Ringraziando sentitamente l' I.T.I.S. G. Fauser - Novara

Laboratorio di Fisica INTRODUZIONE Il desiderio di descrivere e spiegare i fenomeni naturali è probabilmente tanto antico quanto la comparsa stessa dell'uomo sulla Terra. Dalle primitive interpretazioni, che ricorrevano a cause soprannaturali, col progredire delle conoscenze, le spiegazioni divennero sempre più razionali. In questo modo la Fisica, come le altre scienze si sono costantemente arricchite di nuovi argomenti di indagine.

La nascita della Fisica si può collocare nel periodo della Grecia Classica, e sono di Aristotele le prime teorie interpretative, raccolte nelle sue opere La Fisica e Del Cielo. L'opera del filosofo greco fu purtroppo, piuttosto carente da un punto di vista metodologico e si limitò ad una interpretazione qualitativa con risultati spesso inesatti o completamente errati.

È solo nel '600, con gli studi di Galileo Galilei, che la fisica assume le caratteristiche di scienza sperimentale consentendo la possibilità di una descrizione quantitativa dei fenomeni. L'opera dello studioso toscano, oltre ad avere apportato notevoli contributi alla conoscenza, ha introdotto nell'indagine il metodo sperimentale che ha permesso di impostare la ricerca con rigore ed obiettività connettendo, con un continuo processo iterativo, le teorie interpretative all'esecuzione di opportune prove sperimentali, realizzate in modo da assicurarne la riproducibilità, tenere sotto controllo le grandezze fisiche in gioco e stimare le incertezze delle misure.

Galileo muore nello stesso anno di nascita di Isaac Newton che proseguirà gli studi dello scienziato toscano arrivando alla formulazione dei principi della dinamica, alla enunciazione della legge di gravitazione universale ed alla sistematizzazione della meccanica classica.

In seguito, con la Rivoluzione Industriale, sorse la necessità pratica di migliorare le prestazioni delle neonate macchine a vapore, pertanto gli sforzi dei fisici si orientarono verso lo studio della termodinamica. Con William Thomson, Lord Kelvin, si supera completamente le concezione utilitaristica e la termodinamica diventa, con l'applicazione dei suoi principi, una delle discipline fondamentali per l'interpretazione di molti fenomeni.

Il 19º secolo vede l'affermarsi dell'elettromagnetismo. Le intuizioni maggiori furono l'interazione fra campi elettrici e magnetici ed il riconoscimento della luce come propagazione di un'onda elettromagnetica con frequenza compresa in un determinato intervallo di valori. Le equazioni di James Clerk Maxwell descrivono la reciproca influenza fra cariche elettriche e campi magnetici.

La teoria elettromagnetica di Maxwell risultò in netto contrasto con la Meccanica Classica. Ci volle il genio di Albert Einstein per formulare una nuova teoria, assolutamente rivoluzionaria, che superava la contraddizione riscrivendo la meccanica ed introducendo un nuovo principio di Relatività che prevedeva la costanza della velocità della luce per qualsiasi osservatore. Le implicazioni della nuova teoria furono molteplici e scossero l'edificio della fisica fin dalle sue fondamenta. Concetti quali la simultaneità degli eventi, la conservazione della massa e dell'energia persero di significato o furono radicalmente cambiati.

Le attuali ricerche in campo fisico sono svolte in laboratori che vedono ampie collaborazioni a livello internazionale, con la partecipazione di scienziati provenienti da Paesi di tutto il mondo senza distinzioni di razza, religione o credo politico. La sfida che impegna tuttora i fisici è la ricerca dei costituenti ultimi della materia. La teoria base fu formulata dal tedesco Max Planck, in essa diede una spiegazione ai fenomeni relativi all'irraggiamento delle particelle cariche mediante l'introduzione dei Quanta di energia. In Europa il maggior centro di ricerca si trova a Ginevra, sul confine franco-svizzero. Ivi è stato costruito un acceleratore di particelle di 27 km di circonferenza in cui vengono fatti collidere elettroni con positroni, ottenendo come risultato la trasformazione di parte dell'energia in materia. Scopo della ricerca è la verifica del Modello Standard, una teoria che prevede l'esistenza di dodici particelle, sei leptoni e sei quark, altrettante antiparticelle nonchè un certo numero di particelle mediatrici delle quattro forze fondamentali: gravitazionale, elettromagnetica, nucleare forte e debole.

UN'ESORTAZIONE

Nel biennio dell'Istituto Tecnico l'insegnamento della fisica ha un grande valore propedeutico e formativo. Per qualsiasi specializzazione, una buona conoscenza della materia, consentirà allo studente di affrontare il triennio con maggiore successo, soprattutto nelle materie di indirizzo. In seguito il bagaglio culturale del tecnico diplomato non potrà prescindere dai principi fondamentali della disciplina la cui conoscenza gli permetterà di svolgere le sue mansioni con competenza professionale. Ignorare le leggi della fisica lo potrebbe portare a commettere errori gravi e irreparabili ed a non assolvere gli incarichi affidati, e avrà come conseguenza l'emarginazione dal mondo del lavoro.

Elaborazione grafica di una collisione elettrone-positrone

Indice Finalità Obiettivi dell'apprendimento Contenuti Indicazioni didattiche Attività di laboratorio Il Pendolo Audiovisivi Precedente Gli Insegnanti ...

L'insegnamento della Fisica concorre, attraverso l'acquisizione delle metodologie e delle conoscenze specifiche della disciplina, alla formazione della personalità dell'allievo, favorendo lo sviluppo di una cultura armonica e di una professionalità polivalente e flessibile.

Tale insegnamento, in stretto raccordo con le altre discipline scientifiche, si propone di favorire o sviluppare:

• la comprensione dei procedimenti caratteristici dell'indagine scientifica e la capacità di utilizzarli;
• l'acquisizione di un corpo organico di contenuti e metodi finalizzati ad un'adeguata interpretazione della natura;
• la comprensione della potenzialità e dei limiti delle conoscenze scientifiche;
• l'acquisizione di un linguaggio corretto e sintetico;
• la capacità di analizzare e schematizzare situazioni reali e di affrontare problemi concreti anche al di fuori dello stretto ambito disciplinare;
• l'abitudine al rispetto dei fatti, al vaglio e alla ricerca di un riscontro obiettivo delle proprie ipotesi interpretative;
• l'acquisizione di atteggiamenti fondati sulla collaborazione interpersonale e di gruppo;
• la capacità di leggere la realtà tecnologica;
• la comprensione del rapporto esistente fra lo sviluppo della fisica e quello delle idee, della tecnologia, del sociale.

Al termine del biennio, gli allievi dovranno avere anche acquisito la consapevolezza del valore culturale della fisica, essenziale non solo per la risoluzione di problemi scientifici e tecnologici, ma soprattutto per il contributo alla formazione generale della loro personalità.

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Obiettivi d'apprendimento

Alla fine del biennio, gli allievi dovranno essere in grado di:

• analizzare un fenomeno o un problema riuscendo ad individuare gli elementi significativi, le relazioni, i dati superflui, quelli mancanti, e riuscendo a collegare premesse e conseguenze;
• eseguire, in modo corretto, semplici misure con chiara consapevolezza delle operazioni effettuate e degli strumenti utilizzati;
• raccogliere, ordinare e rappresentare i dati ricavati, valutando gli ordini di grandezza e le approssimazioni, mettendo in evidenza l'incertezza associata alla misura;
• esaminare dati e ricavare informazioni significative da tabelle, grafici ed altra documentazioni;
• porsi problemi, prospettare soluzioni e modelli;
• inquadrare in un medesimo schema logico situazioni diverse, riconoscendo analogie o differenze, proprietà varianti ed invarianti;
• trarre semplici deduzioni teoriche e confrontarle con i risultati sperimentali;
• utilizzare o elaborare semplici programmi da verificare con il computer, per la risoluzione di problemi o per la simulazione di fenomeni.

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Contenuti

I contenuti sono presentati secondo una suddivisione per temi, dettata dalla omogeneità dei concetti portanti, pur se applicati ad argomenti riguardanti anche settori diversi dalla fisica:

• l'equilibrio ed i processi stazionari;
• il movimento;
• la propagazione della luce;
• l'energia: sue forme, conservazione e trasformazione.

Lo spazio dedicato a ciascun tema e l'ordine proposto, possono essere diversi a giudizio degli insegnanti, nel contesto del piano di lavoro programmato, essendo anche possibile ritornare sugli stessi temi secondo un processo di approfondimento a spirale.

La programmazione annuale definirà il grado di approfondimento degli argomenti previsti dal programma, senza per altro trascurare alcuno dei quattro temi.

Durante lo svolgimento dei singoli temi, deve essere prevista la lettura di pagine a carattere storico, per meglio evidenziare come siano state modificate le teorie scientifiche, con il progredire delle conoscenze e con l'acquisizione di nuove metodologie.

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Indicazioni didattiche

La fase iniziale del processo di insegnamento-apprendimento della fisica, ha una funzione di raccordo con le conoscenze e le abilità già acquisite dagli allievi negli studi precedenti.

Dopo aver valutato il livello degli allievi, per quanto riguarda le conoscenze prerequisite, si cercherà di omogeneizzare il gruppo classe, facendo ricorso ad opportune strategie di recupero mediante l'osservazione di fenomeni e l'esecuzione di misure e facili esperimenti che richiedano premesse teoriche elementari e che riguardino alcune proprietà dei corpi. Si potranno effettuare, in relazione alle diverse esigenze, misure di:

• lunghezza, superficie, volume;
• angoli;
• tempo;
• velocità media;
• massa e densità;
• peso e peso specifico.
  

L'analisi dei fenomeno, approfondita con il dibattito in classe ed effettuata sotto la guida dell'insegnante, dovrà gradualmente e con continuità, sviluppare negli allievi la capacità di schematizzare fenomeni via via più complessi e di proporre modelli.

L'individuazione delle grandezze fisiche in gioco e la valutazione degli ordini di grandezza, saranno utili per creare un ulteriore collegamento con le conoscenze già acquisite nella scuola secondaria di primo grado.

Nel quadro del programma, la scansione concreta degli argomenti secondo una sistemazione razionale della discilpina, il ricorso al laboratorio ed agli strumenti di calcolo o elaborazione, dovranno essere articolati secondo un preciso piano di lavoro programmato all'inizio dell'anno scolastico. Inoltre, la progettazione degli interventi didattici deve tener conto delle esigenze di coordinamento con quelli delle altre discipline, in particolare della matematica.

Per quanto riguarda la metodologia dell'insegnamento, appaiono fondamentali tre momenti interdipendenti, ma non subordinati gerarchicamente o temporalmente:

• l'elaborazione teorica che, a partire dalla formulazione di ipotesi o principi deve gradualmente portare gli allievi a comprendere come si possa interpretare ed unificare un'ampia classe di fatti empirici ed avanzare possibili previsioni;
• la realizzazione di esperimenti da parte del docente e degli allievi, singolarmente o in gruppo, secondo un'attività di laboratorio variamente gestita (riprove, riscoperte, misure) e caratterizzata da una continua ed intensa mutua fertilizzazione fra teoria e pratica, con strumentazione semplice e talvolta raffinata e con gli allievi sempre attivamente impegnati sia nel seguire le esperienze realizzate dall'insegnante, sia nel realizzarle direttamente, sia nell'elaborare le relazioni sull'attività di laboratorio;
• l'applicazione dei contenuti acquisiti attraverso esercizi e problemi che non devono essere intesi come un'automatica applicazione di formule, ma come un'analisi critica del fenomeno studiato e come uno strumento idoneo ad educare gli allievi a giustificare logicamente le varie fasi del processo di risoluzione.

Per quanto riguarda l'attività di verifica e di valutazione, i docenti dovranno prestare particolare attenzione alla valutazione di tipo formativo. Gli errori commessi dagli allievi, durante il processo d'apprendimento, potranno così fornire preziose informazioni per la scelta di ulteriori e/o diversificati interventi didattici, finalizzati anche all'attività di recupero.

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Attività di laboratorio

L'attività di laboratorio deve essere vista prevalentemente come attività diretta degli allievi e armonicamente inserita nella trattazione dei temi affrontati di volta in volta. Allo stesso modo dovrà essere prevista una corretta utilizzazione degli strumenti di calcolo e di elaborazione e si dovranno individuare i momenti più opportuni e gli spazio necessari per tale attività didattica.

A titolo indicativo, si segnalano due possibili utilizzazioni dell'elaboratore:

• costruzione diretta, da parte degli allievi, di programmi per la rielaborazione dei dati raccolti in laboratorio e per la risoluzione di problemi;
• utilizzazione di programmi di simulazione anche precostituiti che valgano a visualizzare le leggi ed i modelli interpretativi dei vari fenomeni esaminati.
  
  

Il metodo sperimentale e la teoria della misura, devono rappresentare un riferimento costante durante tutto il corso, e saranno affrontati non separatamente dai problemi fisici concreti, ma come naturale conseguenza dell'attività teorica e di laboratorio.

Quest'ultima sarà condotta, normalmente, da piccoli gruppi di studenti sotto la guida dell'insegnante mediante l'esecuzione di semplici misure, esperimenti, ed attraverso la rappresentazione e l'elaborazione dei dati sperimentali che, in particolare, devono riguardare:

• valore medio, precisione di una misura ed errori;
• sistema di misura S.I.;
• posizione dei corpi nello spazio, sistemi di coordinate;
• vettori, loro uso e composizione;
• rappresentazione grafica di relazioni che caratterizzino alcuni semplici fenomeni.

Con l'attività di laboratorio, gli allievi devono:

• sviluppare la capacità di proporre semplici esperimenti atti a fornire risposte a problemi di natura fisica;
• imparare a descrivere, anche per mezzo di schemi, le apparecchiature e le procedure utilizzate ed aver sviluppato abilità operative connesse con l'uso degli strumenti;
• acquisire flessibilità nell'affrontare situazioni impreviste di natura scientifica e/o tecnica;
• imparare ad osservare, spontaneamente, le più comuni norme antinfortunistiche.

L'uso del materiale audiovisivo dovrà integrare, ma non sostituire, l'attività di laboratorio che è da ritenersi fondamentale per l'educazione al saper operare.

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Insegnanti

Gli Insegnanti sono contattabili anche via E - mail !!!

Flavio GIOTTO

Luigi CHIAROT

RUSTICHELLI

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