L'insegnamento della meccanica e la sicurezza: due esperienze di percorsi interdisciplinari

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1 : 50 anniversario dell AIF XIII Convegno Orlandini L Insegnamento della Meccanica L'insegnamento della meccanica e la sicurezza: due esperienze di percorsi interdisciplinari Giovanni Dodero, Istituto di Istruzione Superiore Statale Liceti di Genova e AIF Genova Alessandro Iscra, Liceo Classico e Linguistico Statale Mazzini di Genova e AIF Pavia Marta Pippo, Liceo Classico e Linguistico Statale Mazzini di Genova Contatti: wemeasure@liceomazzini.it (A. Iscra)

2 Obiettivi - Presentare due esperienze di insegnamento della fisica con caratteristiche di interdisciplinarità. - Evidenziare da tali esperienze alcuni aspetti utili per riflettere sull insegnamento della fisica nel primo biennio della scuola secondaria di secondo grado - Discutere insieme punti di forza e di debolezza di tale proposta.

3 Indice - L educazione e la sicurezza stradale come spina dorsale per l insegnamento della fisica - 2^ Liceo Classico (IV anno) - due moduli orari da 50 minuti/settimana => affinità con il primo biennio - I movimenti veloci nell attività motoria e la sicurezza - 5^ ginnasio (senza insegnamento della fisica) - introduzione alla fisica in altre discipline - scarso contributo dal corso di matematica a seguito del numero ridotto di ore - Schegge di altre esperienze - Dalle ricadute alcune riflessioni sulla fisica del primo biennio della scuola secondaria di secondo grado.

4 Prima esperienza L educazione e la sicurezza stradale come spina dorsale per l insegnamento della fisica

5 Il programma tradizionale di meccanica nel Liceo Mazzini di Genova - Due moduli orari settimanali da 50 minuti ciascuno Programma svolto: - le grandezze e la misura - la velocità - l accelerazione - i vettori - i moti nel piano - le forze - i principi della dinamica - l equilibrio di un punto materiale - le forze e il movimento - l energia meccanica

6 Posizione, spostamento e lunghezza percorsa - Uso della cartografia cartacea (nel campo topografico) e online - Determinazione della lunghezza percorsa da casa a scuola (o su altri percorsi notevoli) Strumenti di lavoro: - cartografia interattiva (Google Earth, Google Map) - Carta Tecnica Regionale - Possibile supporto di Storia/Geografia nel primo biennio - Competenze trasversali acquisite relative al tema della cartografia

7 Posizione, spostamento e lunghezza percorsa y x

8 I - La velocità su un tratto rettilineo: definizione e unità di misura - Misura della velocità dei veicoli su un tratto di strada vicino all Istituto - Considerazioni sulla lunghezza minima legata alla precisione della misura manuale del tempo (apprezzata dalla 3^media) - Uso della cartografia interattiva - Uso del metro ( bindella ) La velocità Attenzione ai punti di riferimento

9 I limiti di velocità sulle strade - Riferimenti normativi - Sistemi di misura (tutor, autovelox e telelaser, velocità media e istantanea) - esercizi sul Tutor installato sulle autostrade - Tolleranze (occasione per trattare il tema degli errori). - Uso del GPS. - Supporto della Polizia Municipale/Locale: misure con il telelaser e confronto con misurazioni manuali. - Esperienza: controllo della velocità del pullman nel viaggio di istruzione (50 Congresso AIF).

10 La velocità non è pericolosa il primo principio della dinamica - Una frase provocatoria che invita a riflettere - velocità di un aeroplano in volo - velocità della Stazione Spaziale Internazionale - velocità periferica della superficie della terra alle nostre latitudini. - velocità del centro di massa della terra nel suo moto intorno al sole. - Il vero pericolo della velocità sulla strada: - La necessità di variarla per evitare ostacoli => l accelerazione e la seconda legge del moto.

11 L accelerazione e la seconda legge del moto -Forza, senso del dolore, trauma: semplici test con accelerometri degli I-phone e telecomandi Wii Nintendo o similari. -Accelerazioni e forze in gioco in un incidente stradale ed in altre attività quotidiane (sport vedi seguito-). -Limiti sopportabili (facile attività di ricerca su Internet).

12 L attrito, la tenuta di strada di un veicolo -Esercizi sulla lunghezza d arresto e confronto con le tabelle presenti sui testi di preparazione agli esami per il conseguimento della patente di guida. -Effetto dell inclinazione della strada: applicazione del piano inclinato. -La tenuta di strada in curva: applicazione del moto circolare e dell accelerazione centripeta. -Il terzo principio della dinamica.

13 Lavoro ed energia -Se con il tuo ciclomotore potessi mantenere costante l accelerazione che ti porta da 0 a 40 km/h in 20 secondi dopo quanto tempo raggiungi la luna? -Energia cinetica di un veicolo. -Energia dissipata durante le frenate. -Effetto dell attrito dell aria. ampie possibilità di approfondimenti/agganci con la realtà.

14 I motori, il momento e la coppia di forze -Cosa genera la maggior parte dei motori? - una forza? - una coppia di forze? Ecco una buona occasione per affrontare il tema del momento e della coppia di forze.

15 Seconda esperienza I movimenti veloci nell attività motoria e la sicurezza

16 Contesto -Il Liceo Mazzini di Genova ha partecipato al bando ANSAS- MIUR Cittadinanza, Costituzione e Sicurezza (2011) con il progetto Sicura, con Cura. -Tale progetto è composto da alcuni sottoprogetti, fra cui I movimenti veloci nell attività motoria e la sicurezza. -Il sottoprogetto ha affrontato le problematiche della sicurezza nell attività motoria con particolare attenzione agli effetti della velocità. -Fra gli obiettivi: stesura di norme comportamentali da tenere nella palestra del proprio Istituto per ridurre rischi di contusioni.

17 Destinatari -Il sottoprogetto ha avuto come destinataria una classe 5^ Ginnasio -Il quadro orario della 5^ Ginnasio non prevede l insegnamento della fisica -Sono stati impartiti I principi di fisica per comprendere le interazioni fra la forza e le accelerazioni: -richiamando concetti impartiti nella scuola secondaria di primo grado -attivando un percorso interdisciplinare fra l insegnamento della matematica e le scienze motorie.

18 Il ruolo prezioso delle scienze motorie -L insegnamento delle scienze motorie ha fornito un contributo molto prezioso e significativo, integrando l attività sportiva classica con: -proposte e gestione di attività di ricerca individuale sugli sport in cui sono coinvolti movimenti veloci di persone e/o cose -affrontando tematiche di carattere fisico-matematico in piena autonomia Questo ha valorizzato pienamente la nuova denominazione dell ex Educazione Fisica.

19 Le attività svolte dagli studenti -Acquisizione del concetto di velocità e di accelerazione. -Ruolo della velocità in diversi sport. -Traumi conseguenti agli urti ed azioni di primo soccorso. -La forza e l accelerazione, ricerca delle massime sollecitazioni sopportate dal corpo umano. -Misura dell accelerazione durante alcuni gesti in palestra.

20 Il contributo del gruppo di lavoro della disciplina Scienze Integrate dell USR Liguria Nell USR Liguria sono stati istituiti dei gruppi di lavoro per la didattica delle discipline, con lo scopo di creare dei momenti di confronto e di trasferimento di competenze. Nell ambito delle Scienze Integrate, fra le attività svolte rientra l uso dei telecomandi interattivi (Wii Nintendo) per esperimenti di Fisica.

21 Il telecomando interattivo Nell USR Liguria sono stati istituiti dei gruppi di lavoro per la didattica delle discipline, con lo scopo di creare dei momenti di confronto e di trasferimento di competenze. Nell ambito delle Scienze Integrate, fra le attività svolte rientra l uso dei telecomandi interattivi (Wii Nintendo) per esperimenti di fisica. Il Prof. Giovanni Dodero collabora con un gruppo di lavoro a livello nazionale nato in Trentino per lo sviluppo di applicazioni open source che permettono l elaborazione dei dati rilevati dal telecomando.

22 Il sistema Materiale occorrente: -telecomando Wii-Nintendo ( ) -PC con sistema operativo Linux e scheda Bluetooth. (la scheda Bluetooth è molto economica) -Software open source.

23 Facile trasferibilità E stata prestata particolare attenzione a rendere facilmente installabile il sistema, in particolare: Il sistema operativo Linux, corredato del software applicativo può essere caricato da memoria USB, senza alcun intervento sulla configurazione del proprio computer. Il sistema usato è WiildOs, una apposita distribuzione Linux, con la selezione dei migliori software didattici opensource divisi per disciplina, scelti e prodotti in maniera collaborativa. Ovviamente pensata per interagire principalmente con il telecomando Wii.

24 Le misure di accelerazione Il telecomando è stato posizionato in prossimità della schiena o addome. Prima dell effettuazione di una misura, il soggetto si è coricato in posizione prona o supina, in modo da calibrare il sistema. y a x, a y, a z [m/s 2 ] t [s] x z calibrazione

25 Esempio 1: schienata su materasso verticale a x, a y, a z [m/s 2 ] y t [s] Lo studente ha provato ad effettuare schienate senza farsi male. L accelerazione raggiunge picchi di circa 40 m/s 2 (4 g )

26 Esempio 2: corsa con brusca frenata a x, a y, a z [m/s 2 ] t [s] y Non è rilevabile la frenata; le sollecitazioni durante la corsa sono decisamente dominanti.

27 Ricadute -Gli studenti hanno seguito con molto interesse l attività svolta. -E maturata una curiosità sulle grandezze fisiche in gioco durante le prove, quali velocità ed accelerazione.

28 Schegge di altre esperienze -Misuriamo la velocità del treno frecciarossa. -Il moto degli aerei in volo. -Il moto dei satelliti artificiali. -Il pluviometro fatto in casa.

29 La velocità del Frecciarossa 47,0 km in 600 s 78 m/s 281 km/h 66,4 km in 840 s 79 m/s 284 km/h Approfondimento: errore delle misure (elevato!)

30 Il moto degli aerei in volo t 0 = 0 s posizione 44,5776 N 8,7058 E Pari a: N E V 0 = 778 km/h pari a 216 m/s t 1 = pari a 403,5 s posizione 45,1922 N 8,0295 E Pari a: N E V 0 = 769 km/h pari a 214 m/s da Google Earth Spostamento: 88,4 km V m = 219 m/s

31 Il pluviometro Nella sua semplicità, la realizzazione di un pluviometro permette di affrontare molti temi relativi alle misure delle grandezze fisiche e agli strumenti di misura: -portata -sensibilità -precisione -realizzabilità dello strumento in varie forme.

32 Riflessioni sull insegnamento della fisica nel primo biennio della scuola secondaria di secondo grado (conclusioni) Tutte le esperienze svolte hanno evidenziato che: Un primo approccio alla Fisica attuato nella scuola secondaria di secondo grado: - enfatizzando i collegamenti con la vita quotidiana; - sottolineando come interagiscono le grandezze fisiche con i nostri sensi; - attuando un approccio analitico semplice, ma comunque rigoroso e completo stimola un notevole interesse da parte dei giovani studenti verso tale disciplina - il supporto di altre discipline aiuta a svolgere il programma disponendo di un numero molto ridotto di ore.