Descrizione della classe

La classe è composta da 15 alunni: cinque ragazzi e dieci ragazze. La classe, prima quinta  che sosterrà gli esami di stato per questo corso scientifico sperimentale istituito presso  l’I.I.S. “Alfano 1°” di Salerno,  presenta problemi per quanto riguarda l’apprendimento delle discipline scientifiche. In primo luogo ha sofferto per il continuo ricambio di docenti, insegno Matematica e Fisica in questa classe dallo scorso anno scolastico e prima di me si sono avvicendati altri due docenti, in secondo luogo gli alunni sono abituati ad uno studio mnemonico ed evidenziano  notevoli difficoltà nelle applicazioni. Ho cercato di impostare, in particolare, l’insegnamento della Fisica dando largo spazio all’attività sperimentale in modo tale che gli alunni potessero vedere e toccare, per quanto possibile, gli oggetti del loro studio. Con grande piacere ho quindi aderito a questa sperimentazione che mi ha suggerito idee sperimentali originali ed efficaci relative ad argomenti che riguardano il campo magnetico. In generale questo argomento risulta ostico agli alunni in quanto si parla di effetti “che non si vedono” nella vita quotidiana (fatta eccezione per il campo magnetico terrestre e le calamite commerciali reperibili anche in negozi di ferramenta) e la loro trattazione implica l’uso di strumenti matematici non sempre di facile comprensione: calcolo vettoriale, calcolo differenziale…

La classe, in generale è mediamente attenta ed interessata alle attività didattiche, palesa difficoltà nel momento della modellizzazione e concettualizzazione. Inoltre, poiché la maggior parte degli alunni non ha ancora acquisito un linguaggio specifico, è problematica anche la fase di esposizione sia degli aspetti teorici che sperimentali.

Descrizione di precedenti esperienze significative svolte dalla classe.

Nel corso del precedente anno scolastico la classe ha partecipato al progetto "Sistemi di conversione energetica ed impatto ambientale" finanziato dalla Commissione Europea, nell'ambito del Programma d'azione comunitario in materia di formazione professionale LEONARDO DA VINCI. Obiettivo del progetto è stato quello di promuovere la conoscenza sui temi energetici, economici ed ambientali connessi al trasporto automobilistico ed alle energie rinnovabili verso gli studenti delle scuole superiori e dell'università, attraverso la partecipazione attiva alla costruzione di un prototipo di veicolo ibrido solare a basso impatto ambientale. I veicoli ibridi, che prevedono la presenza di un motore elettrico in aggiunta al tradizionale motore a combustione interna, consentono di ridurre i consumi di combustibile e le relative emissioni fino al 40%, grazie all'uso ottimizzato dei due propulsori ed al recupero dell'energia in frenata. In particolare, il motore elettrico è alimentato dall’energia prodotta da pannelli solari. La classe ha approfondito il seguente aspetto: come un pannello solare al silicio può produrre energia solare. L’argomento è stato trattato dal punto di vista teorico e sperimentale ed ha interessato molto gli alunni

Descrizione  degli eventuali prerequisiti necessari

Per eseguire gli esperimenti suggeriti dalla pubblicazione “Teaching Science in Europe”, in seguito indicata sinteticamente con la sigla TsiE, occorre conoscere i seguenti argomenti:

·         Elementi di calcolo vettoriale

·         Campo elettrico e magnetico

·         Differenza di potenziale e correnti elettriche

·         Campo magnetico prodotto da una corrente

·         Interazione tra correnti e campi magnetici

·         Forza di Lorentz

ed  inoltre possedere un minimo di abilità della costruzione di circuiti e quindi con alimentatori o pile, fili di collegamento e componenti elettrici. Alcuni prerequisiti, come spiegherò in dettaglio successivamente, sono stati creati nel corso dell’anno scolastico, gli alunni posseggono le abilità sopra descritte  in quanto nello scorso anno scolastico abbiamo lavorato in laboratorio molto sui circuiti.

In primo luogo, così come risulta anche dalla programmazione iniziale, avrei voluto presentare gli esperimenti senza aver creato i prerequisiti di cui sopra, questo al fine di incuriosire gli alunni per motivarli all’apprendimento di argomenti di non semplice comprensione. La difficoltà nel reperire i magneti che sono stati poi acquistati on-line, la ricerca non semplice dei tempi idonei per raccordarsi con il collega d’inglese, l’organizzazione particolare richiesta dalle nuove norme in vigore in quest’anno scolastico riguardanti il recupero dei debiti ed i relativi corsi, hanno differito la realizzazione degli esperimenti per cui ho trattato prima tutti gli argomenti elencati sopra e svolto le attività sperimentali come verifica di quanto studiato.

Nel precedente anno scolastico ho già trattato il campo elettrico ed i circuiti elettrici, dunque, dopo un breve ripasso (gli alunni ricordavano in particolare gli esperimenti effettuati con pile e lampadine e sui semiconduttori, in particolare diodi LED e pannelli solari al silicio) ho introdotto il campo magnetico e le interazioni tra correnti e campi magnetici.

La trattazione degli argomenti ha richiesto circa 8 h di lezione frontale e 1 h di laboratorio.

Per le lezioni teoriche ho seguito essenzialmente il libro di testo. L’attività di laboratorio ha riguardato l’interazione tra magneti, magneti e limatura di ferro (linee di forza) e magneti e correnti, per questa attività ho utilizzato semplici strumenti quali aghi magnetizzati, bussole, magneti di varia forma, fili di rame collegati a generatori di corrente continua.  Gli alunni hanno manifestato difficoltà nel capire gli argomenti: l’attività di laboratorio è stata di grande supporto alla comprensione. Un’altra difficoltà che è emersa è stata la determinazione di direzione e versi delle forze di interazione tra magneti e correnti con l’applicazione del calcolo vettoriale che si è risolta quasi definitivamente dopo aver sperimentato i contenuti del TsiE.

Prova di verifica iniziale con commento dei risultati (1 h per la verifica ed 1 h per la revisione della prova )

La prova di verifica iniziale  è stata svolta il 23/01/2008, dopo aver trattato gli argomenti elencati nei prerequisiti.

La prova consta di tre domande a risposta aperta:

1. Confronta le caratteristiche del campo magnetico e del campo elettrico

2. Descrivi gli effetti della forza di Lorentz su di una carica in moto e su di una corrente anche utilizzando qualche esempio e mettendo in particolare evidenza le proprietà del prodotto vettoriale con cui si calcola questa forza.

3. Descrivi il funzionamento di un acceleratore circolare di particelle.

Di seguito si riportano la griglia di valutazione ed i  risultati della prova (gli alunni vengono identificati da un numero progressivo).

Griglia di valutazione

Risultati prova (voto in decimi)

Il voto  medio è circa 5,7, al di sotto dunque della sufficienza.

Il seguente grafico riporta le frequenze.

La revisione della prova di verifica è avvenuta il 29/01/08. I risultati della prova sono stati utilizzati ai fini della valutazione trimestrale degli alunni.

Attività sperimentale 6 h  (05/02/08 – 07/02/08 – 12/02/08)

L’attività sperimentale ha avuto luogo dopo che gli alunni avevano letto e commentato il testo degli esperimenti dal libro TsiE con il collega d’inglese nelle sue ore di lezione (2 h). Non ho prodotto schede di laboratorio in italiano, gli alunni hanno usato il testo in inglese come guida all’attività sperimentale.

Le immagini che seguono illustrano gli apparati sperimentali utilizzati.

Foto 1	Foto 2

Foto 3

La realizzazione dell’esperimento “Lama rotante” è stata laboriosa. Dalla lettura del testo gli alunni non avevano ben capito come funzionavano i vari collegamenti ed i relativi contatti, ho dovuto chiarire più volte il funzionamento del dispositivo. Come si vede nella foto 2, abbiamo realizzato la lama non con un foglio di alluminio, così come consigliava il testo (foto 4 da pag 81 di TsiE), ma con un filo di rame ripiegato. Era difficile realizzare una “lama” di alluminio di dimensioni ridotte e non troppo pesante con l’alluminio per usi domestici.

Foto 4

L’esperimento ha un po’ deluso in quanto la lama ruota ma per breve tempo, spazzando un angolo di piccola ampiezza prima di fermarsi. L’alimentazione del circuito è stata realizzata utilizzando un carica batteria per cellulari opportunamente modificato.

Molto efficace è stato per la comprensione della forza di Lorentz, l’esperimento illustrato dalla fig. 3 “Striscia di alluminio ondulante”. Poiché il laboratorio della scuola non dispone di un generatore di corrente alternata a frequenza variabile, come richiesto nella scheda di laboratorio di pag. 84 del libro TSiE, non è stato possibile costruire l’apparato mostrato nella foto 5 tratta sempre dalla pag. 84 di TSiE in cui il generatore di segnale di frequenza variabile alimenta la striscia di alluminio che è sospesa tra le espansioni di più magneti a forma di ferro di cavallo. L’alimentazione con tensione alternata determina un movimento oscillante della striscia di alluminio.

Nell’apparato da noi costruito (vedi anche sperimentazione della prof.ssa Maria Rosaria Fiore in una seconda classe di Liceo Scientifico) mostrato nella foto 3, la striscia di alluminio, fissata agli estremi con due chiodini su una tavoletta di legno, è alimentata con tensione continua (carica batteria di un telefono cellulare). Manualmente si spostano i magneti lungo la striscia assistendo ad una variazione di forma della stessa. Invertendo la polarità del magnete, cambia la posizione della striscia che alternativamente si sposta verso l’alto o è schiacciata verso la tavoletta di legno. L’esperimento evidenzia con grande efficacia che la forza magnetica dipende dalla direzione e verso del campo magnetico. Gli alunni hanno a volte difficoltà a capire il significato del prodotto vettoriale tra vettori, questo esperimento ha dato concretezza a “questo oggetto matematico”.

L’esperimento è risultato molto efficace e gradito agli alunni.

La professoressa  Maria Rosaria Fiore ha realizzato con i suoi alunni della classe seconda latri apparati sperimentali che mettevano in evidenza in modo alquanto spettacolare l’interazione tra correnti e magneti. Ho proposto con successo questi esperimenti anche ai miei alunni.

Riporto di seguito le foto degli apparati.

Foto 6 Elettrocalamita	Foto 7 Motorino elettrico

Dopo il lavoro sperimentale è stata richiesta agli alunni una relazione di laboratorio.

Si allega la traccia e la relazione di una delle alunne con relativa correzione: è stata scelta la relazione che ha conseguito una valutazione sufficiente.

Il voto medio conseguito per questa prova è stato 6,1.

E’ seguita la fase di problem solving (2 h). Si allegano i testi degli esercizi svolti in classe e proposti come home work.

Valutazione (2 h per lo svolgimento della prova e 1 h per la revisione in classe)

Si allega il testo della prova

Si riporta di seguito la griglia di valutazione ed i risultati della prova.

Griglia di valutazione

Risultati prova (voto in decimi)

Il voto  medio è 6,4, certamente superiore a quello ottenuto nella prova d’ingresso di circa 5,7. E’ da notare che nella prova d’ingresso erano presenti solo domande aperte, nella prova di uscita sono presenti esercizi, la descrizione di qualche esperimento ed è stato previsto anche un quesito per verificare l’apprendimento dei termini tecnici in inglese.

Dunque, la prima prova è una verifica di conoscenze, in questa prova si verifica l’acquisizione anche di abilità nel problem solving e nella descrizione e organizzazione di esperimenti.

Il seguente grafico riporta le frequenze.

Il collega d’inglese ha preparato una prova di verifica  i cui risultati sono stati discreti.

Schema dei tempi

Personali riflessioni

La sperimentazione dei segmenti del TsiE è certamente stata interesante, di seguito elenco in modo schematico gli aspetti positivi e quelli critici.

Aspetti positivi

• L’esperimento “Striscia di alluminio ondulante” è stato molto efficace per far capire agli alunni la natura vettoriale della forza di Lorentz e la dipendenza del suo verso dal verso del campo magnetico

• L’uso dell’inglese si è rivelato utile sia perché per gli alunni è importante imparare a comprendere testi scientifici  nella lingua che è ormai quella ufficiale della comunicazione scientifica sia perché sono stati obbligati ad una maggiore riflessione sul testo e sui termini

• Per gli alunni l’uso dell’inglese non è stato un problema, anzi in laboratorio utilizzavano spontaneamente i termini tecnici inglesi per segnalare strumenti e materiali

• Una sperimentazione obbliga l’insegnante ad una riflessione più approfondita sugli strumenti didattici e sui metodi utilizzati: questo certamente giova sia agli alunni che al docente

• E’ stata anche fattiva ed interessante la collaborazione con il docente d’inglese: il confronto è sempre positivo ed accresce competenze.

Aspetti critici

·         La scarsa flessibilità dell’orario scolasico ha impedito le lezioni in compresenza; la collaborazione con il docente d’inglese è avvenuta in orario non curricolare e si è limitata alla discussione dell’organizzazione didattica e della preparazione delle prove di verifica

·         Quest’anno è stato particolarmente gravoso per noi docenti impegnati anche nell’attività di recupero dei debiti e nelle relative prove, che per la fisica è avvenuta in orario curricolare

·         In generale, negli ultimi anni scolastici, il lavoro che grava sui docenti è lievitato molto: quest’attività di ricerca e sperimentazione che a noi interessa molto, che è molto motivante e che certamente migliora la nostra  professionalità meriterebbe di essere svolta avendo a disposizione più tempo.