Prime attività in classe- come avviare il percorso didattico

di Gian Paolo Parodi*

Prime attività di fisica in una terza classe di liceo scientifico. Una lezioni dialogata, un semplice esperimento, riflessioni sul linguaggio della fisica, sul metodo scientifico, sulle grandezze fisiche e il processo di misura.

Attività da svolgere a casa: ricerche di storia della fisica e ulteriori esperimenti.

Che cosa è la fisica?

Rieccoci in classe. Una terza scientifico. Mentre entro in classe mi domando come saranno i nuovi studenti? Pigri, annoiati o interessati? Studiosi o scansafatiche? Attenti o perennemente 'collegati' con innumerevoli interfacce elettroniche? Provo comunque a catturare al loro attenzione.

Mi sono preparato una bella batteria di domande e di attività: sulla fisica, sul metodo sperimentale, le grandezze, le leggi e le teorie, e un po' di storia, almeno alcuni protagonisti, bisogna pur umanizzare la ricerca scientifica.

Comincio tutto pimpante e, dopo essermi presentato, parto con la prima serie di domande.

'Bene ragazzi che ne pensate della fisica?' 'Qualcuno ha un'idea di che cosa fanno esattamente i fisici?'

Poche mani alzate. Qualcuno azzarda 'Fanno esperimenti', qualcun altro 'studiano da che cosa è fatta la materia', qualcun altro ancora, 'studiano l'universo'. Annuisco condiscendente e, dopo aver ascoltato qualche altra risposta più o meno riconducibile alle precedenti, passo al secondo punto della mia scaletta.

Il metodo sperimentale

Li incalzo: 'Ma come fanno i fisici a studiare l'universo o scoprire di che cosa è fatta la materia?'

Non è facile ricostruire con i ragazzi i punti fondamentali del metodo sperimentale. Provo a suggerire un percorso che porti dalle prime osservazioni alle ipotesi, agli esperimenti (passando per grandezze, misure, convenzioni ecc.) e, infine, alle leggi fisiche.

Il linguaggio disorienta e confonde.

L'interesse cala: è pur sempre il primo giorno di scuola, mi dico.

Voglio tuttavia raggiungere almeno un obiettivo: far capire che per poter studiare un 'fenomeno' qualunque, anche il più semplice, dobbiamo stabilire che cosa misurare e come (con quali strumenti e con quali unità di misura).

Decido che è ora di far lavorare i ragazzi. "Vi va ragazzi di progettare ed eseguire un esperimento qui, adesso? La proposta, decisamente più accattivante che 'ascoltare' i passi del metodo sperimentale, sembra risvegliarli da un letargo ormai imminente.

Prepariamo un esperimento

'Immaginiamo di voler studiare la caduta di una biglia da un banco' – il moto dei proiettili è un mio cavallo di battaglia. Gli studenti spesso utilizzano ragionamenti di tipo aristotelico e non è facile modificare la loro visione 'ingenua'. Oggi, tuttavia, mi accontenterò di introdurre le grandezze fisiche e le unità di misura e di verificare qualche semplice ipotesi, senza alcuna pretesa di capire a fondo il fenomeno – 'Allora, che cosa devo fare per poter descrivere il fenomeno, prima ancora di cercarne una spiegazione?'

Sguardi perplessi. Decido di aiutarli: 'In breve, quali sono le grandezze che devo misurare?'

Ecco, siamo arrivati al punto, e finalmente arrivano anche le risposte:

'Il tempo che impiegano le biglie' dice qualcuno un fondo all'aula. 'Bene' – rispondo io – e l'unità di misura? 'Secondi?' risponde qualcuno un po' incerto. 'Benissimo – commento – e poi?'

'Quanto è alto il banco?'. La voci si accavallano. 'Benissimo – chiedo ancora – e l'unità di misura?' Qualcuno propende per i metri, altri per i centimetri. Non è difficile trovare l'accordo sul fatto che il metro è l'unità di misura fondamentale e i centimetri un suo sottomultiplo.

'C'è qualche altra grandezza fisica che, secondo voi, potrebbe influenzare il moto di caduta?' insisto ancora.

Uso deliberatamente un linguaggio specifico, in fondo la fisica è un po' una lingua 'straniera' ed è opportuno farci i conti da subito.

Finalmente arriva l'ultima risposta: 'Quanto pesa la pallina'. 'E l'unità di misura?' 'Ma i kg ovviamente'. 'Benissimo – è ancora il mio commento – e pregusto il disappunto che proveranno tra poco scoprendo che invece la massa della pallina non è rilevante.

Lascio perdere per ora la fondamentale distinzione tra peso e massa, avremo tempo di ritornarci.

Li provoco: 'Ma il colore della pallina sarà importante?' Mi guardano perplessi per un attimo e quindi, a larga maggioranza, decidono per il no.

Non mi arrendo: 'Ma come facciamo a saperlo?'

'Usiamo palline di colori diversi?' – chiede qualcuno.

'Perfetto' concludo – 'possiamo procedere con l'esperimento'.

Misure e raccolta dati

Con gesti misurati, estraggo dallo zainetto una bilancia elettronica (prelevata precedentemente dal laboratorio della scuola, un normalissimo metro a nastro, un cronometro e diverse biglie (sottratte alla collezione di mio figlio).

Metto un banco al centro dell'aula e percepisco la curiosità e l'attenzione dei ragazzi. Mi sento un po' scienziato e un po' prestigiatore.

Pesiamo le biglie e annotiamo il loro peso (sarebbe la massa, ma oggi è il primo giorno di scuola e siamo tolleranti…) e misuriamo l'altezza del banco da terra (metri e centimetri).

Finalmente spingiamo una a una le biglie lungo il banco fino a farle cadere, misuriamo il tempo di caduta in secondi e decimi di secondo con il cronometro e annotiamo ordinatamente tutti i risultati ottenuti (ho portato biglie di massa e di colori diversi per poter sottoporre separatamente a verifica ognuna delle ipotesi fatte).

Con una certa sorpresa i ragazzi notano che i tempi di caduta di biglie di diverso colore e massa sono all'incirca uguali. Ripetiamo diverse volte ogni esperimento e motivo il fatto introducendo il concetto di errore casuale, ma senza spiegare dettagliatamente la teoria degli errori. Ad essa saranno dedicate successive lezioni. Si confrontano quindi le misure attendibili ottenute ovvero le medie dei tempi di caduta delle varie biglie.

Li incalzo: 'Ma se il tempo di caduta non dipende dal peso delle biglie (dalla massa cioè), da che cosa dipenderà?'

'Dall'altezza' rispondono quasi in coro. 'Molto bene' faccio io, vediamo.

Prendo un banco, tra la curiosità divertita dei ragazzi, e lo metto sopra l'altro. Poi, salendo su una sedia, ripeto l'esperimento con alcune biglie (avendo cura di scegliere, anche questa volta, biglie di diversa massa e colore e ripetendo diverse volte l'esperimento).

In effetti i tempi di caduta cambiano, (ma non raddoppiano…).

Bene: abbiamo capito che cosa è una grandezza fisica, abbiamo sperimentato il processo di misura e abbiamo verificato l'ipotesi che il tempo di caduta dipende dall'altezza, ma non dalla massa della biglie e tanto meno da altre caratteristiche delle biglie stesse, come il colore, l'odore ecc.

Galileo sarebbe contento e anche noi possiamo ritenerci soddisfatti.

Traiettoria e relazione tra altezza e tempo di caduta

Qualche domanda alla quale rispondere da soli a casa. Il primo compito solleva qualche brontolio e qualche protesta (subito sedata con gentilezza ma fermezza).

'Quale traiettoria fa la biglia mentre cade?' Ovvero cade in linea retta o no? E se la linea non è retta che tipo di curva descrive la biglia nello spazio? Dopo qualche domanda e un po' di discussione il concetto di traiettoria sembra acquisito, almeno intuitivamente.

E 'in che modo l'altezza influenza il tempo di caduta? Voglio dire, sono direttamente proporzionali, inversamente proporzionali o che? Provate a casa a ripetere l'esperimento e domani confrontiamo i risultati e… ricordatevi di studiare le grandezze fisiche e le loro unità di misura!'.

Un po' di storia della fisica

Assegno una piccola ricerca per la prossima settimana (in attesa che tutti abbiano il libro di testo).

Nuove resistenze degli studenti, ma non cedo.

'Cercate notizie sui fisici più importanti: Nomi, periodo storico in cui hanno vissuto, problemi di cui si sono occupati ecc.' Non do indicazioni. Vediamo quello che arriva.

La lezione è finita. Abbiamo materiale per diverse lezioni di approfondimento e forse sono riuscito a comunicare l'idea che la fisica si fa, non solo si studia e si ascolta.

*Docente di Matematica e Fisica presso l'Istituto Superiore "Montessori" di Roma. Autore di libri di testo per la scuola secondaria superiore.