 Ivan S5 S5 Giuseppe S4 S5

151

TABELLA DATI (tot. alunni\strategia) Questa tabella indica il numero totale degli alunni che ha usato

ciascuna strategia nel pre-test e nel post-test.

STRATEGIE

PRE

POST

S1 0 3

S2 0 1

S3 0 0

S4 6 4

S5 14 13

S6 0 0

S7 0 0

S8 1 0

152

ISTOGRAMMA DEI RISULTATI

Il grafico evidenzia con il colore giallo il numero delle volte che

ogni strategia viene utilizzata dagli alunni nel pre-test, con il

colore verde, invece, nel post- test.

N 18 16 14 12 10 8 6 4 2

S1 S2 S3 S4 S5 S6 S7 S8 S PRE POST

153

Seconda domanda: In che modo i corpi possono scambiarsi

calore tra di loro?

ANALISI A PRIORI S9 con il passaggio di energia, fino a raggiungere l’equilibrio termico;

S10 mettendo a contatto I corpi posti a Strategie diversa temperatura; scientifiche

S11 tramite la propagazione del calore dal corpo più caldo a quello più freddo;

S12 tramite l’evaporazione;

S13 si, possono scambiarsi calore;

S14 non risponde; Strategie

S15 attraverso le molecole; comuni

S16 con il vento;

S17 con il calore;

S18 più no che si.

154

TABELLA DATI (alunno \strategie) SECONDA DOMANDA

ALUNNI

PRE

POST

Filippo S15 S15 Dennis S15 S15 Ilenia S9 S11 Mariarita S17 S17 Anna S17 S10 Vincenzo S18 S17 Antonino S10 S10 Salvatore S17 S11 Giovanni S15 S15 Lautaro S17 S11 Nicola S17 S11 Annalisa S18 S10 Elena S14 S9 Lavinia S14 S11 Chiara S14 S10 Alessia S15 S15 Miriam S17 S11 Alfonso S17 S17 Michele S10 S10 Ivan S18 S13 Giuseppe S11 S11

155

TABELLA DATI (tot. alunni\strategia).

STRATEGIE

PRE

POST

S9 1 1

S10 2 5

S11 1 7

S12 0 0

S13 0 1

S14 3 0

S15 4 4

S16 0 0

S17 7 3

S18 3 0

156

ISTOGRAMMA DEI RISULTATI

N 18 16 14 12 10 8 6 4 2

S9 S10 S11 S13 S14 S15 S17 S18 S PRE POST

157

Terza domanda: Il calore si propaga:

RISPOSTE PROPOSTE S19 passando da un corpo più caldo a uno Strategie meno caldo; scientifiche

S20 passando da un corpo meno caldo a uno più freddo; Strategie comuni

S21 passando sia da un corpo freddo a uno caldo sia viceversa;

TABELLA DATI (alunno \strategie) TERZA DOMANDA

ALUNNI

PRE

POST

Filippo S19 S19 Dennis S19 S19 Ilenia S19 S19 Mariarita S21 S19 Anna S19 S19 Vincenzo S19 S19 Antonino S21 S19 Salvatore S20 S21 Giovanni S21 S19

158

Lautaro S20 S19 Nicola S19 S19 Annalisa S21 S21 Elena S21 S21 Lavinia S20 S19 Chiara S20 S19 Alessia S19 S19 Miriam S20 S19 Alfonso S21 S19 Michele S20 S19 Ivan S19 S19 Giuseppe S21 S19

TABELLA DATI (tot. alunni\strategia).

STRATEGIE

PRE

POST

S19 8 18

S20 6 0

S21 7 3

159

ISTOGRAMMA DEI RISULTATI

N 18 16 14 12 10 8 6 4 2

S19 S20 S21 S PRE POST

160

Quarta domanda:

Osserva la figura.

Quale cucchiaio è meglio non toccare?

ANALISI A PRIORI S22 il cucchiaio di acciaio perché è un buon conduttore di calore;

S23 è meglio non toccare il cucchiaio di Strategie acciaio; scientifiche

S24 il cucchiaio di acciaio, perché conducendo bene il calore dopo un certo intervallo di tempo scotta.

S25 il cucchiaio di plastica perché si scioglie facilmente; Strategie

S26 quello di legno perché può prendere fuoco; comuni

S27 quello di plastica;

161

TABELLA DATI (alunno \strategie) QUARTA DOMANDA

ALUNNI

PRE

POST

Filippo S25 S22 Dennis S23 S23 Ilenia S23 S23 Mariarita S23 S23 Anna S23 S23 Vincenzo S23 S23 Antonino S27 S22 Salvatore S27 S23 Giovanni S23 S23 Lautaro S27 S23 Nicola S23 S23 Annalisa S23 S23 Elena S23 S23 Lavinia S27 S23 Chiara S23 S23 Alessia S27 S22 Miriam S27 S23 Alfonso S23 S23 Michele S23 S23 Ivan S23 S23 Giuseppe S23 S22

162

TABELLA DATI (tot. alunni\strategia).

STRATEGIE

PRE

POST

S22 1 1

S23 2 5

S24 1 7

S25 0 0

S26 0 1

S27 3 0

163

ISTOGRAMMA DEI RISULTATI

N 18 16 14 12 10 8 6 4 2

S22 S23 S24 S25 S26 S27 S PRE POST

164

Quinta domanda: Descrivi la propagazione del calore nei

solidi e nei fluidi.

ANALISI A PRIORI S28 il calore si propaga da un corpo solido ad un altro posti a diversa temperatura solo se sono in contatto reciproco, mentre, nei fluidi si propaga per spostamento di materia;

S29 la propagazione del calore nei solidi prende il Strategie nome di conduzione, mentre, nei fluidi di scientifiche convezione; S30 la conduzione è caratteristica dei corpi solidi

e consiste in una propagazione di energia per contatto senza che vi sia spostamento di materia. Nella convezione che è caratteristica dei fluidi, l’ energia è trasportata come conseguenza dello spostamento di materia.

S31 i solidi presentano un materiale resistente come i fluidi che, non si possono rompere in quanto liquidi;

S32 la propagazione del calore nei solidi e nei Strategie fluidi avviene in cucina: comuni

S33 non risponde;

S34 i solidi e i fluidi si propagano in presenza dell’arcobaleno;

165

S35 il calore nei fluidi diventa più caldo, mentre, nei solidi più freddo. S36 la propagazione del calore nei solidi è la solidificazione, nei fluidi è la liquidazione;

S37 si tratta di calore specifico.

TABELLA DATI (alunno \strategie) QUINTA DOMANDA

ALUNNI

PRE

POST

Filippo S32 S29 Dennis S33 S29 Ilenia S31 S28 Mariarita S33 S33 Anna S33 S28 Vincenzo S31 S31 Antonino S35 S29 Salvatore S33 S29 Giovanni S32 S29 Lautaro S33 S28 Nicola S35 S28 Annalisa S33 S29 Elena S37 S29 Lavinia S33 S28 Chiara S33 S29 Alessia S32 S29

166

Miriam S33 S29 Alfonso S33 S33 Michele S36 S29 Ivan S33 S28 Giuseppe S35 S29

TABELLA DATI (tot. alunni\strategia).

STRATEGIE

PRE

POST

S28 0 6

S29 0 12

S30 0 0

S31 2 1

S32 3 0

S33 11 2

S34 0 0

S35 3 0

S36 1 0

S37 1 0

167

ISTOGRAMMA DEI RISULTATI

N 18 16 14 12 10 8 6 4 2

S28 S29 S31 S32 S33 S35 S36 S37 S PRE POST

168

CAPITOLO 7

TRASCRITTI DELLE DISCUSSIONI DEGLI ALUNNI DURANTE IL BRAINSTORMING E

DURANTE LE FASI DI LAVORO

Brainstorming

“La temperatura è il termometro che la mamma mi fa tenere stretto quando sto poco bene, per controllare se ho la febbre”;

“Grazie alla temperatura riusciamo a respirare e a non sentire né caldo né freddo”;

“Quando c’è freddo e la mattina bevo il latte, tocco la tazza calda con entrambe le mani per riscaldarle, poi con le mani calde mi tocco il viso;

“Se uniamo due corpi uno caldo e uno freddo alla fine diventano tiepidi, né troppo caldi né troppo freddi”;

169

Alunno x : “ il calore è un combustibile bruciato che ci riscalda quando c’è freddo”; Alunno y : “ si, ma è anche il Sole che d’ estate ci abbronza”;

Alunno a : “ con l’equilibrio termico riusciamo a stare in piedi quando vogliamo, per non cadere”; Alunno b : “ non è come dici tu, non essere né troppo alti né troppo bassi, ma equilibrio termico vuol dire stare tranquilli”; Alunno a : “ è giusto, invece, quello che penso io”;

Ma il calore specifico, se è specifico, significa che è proprio. Durante il brainstorming sulla “temperatura e calore” vari alunni hanno espresso le proprie considerazioni sui termini proposti. Questi trascritti testimoniano come i bambini, ignari sull’argomento, hanno attribuito un significato errato ma creativo a termini che, spesso, si usano inadeguatamente nelle esperienze di vita quotidiana. Gli alunni, nel loro linguaggio comune hanno utilizzato vocaboli direttamente legati al fenomeno di temperatura e di scambio di calore tra corpi arricchendoli di tutte le sfumature adatte a descrivere un vasto numero di situazioni fisiche differenti. Da queste registrazioni è emerso, anche, un dibattito che rivela la tenacia con cui gli alunni coinvolti hanno portato avanti la loro tesi.

170

Fasi di lavoro della sperimentazione

“Nell’acqua sono comparse bolle piccole piccole, ora cosa succede”?;

“ Quando ci sono le bolle la temperatura è ferma”.

“ Guarda! Mentre dò calore la temperatura aumenta e poi diventa fissa”.

“Se aggiungiamo dell’acqua normale all’acqua che bolle sul fuoco, cosa succede”?;

“Cosa sono queste linee che sono comparse sullo schermo del computer? Non le abbiamo mai viste. E quest’altro che si muove”?;

“Proviamo a togliere il termometro dall’acqua bollente per vedere come si muove la linea rossa? Che forte scende a picco. E se lo rimettiamo dentro l’acqua bollente? Sale in fretta! Togliendo e mettendo il termometro nell’acqua bollente la linea rossa forma uno zig-zag”;

“Toccando con il termometro gli oggetti ( termosifone, banco pavimento) la temperatura rimane uguale, ma quando li abbiamo toccati con le mani sembravano alcuni freddi e altri meno freddi, come mai”?.

Come seguito naturale della discussione aperta in classe, si è passati alla fase di lavoro della sperimentazione dove le attività sono nate dall’osservazione di esperimenti e fatti legati all’esperienza quotidiana. Gli esperimenti hanno destato stupore e una grande curiosità, che è stata sfruttata per arricchire e completare le conoscenze comuni di conoscenze scientifiche.

171

Tale attività ha, inoltre, suscitato una discussione libera in cui i bambini hanno raccontato esperienze e conoscenze relative alle grandezze fisiche “calore e temperatura” usando un linguaggio non del tutto comune. Alcuni alunni, infatti, hanno utilizzato termini scientifici, a volte, seguiti dal punto interrogativo. Brainstorming

“La propagazione permette di viaggiare nello spazio, di andare sulla Luna” grazie al calore;

“Con la propagazione si possono fare sogni bellissimi, perché l’emanazione di energia permette di dormire tranquillamente”;

Alunno a : “I fluidi sono un tipo di fiore che si trova nei pressi dei fiumi”;

Alunno b : “cosa stai dicendo, la parola fluidi si riferisce agli oggetti che si rompono facilmente. La parola solidi, invece, si riferisce agli oggetti che non si rompono”;

La propagazione del calore è una pubblicità che serve per sponsorizzare il passaggio di energia.

La temperatura e il calore sono due concetti con i quali abbiamo spesso a che fare nella vita di tutti i giorni. Compreso il significato di queste grandezze fisiche, diventa più facile capire tutta una serie di fenomeni che avvengono nei fluidi e nei solidi, e che sono

172

abbastanza evidenti, intuitivi e adatti a stimolare l’osservazione, l’esplorazione e l’analisi di tutte le grandezze fisiche coinvolte. Durante il brainstorming sulla “propagazione del calore” gli alunni con i loro interventi hanno dimostrato di essere in possesso di una certa conoscenza di tipo comune sull’argomento, cosa effettivamente prevedibile vista la grande rilevanza dei fenomeni termici nella vita comune. Fasi di lavoro della sperimentazione

“Il mestolo di legno si riscalda poco, infatti, la mia mamma in cucina lo usa”;

“L’acqua dentro la pentola trasparente fa girotondo” per miscelarsi;

“L’acqua gira come il ventilatore”;

“L’acqua nella pentola sul fuoco sale e scende per convezione come me e il mio fratellino sul cavalluccio del parco giochi; io che sono pesante scendo velocemente,mentre, il mio fratellino che è più leggero va su, poi io do una spinta con le gambe per farlo ritornare giù”;

“Ma l’aceto sul fuoco riesce a bollire come l’acqua con le bollicine”?

“ Le temperature dei due corpi si stanno pareggiando”.

“Uno si raffredda e l’altro si riscalda”.

173

Durante le fasi di lavoro sulla “propagazione del calore” sono state presentate situazioni reali anche se complesse sui solidi e sui fluidi, che, in generale hanno affascinato i bambini con il loro comportamento, hanno creato curiosità e catturato la loro attenzione fino a sostituire le vecchie convinzioni con autentiche nozioni scientifiche. Gli alunni hanno, inoltre, raccontato esperienze di tutti i giorni relative a tale argomento e suggerito paragoni veramente interessanti usando un linguaggio promiscuo (sia comune che scientifico). I risultati ottenuti dal brainstorming e dalle fasi di lavoro della sperimentazione sia sulla “temperatura e calore” che sulla “propagazione del calore” dimostrano, che l’uso associato delle nuove tecnologie informatiche con il tradizionale insegnamento è ottimale ai fini di una migliore e maggiore comprensione di argomenti scientifici complessi e difficili da afferrare con il solo ausilio della lezione frontale.

174

CAPITOLO 8

CONCLUSIONE

Ancora oggi i docenti di scuola primaria privilegiano un tipo di formazione

prevalentemente linguistico-letteraria, perché sono convinti che il sapere

scientifico è molto poco stimolante, è troppo difficile o troppo astratto e

arido per essere compreso dai bambini.

Sfuggono così l’importanza sociale della scienza, il suo carattere di

ricerca come risposta ai problemi, il suo rilievo nel promuovere lo

sviluppo di tecnologie sempre più sofisticate in ogni campo della vita

collettiva.

La scienza, quindi, nelle nostre scuole soffre di una doppia

emarginazione, contenutistica e metodologica. Contenutistica, perché i

contenuti delle discipline scientifiche godono di un minore prestigio a

livello di senso comune. Metodologico, perché il metodo di

insegnamento delle scienze è spesso “poco scientifico”, in quanto fa leva

più sull’acquisizione di risultati che non sulle procedure necessarie per

conseguirli.

Il sapere dichiarativo, in altri termini, prevale su quello procedurale e ciò

non è senza conseguenze dal momento che il sapere dichiarativo non

fornisce modelli di apprendimento che servono per organizzare le nuove

conoscenze, frutto appunto, del sapere procedurale. Si ricorda che il

sapere dichiarativo è costituito dalla conoscenza di fatti, eventi, idee,

mentre il sapere procedurale è dato dai modi attraverso i quali si è giunti

a conoscere quegli stessi fatti, idee ed eventi.

Compito della scuola dovrebbe essere quindi, più che fornire una serie di

nozioni scientifiche, quello di insegnare a ragionare in modo scientifico.

Grazie alla sperimentazione del percorso didattico “ Attento… Scotta!!!” ,

sviluppato anche con le nuove tecnologie informatiche, familiarizzate

175

dagli alunni prima della fase sperimentale, ho potuto costatare in prima

persona la loro reale efficacia, sia nell’apprendimento dei discenti che

nel lavoro dei docenti.

Gli alunni, potendo osservare in tempo reale i dati che via via si

ottenevano dalla sperimentazione, hanno mostrato una migliore

comprensione delle situazioni didattiche proposte, mentre, l’insegnante

con le domande poste dagli alunni durante lo svolgimento degli

esperimenti, ha potuto comprendere i dubbi presenti nei bambini e

chiarirli subito con ulteriori esempi.

Durante la fase sperimentale alcuni “perché” hanno, inoltre, stimolato

nuove ricerche che hanno messo gli alunni di fronte al carattere

progressivo del sapere scientifico, alla necessità di dar conto di ogni

affermazione, cercando di capire quali siano le condizioni e le cause di

un fenomeno naturale.

Occorre eliminare dalla nostra mente la convinzione che gli alunni sono

individui che devono acquisire conoscenze e abilità secondo vecchi e

tradizionali metodi.

L’efficacia di queste nuove tecnologie è veramente straordinaria, spero,

che come me tanti altri docenti entrino in quest’ottica per riuscire a

portare nella scuola primaria una grande innovazione: “ l’uso di

tecnologie informatiche” che, elevando negli insegnanti la qualità del loro

lavoro, rendano più semplice ed entusiasmante l’apprendimento delle

discipline scientifiche.

176

BIBLIOGRAFIA I CAPITOLO. Insegnare fisica nella scuola primaria

“ La fisica per maestri” D. Allasia, V. Montel, G. Rinaudo.

II CAPITOLO. Insegnamento delle discipline scientifiche

“Didattica della fisica” Matilde Vicentini, Michela Mayer, la nuova Italia. III CAPITOLO. L’uso delle nuove tecnologie informatiche nella didattica

“ Barclay, W. L. (1985). Graphing Misconceptions and Possibile Remedies Using Microcomputer-Based Labs ( Technical Report Number TERC-TR-85-5). Cambridge, MA: Technical Education Research Center. “ Beichner, R. J. (1990) The effect of simultaneous motion presentation and graph generation in a Kinematics lab. Journal of Research in Scienze Teaching, 27, 803-815. Linn, M.C. , Layman, J. W. , e Nachmias, R. (1987). Cognitive consequences of microcomputer-based laboratories: Graphing skills development. Contemporary Educational Psychology, 12, 244-253. Svec M.T. (1995, April ). Effect of Micro-Computer Based Laboratory on Graphing Interpretation Skills an Understanding of Motion. Paper presented at the Annual. Meeting of the National Association for Research in Science Teaching, San Francisco, CA. Thornton, R. K. , e Sokoloff, D. R. (1990). Learning motion concept using real-time microcomputer-based laboratory tools. American Journal of Physics, 58, 858-867.

IV CAPITOLO. Calore, temperatura e passaggi di stato

Appunti ( lezione prof. Fazio ); Internet;

177

“ Fisica di base” Paolo Alberico, Minerva Italica ( p. 240, pp. 261-263, pp. 266-271); Le scienze della materia e dell’energia, Ugo Amaldi, Zanichelli ( pp. 68-79, pp. 90-122).

V CAPITOLO. Il percorso didattico

“ Scoprire le scienze ”, Toma 1 Gilda Flaccavento, Nunzio Romano, Fabbri Editori (pp. 18-28); “ Progetto Verde Verde” Toma 3 l’Allegra Bottega L. Lelli – B. Abbondanza, A. Corioni- L. Zimbelli, gruppo editoriale Raffaello. (p. 165); “ La base dei saperi” Toma 3 Patrizia Calignano, Anna Maria Pirollo, Francesca Romaniello, Tiziano Vigano, Editrice La Scuola (pp. 93-103); Appunti; Internet; “ Fisica di base” Paolo Alberico, Minerva Italica (p. 240, pp. 261-263, pp.266-271); “ Le scienze della materia e dell’energia”, Ugo Amaldi, Zanichelli ( pp. 68-79, pp. 90-122).