giovedì 27 febbraio 2014

Fisica: secondo e terzo incontro di formazione (19 e 26 Febbraio 2014)




 SCUOLA SECONDARIA 

Dopo la prima lezione introduttiva comune ai tre ordini di scuola, il percorso formativo di fisica prevedeva due incontri di laboratorio didattico distinti per ogni livello scolare.  Noi insegnanti di scuola media siamo stati coinvolti in due esperienze laboratoriali che hanno riguardato la misura e gli errori associati ad essa. Il tema della misura è sicuramente centrale nel processo di insegnamento e sebbene già previsto nella scuola primaria è fondamentale riproporlo al nostro livello scolare con esperienze dirette, attività che non possono essere svolte sul libro di testo o comunque stando seduti nei banchi ma che devono coinvolgere direttamente i bambini nell’utilizzo di comuni strumenti di misura quali bilance, calibro, cronometro. Ciò diventa fondamentale per comprendere come ogni misura nella realtà sia sempre soggetta a errori, anche gli strumenti più moderni non permettono di eliminarli completamente, al massimo di limitarli. La parola “errore” non deve far pensare ad uno sbaglio, ma deve assumere il significato di incertezza da associare alla misura. Nessuna grandezza fisica può essere determinata con precisione assoluta ma è sempre affetta da una incertezza. La precisione della misura e’ data dall’errore di sensibilità dello strumento.
L’approccio operativo del laboratorio ha favorito l’istaurarsi di un clima disteso, collaborativo e di scambio nel quale noi insegnanti ci siamo sentiti i veri protagonisti della lezione. Ci siamo divisi in due gruppi di lavoro e abbiamo svolto due esperienze sotto l’occhio vigile del docente del corso il Dott. Straulino. Un primo gruppo ha eseguito misure dirette e indirette quali misure di massa,volume e densità di solidi e verificata la spinta di Archimede; l’altro gruppo ha eseguito misure di tempo mediante la costruzione di un pendolo. Nel corso del 2^ incontro ciascuno dei due gruppi ha svolto l’esperienza dell’altro.

Attività 1: Misure di massa, volume e densità di solidi

I solidi che avevamo a disposizione erano regolari e irregolari. C’erano cubi di ugual volume ma di materiali diversi quali rame, alluminio e ottone e sassi di forma irregolare.
Per prima cosa abbiamo determinato la misura dello spigolo dei cubi con un righello e poi con un calibro (sensibilità 0,05 cm) e abbiamo così calcolato il loro volume. Abbiamo poi misurato la massa dei cubi con una bilancia digitale con sensibilità 0,1g. Abbiamo infine calcolato il rapporto tra massa e volume osservando che a parità di volume varia la densità che è quindi caratteristica e costante per ogni materiale. Il dott Straulino ci ha fatto notare che l’errore che viene compiuto in una misura diretta si propaga poi alle misure indirette come può essere il volume (gli errori in questo caso vengono sommati).
Per i solidi irregolari avevamo a disposizione alcuni sassi di cui abbiamo misurato la loro massa con una bilancia digitale mentre la misura del volume è stata ottenuta per mezzo di un recipiente contenente acqua. Abbiamo immerso il sasso nel recipiente e abbiamo raccolto in un cilindro graduato la quantità di acqua che fuoriusciva. La misura del volume avviene direttamente tramite la lettura del livello di acqua raccolto e anche l'incertezza sulla misura è data dalla sensibilità della scala graduata. Il volume può essere anche misurato in litri (1 litro = 1 dm3).
Con strumenti comunemente reperibili in qualsiasi laboratorio scolastico si può facilmente osservare e far osservare ai nostri ragazzi ciò che intuì Archimede più di 2000 anni fa cioè che un corpo, entrando in un recipiente pieno d’acqua, fa traboccare una quantità di liquido uguale al volume immerso. Il vantaggio di tale metodo è che la misura di volume può essere fatta anche per solidi irregolari, purché non solubili o danneggiabili in acqua.
Abbiamo infine misurato con il metodo di immersione di Archimede il volume dei cubi per confrontarlo a quello calcolato. Abbiamo costatato che il volume di acqua traboccata non è esattamente uguale al volume calcolato ciò potrebbe turbare i ragazzi ma rientra comunque nell’incertezza sperimentale che avevamo previsto con l’uso degli errori. Ed ecco la necessità di ribadire agli studenti che ogni misura sperimentale deve essere accompagnata dall’errore ed è perciò indispensabile saper individuare la sensibilità dello strumento di misura utilizzato.
Curioso è stato notare che il volume di acqua raccolta si avvicinava molto di più al volume calcolato quando aggiungevamo all’acqua qualche goccia di sapone. Il sapone, infatti, facendo abbassare la tensione superficiale dell’acqua, fa aumentare la bagnabilità dell’acqua stessa che, aderendosi meglio al solido, fuoriesce meno all’esterno.
























Attività 2: Misura di tempo e costruzione di un pendolo.

L’esperienza prevedeva la costruzione di un pendolo che avesse un periodo di 1 secondo (entro l’1%) mediante una serie di misure  ripetute del suo periodo.



Abbiamo costruito un pendolo semplice utilizzando un’asta rigida con sostegno alla quale abbiamo attaccato un filo inestensibile alla cui estremità abbiamo fissato una sferetta metallica. Questo sistema apparentemente banale è stato reso celebre dall’impegno sperimentale e teorico profuso da Galileo Galilei che ne ha correttamente descritto la proprietà principale ovvero l’isocronismo.
Dopo aver montato il pendolo lo abbiamo fatto oscillare e con un cronometro (sensibilità 1 centesimo di secondo) abbiamo preso la misura di dieci oscillazioni per quattro volte. Il periodo del pendolo è l’intervallo di tempo impiegato per compiere una oscillazione completa (da sinistra a destra e ritorno) e solo con un po’ di pratica siamo riusciti a eseguire misure piuttosto corrette. Abbiamo così calcolato il valore di ogni singola oscillazione dividendo il valore di ogni singola misura per 10.

Variando la lunghezza del filo e ripetendo la misura del suo periodo siamo giunti dopo alcuni tentativi a tararlo correttamente.
Il periodo del pendolo dipende solo dalla lunghezza del filo e non dalla massa. Fissando all’estremità masse diverse lo abbiamo infatti verificato. Nell’ambito dell’insegnamento della fisica, il laboratorio svolge sia la funzione di scoperta che di verifica e favorisce la comprensione dei concetti e delle leggi fisiche fornendo agli studenti una immagine adeguata della realtà.



La semplicità di questi esperimenti permette di poterli riprodurre facilmente in classe. L’approccio laboratoriale permette ai ragazzi di impadronirsi delle relazioni esistenti in natura tra le varie grandezze fisiche coinvolte, e di arrivare ad una comprensione fisica dei fenomeni osservati.

















Docente di matematica e scienze, Scuola secondaria

Laura Zecchini




 SCUOLA PRIMARIA E INFANZIA

Primo incontro
 Materiali:
Pendoli: sfere con foro o con gancio,lenza, sostegno,cronometri, mandrino.
Bilancia:cubi di metallo,cilindrerei di metallo, sassi, calibro, righelli, bilancia 0.1 g, bilancia 0.01 g vaso di troppo pieno, cilindro.
I partecipanti sono stati divisi in due gruppi di lavoro.
Un gruppo ha condotto misure del periodo di oscillazione di un pendolo la cui lunghezza viene decisa dai componenti del gruppo. Di seguito determinazione della migliore stima e dell'incertezza di misura. Inoltre il gruppo ha tentato di costruire un semplice pendolo in grado di battere il secondo con la precisione dell'1 %, cioè 9.9 s <10 T <10.1 s.
L'altro gruppo ha operato con :
- misure di lunghezza e determinazione del volume: misure di volume di oggetti regolari (cubi) con righello e calibro e di oggetti irregolari (sassi) con vasi di "troppo pieno".
- misure di massa e di densità, uso di bilance a diversa Sensibilita (0.1 g; 0,01 g). Calcolo della densità degli oggetti e osservazione e discussione sulla consistenza dei risultati.

Secondo incontro
Sono stati effettuati esperimenti con l'acqua.
In particolare sulla:
-conservazione della massa : abbiamo verificato che dopo aver disciolto 30g di sale in 300 g di acqua il peso dell'acqua non è cambiato perché la massa si è conservata .
-tensione superficiale dell'acqua: immergiamo un fil di ferro circolare nella soluzione di acqua, detersivo e glicerina: bucando con un'asticella il centro del filo posto nel cerchio del fil di ferro, si forma una circonferenza più grande con il filo interno.
-soluzione di acqua e sale per permettere il galleggiamento: in 100 g di acqua aggiungiamo gradualmente il sale iniziando da 10 e poi aumentando di 10 g in 10 g . Dopo i vari tentativi, veifichiamo che occorrono 80 g di sale per far galleggiare un uovo.

Docente di Scuola Primaria
Sabrina Capecchi

venerdì 14 febbraio 2014

Fisica - Primo incontro di formazione



Ebbene è toccato a me…
Primo “verbale”, diario di bordo ad uso blog, dei Laboratori del Sapere Scientifico nell’Istituto Sestini di Agliana.

Mercoledì scorso, 12 Febbraio 2014, eravamo più di venti insegnanti dei tre ordini di scuola, un buon risultato per il nostro istituto, con la piacevole sorpresa delle insegnanti della scuola dell’infanzia.
Anche se non mi dovrei stupire: sono loro che introducono i bambini ai fenomeni.
Comunque non divago, non subito, pensiamo al verbale.

Tiziana Biagiotti ci illustra brevemente quella che sarà l’organizzazione del corso (compreso il presente diario) e poi ci presenta il Dott. Samuele Straulino.
Persona giovane, informale, docente universitario (sarà precario?); ci racconta un po’ della sua formazione, ma soprattutto delle esperienze da cui nasce la sua collaborazione con il nostro Istituto:  l’Open Lab di Sesto Fiorentino, dedicato alla divulgazione scientifica attraverso la didattica e le lezioni laboratoriali.
Mi segno il nome, quest’altro anno ci vado.

Proseguiamo con una serie di slide, discutendo su frasi di scienziati e filosofi riguardo i fenomeni, il modo scientifico di approcciarli e le implicazioni didattiche ed educative.
Devo dire la verità, non mi ricordo tutti i nomi, è un mio limite.
Galileo, quello si, l’ho studiato.
Ma mi ha colpito un passo (non mi ricordo di chi), tratto da una riflessione sulla professione di insegnante, Italia fine 800; dopo un’introduzione sulla penuria di risorse (materiali, di spazio, di tempo), invitava il buon docente a far di necessità virtù, facendosi bastare quello che c’era a disposizione intorno, perché la cosa più importante è la coscienza che i bambini vedono, ma non osservano. 
E’ li che possiamo e dobbiamo fregarli!
Catturare la loro attenzione e concentrazione, usando tutto quello che c’è attorno, perché noi conosciamo la natura delle cose ed il loro funzionamento; o se non del tutto, almeno siamo qui per saperne di più ed essere più sicuri in quello che insegniamo.

Samuele prosegue presentandoci alcuni lavori frutto di diverse tesi di laurea in Scienze della Formazione, con percorsi laboratoriali applicati alle scienze.
Potenza delle immagini!
E di qualcuno che sa illustrarle semplicemente,  perché conosce il lavoro svolto e soprattutto i fenomeni che descrivono.
L’attenzione si fa più viva, man mano che sullo schermo scorrono il cannocchiale galileiano realizzato in una scuola primaria, le esperienze riguardo le proprietà dell’acqua: la spinta idrostatica, la tensione superficiale con le bolle di sapone e con i tensioattivi.
Tiziana sfodera le capacità portentose del suo pepe.

Passiamo poi al moto e alle forze: la massa, l’accelerazione, la velocità, l’attrito e la sua riduzione. Gran successo per il disco a cuscino d’aria alimentato da un palloncino: subito riprodotto!
Sui pendoli ho visto qualche faccia più perplessa, c’erano in gioco diverse variabili.
Sul piano inclinato, l’accelerazione e la velocità, c’era la voglia di capire meglio: iniziavano ad esserci triangoli, frazioni e proporzioni, un territorio su cui la maggior parte si sentiva più a suo agio.
Sulla gravità e perché quelli di sotto non si accorgono di essere a testa in giù, eravamo tutti ferratissimi!

 
Sulla costruzione di strumenti di misura, la misurazione e l’incertezza che lega i due termini, ne abbiamo tutti conoscenza quando ripensiamo al: “Prof/Maestra/o a me non mi torna di qualche mm!”; e valli a rassicurare che è un più/meno, con quelle punte di lapis stondate e quei righelli dentati…
La spiegazione matematica dell’incertezza, con grafici e formule ha fatto però spalancare qualche bocca.

Per fortuna non siamo qui per le formule, quelle sono sempre a disposizione, la scienza le ha scritte, ma vanno provate per capirle veramente.
Finiamo con fenomeni e rapporti di scala, non necessariamente direttamente o inversamente proporzionali, ma legati alla tridimensionalità della realtà, così lontana dalla bidimensionalità della pagina scritta.
Che bello vedere “crescere” non linearmente la massa nei pesi della bilancia disposti in ordine!
Insomma, due ore mi sono passate veloci  e piacevoli, con tanti spunti ed idee per attività
da proporre ai bambini, nei nostri spazi ristretti, con i nostri materiali poveri; per qualcuna troverò sicuramente il tempo.
Anche questo è il bello della scienza: una volta che hai capito veramente come funziona, funziona sempre, basta provarla e farla provare.

docente di scuola primaria

Stefano De Santis