La fisica sott acqua Percorso di didattica laboratoriale per studenti delle scuole superiori di secondo grado.

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1 La fisica sott acqua Percorso di didattica laboratoriale per studenti delle scuole superiori di secondo grado. 1

2 PREMESSA Necessità di innovare la didattica nella scuola superiore in particolare delle scienze cosiddette dure fisica, matematica e chimica. Giudizio negativo da parte degli studenti poco motivati a studiarle perché le ritengono troppo difficili e astratte, spesso avulse dalla realtà. Facile dimostrare il contrario cioè di come buona parte della tecnologia e del progresso attuale devono la loro esistenza agli sviluppi della fisica della matematica e della chimica. 2

3 MOTIVAZIONI Unisce una disciplina ludico sportiva come la subacquea con una materia di studio ritenuta ostica come la fisica. 3

4 MOTIVAZIONI La subacquea è una pratica che ha visto in questi anni aumentare moltissimo i suoi praticanti, senza la dovuta conoscenza dei principi fisici che regolano il comportamento dei corpi nei fluidi (acqua). Nella subacqua poi si ritrovano gran parte dei principi e delle leggi fisiche che si affrontano non di rado solo teoricamente in un consueto percorso scolastico. Argomenti spesso ritenuti elementari da riservare alle scuole medie o elementari. non sono considerati nei programmi affettivamente svolti svolti in maniera superficiale sbrigativa se non parziale 4

5 MOTIVAZIONI Sperimentare direttamente sul proprio corpo i principi studiati Effettuare vere e proprie misure sperimentali in un laboratorio speciale cioè in acqua 5

6 MOTIVAZIONI Argomento è apparentemente semplice ma nasconde insidie concettuali e interpretative: stimolante. Argomento che può essere trattato a diversi livelli anche di complessità matematica comunque accessibili a studenti delle superiori. Argomento ricco di agganci con la vità quotidiana. Sono possibili numerose dimostrazioni sperimentali: ideale per una didattica laboratoriale. E possibile realizzare un laboratorio povero. Aspetti interdisciplinari interessanti con sienza della terra, biologia, architettura (fontane...). 6

7 LA STORIA 2009: con due classi (45 allievi) del quarto anno dell Istituto di Istruzione Superiore C. E. Gadda di Paderno dugnano indirizzo grafico. 2010: nell ambito di un progetto Learningweek in Sardegna con 25 allievi del Liceo Scientifico Breda di Sesto S.Giovanni (Milano). 2012: nell ambito delle iniziative del PLS al Dipartimento di Scienza e Alta Tecnologia dell Università degli Studi dell Insubria di Como con 45 allievi dei licei del territorio comasco. Sviluppato su 5 giornate per un totale di 20 ore. 7

8 METODO Integrazione tra concetti e definizioni teoriche e dimostrazioni sperimentali contestuali molto materiale in aula preparato in precedenza Lezioni frontali teorico-dimostrative Gli allievi sono stati invitati ad anticipare i risultati con loro previsioni e a commentare criticamente la dimostrazione suggerendo eventuali modifiche o agganci con altre situazioni Realizzazione da parte degli studenti delle esperienze e delle dimostrazioni Attività sperimentale in piscina 8

9 CONTENUTI ARGOMENTO ESPERIENZA/DIMOSTRAZIONE In Piscina Definizione Pressione Principio di Pascal Pallone di Pascal, Torchio idraulico con coppia di siringhe Legge di Stevin Calcolo delle pressioni assolute e relative La pressione atmosferica Spinta archimedea e galleggiamento Vasi comunicanti, manometro a U, paradosso idrostatico, bottiglia zampillante con fori ad altezze diverse, le livelle dei muratori. Fontana di Erone Necessità per un subacqueo di sapersi destreggiare con le pressioni alle varie profondità (mare) e altitudini diverse (laghi) Emisferi di Magdeburgo, ventose, foglio di giornale e bacchetta, analisi approfondita dell esperienza del bicchiere rovesciato pieno d acqua e chiuso con un foglio di carta, esperimento di Torricelli (ripetuto poi in piscina ), svuotamento di un cilindro rovesciato parzialmente riempito d acqua, varie esperienze con la campana a vuoto. Misura della spinta archimedea con diverse tecniche, diavoletto di Cartesio, uovo sospeso tra due liquidi di densità diversa (acqua dolce e acqua salata). Effetto spinta archimedea nei sistemi con accelerazione orizzontale. Forza di galleggiamento derivante da moti circolari (centrifughe) Misura del volume polmonare vitale, misura della spinta (sforzo massimo) massima polmonare, Variazione dello sforzo polmonare necessario per gonfiare un palloncino fuori ed dentro l acqua (uomo fuori-palloncino fuori, fuori- dentro, dentro-fuori, dentro-dentro) Simulazione del comportamento dei gas nelle operazione di estrazione del petrolio sulle piattaforme marine, la campana di Alexander, compensazione delle orecchie nelle immersioni, svuotamento della maschera di un sub, compensazione della maschera, calcolo e gestione delle pressioni parziali dei gas respirati in immersione Esperienze di galleggiamento del proprio corpo: al variare della distribuzione delle masse (zavorre), dei volumi (repirazione) della contrazione dei muscoli,baricentro e centro di galleggiamento. Simulazione comportamento sottomarino. Modello di diavoletto di Cartesio. Modello (scatola con pareti elastiche) per visualizzare gli effetti della differenza di pressione su superfici poste a quote diverse. Pivoting e hovering in subacquea. Leggi dei gas Con le siringhe, beuta chiusa con un palloncino e scaldata, Verifica della legge di Boyle con un cilindro graduato e rovesciato immerso inprofondità in acqua Legge di Dalton e legge di Henry Principio di azione e reazione Ottica geometrica Legge di Bernoulli Tubo di Venturi, effetto Coanda, effetto Magnus. Profilo alare. Fontana di Erone Gioco del tiro alla fune in immersione Osservazione dell esistenza dell angolo limite di riflessione totale e tentativo di misure. Visione sott acqua Erogatore per autorespiratore, determinazione dell altezza del getto d acqua uscente da un cono aperto da entrambe le estremità mentre viene immerso. 9

10 L ATTIVITÀ IN PISCINA 2 giorni 8 ore totali profondità max 4m Esperienze a corpo libero in acqua Misure di capacità polmonare e galleggiamento Misure introduttive per la definizione di corretto assetto Prova di immersione con ARA (AutoRespiratore Aperto) supporto di istruttori certificati Misure ed esperienze in immersione: Legge di Boyle Sommergibile Tiro con la fune Visualizzazione legge di Stevin 10

11 VERIFICA DELL ATTIVITÀ A. Verifica dei livelli di apprendimento stesso questionario a risposte chiuse e aperte all inizio e alla fine del percoso; durante le lezioni non si è fatto cenno alle risposte corrette del questionario ma sono stati trattati gli argomenti correlati. Da una prima analisi dei risultati prima e dopo il corso, si può affermare che diverse risposte sono state corrette nel senso della risposta giusta (1, 2, 3, 7, 8), mentre per le altre le percentuali di risposte corrette non è significativamente cambiata. Per un analisi più significativa è necessario un compione statistico più numeroso e più vario. 11

12 VERIFICA DELL ATTIVITÀ B. Questionario di valutazione (non solo gradimento) on line 12

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22 CONCLUSIONI Percorso fortemente motivante Fortemente laboratoriale: tutte le dimostrazioni vanno preparate e provate in anticipo Buon lavoro di equipe tra docente e istruttori sommozzatori Difficile da realizzare senza aiuto esterno Problemi di badget senza sponsor E stato valutato positivamente dagli studenti soprattutto sulle caratteristiche del coinvolgimento e dell attività sperimentale: è stato centrato lo spirito del progetto Indica una chiara direzione di lavoro nella preparazione dei percorsi didatici: integrazione più stretta tra teoria e laboratorio che devono essere contestuali Indica la necessità di una formazione dei docenti più efficace non solo sui contenuti ( ma anche ) ma soprattutto sulla metodologia 22

23 GRAZIE PER L ATENZIONE 23

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