didattica della fisica, ovvero:
conoscenza scientifica & co.
la narrazione della scienza
il problema delle due culture
le didattiche della fisica
conoscenze di senso comune
letteratura divulgativa
risorse telematiche, informatiche e
multimediali
 le pseudo-scienze






La complessità
dell’educazione scientifica
 confronto fra metodo formativo e costruzione
della scienza
 contenuti e strategie
 privilegi della metodologia sulla disciplina?
 il problema dei livelli scolastici e delle finalità
educative
 la riflessione storica-epistemologica
 la scuola come struttura per la trasmissione
di conoscenze ed atteggiamenti
Sulle conoscenze
di senso comune
 modalità di elaborazione delle conoscenze
scientifiche
 modelli di concettualizzazione
 rielaborazione e riorganizzazione dei saperi
 costruzione della conoscenza e ruolo
dell’insegnamento
 alunno con prerequisiti disciplinari di senso comune
caratterizzati da
 regole
 coerenze
 campi di intervento e validità
 centralità del linguaggio
 condivisione/rifiuto di componenti scientifiche
La formazione
dello “spirito scientifico”
Nell’educare, la nozione di ostacolo epistemologico è
misconosciuta. Spesso mi ha colpito il fatto che i professori di
scienze – più ancora di altri, se ciò è possibile – non
comprendono il fatto che si possa non comprendere. I professori
di scienze immaginano che lo spirito cominci come una lezione,
che si possa sempre correggere un’attitudine indifferente
ripetendo una classe, e che si possa far comprendere una
dimostrazione ripetendola punto per punto. Non hanno ancora
riflettuto al fatto che l’adolescente arriva alle lezioni di fisica con
delle conoscenze empiriche già costituite: si tratta, allora, non di
acquisire una cultura sperimentale, bensì di cambiare la cultura
sperimentale, rovesciando gli ostacoli già accumulati nella vita
quotidiana.
Bachelard, La formation de l’esprit scientifique, 1938
Conflittualità fra le conoscenze di
senso comune e scientifica
“La conoscenza scientifica è sempre più lontana dalla complessità
della vita quotidiana: non serve conoscere la termodinamica del
motore a scoppio per guidare una macchina. D’altra parte, la scienza
capace di progettare centrali nucleari e shuttle spaziali ha difficoltà a
spiegare l’equilibrio di una bicicletta, fatto alla portata di ogni
bambino.”
Meyer, 1990
Inoltre la scienza
“da un lato è per definizione democratica, universalistica, aperta alla
verifica ed al controllo di tutti. Ma per altro verso la scienza è altra
cosa dalla pratica dell’uomo comune. E’, per definizione, separata,
anzi postula la netta separazione tra teoria e pratica, affida il
controllo ad esperti competenti, escludendo perciò totalmente il
controllo democratico ed universale dell’uomo comune”
Mazzonis e Cini, 1981
Origine
della conoscenza scientifica…
… dalla conoscenza di senso comune, con la
progressiva
e
costante
sostituzione
del
“conoscere per fare” con il “fare per conoscere”.
Il senso comune descrive bene il reale, ma non lo spiega
(perché è complesso);
la conoscenza scientifica privilegia semplicità, coerenza e
generalizzabilità per porzioni di realtà più circoscritte e
limitate.
Realtà della conoscenza di senso
comune legata a …
 Fattori di percezione (come i sensi
percepiscono forza, movimento,
equilibrio, velocità …)
 Il linguaggio (e la sua evoluzione storica:
calore, peso, energia come “parole”)
 Informazioni esterne (scolastiche ed
extrascolastiche).
Fisica “intuitiva”
Impeto: antico o moderno ?
... ogni cosa mossa con furia
seguiterà per l’aria la linia del
movimento del suo motore. Se
quello che muove la cosa in circulo,
s’ella fia lasciata in quel moto, il
moto suo fia curvo ...
Impeto = quantità di moto?
La ricerca sulla conoscenza
di senso comune
 definizione operativa dei tipi di conoscenza
(esistenza o meno di modelli, almeno
materiali)
 quale conoscenza è obiettivo nei processi di
insegnamento ed apprendimento
 modalità e finalità della ricerca






strumenti usati
interazione studente/ricercatore
dettaglio/ampiezza delle investigazioni
forma dati
ambiente (classe/laboratorio/casa)
periodi e tempi
Condizioni per un cambiamento
concettuale
 insoddisfazione rispetto alle
conoscenze già presenti
 comprensibilità di entrambe le
concezioni
 plausibilità per fatti ed informazioni
preesistenti
 applicabilità efficace a nuovi e vecchi
fatti
Argomenti affrontati
CONOSCENZA SCIENTIFICA e CONOSCENZA di SENSO COMUNE
Analisi dell’incidenza di fattori scolastici ed extrascolastici sull’apprendimento della
fisica
M. Mayer – CEDE 1990
IPOTESI in VERIFICA
 esistenza di schemi e teorie coerenti per situazioni del quotidiano
all’interno di una visione “naturale” della fisica;
 stabilità di questi schemi e persistenza successiva all’insegnamento;
 interferenze del senso comune con i processi di apprendimento
(“ostacoli epistemologici” nelle aree lontane dal senso scientifico);
 debole o assente intervento del docente nel riconoscere non solo
l’esistenza ma anche l’importanza degli schemi e teorie naturali.
RICERCA su FORZE, INERZIA, PRESSIONE, GRAVITA’, LUCE,
CIRCUITI ELETTRICI
(temi significativi per la scienza ad ogni livello di realtà, naturale,
scolastico, di ricerca).
La LUCE
 A partire dalla parola, la “luce” è fenomeno pervasivo
della nostra esistenza ma anche proprietà di alcuni
oggetti (le “luci”). Di notte non c’è luce anche se vi sono le
stelle.
 La luce per vedere non è fortemente correlata con la luce
che si propaga !
 Differenza fra luce e visione (per vedere la luce!): le
regole della visione sono ben note – sia negli aspetti
geometrici che nel colore – nelle quali gli occhi sono
soggetti attivi (“lanciare un’occhiata … con uno sguardo
penetrante”)
 Difficoltà di verifica sperimentale della propagazione
della luce (“la luce entra dalla finestra” ha valenza più
che altro geometrica)
 Problemi con gli specchi e le lenti
Percorso storico

Ottica geometrica, postulati euclidei




Dibattito centrato sulle modalità di visione





Raggi (astratti) che viaggiano in linea retta tutti con la stessa velocità
Proprietà per riflessione e geometrie in accordo con l’ottica moderna
Si riferiscono a raggi visuali provenienti dall’occhio!
Teoria emissionistica dei pitagorici
Raccolta di “idoli” emessi per l’azione del sole secondo gli atomisti
Incontro tra fluidi dei platonici
Modificazione del “diafano” percepita dagli occhi aristotelici
Sostanza della luce: dal medioevo ad oggi



Lux (qualità luminosa, soggettiva) e lumen (effetto provocato dalla luce,
oggettivo)
rivoluzione ottica di Keplero (raggi luminosi emessi dalla sorgente)
Natura della luce (e dei colori) da Newton a Young, fino a Planck ed
Einstein
Schema di senso comune
Schema scientifico
Test sulla luce




Lux e lumen
Propagazione rettilinea
Specchi
Colori
Domande aperte e chiuse
Cos’è la luce
 Causa (15%)
 Composizione (25%)
 Effetti (15%)
 Forma di energia (14%)
 Caratteristiche (4%)
 Luce che si vede (12%)
 Definizione scientifica “integrata” (3%)
 Definizione scientifica (12%)
Lux e Lumen
nei test a risposta chiusa

stufa elettrica in una stanza illuminata dal sole: la stufa
emette luce?







No
Si, la luce rimane intorno alla stufa
Si, la luce arriva a metà strada fra te e la stufa
Si, la luce arriva fino a te e si ferma
Si, la luce propaga fino ad un ostacolo
Si, la luce …
lampadina accesa in una stanza: cosa fa la luce emessa?





Rimane attorno alla lampada
Arriva a metà strada fra te e la lampada
Arriva fino a te e si ferma
Si propaga fino ad un ostacolo
…
Force Concept Inventory
 Totale questionari elaborati: 12
 Totale risposte ricevute: 351
 Risposte corrette: 235 (67%)
 Casi “critici”:
2,5,8,11,15,16,17,18,22,23,25,26,30
Force Concept Inventory
Force Concept Inventory
Force Concept Inventory
Force Concept Inventory
Force Concept Inventory
Force Concept Inventory
Force Concept Inventory
Force Concept Inventory
Force Concept Inventory
Force Concept Inventory
Force Concept Inventory
Force Concept Inventory
Force Concept Inventory
MISCONCEZIONI in
METEOROLOGIA
Be very, very careful what you put into
that
head,
because you will never, ever get it out.
Thomas Cardinal Wolsey (1471-1530)
•nuvole, umidità e spugne
•pioggia e goccioline
•effetto serra e radiazione
•il gabinetto di Coriolis
•la luna fredda
•i lampi di calore
•le date delle stagioni
La PRESSIONE?
L'atmosfera, quest'ultima risulta formata da un
miscuglio di aria contenente gas di varia natura
che, venendo attratti verso il centro della Terra
dalla forza di gravità ,esercitano sulla superficie
di quest'ultima, una Pressione, che chiameremo
"Pressione
Atmosferica";
la
Pressione
Atmosferica quindi , è "la colonna d'aria che
gravita sulla superficie terreste unitaria al livello
del mare (quota 0)."
Sulle nuvole
Le nuvole si formano quando l’aria si raffredda
perché l’aria fredda non può contenere (hold)
vapore come l’aria calda
quando l’aria umida si raffredda si posso formare nubi (molto
meglio)
Le spiegazioni “universali” dell’aria satura e della spugna
Valgono come 19/95=1/5 per avere semplificato la cifra 9!
La storiella dello spazio ridotto fra le molecole e l’effetto
“spugna”
Gocce di pioggia
lacrimose
La cultura della tradizione grafica: ma le gocce “vere” come sono
fatte?
Gocce di pioggia
lacrimose
•Evidenze sperimentali:
•Fotografiche
•Teoriche
La cultura•Indirette
della tradizione
grafica:radar)
ma le gocce “vere” come sono
(arcobaleno,
fatte?
L’effetto serra
Dal sito “nonsoloaria” (o soloaria?), www.nonsoloaria.com
La terra è continuamente colpita dalla radiazione elettromagnetica emessa dal sole,
Ilparte
processo
serra
consiste
in assorbita
un riscaldamento
del terrestre
pianeta ma
perla effetto
di questa
radiazione
viene
dall'atmosfera
grande
dell’azione
deicolpisce
cosiddetti
gas serra,
composti
presenti
nell’aria
a concentrazioni
maggioranza
la crosta
terrestre.
Di questa
radiazione
parte
viene assorbita
relativamente
basse
vaporluminosa
acqueo,
ecc.). (è
I gas
dalla superficie,
parte(anidride
è riflessacarbonica,
come radiazione
di metano,
varia frequenza
per
serra
alle leradiazioni
di colori)
passare
attraverso
l’atmosfera
questopermettono
che noi vediamo
cose con i solari
rispettivi
e parte
viene riflessa
come
mentre
ostacolano
il passaggio
verso lo
spazio diinfrarossi).
parte delle
radiazioni
radiazione
a lunghezza
d'onda maggiore
(tipicamente
Sono
proprio
infrarosse
provenienti
dalla superficie
Terra
e dalla (come
bassa ilatmosfera
(il
questi infrarossi
che generano
l'effettodella
serra:
l'atmosfera
vetro di una
calore
in pratica trasparente
si comportano
comevisibile
i vetri
una serra e
serra) riemesso);
è quasi completamente
alla luce
ma di
è estremamente
favoriscono
la regolazione
ed ilpertanto
mantenimento
della riflessi
temperatura
terrestrenon
ai
opaca alla radiazione
infrarossa
gli infrarossi
dalla superficie
valori
odierni.
"scappano"
nello spazio ma restano racchiusi tra la superficie e gli strati alti
dell'atmosfera (come in una serra dove sono intrappolati sotto i vetri).
L’energia ricevuta complessivamente dalla superficie terrestre e dalla troposfera viene poi
riemessa sottoforma di energia termica come raggi infrarossi. Alcune sostanze presenti
in atmosfera (i gas serra) assorbono gran parte di questa radiazione per poi reirradiarla in
tutte le direzioni. Circa il 6% di questa energia si perde nello spazio, parte viene
riassorbita nuovamente dai composti atmosferici, mentre la quantità maggiore dell’energia
viene reirradiata verso la terra, riscaldandola. I gas serra agiscono così come i vetri di una
serra: fanno passare la luce solare e trattengono il calore.