Vorrei impostare un percorso didattico di fisica su base sperimentale, per un istituto professionale.
ho tre prime e una seconda professionale, rispettivamente ad indirizzo commerciale e termoidraulico, cui devo fare due e tre ore a settimana di fisica.
nella seconda hanno fatto fisica anche l’anno scorso, ma con risultato zero, per cui non mi posso agganciare a concetti di fisica1 quali ad esempio l’energia.
mi piacerebbe però parlargli di termodinamica, che magari gli servirà nella vita professionale… qualcuno di voi ha idea se il percorso della “fisica di karlsruhe sia proponibile a classi di livello “non eccelso”?
io ho deciso di buttarla interamente sul laboratorio, ma puntando su esperimenti quantitativi, tipo fisichetta per intenderci.
non mi importa tanto di coprire tutto lo scibile quanto lasciargli una impronta metodologica.
per adesso sto lavorando sulla rappresentazione grafica dei dati e degli errori di misura, e sul riconoscere leggi lineari (percorso comune alle prime classi che seguo in parallelo).
per ora abbiamo rappresentato la lunghezza dell’avambraccio in funzione dell’altezza e poi la circonferenza cranica in funzione del diametro della testa degli studenti: due leggi approssimativamente lineari che possono essere disprovate aumentando la precisione delle misure (per presentare il metodo scientifico nella pratica).
nel secondo caso, confronteremo il coefficiente angolare della legge lineare con pi greco per vedere se abbiano la testa a pera o meno.
il secondo passo sarà occuparci di fenomeni fisici che vogliamo scoprire…
leggi lineari in termodinamica spuntano un po’ ovunque, ma ho bisogno di organizzare un percorso ragionevolmente significativo dal punto di vista della didattica della materia.
cercando sul web, ho trovato parecchi esperimenti di termodinamica, ma con una netta prevalenza di esperimenti qualitativi o troppo delicati per lasciarli gestire a ragazzi vivaci.
se avete esperienze o idee, fatemele sapere. la scuola ha anche un laboratorio di fisica, che ancora non ho avuto modo di vedere, e un’aula computer.
penso che metterò in rete un diario di questa esperienza (magari gestito dagli studenti), quindi se qualcuno di voi è interessato potrà seguire gli sviluppi
caro Francesco,
Premesso che per utilizzarla, ti devi mettere a studiare fisica “come se non la sapessi”, per essere pronto a rivedere completamente il TUO paradigma della fisica (cosa che non si puo’ richiedere a tutti e in tempi brevi…), posso dirti che la fisica di Karlsruhe:
1) è fatta apposta per la termodinamica. Parte da li’.
2) si presta particolarmente in assenza di bagaglio matematico considerevole, e del docente, e degli studenti…
3) ha un testo in italiano (3 volumi piu’ manuale per l’insegnante) che si scarica gratis a :
http://www.physikdidaktik.uni-karlsruhe.de/publication/pub_fremdsprachen/italienisch.html
Nelle scuole professionali tedesche o svizzere arrivano a fare bei progetti ai ragazzi, con questo approccio…
In italiano ci sono i lavori di Michele D’Anna, l’”uomo di Karlsruhe” in Italia. Scaricane alcuni dallo stesso sito di sopra.
Ciao
il motivo per cui mi è venuto in mente il corso di Karlsruhe è proprio quello di partire dalla termodinamica senza chiedere prerequisiti di meccanica…
ho iniziato a dare una letta, soprattutto alla guida per l’insegnante.
ho trovato una sceneggiatura di un percorso che fa abbastanza il caso mio.
quanto al metodo, probabilmente seguirò una strada un po’ diversa:
più sperimentale e meno teorica
più quantitativa e meno qualitativa
la mia paura è quella di perdermeli appena accenno a ragionamenti troppo astratti (alcuni si chiudono a riccio), quindi proverò per quanto possibile a rimanere lontano dall’approccio assiomatico.
il prezzo da pagare sarà probabilmente un programma ridotto, ma con questi ragazzi meglio poco ma buono perché almeno la metà sembra allergica alle nozioni.
se riesco a fargli maneggiare l’acqua calda senza che si prendano a gavettoni, e se riesco a trovare qualche termometro digitale, penso di poter proporre una esperienza a settimana.
quanto alla teoria, certe cose le devo ancora digerire completamente, ma forse è presto per parlarne.
Credo che l’obiettivo principale di tutti i corsi di scienza sia insegnare il metodo scientifico, non importa quale sia la strada.
Trovo un po’ macchinoso descrivere il calore in termini di entropia
1) perché, checché ne dicano, i due concetti non sono la stessa cosa. Il calore è una grandezza operativa e facilmente misurabile, l’entropia è una grandezza concettuale, associata a tutto ciò che sappiamo
2) perché i ragazzi sanno o credono di sapere cosa è il calore e sono molto interessati dalla faccenda delle calorie e alla fisica da cucina.
Personalmente preferisco spedire i ragazzi a fare filmati di cose che succedono, e poi vederli insieme al contrario per verificare se c’è stata entropia in quel processo. Infatti l’evidenza più chiara dell’entropia è VISIBILE ad occhio nudo: è tutto ciò che assegna una freccia al tempo.
Vanno bene filmati di treni, palline che rimbalzano, oggetti che si rompono o cani che si asciugano. In tutti questi fenomeni l’entropia è ben visibile ed ha un senso che va oltre l’impercettibile scambio di calore che avviene.
d’accordo, l’aumento di entropia è visibile (se già sai che la dinamica dei sistemi conservativi è reversibile)…
ma hai un esperimento quantitativo per misurarla? un esperimento concettuale per definirla?
quello che cerco è un itinerario significativo fatto di esperimenti da fare in gruppo, perché la classe sta buona e si impegna solo se do a tutti qualcosa da fare.
anch’io sono perplesso di fronte alla associazione calore-entropia come fondamento della termodinamica. né capisco a fondo la faccenda delle variabili intensive vs. estensive.
ma della termodinamica in quanto tale ho solo una lontana reminescenza, e la mia ottica è condizionata dalla meccanica statistica. devo quindi studiarmi bene la questione prima di pronunciarmi.
tra l’altro sto subendo pressioni dal collega di meccanica e idraulica per fare dinamica invece di termodinamica…
In effetti, il grande problema della fisica di Karlsruhe è nel cambiamento di “paradigma” necessario prima di tutto AL DOCENTE per capire di che diamine si stia parlando.
In questo è mia opinione che Herrmann e colleghi abbiano forse sbagliato strategia “politica”: scaricate le “concezioni errate nell’insegnamento della fisica”: una miniera di riflessioni, ma leggibile anche come un “atto d’accusa” a chiunque insegni fisica… (il titolo in tedesco delle “concezioni” suona piu’ che altro come “gli orpelli inadatti”: ma anche Tonzig, in Italia, con i suoi “100 errori di fisica” non c’è andato piano…).
E’ chiaro che anche nel linguaggio comune si tradisce continuamente la scienza (il ghiaccio “si scioglie”, come avesse coscienza, la carne cotta continua ad essere carne, i prodotti continuano ad essere visti in funzione dei reagenti…), e che non si puo’ pretendere che tutto cambi.
Premesso questo, è vero, come sottolinea Alvise, che l’esistenza dell’entropia puo’ mostrarsi “come la sappiamo noi” mediante attività bellissime, come quella dei filmati. Il fatto è pero’ che nel tempo viene dimenticata, perché si puo’ far capire che c’è, ma non si sa bene cosa sia, come si misuri (arrivarci dalla teoria dell’informazione ?), e alla fine si fa capire concretamente solo dalla visione microscopica, o nascosta nella sua forma integrale… Se va bene le persone ricordano che è “una misura del disordine”, il che è completamente astratto, nonché impreciso. E poi, avete mai visto un “disordometro” ? E perché è in J/K ?
Per farla breve: l’obiettivo che a me interessa nell’introduzione della fisica di Karlsruhe, non è provocare i colleghi o stupire i ragazzi. E’ fornire loro un paradigma nel quale le grandezze fisiche siano introdotte partendo dal percettivo (toccare, sentire, vedere, che poi diventano riconoscere, stimare, misurare), le relazioni matematiche siano piu’ semplici possibile (e introdotte dove, come e quando servono come lingua e strumento), si possano costruire ripetutamente analogie in modo da presentare inizialmente un solo modello per piu’ fenomenologie (quello dell’equazione di bilancio, implementabile poi anche matematicamente come equazione differenziale di prim’ordine), in modo che i ragazzi non imparino formule, ma a costruire modelli.
Da qui, a mio parere, è aperto il campo alla fisica “canonica”, quella della ricerca, dove invece che un solo modello, ne costruisci quanti vuoi…
Nel paradigma dei “portatori di energia”, che viene dall’espressione dE=TdS-PdV+mdN+UdQ+…, l’entropia nasce come portatore. Ecco perché viene introdotta cosi’, di punto in bianco…
E’ un rpoblema di obiettivi: far apprendere una formalizzazione storica della fisica o far costruire modelli
Sono perfettamente consapevole che se non vi mando un ppt con questa idea spiegata didatticamente, leggere solo i libri del corso NON PORTA a questo.
Ma come vi ho già detto: Karlsruhe è andata oltre Karlsruhe.
E’ che in Italia se ne parla poco… Giusto il 12 e 13 novembre c’è un incontro a Modena, con Federico Corni, Michele D’Anna, Herrmann, Fuchs…
ciao
T
ieri ho proposto alla classe la seconda esperienza di misura: verificare sperimentalmente che la circonferenza cranica dipende linearmente dal diametro della testa (distanza tra le tempie).
l’idea era di imparare ad interpretare un grafico lineare e utilizzarlo per dare un’interpretazione fisica alla pendenza della retta di fit. dovevamo capire se la classe ha la testa a palla o quadrata, cioè pendenze tra pi greco e 4 (anche di più se la testa è fortemente ellittica).
i gruppi erano generalmente di tre studenti, cui corrispondevano tre soli punti su cui fare il fit (troppo pochi)
purtroppo i risultati sono stati al disotto delle mie aspettative, per problemi sperimentali che vi segnalo:
tutto bene per la misura della circonferenza, dove ho fatto usare un metro da sarto (sensibilità 1 cm). il problema è stato invece la misura del diametro. la maggior parte dei gruppi hanno optato per misure ad occhio che sono risultate troppo approssimative. i valori di queste misure erano generalmente limitati ai soli valori di 14, 15 e 16 cm, e i grafici che ne sono risultati erano drammaticamente confusi. la metà dei gruppi ha trovato valori negativi per la pendenza!
proverò a portare un calibro la prossima volta per migliorare la precisione della misura del diametro.
i dati sperimentali sono stati presi male con molti sospetti errori sperimentali nel rapporto circ/diam degli studenti.
la media di questi rapporti è 3,6; il fit con il metodo dei minimi quadrati (imponendo il punto teorico (0,0)) ha una pendenza di 3,2
Carissimi, qualche novità riguardo al percorso che sto seguendo come insegnante di fisica nell’iiss via sarandì.
La principale è che ho appena aperto un blog per gli studenti, sul quale scarico un po’ di materiale anch’io.
Vista la tipologia di scuola, ho deciso un approccio sperimentale, basato sul lavoro di gruppo.
Come linguaggio, preferirò quello grafico-geometrico (dei diagrammi) a quello algebrico. Studenti e scuola permettendo, userò anche Geogebra.
Proprio ora sto chiudendo il capitolo su misura ed errore.
Dalla verifica che ho fatto nelle due classi che sono più avanti, i ragazzi sembrano aver assimilato l’idea di rappresentare dati ed errori nel diagramma.
Un po’ più problematico passare all’interpretazione dei dati: tracciavano la retta di fit e calcolavano il coefficiente angolare senza avere chiaro che confrontavano i dati sperimentali con una legge (lineare).
Anche le disquisizioni sul concetto di modello hanno avuto meno fortuna di quello che meritavano: ho confrontato un esperimento in cui cercavamo la relazione tra circonferenza e diametro (distanza tra le tempie) della testa dei ragazzi con uno simile che aveva come oggetto dei barattoli cilindrici. Il secondo veniva perfettamente, il primo no. Eppure, il primo modello che viene in mente è comune ai due casi: oggetti con sezione circolare.
Ragionando sul motivo per cui il rapporto tra circonferenza e semiasse minore fosse maggiore di $\pi$, siamo passati ad un modello di testa quadra ecc.
Ora sto iniziando la cinematica, con esperienze sul concetto di velocità. Sto provando un approccio a nozioni zero, contando sul fatto che discutendo un po’ trovino il modo di capire i concetti da soli.
Successo per la prima eperienza: da una foto stroboscopica di uno sciatore che cade stimare la velocità che aveva al momento della caduta, sapendo che le foto sono scattate ogni 0,075 s e che gli sci sono lunghi 2,1 m.
Troppo difficile si è rivelata la seconda esperienza sulla velocità, che voleva servire per sviluppare il linguaggio geometrico nel caso di velocità variabili.
Sarei molto contento di avere del feedback sul materiale, e magari qualche idea. Ho una netta predilezione per gli esperimenti quantitativi, poca simpatia per quelli dimostrativi.
Bellissimo quello dello sciatore (ma dove l’hai trovato?)
Non capisco come facciano i ragazzi a sapere già del baricentro, se avete appena iniziato.
Io di solito faccio fare il tragitto casa scuola, che funziona bene come compito individuale. Lo mettono su una tabella e si calcolano la loro velocità massima e media.
Proverò anche io a fare quello dello sciatore, mi diverte molto.
Spero venga bene anche stampato in bianco e nero.
Adesso vorrei partire con la determinazione della massa (il solito elastico che si allunga) e cercherò di discutere un po’ più a fondo il concetto di modello.
Invece sto avendo notevoli problemi in quinto scientifico, la classe non riesce a capire quasi nulla, ma sono talmente tanti e turbolenti che è difficile anche portarli in laboratorio. Devo escogitare una serie di attività da fare in gruppo, ma non mi viene in mente granché.
Lo sciatore l’ho trovato con google… in realtà la sequenza non è perfetta, perché l’autore non ha preso intervalli di tempo uguali! Ma nel tratto in volo la velocità è costante, e ho stimato (inventato) che l’intervallo tra le foto sia di 0,075 s.
Per il baricentro, ho dato istruzione di prendere le distanze da lì. Questa è la prima esperienza di cinematica, e il primo obiettivo è di associare pendenza della tangente (nel diagramma spazio-tempo) a velocità.
Non ci stiamo ancora occupando delle cause del movimento, quindi massa, baricentro e momento d’inerzia non sono stati introdotti.
Una alternativa che ho valutato era quella di considerare l’intero sciatore (quindi un grosso errore sulle posizioni), ma ho preferito avere un risultato pulito.
Mi spieghi bene l’elastico che si allunga?
Per il 5°, un po’ di circuiti?
Davvero complimenti per quello che stai facendo!
spero che anche la classe lo apprezzi!
In una delle quattro classi in realtà sono stato contestato, non sono riuscito a fargli capire il senso del lavoro in gruppo…
Dopo una presa di posizione durissima da parte mia (avevano consegnato un unico compito identico!), hanno proposto di continuare a provare, ma dovrò adottare strategie diverse dalle altre classi che invece stanno rispondendo bene.
Anche per replicare loro, ho scritto una sezione FAQ per i miei studenti, che sebbene un po’ barbosa, forse può interessarvi.
Spiego in dettaglio le ragioni delle mie scelte di approccio, di percorso e di valutazione.
Su diversi esperimenti liceo/università, con teoria e tutto, e soprattutto in remoto, ma per livelli come dire, altini, segnalo il meraviglioso sito RCL:
http://rcl.physik.uni-kl.de/
che, spero, si stia per espandere…
Vorsicht: es ist nicht nur auf Deutsch, aber auf Italienisch auch!
(Attenzione: non è solo in tedesco, ma anche in italiano!)
ciao
La definizione di massa e’ operativa: si prendono degli elastici, si appendono oggetti di pesi diversi e si verifica che gli elastici si annullano
Hai mica fatto un foglio di lavoro con quella foto?
Provo a farne uno, perche’ i miei non sono abbastanza forti e attenti per riuscire a fare da soli
Non sono sicuro di capire: come distingui la massa dalla forza in statica? Cosa gli fai misurare?
Io preferisco fare a meno delle schede di lavoro, ma l’esperienza dello sciatore l’ho data dopo due o tre esperienze di misura che mi servivano a familiarizzare con i diagrammi.
Ho dato istruzioni affinché (limitatamente alle immagini in cui l’ombra è staccata dallo sciatore)
1) con una squadra, tracciassero delle linee, ortogonali al lato lungo del foglio, che dall’ombelico dello sciatore arrivassero al bordo del foglio stesso.
2) usassero queste linee per riportare direttamente la posizione dello sciatore sulle ordinate.
3) sulle ascisse, fissassero delle tacche a distanza costante, per rappresentare l’intervallo di tempo costante tra le foto.
4) individuassero i punti nel diagramma spazio-tempo
5) aggiungessero l’errore di circa 2 mm. sulle ordinate (non sanno usare la squadra nè la matita). Sui tempi ho affermato che l’errore fosse trascurabile.
6) tracciassero una linea che passasse per tutti i segmenti, “il più vicino possibile ai centri”.
intenzionalmente, non ho definto la velocità, ma gli ho chiesto di ragionare tra di loro e calcolarla, sapendo che gli sci sono lunghi 2,1 m
con i miei ha funzionato, anzi molti casinisti abituali si sono attivati quando hanno visto che potevano dare un contributo al gruppo.
in questo modo molti hanno tradotto il concetto di velocità in quello di pendenza e hanno anche abbozzato una rappresentazione algebrica con la formula “spazio diviso tempo”.
il tutto è durato due ore (consecutive). tutti i gruppi hanno teminato la prova.
poi, per consolidare le nozioni, io do un questionario di valutazione (dell’efficacia del corso), individuale, ma che si può discutere in gruppo.
in pratica, io faccio le domande, loro discutono un po’ e poi chiedono a me che gli suggerisco la risposta. trovo che sia un metodo efficace, perché quando ne va del loro voto, sono motivati a capire.
sono giunto a questo stratagemma perché mi è capitato spesso di fare esperienze di laboratorio svolte perfettamente senza che poi gli studenti facessero uno sforzo di sistemazione logica…
comunque, se ti piacciono le foto stroboscopiche, guarda questa