Oltre il pianeta Terra: esperienza di astronomia in remoto Angela Berto I.M.S. Sandro Pertini Via Cesare Battisti 5, 16145 Genova GE angela.berto@istruzione.it L esperienza descritta in questo contributo è stata possibile grazie al progetto RemoteLab, promosso dal Ministero della Pubblica Istruzione. Attraverso un sistema di collegamento in rete a controllo remoto, le scuole potevano collegarsi direttamente ad un vero laboratorio e realizzare una serie di esperimenti scientifici offerti da istituti secondari, università e centri di ricerca con tutte le possibilità di errore o insuccesso che possono verificarsi durante la realizzazione di ogni esperimento scientifico. Nel caso specifico di questa esperienza, è stato utilizzato il T.A.Co.R., un telescopio a controllo remoto, collocato sul tetto del Dipartimento di Fisica dell'università "La Sapienza" di Roma. L'accesso remoto è avvenuto via Internet, tramite un software libero installabile su qualunque sistema operativo che ha permesso di trasferire sul proprio PC il desktop del PC remoto. Stabilito il collegamento, e' stato possibile sia puntare il telescopio sia visualizzare le immagini prodotte dalla strumentazione in uso. 1. Introduzione A scuola si manifestano in maniera crescente situazioni di disagio sia per quanto concerne le difficoltà di apprendimento degli studenti, sia per i problemi che incontrano i docenti nell individuare modalità educative efficaci volte a favorire il pieno successo formativo, soprattutto per quanto riguarda l apprendimento delle materie scientifiche. Nell anno scolastico 2006-07, al fine di motivare maggiormente i miei studenti di fisica, ho aderito al progetto ministeriale RemoteLab: tale progetto rientrava nel Programma Operativo Nazionale La scuola per lo Sviluppo, il quale era stato rivolto, negli anni precedenti, a scuole delle regioni Basilicata, Calabria, Campania, Puglia, Sardegna e Sicilia. Nel corso di quell anno, invece, era consentito anche a scuole del Nord Italia di fruire del patrimonio didattico precedentemente realizzato in tale progetto ed era permessa la partecipazione ad attività sperimentali già svolte in precedenza in esso: fu così possibile accedere a numerose esperienze di fisica in remoto, tra le quali quella relativa al T.A.Co.R. (telescopio a controllo remoto), che descriverò in dettaglio nei paragrafi che seguono. A. Andronico, L. Colazzo (Eds.): DIDAMATICA 2009 ISBN 978-88-8443-277-3
DIDAMATICA 2009 Il progetto RemoteLab voleva offrire elementi di disseminazione cognitiva per una nuova prospettiva e un nuovo percorso di ricerca sui luoghi di incontro tra apprendimento e nuovi paradigmi di comunicazione, tra insegnamento e mediazione della Rete, sfruttando l uso dei sistemi multimediali, oggi ben conosciuto e molto diffuso, gli accessi a Internet e le linee di comunicazione sempre più veloci. Nel caso specifico dell esperienza realizzata, per esempio, esso voleva introdurre gli studenti alla ricerca scientifica con programmi osservativi da autogestire, rendendoli consapevoli dell importanza dei metodi osservativi e di analisi ed elaborazione dei dati, facendoli partecipare a sessioni osservative astronomiche direttamente dalla scuola tramite Internet. Infatti, il progetto aveva l ambizione di rendere protagonisti gli studenti, sotto la guida di un tecnico e del loro insegnante, nella selezione e ricerca dell oggetto astronomico da osservare, nel puntamento del telescopio, nell acquisizione ed elaborazione delle immagini e nell analisi dei dati. Il sistema ha consentito di esperire e agire a distanza in tempo reale in un luogo reale che era fisicamente remoto, lontano, nel quale però si aveva effettivamente la sensazione di essere presenti. La telepresenza è una tecnologia molto più radicale della realtà virtuale. La realtà virtuale crea nel soggetto l illusione di trovarsi in un mondo artificioso e gli permette di modificarlo. Ma l utente di qualunque simulazione al computer modifica un mondo virtuale che esiste solo dentro un computer. La telepresenza consente, invece, al soggetto di controllare non solo la simulazione, ma anche la realtà, gli dà la possibilità di manipolare a distanza la realtà fisica che gli si presenta attraverso le immagini che sono sia rappresentazioni della realtà remota sia strumenti per intervenire su di essa. [Manovich, 2002] Il laboratorio remoto (vedi Fig.1) si è rivelato un ottimo strumento da affiancare al laboratorio tradizionale. Infatti, ha offerto: piena accessibilità spaziale e temporale; grande efficienza delle risorse di laboratorio. L esperienza è stata coinvolgente per gli studenti, che, mediante una interfaccia, potevano interagire con l esperimento. Durante una tipica sessione, infatti, gli studenti potevano effettuare le seguenti operazioni: scegliere l esperimento da eseguire; avviare l esperimento remoto; modificare il riferimento e cambiare alcuni parametri, durante l esperimento; osservare i segnali dell esperimento (riferimento, ingresso, uscita) e il video in diretta del processo; 2
Oltre il pianeta Terra: esperienza di astronomia in remoto fermare l esperimento e scaricare i dati per effettuare analisi online. Fig.1 Schema di un laboratorio remoto Questo format didattico innovativo e di notevole impatto pedagogico ha consentito al laboratorio di fisica di assumere, poi, anche il ruolo di modello didattico, un ambiente in cui costruire la capacità di ascolto, la conoscenza: il fare insieme, infatti, permette di formare e di fermare la conoscenza. La trasmissione verbale non è stata abbandonata, ma è diventata una delle possibili modalità con cui procedere. In questo modo il laboratorio ha avuto il ruolo della bottega artigiana dove si impara a fare cose: costruire il sapere facendolo. Peccato che questa opportunità non sia più stata offerta negli anni successivi! 2. Argomenti e obiettivi formativi Nell ambito del progetto RemoteLab, Oltre il pianeta Terra è l esperienza che ho realizzato affinché gli studenti potessero osservare per capire e conoscere meglio i corpi che fanno parte del sistema solare. Data l importanza dell educazione scientifica nella formazione dell individuo, tale progetto è solo uno dei tanti che, nel corso degli ultimi anni, ho realizzato con gli studenti dell Istituto Sandro Pertini di Genova con lo scopo di perseguire le seguenti finalità espresse anche nel POF: ampliare le competenze degli alunni; sviluppare la società della conoscenza e dell informazione. 3
DIDAMATICA 2009 Il progetto era inserito nella mia programmazione annuale di insegnante di fisica e aveva l ambizione di raggiungere i seguenti obiettivi nell ambito della disciplina: utilizzare i modelli per spiegare fenomeni empirici; conoscere la relazione tra fenomeno empirico modello teoria; effettuare misure con strumenti appropriati; identificare, elaborare e interpretare i dati, esprimendo adeguatamente i risultati finali; creare una maggiore cooperazione tra gli studenti; creare un clima di maggior collaborazione tra studenti e docenti; fornire maggiori motivazioni allo studio della fisica. Pertanto, attraverso lo studio di argomenti, quali: il sistema solare con particolare riferimento alla Luna, a Venere e al Sole; i moti della Luna; il ciclo delle fasi e la visibilità in cielo; la struttura interna della Luna e la sua morfologia superficiale; i metodi di misura dei crateri e delle montagne lunari; gli alunni hanno perseguito i seguenti obiettivi formativi: saper definire una grandezza in maniera operativa e saperla correlare ad una unità di misura; saper utilizzare gli strumenti di misura e saper evidenziare la differenza tra una rilevazione di misura per via diretta e per via indiretta; saper costruire un modello astronomico semplice del sistema solare; saper conoscere vantaggi e limiti della strumentazione utilizzata; saper descrivere il fenomeno osservato con correttezza terminologica e formale; saper utilizzare collegamenti informatici per reperire risorse; saper ottenere risultati docimologici globalmente migliori; saper svolgere il lavoro in un clima di serenità e di confronto reciproco tra pari. 3. Descrizione dell esperienza Qui di seguito è descritta, dal punto di vista operativo, l esperienza svolta in classe e la metodologia usata nella fase di preparazione alle osservazioni, 4
Oltre il pianeta Terra: esperienza di astronomia in remoto compreso il necessario allestimento tecnico, nella fase durante le osservazioni e in quella seguita dopo le osservazioni con il telescopio. Sottolineo che non è stata privilegiata nessuna metodologia, ma sono state adottate, a seconda dei casi e delle necessità didattiche, una o più di esse. Infatti, le lezioni frontali sono più produttive ed immediate quando è necessario introdurre, per esempio, i comandi di un nuovo programma da utilizzare, mentre il learning by doing è opportuno nelle applicazioni al computer e nelle esercitazioni grafiche. Il brain storming è utile nelle problematiche progettuali e nelle applicazioni autonome e una didattica basata sul cooperative learning permette un diffuso apprendimento e un rafforzamento del gruppo dei ragazzi, superando eventuali problematiche comportamentali e relazionali. 3.1 Prima delle osservazioni Tempo di realizzazione: 10 ore. Al fine di una proficua didattica, è stata necessaria una preparazione preliminare della classe affinché gli studenti comprendessero gli scopi delle osservazioni e giungessero a possedere tutte quelle nozioni necessarie all interpretazione corretta delle attività che avrebbero dovuto svolgere. Pertanto, ho realizzato un ciclo di otto lezioni ex cathedra, della durata di un ora ciascuna, che si sono tenute in classe e sono servite a introdurre i principali temi di studio: il sistema solare, il Sole, Venere, la costituzione fisica della Luna, la sua origine, il suo moto attorno al Sole e alla Terra, il ciclo delle fasi lunari e i metodi di misura di crateri e montagne. Al termine di questa prima fase gli alunni sono giunti alla conoscenza del sistema solare e alla costruzione di un suo semplice modello. Subito dopo, è iniziata la fase per l allestimento tecnico indispensabile per i collegamenti e le osservazioni. Pertanto, ho installato su un computer dell aula di informatica il programma VNC, reperito sul sito http://astro1.phys.uniroma1.it/nesci/tacor.html. L accesso remoto al telescopio T.A.Co.R., infatti, è avvenuto via Internet, per cui è stato indispensabile usare questo programma per consentire il trasferimento sul proprio computer del desktop del computer remoto. Stabilito il collegamento, è stato possibile, proprio grazie al programma, puntare il telescopio e visualizzare le immagini prodotte dalla strumentazione in uso. Nel frattempo, gli alunni, lavorando in gruppo, hanno reperito ulteriori informazioni su telescopi, Sole, Luna e Venere, presenti sul suddetto sito. Sono anche entrati in possesso di una carta della superficie lunare, nonché della nomenclatura dei crateri lunari. Questa prima fase dell esperienza, importante perché propedeutica alle osservazioni, è stata senza dubbio la meno gradita dagli studenti: in fondo, si è 5
DIDAMATICA 2009 trattato di lezioni tradizionali di fisica. Per portare la scienza nel cuore dei giovani è necessario, infatti, che sorga nei ragazzi un interesse diretto per le problematiche di studio che affrontano; serve, cioè, svolgere un azione di incentivazione culturale che nasce solo quando i ragazzi sentono di essere diventati protagonisti nell esperienza che stanno svolgendo e nell elaborazione dei dati che stanno facendo. Ecco perché l interesse e la motivazione degli studenti è andata crescendo nelle fasi successive. 3.2 Durante le osservazioni Tempo di realizzazione: 6 ore. In seguito, è iniziata la fase osservativa che prevedeva tre collegamenti in remoto di due ore ciascuno: uno per lo studio del Sole, il secondo per l osservazione di Venere e il terzo per l esplorazione della Luna. Durante tali collegamenti, è stato utilizzato un telescopio collocato sul tetto del Dipartimento di Fisica dell'università "La Sapienza" di Roma in una casetta con tetto scorrevole. Il controllo del telescopio e della strumentazione (webcam, telecamera intensificata, camera CCD per lunga posa) è avvenuto tramite il programma commerciale MaximDL. Presso il telescopio, è, inoltre, sempre stato presente un operatore sia per intervenire in caso di problemi tecnici sia per supportare l'insegnante durante le osservazioni e rispondere alle domande degli alunni. Il collegamento audio con l'operatore avveniva via cellulare o via Yahoo Messenger. Ogni volta la metodologia di lavoro è stata la seguente: suddivisione della classe in gruppi di lavoro e formulazione delle consegne; osservazione del fenomeno; studio del fenomeno prescelto e breve relazione di gruppo; discussione di post laboratorio. Ma vediamo più in dettaglio ciò che è accaduto. 3.2.1 Primo collegamento: il Sole Il Sole è stato osservato nella sua interezza con un telescopio che ha permesso anche di vedere le protuberanze sul bordo, cioè quei grandi getti di gas ionizzato che scaturiscono dalla cromosfera solare e si presentano come piccole sporgenze rispetto al disco. Gli studenti hanno avuto la possibilità di scattare fotografie che si sono rivelate utili in una fase successiva, quando hanno fatto delle riflessioni sul modello del Sole che avevo presentato loro nella prima fase del progetto. 6
Oltre il pianeta Terra: esperienza di astronomia in remoto 3.2.2 Secondo collegamento: Venere L osservazione ha permesso di vedere Venere in un momento in cui era quasi rotonda. L'astronomia ha un fascino tutto particolare, per cui con i suoi fenomeni spettacolari ed affascinanti può coinvolgere molto le persone. Gli studenti si sono particolarmente interessati al transito di Venere sul Sole, un evento piuttosto raro, che è avvenuto però recentemente, nel 2004, che si ripeterà nel 2012, dopodichè bisognerà attendere oltre un secolo per assistere dalla Terra ad un nuovo passaggio del pianeta. Tale evento, in passato, ha svolto un ruolo fondamentale nella misura delle distanze planetarie, in quanto forniva l'opportunità di conoscere, con buona precisione, il valore della distanza tra la Terra ed il Sole. Gli studenti si sono interessati al metodo geometrico utilizzato, basato sulle misure dei tempi di transito presi da due punti diversi della superficie terrestre. I ragazzi hanno avuto anche la possibilità di fare un breve filmato che ha messo in evidenza la turbolenza dell'atmosfera durante il giorno, dovuta al riscaldamento del Sole. 3.2.3 Terzo collegamento: la Luna Era il collegamento più atteso, più desiderato dagli studenti. Del resto, la possibilità di usare un telescopio e vedere la superficie della Luna con i crateri di diametri differenti e le ombre delle montagne è un'esperienza indimenticabile. Invece, è stato il collegamento più deludente in quanto l osservazione diretta della Luna non è stata possibile a causa del cielo nuvoloso. Per superare questo momento di grande delusione per gli studenti, ho mostrato loro delle fotografie su supporto digitale che altri studenti, in collegamenti precedenti più fortunati, avevano effettuato riprendendo la superficie lunare con una macchina fotografica attaccata al telescopio. In tal modo, dunque, attraverso un cambiamento repentino di programma, gli studenti hanno potuto ugualmente osservare il paesaggio lunare, individuare e descrivere le diverse strutture della superficie della Luna che era possibile riconoscere dalle fotografie. Dopo ogni collegamento, la discussione in classe ha costituito un momento molto importante e altamente formativo, come rivelano alcune domande, inserite come esempio, poste dagli studenti: Qual è la differenza tra l astronomia e l astrologia? Qual è il significato di scritture del tipo 10 8 e 10-8? Che cos è la gravità? Quale strumento occorre per osservare i pianeti? C è vita nel sistema solare? Qual è la differenza tra un eclisse solare e un eclisse lunare? 7
DIDAMATICA 2009 La discussione, dunque, ha consentito di ampliare le conoscenze: i fenomeni fisici non elementari sono stati introdotti tramite spiegazioni intuitive possibilmente basate sull esperienza quotidiana di ciascuno. Ho utilizzato, come supporto alle spiegazioni, molte diapositive in modo che la via della conoscenza non passasse attraverso le difficoltà, smentendo il noto detto latino Per aspera ad astra (Attraverso le asperità si arriva alle stelle). 3.3 Dopo le osservazioni Tempo di realizzazione: 4 ore. Grazie alle fotografie della superficie lunare, gli studenti hanno potuto concludere l attività prevista al termine delle osservazioni ed essere coinvolti nella misura di crateri e montagne sfruttando semplici concetti geometrici di cui erano a conoscenza. Gli allievi, già in possesso della mappa lunare, hanno deciso in anticipo quali dettagli cercare e misurare. Per effettuare tali misure gli studenti hanno confrontato le dimensioni dei crateri e delle ombre delle montagne al diametro della Luna, presa come grandezza nota. L'altezza delle montagne è stata ricavata attraverso il calcolo dell'inclinazione dei raggi solari sulla superficie della Luna grazie all'applicazione di semplici concetti geometrici. Pertanto, il metodo utilizzato dagli studenti è stato lo stesso seguito da Galileo Galilei. Questa circostanza ha suscitato anche molto interesse per la storia della scienza: gli studenti hanno notato che ci sono momenti della storia dell uomo in cui le osservazioni, il confronto e la verifica hanno determinato dei cambiamenti radicali nel modo di pensare, talora con l aiuto di mezzi e tecnologia più raffinate, talora grazie alle felici e azzardate ipotesi teoriche di qualcuno. 4. Comportamento degli studenti Gli argomenti teorici sono stati affrontati in classe con frequenti commenti e interventi dell insegnante, sia per rispondere alle domande di chiarimento degli studenti, sia per porre interrogativi agli allievi in modo da testare la loro comprensione. Tutti gli studenti hanno dimostrato interesse e lavorato con impegno, sebbene fossero allievi di una scuola ad indirizzo socio-psicopedagogico, in cui la fisica è una materia marginale, poco amata, che compare solo nel piano di studi della classe quarta. Anzi, sicuramente gli studenti hanno compreso che la fisica è una materia viva, stimolante, per cui l obiettivo principale del laboratorio di sollecitare curiosità è stato raggiunto. L esperienza, pertanto, è risultata soddisfacente sia per il considerevole coinvolgimento degli alunni, sia per il loro grado di collaborazione. L attività si è delineata come stimolo ad apprendere ed è stata agevolata dalle condizioni 8
Oltre il pianeta Terra: esperienza di astronomia in remoto operative: pochi alunni (il gruppo classe era composto da 23 studenti) e sufficiente tempo per far operare tutti, rispettando tempi e compiti. Il coinvolgimento positivo di tutti i ragazzi nella realizzazione delle attività ha permesso loro di esprimere al meglio le inclinazioni attitudinali e di acquisire un' immagine di sé più positiva. La realizzazione del progetto, quindi, ha favorito la motivazione all apprendimento, promuovendo processi di apprendimento collaborativo mediante la partecipazione attiva ad un' esperienza concreta e incoraggiando i ragazzi verso l'utilizzo collettivo del computer attraverso il lavoro di gruppo. Il lavoro svolto in laboratorio ha stimolato moltissimo gli studenti a porsi delle domande e a non accettare passivamente le lezioni; ha reso i ragazzi più autonomi e ha consentito loro di acquisire nozioni in un clima di grande serenità. 5. Apprendimento: successi e difficoltà Il positivo indice di gradimento delle attività svolte dagli studenti, pure evidenziato nel questionario di monitoraggio, ha messo in evidenza il valore formativo di un tale progetto che ha fornito stimoli per favorire l apprendimento degli argomenti di studio; il potere motivante di una strategia che ha impegnato i partecipanti in attività mirate a garantire una intensa partecipazione alle lezioni; le implicazioni pratiche che sono derivate dalla possibilità di vedere con i propri occhi quanto appreso sui libri. I risultati positivi sono stati molti. Vediamone alcuni. Gli studenti hanno avuto la possibilità di: fare esperienze con supporto di esperti universitari; conoscere, anche se in remoto, una strumentazione complessa; svolgere esperienze di astrofisica altrimenti non praticabili; costruire ed elaborare modelli; rilevare e identificare dati. Inoltre l esperienza ha consentito di: favorire la socializzazione e il confronto tra studenti; imparare a cooperare per arrivare ad un risultato comune; imparare ad ottimizzare i tempi a disposizione mediante la suddivisione dei ruoli. Non ci sono state grandi difficoltà, se non nel collegamento relativo all osservazione della Luna, dovuto però ad un problema di natura meteorologica. Del resto, l utilizzo di fotografie reperite in Internet su supporto digitale ha consentito ugualmente di terminare l attività intrapresa. 9
DIDAMATICA 2009 6. Valutazione Gli studenti hanno presentato una relazione scritta dell attività svolta. Inoltre, ogni gruppo ha esposto in modo seminariale il lavoro effettuato, evidenziando così le conoscenze acquisite. Questo progetto, per gli studenti, non è stato solo una lezione di fisica quanto piuttosto un occasione per cogliere degli stimoli e costruirsi un bagaglio di esperienze sul quale, poi, il docente a scuola avrebbe potuto lavorare con profitto. Se la curiosità è stata abbastanza sollecitata e se si è creato un terreno in cui si è acquisita una conoscenza informale di certi fatti fisici, è più facile e più produttivo costruire su di esso una conoscenza più formalizzata. Per questo, quando il progetto è stato terminato, ho invitato i vari gruppi a raccontare ai compagni che cosa avevano fatto e come l avevano fatto. Comunicare qualcosa di fisica ai pari è un attività che non si fa troppo spesso in classe, mentre invece, se opportunamente sfruttata dall insegnante, può diventare un occasione estremamente educativa. Penso, in particolare, a quali difficoltà si incontrano per abituare i ragazzi ad un linguaggio rigoroso e a quanto il rigore sia spesso sentito solo come un inutile e artificiosa imposizione: ecco una bella occasione in cui l opportunità di un linguaggio adeguato è nato semplicemente dall esigenza di comunicare, senza ambiguità, ciò che si era vissuto. Al termine, ho fatto compilare agli studenti una scheda al fine di monitorare il progetto. I risultati decisamente positivi hanno confermato il gradimento dell attività da parte degli studenti. 7. Bibliografia [Manovich, 2002] Manovich L., Il linguaggio dei nuovi media, Edizioni Olivares, 2002, Milano, 212-213. 10