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Luce,
colore, energia Un
percorso guidato attraverso la luce, il colore, l’energia solare:
dall’esperienza quotidiana ai concetti fondamentali della fisica
della luce, della biologia e della psicologia della visione, allo
studio dell’energia dal sole, alla costruzione di “scatole” per
immagazzinare l’energia solare. Introduzione La comprensione della visione è stato da sempre uno dei problemi che più ha affascinato l’umanità. Nel corso della storia si sono differenziati lo studio della luce, l’ente fisico che costituisce lo stimolo di base del processo visivo, dallo studio biologico, neurologico e psicologico della visione. Negli ultimi decenni lo studio del colore e in generale il lavoro portato avanti dalle neuroscienze ha imposto di riavvicinare questi campi di indagine per interpretare la complessità dei processi visivi. A fronte della ricchezza della nostra esperienza quotidiana rispetto al tema e della sua pregnanza in molteplici discipline ed applicazioni tecnologiche, la scuola spesso propone un approccio molto riduttivo e per discipline separate. L’ottica “scolastica” pone l’accento sulla propagazione rettilinea e dedica gran parte della trattazione al tracciamento di raggi per determinare la posizione dell’immagine da specchi e lenti limitandosi a proporre disegni piatti e altamente schematizzati. In biologia si studiano l’occhio e le sue parti senza che ci sia un collegamento esplicito tra visione e comportamento della luce in interazione con i materiali. Raramente poi si affrontano le tematiche della visione a livello neurologico e psicologico. La proposta che presentiamo cerca di collegare diversi punti di vista sull’argomento, da quello fisico a quello biologico, da quello tecnologico a quello artistico, e si pone l’obiettivo di guidare gli allievi attraverso un percorso che parte dalla conoscenza comune e arriva ad appropriarsi di alcuni dei concetti e delle metodologie portanti di queste discipline. Dal punto di vista didattico si adotta e si suggerisce un modello che si può definire socio-costruttivista, intendendo che la conoscenza di ciascuno si costruisce attraverso un processo lungo e complesso in cui gioca un ruolo fondamentale l’interazione sociale con i pari, con gli adulti, con l’ambiente più in generale. Questo processo non è spontaneo e va favorito e guidato, con una operazione di mediazione attenta e competente. Con le unità di lavoro ci si propone appunto di fornire agli insegnanti un supporto disciplinare e metodologico per portare avanti questo compito di mediazione nella didattica delle scienze sperimentali. Si propone di partire sempre dall’esperienza quotidiana e dalle idee che i ragazzi già hanno relativamente al tema scelto, per poi guidarli attraverso osservazioni attente, esperienze ed esperimenti mirati, alle idee fondamentali delle diverse discipline, alle connessioni tra esse, alle realizzazioni tecnologiche che su di esse si fondano. Alle attività proposte per gli studenti si affiancano commenti e suggerimenti per l’insegnante che viene così invitato a seguire, e quindi a proporre agli studenti, percorsi di costruzione attiva di conoscenza che accanto alla dimensione informativa coltivino la dimensione culturale e formativa imprescindibile a livello di scuola di base. Le
unità di lavoro Il progetto ha messo a punto le seguenti unità di lavoro: Luce: un percorso che introduce le idee fondamentali della fisica della luce guidando nel processo di schematizzazione, arrivando a individuare gli “attori” fondamentali della visione, a introdurre l’idea di “luce” e il modello di raggio. Intensità luminosa: un percorso che approfondisce lo studio di una delle caratteristiche della luce, l’energia che è associata alla emissione dalle diverse sorgenti, alla propagazione nello spazio, all’assorbimento in mezzi di diversa natura e spessore. Il concetto di intensità luminosa viene introdotto in modo qualitativo e si va quindi precisando nello studio delle variazioni dell’intensità in funzione della distanza dalla sorgente o dello spessore di materiale attraversato. Colore: l’approccio al colore viene sviluppato attraverso due unità: Il colore della luce e Il colore delle tinte. Si passa dall’idea intuitiva di colore come proprietà di un oggetto, all’idea più complessa di colore percepito che richiede di combinare le proprietà della luce, l’interazione della luce con i diversi materiali, le caratteristiche dell’occhio che riceve luce, direttamente dalle sorgenti o modificata dagli oggetti. Le due unità approfondiscono due facce dello stesso fenomeno: la scomposizione del colore (bianco per la luce/nero per le tinte); l’individuazione dei colori fondamentali (diversi nei due casi); le regole della loro composizione (sintesi additiva e sintesi sottrattiva); il legame con la tecnica e l’arte. Due unità sono dedicate allo studio di alcuni aspetti base della percezione visiva. L’occhio: funzionamento e visione introduce alle caratteristiche e al funzionamento di alcuni componenti fondamentali dell’occhio, quali la pupilla e la retina e suggerisce esperienze per prendere coscienza di alcune delle caratteristiche, quali il punto cieco e la visione binoculare, attribuibili a livelli ulteriori di elaborazione del segnale visivo. Immagini….: approfondisce il ruolo del contesto nel riconoscimento di un’immagine, l’importanza del contrasto con lo sfondo, il tema della persistenza dell’immagine sulla retina, la visione e l’interpretazione di figure ambigue e altre illusioni ottiche. L’energia dal sole: propone l’osservazione del percorso del sole sull’orizzonte e l’esplorazione delle caratteristiche della radiazione proveniente dal sole prendendo in considerazione anche la parte infrarossa e quindi gli aspetti termici nell’interazione radiazione-materia. Catturare l’energia solare: suggerisce diversi metodi per “raccogliere” l’energia trasportata dalla radiazione solare introducendo I procedimenti che stanno alla base dei collettori e dei pannelli solari. Si arriva quindi alla costruzione di un forno solare unendo gli aspetti concettuali e I problemi della realizzazione pratica di un apparecchio funzionante con tecnologia semplice e a basso costo. Le unità sono disponibili in Internet per ora ospitate su un server dell’Università degli Studi di Milano (pctidifi) dedicato alle ricerche in didattica della fisica. Come
sono costruite e come possono essere utilizzate le unità di lavoro
proposte Le unità sono così strutturate: Introduzione: pone la questione da studiare e l’obiettivo da raggiungere. Si suggeriscono quindi attività pratiche o di modellizzazione per affrontare il problema posto. A questo punto è visibile a video o scaricabile in formato doc un file contenente una sola pagina A4 chiamata scheda alunno. Si tratta di una scheda base, proponibile direttamente agli alunni, che contiene i seguenti punti: presentazione del problema, materiale occorrente alla realizzazione delle esperienze e degli esperimenti, procedimento da seguire, domande che guidano all’osservazione attenta. Questa può essere vista come parte della scheda insegnante che contiene e commenta la scheda studente, allo scopo di aiutare il docente a gestire in classe le attività proposte, a individuare gli aspetti didatticamente e disciplinarmente significativi, a sintetizzare i principali concetti coinvolti, a trovare agganci ed espansioni possibili. Per gli insegnanti si propongono infatti in Supporto didattico commenti e suggerimenti per gestire la situazione proposta agli studenti in particolare si evidenzia cosa far notare, che sottolinea gli aspetti più significativi da far emergere dall’osservazione, cosa succede che propone un primo livello interpretativo; per approfondire che suggerisce approfondimenti ed espansioni. La scheda studente va intesa come un possibile modello di traccia di lavoro per gli studenti da cui l’insegnante che adotta la proposta viene invitato a partire per creare proprio materiale autonomo. Ad esempio l’insegnante può introdurre il tema suggerendo situazioni di vita quotidiana da osservare e discutere così da far emergere la questione che si vuole studiare e nello stesso tempo indagare le conoscenze che gli alunni già possiedono al proposito. La parte di allestimento ed esecuzione dell’esperienza/esperimento può essere anch’essa gestita in modi diversi. I ragazzi possono essere lasciati liberi di progettare e sperimentare situazioni diverse o possono essere guidati ad eseguire esperienze ed osservazioni scelte dall’insegnante a partire da quelle, a volte numerose, che gli estensori della proposta hanno ritenuto particolarmente interessanti ed efficaci. L’apprendimento significativo richiede che si possa sperimentare una situazione e che si possano esplorare diverse situazioni in parte analoghe e in parte diverse da quelle iniziali (cosa cambia se…). Questo naturalmente allunga I tempi di realizzazione del percorso in classe, ma permette di raggiungere una diversa qualità di apprendimento dei contenuti e dei processi tipici dell’indagine scientifica. Si è ritenuto di evidenziare la differenza epistemologica tra: il piano dell’osservazione, dei fatti; quello dell’ esplicitazione di ciò che si nota accadere e la sua rappresentazione in linguaggi diversi; il piano dell’interpretazione a diversi livelli di complessità e formalizzazione. I tre piani, pur essendo fortemente intrecciati fra loro, non coincidono; le interpretazioni fisiche guidano le osservazioni, ma “non stanno” nei fatti, non basta solo osservare/sperimentare per capire, bisogna saper proporre interpretazioni, discuterle con gli altri, confrontarle con i fatti, e quindi confrontarla con i testi e le fonti della conoscenza accreditata. Singole
unità o percorso? Le diverse
unità di lavoro si possono vedere come proposte autonome poichè
ognuna di esse realizza un percorso concluso ed è utilizzabile in
modo significativo indipendentemente dalle altre. Se viste nel loro
complesso permettono però di sviluppare un percorso di più ampio
respiro per affrontare su tempi lunghi temi di tale ampiezza e
pregnanza scientifica, cognitiva ed anche emotiva. Non esiste
un solo percorso possibile tra le varie unità. Si può partire con le
unità relative all’occhio che stimolano la curiosità ed
approfondire poi le caratteristiche dell’ente fisico, la luce, come
condizione necessaria del vedere. Oppure si può partire con lo studio
della luce, delle sorgenti che la emettono, della sua interazione con
diversi materiali e oggetti e quindi passare ai problemi della
visione. In ogni
caso le unità relative all’intensità, all’energia solare e ai
suoi impieghi andrebbero affrontate dopo aver posto queste basi e in
una fase più avanzata del percorso poichè
arrivano a livelli di formalizzazione più alti e richiedono
procedimenti di maggiore complessità. Il tema
luce, visione, colore, energia è decisamente molto ampio, e anche
l’insieme delle unità ovviamente non lo esaurisce. Si trovano
dunque in diversi punti, in particolare della guida insegnanti,
rimandi ad altri progetti in particolare ad alcuni materiali da noi
realizzati o in via di realizzazione (in particolare progetto SeCif: http://pctidifi.mi.infn.it/lucevisione)
in cui alcune questioni di fondo sono affrontate per i docenti in modo
approfondito. Fasi
del progetto
Il progetto ha preso avvio da Laboratori in Rete, un progetto di ricerca azione portato avanti negli anni scorsi dagli insegnanti delle scuole interessate in collaborazione con i ricercatori di Università, IRRE e MNST su temi analoghi a quelli qui proposti. 1. In un paio di incontri in presenza si sono definiti i contenuti affrontati negli anni passati in alcune classi-laboratorio che si sono ritenuti proponibili a un pubblico più ampio e si è individuata una possibile struttura per la stesura delle unità a partire da una proposta del coordinatore e dalla sua esperienza in SeCiF. 2. Gli insegnanti si sono suddivisi i compiti di scrittura e lettura incrociata delle unità; hanno condiviso in rete le prime tracce di lavoro e quindi le prime stesure delle unità. La fase di referaggio è stata svolta sia dagli altri insegnanti sia dallo staff di progetto costituito dal coordinatore, dal responsabile dell’organizzazione di tutto il materiale per il sito Web, da una insegnante particolarmente competente. 3. Prima di passare a una seconda stesura si sono svolti incontri con gruppi ristretti di insegnanti per discutere a fondo la loro proposta nei contenuti e per uniformare il formato della presentazione. 4. Stesura della versione quasi definitiva e realizzazione del sito Web 5. Ultimo referaggio e completamento delle proposte anche dal punto di vista grafico ed editoriale (in fase di completamento) Prodotti
finali:
Guida
per gli insegnanti 6
Unità (1+2;3+4; 5,6,7,8) Un
sito web che contiene la documentazione del progetto in formato
ipertestuale e parte dei materiali scaricabili formato word. |