Progetto di Ricerca

Tema 10
“Tecnologie informatiche nella didattica della fisica della scuola secondaria”

Il progetto di ricerca intende in primo luogo analizzare quali possano essere il ruolo e le ricadute didattiche dell’informatica e delle tecnologie dell’informazione nell’educazione al metodo scientifico. In secondo luogo, lo specifico ambito della fisica scelto per pianificare l’attività didattica, quello della radioattività, costituisce una proposta innovativa dal punto di vista curriculare, sia per l’introduzione di importanti concetti della fisica moderna, in genere trascurati dai programmi effettivamente svolti nelle scuole malgrado i significati che il tema può assumere nell’immaginario collettivo, sia per l’approccio metodologico che enfatizza l’attività sperimentale dello scienziato piuttosto che proporre solo le conoscenze teoriche acquisite.
Più specificamente, le attività didattiche che si propongono riguardano lo studio sperimentale della radioattività, con particolare attenzione all’attività di fondo in generale e nelle sue manifestazioni nelle zone del pordenonese in cui risiede la scuola. La ricerca in oggetto, in una qualche misura, vuole essere offerta agli studenti come una occasione di studio di “eccellenza”, in cui ognuno liberamente svolge una attività in base alle proprie capacità e alle proprie inclinazioni, anche indipendentemente dagli altri.

Problemi di ricerca
Come puntualizzato nella premessa, in termini generali si possono individuare due problematiche di ricerca.

1.	Ruolo dell’informatica nell’educazione al metodo scientifico.
2.	Potenzialità del tema della radioattività in ambito disciplinare.

Si osserva che il tipo di attività didattica pianificata suggerisce un’analisi contestuale delle due problematiche, malgrado si tratti di problematiche di natura alquanto diversa. A questo proposito, una delle maggiori difficoltà della ricerca consiste nel riuscire a sviluppare strumenti per rilevare il successo o l’insuccesso delle attività proposte in relazione a ciascuno degli obiettivi stabiliti (obiettivi che saranno meglio precisati nel seguito), permettendo nello stesso tempo di separare l’influenza delle diverse componenti che costituiscono l’esperienza didattica.

Obiettivi
1.  Ruolo dell’informatica nell’educazione al metodo scientifico.
Per quanto concerne l’educazione al metodo scientifico, si vorrebbe favorire e misurare alcune attitudini fra le seguenti:

•	capacità di fare domande, quelle giuste dal punto di vista scientifico;
•	capacità di dubitare delle impressioni superficiali (e delle informazioni solo apparentemente scientifiche);
•	capacità critica, più in generale, e rinuncia a reagire passivamente sulla base di stereotipi;
•	capacità di distinguere fra i problemi che ammettono una risposta scientifica e i problemi che vanno affrontati con strumenti diversi;
•	capacità di riconoscere le ipotesi su cui si basano determinate conclusioni o affermazioni (o capacità di indagare per scoprire quali sono le ipotesi utilizzate);
•	capacità di riconoscere i limiti di applicabilità delle ipotesi e le possibili conseguenze dell'indebolimento delle ipotesi sulla validità delle conclusioni;
•	capacità di apprezzare il ruolo interpretativo (attivo) dell’uomo in qualunque contesto, comunque strutturato, nel dare senso alla lettura di dati sperimentali (ma anche, e ancor di più, ai risultati delle elaborazioni di un computer!);
•	capacità di riconoscere l’uso di deduzioni o di induzioni (o l’estrapolazioni di informazioni);
•	capacità di formulare (semplici) problemi di pertinenza scientifica;
•	capacità di immaginare ipotesi semplificatrici e modelli per rappresentare e risolvere (semplici) problemi.

Quanto al ruolo dell’informatica, alcuni aspetti generali che potrebbero diventare oggetto di studio sono:

•	consapevolezza della distinzione fra rappresentazione ed elaborazione (meccanica) delle informazioni nella macchina e interpretazione nella mente “dello scienziato”;
•	consapevolezza del ruolo dell'analisi scientifica dei problemi nella realizzazione e nell'uso di programmi per l’elaboratore (in campo scientifico);
•	consapevolezza della distinzione fra valenza tecnologica e valenza scientifica degli strumenti informatici;
•	riconoscimento dei contributi dell’informatica, intesa come scienza e non come mero strumento, al progresso del pensiero scientifico;
•	riconoscimento dell’emergere dell’approccio algoritmico in alcune componenti dell’attività di problem solving.

Inoltre, ci sono le domande sul ruolo dell’informatica in relazione agli aspetti dell’educazione al metodo scientifico elencati sopra:

•	disponendo di strumenti informatici, gli studenti fanno domande più o meno pertinenti o profonde dal punto di vista scientifico?
•	lo studente riconosce eventuali motivi per dubitare o meno dei risultati ottenuti attraverso l’elaborazione al computer (affidabilità del programma, errori d’uso, ecc.)?
•	l’uso del computer favorisce lo sviluppo di capacità critiche o di stereotipi? favorisce la riflessione autonoma?
•	lo studente è in grado di riconoscere quali problemi si prestano ad essere affrontati con gli strumenti dell’informatica? i problemi scientifici appaiono particolarmente adatti ad essere affrontati con l’ausilio di computer?
•	a quale punto dell’elaborazione scientifica è opportuno fare intervenire l’elaboratore? è sempre utile e/o necessario?
•	quali ipotesi si assumono, o si introducono, nel momento in cui si utilizza un computer per elaborare dati scientifici?
•	su quali (molteplici) elementi si fonda la validità delle conclusioni tratte interpretando i dati elaborati da un computer?
•	il computer aumenta o riduce il controllo sull’esperimento scientifico? quanti sono gli attori che (indipendentemente) contribuiscono all’interpretazione dei risultati?
•	il mezzo informatico realizza per caso parti di processi deduttivi? o induttivi? o estrapola informazioni?
•	l’uso di strumenti e metodologie informatiche favorisce la capacità di formulare problemi scientifici ben posti?
•	l’uso di strumenti e metodologie informatiche favorisce la modellazione di situazioni e fenomeni di interesse scientifico?

2.  Potenzialità del tema della radioattività in ambito disciplinare.
Premesso che il fenomeno della radioattività, di fatto, è uno di quegli argomenti che generalmente viene a far parte soltanto di rado di un progetto didattico per l’insegnamento della fisica, un problema di ricerca consiste proprio nell’individuare quale può essere una strategia valida per inserirne l’insegnamento in un corso ordinario di fisica. 
Per l’esperienza fatta sul campo, la radioattività rappresenta uno di quegli argomenti di cui non si ha voglia di parlare, a volte è perfino “temuta”. Ciò, sia pure inconsapevolmente, viene di solito trasferito ai discenti e trovo che la cosa sia diseducativa. Con tutte la cautela e la prudenza del caso, proprio per il ruolo che la radioattività assume nell’immaginario collettivo, è utile conoscerla e quindi farla conoscere. La conoscenza, considerata la delicatezza del tema, deve essere raggiunta attraverso la scuola.
Risultando, ad oggi, occasionale la proposta di insegnamento, il campo di ricerca didattica è del tutto aperto e vi è molto da fare, a partire dalla progettazione di un percorso didattico, per proseguire poi con analisi di documenti, utilizzo di mappe, attività di problem solving, costruzione di test di ingresso e di uscita.

Innovazione del progetto
Innanzitutto il progetto si propone di contribuire a fare maggiore chiarezza sulle implicazioni formative delle attività e dell’impiego di strumenti informatici (non solo di artefatti tecnologici). Spesso questo tipo di attività e questi strumenti sono stati introdotti con entusiasmo (forse eccessivo), ma non sempre avendo chiari gli obiettivi formativi che si intendono perseguire e le possibili implicazioni dal punto di vista pedagogico. In particolare, molta attenzione deve essere rivolta agli strumenti concettuali e critici che consentono un uso dei nuovi strumenti consapevole delle potenzialità offerte, ma anche dei limiti e dei rischi (per esempio di errore) che vi sono insiti.
Un’altra peculiarità del progetto sta nel richiamare l’attenzione su un tema generalmente disatteso nell’insegnamento e nel proporre un metodo sperimentale in contrapposizione ad un insegnamento generalmente di tipo esclusivamente teorico. 
Dal punto di vista dell’attività didattica, la principale novità consiste nel fatto di affrontare lo studio di una parte della fisica in modo sperimentale e soprattutto di vivere l’esperienza per buona parte all’esterno della scuola e quindi come una attività in cui lo studente gioca un ruolo da protagonista.

Attività di ricerca
Ricerca bibliografica orientata ad avere un quadro di riferimento su come le due problematiche sono state affrontate nella letteratura internazionale. Tale attività si concluderà con la scelta dell’approccio pedagogico più appropriato e con l’individuazione degli obiettivi prioritari da perseguire (sulla base delle conoscenze già acquisite da precedenti esperienze nelle scuole internazionali). I motivi delle scelte fatte verranno debitamente documentati.
Progetto preliminare degli strumenti di misura e valutazione degli esiti didattici (che potranno in parte influenzare anche il piano di attività didattiche in funzione, appunto, di ciò che si intende misurare). In particolare, si dovrà prevedere dei gruppi di controllo (studenti esposti ad esperienze didattiche più tradizionali) per riuscire a valutare in modo realistico, e il più possibile obiettivo, l’efficacia delle attività didattiche proposte.
Avvio delle attività didattiche nella scuola.
Messa a punto degli strumenti di controllo in itinere e verifica finale. Anche in questo caso, le scelte fatte verranno opportunamente documentate. Fra gli elementi che si vuole misurare, cruciale è la consapevolezza critica della portata e dei limiti degli strumenti e delle metodologie informatiche, possibilmente anche a livello transdisciplinare.
Produzione di una relazione con la descrizione dettagliata delle attività svolte, delle interazioni degli studenti con l’insegnante, fra di loro, con i referenti esterni e con gli strumenti informatici e di misura. In tale relazione saranno evidenziati, in particolare, i problemi riscontrati (da parte degli studenti o di altra natura) e gli eventuali aggiustamenti, rispetto al piano iniziale di attività, suggeriti dal feedback ricevuto in itinere.
Applicazione degli strumenti di controllo e verifica (parallelamente alle attività didattiche e in conclusione ad esse). Al termine dell’attività didattica saranno rilevati anche i dati relativi al gruppo di controllo.
Raccolta dei dati (controllo in itinere e verifiche), analisi approfondita e redazione di un rapporto in cui si traggono le conclusioni dall’esperienza svolta.
Analisi della trasferibilità dell’esperienza fatta ad altre realtà scolastiche (altri insegnanti, altri istituti, altri livelli scolastici). In questa fase verranno anche discusse le possibili cause di difficoltà per ripetere l’esperienza in una diversa sede. I risultati di questa analisi verranno documentati in un documento destinato agli insegnanti che desiderassero far propria l’esperienza, documento comprensivo delle indicazioni necessarie a svolgere le necessarie attività didattiche.

Prodotti della ricerca
Nella sostanza, i prodotti della ricerca consistono nella documentazione indicata in corrispondenza alle attività di ricerca.

Piano di massima dell’attività didattica
La ricerca viene proposta per una quarta classe del Liceo Scientifico “M. Grigoletti” di Pordenone, indirizzo Tecnologico - Sperimentazione Brocca.
Studiare un tema come quello in oggetto rappresenta un’occasione di recupero e di interiorizzazione dei fondamenti della fisica (campo, interazione, radiazione e sua interazione con la materia, comportamento di una carica in un campo, ecc.).
Si sottolinea, inoltre, l’evidente carattere di interdisciplinarietà che caratterizza le attività proposte: fisica, informatica, matematica, statistica e scienze si fondono insieme per tutto il percorso. Pur non perdendo ciascuno la propria autonomia, trovano occasioni continue di far apprezzare la propria funzionalità in quanto consentono di descrivere, studiare, conoscere diversi aspetti di un problema. Dunque, temi come questo servono anche a dare un senso a tutto lo studio fatto all’interno di ogni disciplina.
Le attività previste sono:

•	Analisi dei vari metodi che si hanno per individuare e misurare la radioattività e le relative sorgenti;
•	Misura del fondo naturale e delle possibili cause che la possono influenzare;
•	Studio sull’assorbimento della radioattività nei materiali e del relativo potere di penetrazione;
•	Studio della legge di decadimento con relativa verifica.

La precedente scansione trova la sua giustificazione proprio nel fatto che trattandosi di un argomento del tutto nuovo per gli studenti, pare opportuno innanzi tutto esplicitare gli oggetti propri del problema e quindi da un lato presentare le sorgenti e dall’altro studiare con quali tecniche ed in base a quali principi gli apparecchi che verranno utilizzati sono in grado di interagire e quindi di misurare ciò che in effetti si vuole misurare.
Successivamente l’attività proposta prende in considerazione il fatto di educare gli studenti a familiarizzare, dialogare con la realtà fisica ed i fenomeni naturali, invitandoli ad eseguire misure dirette del fondo naturale del proprio luogo di abitazione e ad eseguire misure dirette con precisa metodologia (prendendo in esame varie sostanze, con spessori via via diversi, ecc.) per uno studio diretto in merito all’assorbimento della radioattività da parte dei materiali e del relativo potere di penetrazione.
A seguito di un intervento sperimentale di così ampia portata è davvero opportuno portare la scolaresca a riflettere su un lavoro di sintesi di quanto si è fatto per:

•	cogliere le proprietà che regolano i fenomeni indagati e misurati;
•	cogliere le interazioni con i fenomeni noti;
•	studiare la possibilità di modellizzare i fenomeni e come risulta possibile descriverli;
•	stabilire quali implicazioni i fatti sperimentati hanno con altri fenomeni studiati in fisica e nelle altre discipline scientifiche;
•	stabilire di fatto cosa ora, a seguito di tutti i lavori svolti e le analisi eseguite, si sa e che non si conosceva prima.

Per quanto attiene ai punti della pratica didattica su cui si vuole in particolare incidere figurano in particolare:

•	i concetti fondamentali di probabilità e statistica con particolare riferimento alla distribuzione di probabilità;
•	la teoria della misura, dell’errore e della sua propagazione;
•	la legge di decadimento.

Sicuramente questo lavoro si presta in modo particolare a familiarizzare con processi che non si “vedono” e non si “toccano” nel senso diretto dei termini. Via via che si va avanti con il lavoro, tuttavia, si finisce con lo sviluppare appunto la consapevolezza di qualche cosa che sicuramente “esiste” e si è in grado di parametrarla e, talora, di controllarla. Quanto sostenuto in quest’ultimo capoverso va comunque filtrato e visto in confronto con quanto la letteratura sostiene in tale direzione.

Attività scolastiche
Il piano di attività scolastiche si articola essenzialmente in tre fasi:

•	fase 1 : è dedicata allo studio del fenomeno; durata 1 mese circa (3 ore per settimana)
•	fase 2 : è la fase sperimentale durante la quale verranno effettuate delle misure in classe, ma soprattutto sul territorio ed in orario estrascolastico; (sei mesi di raccolta dati circa ad una media di 4 ore al giorno);
•	fase 3 : dedicata all’analisi dei risultati; durata una o due settimane.

Ogni fase sarà preceduta e seguita da un test atto a individuare ora la situazione di partenza, ora lo stato di avanzamento, ora una misura di ciò che ha comportato il lavoro svolto e quindi una misura di ciò che può essere stato lo stato di avanzamento in conoscenza e nell’acquisizione di talune abilità peculiari all’attività svolta.
Quanto ai prerequisiti, si tratta di un argomento del tutto nuovo per gli studenti, da sviluppare interamente.

Strumenti
Fra gli strumenti che si intendono utilizzare figurano:

•	Tutti gli apparecchi presenti in laboratorio di fisica per rivelare la radioattvità ed i conseguenti fenomeni di ionizzazione;
•	Sistemi di acquisizione on-line, con particolare riferimento a quelli che si possono usare all’esterno, per la raccolta dei dati;
•	Computer e relativi programmi di elaborazione dati, e di presentazione dei metodi di indagine e delle rispettive risultanze.

Prodotti dell’attività didattica
I prodotti della attività didattica che si intende realizzare sono :

•	Materiali inerenti i metodi di evidenziazione e di misurazione della radioattività.
•	Collezione di dati significativi per quanto attiene l’attività di fondo nel territorio.
•	Documenti descrittivi ed esplicativi dei vari fenomeni studiati e dei metodi di indagine.
•	Materiale di presentazione di tipo multimediale.
•	Schede di laboratorio.
•	Raccolta di dati mediante database e fogli elettronici con relativa elaborazione.

Risorse della Scuola
Per realizzare il progetto si conta di utilizzare le risorse presenti, in massima parte, nella scuola ed altre di cui dispone il docente ricercatore. Fra queste figurano in particolare:

•	lab. di Fisica con attrezzature on-line (computer, interfaccia, contatori GM, ecc.);
•	alimentatori di opportune caratteristiche, spintariscopio, rivelatore a scintille, oscilloscopi, strumentazione elettrica, ecc.;
•	camera di Wilson;
•	sorgenti radioattive per uso didattico;
•	sistemi audiovisivi (videoproiettore, videoregistratore, lavagna luminosa, ecc.).

Collaborazioni da avviare:
La collaborazione sicuramente da avviare è quella con l’Università di Udine.
Il docente ricercatore proponente conta pure di riuscire ad avviare una collaborazione con gli enti locali specifici dove la radioattività viene usata e/o controllata (ospedale, unità sanitaria locale, enti di controllo ambientale).

Bibliografia
Quanto alla bibliografia, praticamente è quasi tutta da redarre. 

Prof. Isidoro Sciarratta

docente ricercatore

dott.  Claudio Mirolo

membro del Comitato Scientifico	

							
Pordenone, 20 Novembre 2000