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1XCVIII Congresso Nazionale SIF – Napoli 17 – 21 Settembre 2012 – Fabrizio Favale
“La fisica sott’acqua”Percorso di didattica laboratoriale per studenti delle
scuole superiori di secondo grado.
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2XCVIII Congresso Nazionale SIF – Napoli 17 – 21 Settembre 2012 – Fabrizio Favale
•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.
11/10/2012
PREMESSA
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3XCVIII Congresso Nazionale SIF – Napoli 17 – 21 Settembre 2012 – Fabrizio Favale11/10/2012
Unisce
una disciplina ludico sportiva
come la subacquea
con
una materia di studio ritenuta
ostica come la fisica.
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4XCVIII Congresso Nazionale SIF – Napoli 17 – 21 Settembre 2012 – Fabrizio Favale11/10/2012
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
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5XCVIII Congresso Nazionale SIF – Napoli 17 – 21 Settembre 2012 – Fabrizio Favale11/10/2012
Sperimentare direttamente sul proprio corpo i
principi studiati
Effettuare vere e proprie misure sperimentali in
un laboratorio “speciale” cioè in acqua
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6XCVIII Congresso Nazionale SIF – Napoli 17 – 21 Settembre 2012 – Fabrizio Favale11/10/2012
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...).
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7XCVIII Congresso Nazionale SIF – Napoli 17 – 21 Settembre 2012 – Fabrizio Favale11/10/2012
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.
LA STORIA
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8XCVIII Congresso Nazionale SIF – Napoli 17 – 21 Settembre 2012 – Fabrizio Favale11/10/2012
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
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9XCVIII Congresso Nazionale SIF – Napoli 17 – 21 Settembre 2012 – Fabrizio Favale11/10/2012
ARGOMENTO ESPERIENZA/DIMOSTRAZIONE In Piscina
Definizione Pressione
Principio di Pascal Pallone di Pascal, Torchio idraulico con coppia di siringhe
Legge di Stevin Vasi comunicanti, manometro a U , paradosso idrostatico,
bottiglia zampillante con fori ad altezze diverse, le livelle
dei muratori.
Fontana di Erone
Misura del volume polmonare vitale, misura della spinta (sforzo
massimo) massima polmonare,
Calcolo delle pressioni
assolute e relative
Necessità per un subacqueo di sapersi destreggiare con le
pressioni alle varie profondità (mare) e altitudini diverse
(laghi)
Variazione dello sforzo polmonare necessario per gonfiare un
palloncino fuori ed dentro l’acqua (uomo fuori-palloncino fuori ,
fuori- dentro, dentro-fuori, dentro-dentro)
La pressione atmosferica 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.
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
Spinta archimedea e
galleggiamento
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)
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 Gioco del tiro alla fune in immersione
Ottica geometrica Osservazione dell’esistenza dell’angolo limite di riflessione totale e
tentativo di misure. Visione sott’acqua
Legge di Bernoulli Tubo di Venturi, effetto Coanda, effetto Magnus. Profilo
alare. Fontana di Erone
Erogatore per autorespiratore, determinazione dell’altezza del
getto d’acqua uscente da un cono aperto da entrambe le estremità
mentre viene immerso.
CONTENUTI
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10XCVIII Congresso Nazionale SIF – Napoli 17 – 21 Settembre 2012 – Fabrizio Favale11/10/2012
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
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11XCVIII Congresso Nazionale SIF – Napoli 17 – 21 Settembre 2012 – Fabrizio Favale11/10/2012
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.
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12XCVIII Congresso Nazionale SIF – Napoli 17 – 21 Settembre 2012 – Fabrizio Favale11/10/2012
VERIFICA DELL’ATTIVITÀ
B. Questionario di valutazione (non solo gradimento) on line
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13XCVIII Congresso Nazionale SIF – Napoli 17 – 21 Settembre 2012 – Fabrizio Favale11/10/2012
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15XCVIII Congresso Nazionale SIF – Napoli 17 – 21 Settembre 2012 – Fabrizio Favale11/10/2012
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16XCVIII Congresso Nazionale SIF – Napoli 17 – 21 Settembre 2012 – Fabrizio Favale11/10/2012
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17XCVIII Congresso Nazionale SIF – Napoli 17 – 21 Settembre 2012 – Fabrizio Favale11/10/2012
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18XCVIII Congresso Nazionale SIF – Napoli 17 – 21 Settembre 2012 – Fabrizio Favale11/10/2012
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19XCVIII Congresso Nazionale SIF – Napoli 17 – 21 Settembre 2012 – Fabrizio Favale11/10/2012
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20XCVIII Congresso Nazionale SIF – Napoli 17 – 21 Settembre 2012 – Fabrizio Favale11/10/2012
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21XCVIII Congresso Nazionale SIF – Napoli 17 – 21 Settembre 2012 – Fabrizio Favale11/10/2012
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22XCVIII Congresso Nazionale SIF – Napoli 17 – 21 Settembre 2012 – Fabrizio Favale11/10/2012
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
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23XCVIII Congresso Nazionale SIF – Napoli 17 – 21 Settembre 2012 – Fabrizio Favale11/10/2012
GRAZIE PER L’ATENZIONE
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24XCVIII Congresso Nazionale SIF – Napoli 17 – 21 Settembre 2012 – Fabrizio Favale11/10/2012
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