La linea innovativa del progetto per l'insegnamento della fisica nella nuova
scuola secondaria, che ha trovato significa tive risonanze con le riflessioni
pedagogiche e didattiche maturate all'interno del lavoro di ricerca didattica,
si manifes ta sotto due aspetti ben definiti: uno, molto più incisivo,
consiste nell'approccio sperimentale la cui necessità è ormai
universalmente riconosciuta, l'altro ha la sua espressione nella proposta di
strutturare i programmi di fisica per temi. La fisica ha una tale ricchezza
di contenuti strettamente collegati uno all'altro da rendere ardua una sua riorganiz
zazione complessiva. Inoltre la strutturazione tradizionale per capitoli mentre
ad una logica cumulativa interna rischia, però, di dare un'immagine frammentaria
e separata non solo dei vari argomenti ma anche dei diversi modelli di approccio
e di indagine.
Un approccio per temi aiuterà insegnanti e allievi a
cogliere i concetti fondanti e i modelli unificanti posti alla
base della struttura della fisica: verranno privilegiati così i
processi di insegnamentoapprendimento.
Comunque, i contenuti della fisica si pongono come
solida base nella struttura delle altre discipline sperimen
tali, e la metodologia assieme all'atteggiamento problem
atico tipici di questa disciplina potranno concorrere in
maniera significativa, al raggiungimento dell'obiettivo pri
mario dell'educazione, ossia alla formazione del giovane,
che si traduce in pratica nella capacità di agire autonoma
mente nel rispetto della propria e altrui libertà.
In particolare per l'indirizzo classico, lo studio della fisica potrà fornire allo studente uno strumento insostitu ibile per comprendere come il pensiero scientifico si è evoluto nella storia dell'uomo secondo un processo aperto a revisioni e modificazioni. In tale evoluzione si rende necessario considerare da un lato le influenze con cui il contesto storicofilosofico ha talvolta condizionato lo sviluppo del pensiero scientifico e, dall'altro, le rilevanti implicazioni di natura filosofica ed epistemologica che talune scoperte scientifiche hanno prodotto.
Per l'indirizzo sociopsicopedagogico, l'insegnamento della fisica propone un modello di processo di apprendi mento che tiene conto del pensiero comune e lo supera problematicamente, in contrapposizione a quella prassi di dattica che considera l'apprendimento come un processo lineare di accumulo di nozioni.
Nell'indirizzo scientifico l'insegnamento della fisica for nisce un efficace mezzo per conoscere ed interpretare la realtà, proponendo un metodo di ricerca che, avvalendosi dell'attività di laboratorio come irrinunciabile tappa del processo conoscitivo, consente una buona formalizzazione dei contenuti teorici e l'acquisizione di una metodologia generale di lavoro efficacemente applicabile anche in molti altri campi del sapere.
Nel caso dell'indirizzo scientificotecnologico lo studio della fisica propone un metodo di indagine che permette di superare lo stretto ambito disciplinare estendendosi ad altri campi del sapere. All'interno di questo modello di ricerca lo studio delle applicazioni tecniche e dei processi tecnologici richiede un'attenta valutazione delle ricadute che essi determinano sull'uomo e sul suo ambiente di vita.
Le finalità generali attribuite all'insegnamento della fisica sono:
1. concorrere alla formazione culturale dell'allievo, arricchendone la preparazione
complessiva con strumenti idonei a una comprensione critica del presente, attraverso
lo sviluppo di capacità di analisi e di collegamento e delle facoltà
di astrazione e di unificazione che la fisica richiede per indagare sul mondo
naturale;
2. contribuire all'acquisizione di una mentalità flessibile, fondata
su una preparazione che consenta il conseguimento di una professionalità
di base polivalente;
3. acquisire la consapevolezza che la possibilità di indagare l'universo
è legato al progresso tecnologico ed alle più moderne conoscenze;
4. comprendere l'universalità delle leggi fisiche che partendo dalla
scala umana si estenda dal macrocosmo al microcosmo nel tentativo di fornire
una visione scientifica organica della realtà fisica;
5. comprendere l'evoluzione storica dei modelli di interpretazione della realtà
evidenziandone l'importanza, i
limiti ed il progressivo affinamento;
6. contribuire, nel fecondo contatto con le altre dis
cipline, ad una vis ione unitaria del divenire storico
dell'umanità;
7. comprendere che la fisica ha un linguaggio uni
versale che favorisce l'apertura, il dialogo e il rispetto re
ciproco tra individui e quindi tra popoli e culture;
8. contribuire alla consapevolezza che, in una soci
età complessa permeata di scienza e tecnologia, una for
mazione scientifica è indispensabile per le scelte che ogni
cittadino è chiamato a compiere nella vita democratica.
Le finalità specifiche dell'insegnamento della fisica sono:
1. comprensione dei procedimenti caratteristici dell'indagine scientifica,
che si articolano in un continuo rapporto tra costruzione teorica e attività
sperimentale;
2. acquisizione di un insieme organico di metodi e contenuti, finalizzati ad
una adeguata interpretazione della natura;
3. capacità di reperire informazioni, di utilizzarle in modo autonomo
e finalizzato e di comunicarle con un lin guaggio scientifico;
4. capacità di analizzare e schematizzare situazioni reali e di affrontare
problemi concreti, anche al di fuori dello stretto ambito disciplinare;
5. abitudine all'approfondimento, alla riflessione in dividuale e all'organizzazione
del lavoro personale;
6. capacità a cogliere ed apprezzare l'utilità del con fronto
di idee e dell'organizzazione del lavoro di gruppo;
7. capacità di riconoscere i fondamenti scientifici presenti nelle attività
tecniche;
8. consapevolezza delle potenzialità, dello sviluppo e dei limiti delle
conoscenze scientifiche;
9. capacità di cogliere le relazioni tra lo sviluppo delle conoscenze
fisiche e quello del contesto umano storico e tecnologico;
10. capacità di cogliere l'importanza del linguaggio matematico come
potente strumento nella descrizione del mondo e di utilizzarlo adeguatamente.
Alla fine del triennio lo studente dovrà essere in grado di:
1. distinguere nell'esame di una problematica gli as petti scientifici
dai presupposti ideologici, filosofici, sociali ed economici.
2. inquadrare in un medesimo schema logico situ azioni diverse, riconoscendo
analogie e differenze, propri età varianti ed invarianti.
3. affrontare con flessibilità situazioni impreviste di natura scientifica
e/o tecnica;
4. applicare in contesti diversi le conoscenze acqui site;
5. collegare le conoscenze acquisite con le impli cazioni della realtà
quotidiana;
6. utilizzare criticamente le informazioni facendo anche uso di documenti originali
quali memorie storiche, articoli scientifici, articoli divulgativi, ecc.;
7. riconoscere i fondamenti scientifici delle attività tecniche;
8. riconoscere l'ambito di validità delle leggi scien tifiche;
9. conoscere, scegliere e gestire strumenti matematici adeguati e interpretarne
il significato fisico;
10. distinguere la realtà fisica dai modelli costruiti per la sua interpretazione;
11. definire concetti in modo operativo, associandoli per quanto possibile ad
apparati di misura;
12. formulare ipotesi di interpretazione dei fenomeni osservati, dedurre conseguenze
e proporre verifiche;
13. scegliere tra diverse schematizzazioni esempli ficative la più
idonea alla soluzione di un problema reale;
14. analizzare fenomeni individuando le variabili che li caratterizzano;
15. stimare ordini di grandezza prima di usare stru menti o effettuare
calcoli;
16. fare approssimazioni compatibili con l'accuratez za ric hiesta e valutare
i limiti di tali semplificazioni;
17. valutare l'attendibilità dei risultati sperimentali ot tenuti;
18. mettere in atto le abilità operative connesse con l'uso degli strumenti;
19. esaminare dati e ricavare informazioni significa tive da tabelle, grafici
e altra documentazione;
20. utilizzare il linguaggio specifico della disciplina;
21. comunicare in modo chiaro e sintetico le proce dure seguite nelle proprie
indagini, i risultati raggiunti e il loro significato;
22. costruire e/o utilizzare semplici programmi all'elaboratore per la soluzione
di problemi, simulazioni, gestione di informazioni.
Al fine di realizzare una metodologia integrata tra attività sperimentale e teorica come già precedentemente indicato, è essenziale che il lavoro di laboratorio venga svolto in modo tale che gli allievi acquisiscano atteggiamenti sperimentali non circoscritti alla sola pratica scolastica. Ogni "luogo" infatti può essere visto come un laboratorio: l'aula, la casa, l'ambiente di vita, il territorio, il mondo attorno a noi e persino l'universo. Nello specifico della scuola, il laboratorio è un ambiente attrezzato in cui lo studente può agire per acquisire conoscenze e particolari comportamenti ed in cui partendo da situazioni reali verrà guidato ad acquisire metodologie e procedure proprie dell'indagine scientifica imparando a progettare, eseguire, interpretare. L'attività di laboratorio, alla quale deve essere dedicato almeno il 30% del tempo disponibile, svolge un ruolo essenziale nell'insegnamento della fisica in quanto consente allo studente di essere protagonista attivo, in collaborazione con altri, del suo avanzamento culturale. Essa, dovrà essere connessa strettamente con lo sviluppo degli argomenti trattati e consisterà sia di esperienze illustrative che di significative esperienze quantitative. Queste ultime dovranno essere condotte, per lo più, dagli studenti suddivisi in gruppi e, solo nel caso che la loro realizzazione sia troppo impegnativa o complessa, dall'insegnante. In ogni caso gli esperimenti potranno concludersi con una discussione guidata e si ritiene indispensabile che l'elaborazione dei dati sperimentali; l'individuazione di una relazione analitica tra le grandezze osservate, la verifica delle ipotesi, venga fatta dagli studenti e concretizzata in documenti scritti. In tale ipotesi, il laboratorio dovrebbe essere impostato in modo da prevedere una progressiva prevalenza degli esperimenti "di studio", rispetto a quelli di tipo "esercitativo", nei quali lo studente: 1. analizzi sperimentalmente un problema a partire dalla fase di progettazione dell'apparato di misura/osservazione; 2. provveda ad una accurata rilevazione e analisi dei dati ed alla loro discussione in raffronto ai modelli teorico matematici proposti. Un laboratorio così concepito oltre a consentire una comprensione più profonda dei concetti, permette di cogliere il rapporto necessario tra teoria e pratica nello sviluppo dell'indagine scientifica e contribuisce alla formazione di un atteggiamento problematico nell'affrontare le questioni. Naturalmente la metodologia acquisita potrebbe essere applicata anche fuori della scuola e in tal caso si dovrebbe prevedere una attività sperimentale in tempi e luoghi extra scolastici. Le dotazioni di laboratorio dovranno essere caratterizzate dalla disponibilità di strumenti idonei alle varie misure che si dovranno effettuare ed essere scelti con un criterio di flessibilità e versatilità. In altre parole: poiché i laboratori scolastici hanno avuto, sinora, un carattere prevalentemente "esercitativo", le loro dotazioni sono state impostate secondo il criterio della "collezione di esperienze di base". Invece, nella logica quì suggerita, il laboratorio dovrà disporre di un corredo essenziale di "strumentazione di misura" e di materiali d'uso generale adatti ad allestire esperienze secondo un piano non necessariamente prefissato come in una scatola di montaggio. La caratteristica degli esperimenti "di studio" differenti da quelli che consistono in una presentazione di esperien ze qualitative o semiqualitative, o che sono semplicemente finalizzati a prendere dimestichezza con una data fenomenologia, dovrebbe essere il fatto di discutere con specifica meticolosità le ipotesi sperimentali, le condizioni di svolgimento delle misure (semplificazioni adottate, possibili errori sistematici), le procedure di ottimizzazione dell'apparato sperimentale legata alla precisione dei risul tati prevista prima della realizzazione delle misure (individuazione dei punti critici e delle misure da svolgere con maggiore precisione), il rilevamento dei dati (accettazione ed eventuale rigetto), l'elaborazione delle misure, l'accostamento di curve teoriche ai valori misurati, la determinazione di relazioni analitiche tra i parametri in studio che sintetizzano i risultati ottenuti. La realizzazione di un esperimento "progettato" comporta quindi una interazione specifica tra docente ed a lievi e tra teoria e pratica che costituisce un'attività didattica essenziale e particolarmente rilevante dal punto di vista formativo. Il punto di arrivo di questo percorso è costituito da una indagine teorico sperimentale che si configura come una vera "ricerca scientifica", eventualmente connessa con le finalità di un progetto del tipo di quelli ipotizzati per le attività interdisciplinari. Nella medesima logica agli studenti saranno prospettate, sempre con gradualità, esperienze di laboratorio nelle quali la documentazione necessaria non sia stata totalmente predisposta dall'insegnante. Al contrario, lo studente potrà essere guidato a reperirla e decodifi carla da fonti svariate e "originali" quali: manuali degli strumenti, specifiche di componenti, tavole di valori caratteristici, grafici. In una fase successiva si potrebbero considerare anche articoli di riviste, manuali e schede di laboratorio descrittivi di determinati allestimenti o tecniche di misura, senza es cludere eventuali materiali redatti nella lingua straniera studi ata. Questa ipotesi depone a favore di una biblioteca sco lastica nella quale sia presente una raccolta adeguata di testi e manuali di livello intermedio, di riviste didattiche nonché del fatto che una parte specifica dell'attività di dattica sia rivolta a favorire l'uso individuale di questo strumento di studio e a costruire nello studente le abilità corrispondenti. In questo quadro lo svolgimento degli esperimenti di una certa complessità (tali almeno da non poter essere esauriti, per la parte operativa, in due ore di attività) richiederà che i laboratori siano attrezzati per mantenere montati gli apparecchi sperimentali per il tempo necessario. Inoltre: la valutazione dei risultati sperimentali in raf fronto alle ipotesi formulate e le decisioni corrispondenti non dovrebbero essere troppo rigidamente limitate dalla scarsa disponibilità della struttura scolastica a permettere la ripetizione o la revisione di un dato esperimento. È fondamentale che il corso di fisica abbia una im postazione unitaria pertanto l'elaborazione teorica degli ar gomenti e l'attività di laboratorio dovranno essere svolte da un unico docente il quale deve possedere una buona manualità e conoscere a fondo le tecniche e le problem atiche del laboratorio. Il docente dovrà essere coadiuvato da personale tec nico opportunamente qualificato, il quale curi la funzion alità dei laboratori, la conservazione e la manutenzione delle apparecchiature e collabori con l'insegnante nella preparazione delle esercitazioni, ma sia chiaro che la conduzione didattica di ogni attività è compito esclusivo dell'insegnante. La realizzazione di quanto detto dovrà essere, in parte, modulata e calibrata nei vari indirizzi, in dipendenza dal diver so tempo a disposizione e dalla diversa scansione annuale. Nel caso dei tecnologici, inoltre, come avviene anche per i programmi specifici, si dovrà tener conto delle pecu liarità dei vari indirizzi, privilegiando gli aspetti interdisci plinari e di complementarità. Nel caso degli indirizzi Classico, Linguistico e Socio PsicoPedagogico, per i quali non è prevista la presenza, nel biennio, del corso introduttivo di laboratorio di Chimi ca e Fisica, tutto quanto delineato sopra non è completa mente applicabile. Perciò, pur essendo in linea di massima analoga a quanto indicato, l'attività di laboratorio sarà necessaria mente ridotta dati i limiti imposti dalle ore a disposizione.
L'elaboratore elettronico costituisce un valido ausilio sia per la comprensione delle implicazioni dei modelli fisi ci e sia per il confronto critico tra i dati sperimentali e quelli elaborati in base ai modelli. In particolare potrà essere utile effettuare delle simu lazioni come estensione di esperienze effettivamente real izzate in laboratorio oppure in quei casi in cui la speri mentazione risulti troppo difficile o richieda delle apparec chiature troppo complesse. Comunque deve essere chiaro che la simulazione è un modello limitativo della realtà e dovranno essere esplicitati chiaramente tutti gli elementi su cui tale modello è fondato. In casi particolari, come ad es. quando il rilevamento dei dati sperimentali risulti difficile a causa della eccessiva rapidità della fase fenomenica studiata, l'elaboratore può essere vantaggiosamente utilizzato online per la gestione ed il controllo della strumentazione. Ovviamente sarà utile anche in quei casi in cui si renda necessaria una rapida elaborazione dei dati raccolti. In ogni caso si tenga presente che l'elaboratore non deve essere sostitutivo dalla effettiva attività sperimentale essendo questa prioritaria ed irrinunciabile. La verifica e la valutazione La verifica si propone di stabilire in quale misura, in seguito all'interazione insegnantealunno, siano stati rag giunti gli obiettivi prefissati. Una ricerca preliminare, effettuata all'inizio dell'anno scolastico mediante test di ingresso, potrà permettere di valutare negli allievi sia il livello di partenza in campo conoscitivo, sia il possesso delle potenzialità e/o capacità. Poiché gli aspetti da cogliere sono molteplici, anche se ciascuno di essi dovrà contribuire ad una unica valu tazione globale, gli strumenti previsti dall'azione didattica per le verifiche successive sono di diverso tipo e valenza. Da queste il docente potrà dedurre la valutazione del processo di formazione dei singoli allievi in generale ed il raggiungimento degli obiettivi in particolare.
1. lezione dialogata;
2. discussione guidata con il gruppo classe (animatore il docente);
3. colloqui;
4. saggi brevi (individuali o di gruppo);
5. relazioni scritte su ricerche teoriche (individuali o di gruppo);
6. esercizi e/o problemi;
7. esperienze di laboratorio (individuali o di gruppo);
8. analisi del comportamento durante le attività sperimentali;
9. relazioni scritte su esperienze di laboratorio (individuali o di gruppo);
10. test di sondaggio e diagnostici.
Durante una lezione dialogata o nei colloqui e discussioni il docente avrà modo di cogliere, tramite gli interventi degli alunni, sia la crescita culturale, sia i livelli di comprensione, di elaborazione delle informazioni, di intuizione e di evoluzione delle idee. Inoltre, mentre modifica i punti di vista o corregge le eventuali deviazioni, potrà mostrare la logica stringente delle deduzioni possibili e, successivamente, verificabili, sia mediante il confronto con la rappresentazione della re altà inerente alla descrizione proposta dalla fisica e, sia, con proposte di attività di laboratorio. Il colloquio infine, oltre a rappresentare uno strumento di valutazione, deve proporsi di contribuire a far acquisire all'al lievo una forma espositiva corretta ed una logica pertinente. Resta però fondamentale l'importanza degli elaborati scritti e del colloquio diretto alunnodocente anche per l'esercizio di dialettica sia intellettuale che linguistico che esso comporta. I problemi proposti non dovranno essere limitati ad una automatica applicazione di formule, ma tali da richiedere sia l'analisi critica del fenomeno considerato, sia la giustifi cazione logica delle varie fasi del processo di risoluzione. Nella correzione di tipo analitico potranno essere uti lizzate opportune griglie di verifica che forniranno indi cazioni sul progresso del singolo allievo e dell'intera classe. Il laboratorio è un'attività che consente di rilevare l'evoluzione del comportamento e di alcune capacità. Cre atività, intuizione, abilità sperimentale, organizzazione del lavoro sono solo alcuni dei fattori che favoriscono il pro cedere corretto ed efficace di uno studio sperimentale. L'osservazione sistematica del modo di operare e di in teragire di uno studente mentre effettua una ricerca è una notevole fonte di informazioni sulle capacità acquisite. L'esame della successiva relazione scritta permetterà poi di completare l'analisi valutativa dell'attività del singolo. Le valutazioni correlate alle risposte a questionari pos sono essere utili per un confronto di apprendimento stan dard per classi parallele e per una rapida analisi del livello conoscitivo medio della classe e, per il docente, possono anche rappresentare un immediato riscontro dell'efficacia media del percorso seguito. Si sottolinea però che queste prove non sono adatte a sviluppare capacità riflessive, di esposizione e di analisi dei problemi. Può avvenire che i dati raccolti con le verifiche siano distribuiti in uno spettro abbastanza ampio; ma tale disper sione dipenderà essenzialmente dalle caratteristiche per sonali degli studenti e dagli errori commessi nella scelta della metodologia seguita. Comunque la verifica assolverà al duplice scopo di ac certare i risultati conseguiti da ogni studente e di correggere l'azione didattica del docente in quanto gli permette di analizzare e valutare anche l'efficacia della sua attività. È in questo quadro che si dovrà stabilire la valutazione complessiva dell'allievo la quale, durante il corso dei tre anni scolastici potrà essere rappresentata da tre voti distinti: uno dovrebbe scaturire dalle prove orali, uno dalle prove scritte e grafiche e l'ultimo dalle prove di laboratorio. La media ponderata di questi tre voti fornirebbe un voto unico finale da assegnare a fine anno. In particolare, per quanto riguarda l'esame di maturità, si fa presente che esso dovrebbe includere oltre alla prova orale, anche una prova scritta ed una prova pratica di lab oratorio, scelta dalla Commissione fra quelle effettuate du rante l'attività scolastica. Ciò consentirebbe allo studente di muoversi con si curezza fra strumenti a lui familiari e alla Commissione di verificare operativamente le capacità sia metodologiche che operative dello studente stesso.
L'articolazione del programma di fisica tiene conto del peso orario molto diverso nei due anni, dei prerequisiti, dell'accresciuta capacità di astrazione e del più ampio quadro di riferimenti culturali, che portano progressiva mente l'allievo a comprendere come l'evolversi del proces so di conoscenze in campo fisico sia indissolubilmente legato a quello della cultura nel suo complesso. Si vuole quindi portare lo studente a prendere coscien za di possedere le chiavi di lettura per affrontare lo studio della fisica e della necessità di acquisirne delle nuove. Pertanto, per gli indirizzi classico e linguistico, viene posta l'attenzione sui fondamenti metodologici della fisi ca come disciplina sperimentale tendente in particolare a far comprendere il senso dello sperimentare attraverso l'esame, proposto come primo approccio alla disciplina, delle interazioni gravitazionali e di quelle elettroma gnetiche. È intrinseco alla valenza formativa di questa disciplina sperimentale che l'apprendimento della fisica porti l'allievo a cogliere il rapporto tra percezione e descrizione scientifi ca, il legame tra osservazione, teoria ed esperimento, la capacità previsionale della fisica. Il programma dell'ultimo anno vuole essere una sintesi della disciplina che ne coglie gli aspetti di continua evoluzione in un progetto fortemente interdisciplinare. Infatti gli opportuni collegamenti possono aiutare l'al lievo a comprendere sia il rapporto tra scienza e filosofia, sia quello tra scienza e società nei diversi momenti storici, sia le ragioni dell'evoluzione scientifica. L'allievo che vive nella realtà attuale deve rendersi conto non solo del rapporto simbiotico tra scienza e tec nologia ma anche delle profonde differenze tra esse sia in termini di motivazione che di quadro epistemologico. Gli argomenti dovranno essere affrontati con suffi ciente approfondimento agganciandoli alle problematiche contemporanee enfatizzando la dinamica culturale della disciplina.
Tema nº 1 -- Interazioni gravitazionali
-- Analisi della caduta dei gravi in situazioni diverse.
Misurazione diretta ed indiretta di grandezze.
Introduzione ad una scienza sperimentale: definizione operativa delle grandezze
fisiche; elementi della teoria della misura.
Pendolo.
Moto periodico.
-- Sistemi di riferimento.
Principi della dinamica.
Forze elastiche.
Moto circolare uniforme.
Pendolo conico.
-- Interazione gravitazionale su larga scala.
Le leggi di Keplero.
La legge di gravitazione universale.
Campo gravitazionale.
-- Energia.
Lavoro di una forza.
Campi conservativi.
Principi di conservazione.
Interazione gravitazionale nell'universo.
Tema nº 2 -- Interazioni elettromagnetiche
-- Fenomeni elettrostatici:
Forza di Coulomb.
Campo elettrico.
-- Moto di una carica in un campo elettrico.
Corrente elettrica.
Circuiti elettrici.
Modello di conduzione.
-- Energia elettrica.
Trasformazione di energia.
Potenza.
Condensatori.
-- Campo magnetico.
Interazione tra correnti.
Fenomeni di induzione elettromagnetica.
Campi elettrici e magnetici variabili nel tempo.
Onde elettromagnetiche.
Banda otticafenomenologia.
Analogia con fenomeni ondulatori di altra natura.
Tema nº 3 -- Interazione forte e debole dall'atomo al nucleo
-- Costituzione della materia.
Spettroscopia.
Evoluzione dei modelli atomici.
Fondamenti di fisica moderna: effetto fotoelettrico, esperienza di Franck e
Hertz.
Ipotesi di de Broglie, principio di Heisemberg.
-- Interazione forte.
Caratteristiche dei nuclei.
Fissione e fusione.
-- Decadimenti:particelle;metodi di indagine attuali
Tema nº 4 -- Dal microcosmo
al macrocosmo -- relatività
-- Gli oggetti celesti.
Il Sole: caratteristiche fisiche e parametri osservativi, irraggiamento, spettro
elettromagnetico, attività, ener gia termonucleare.
Stelle: parametri osservativi, classificazione spettrale, aspetti evolutivi,
origine degli elementi.
Galassie.
-- Fondamenti evolutivi della cosmologia.
-- Concetto di spazio e tempo assoluti.
I postulati della Relatività ristretta.
Simultaneità degli eventi.
Equivalenza massaenergia.
Ipotesi di relatività generale.
-- Modelli di universo.
(per l'indirizzo classico e linguistico)
La teoria della relatività ristretta, particolarmente signi ficativa per la
sua intrinseca coerenza e per l'eleganza con cui fonda le sue deduzioni su poche
e semplici suppo sizioni fondamentali, ha prodotto tra l'altro un nuovo at teggiamento
mentale, consistente nell'individuare la sim metria delle leggi, ovvero nello
studiare i modelli e le op erazioni per i quali le leggi fondamentali della
fisica risul tano di forma invariante. È bene evidenziare che la validità della
relatività ristret ta è subordinata alla lontananza degli oggetti e della luce
dalle grandi masse. In vicinanza di grandi masse è opportuno sottolineare che
i percorsi luminosi non sono più rettilinei nel senso clas sico e la geometria
cui ci si deve riferire non è più euclidea. In questo contesto si impone la
necessità di riflettere sul ruolo spettante alla geometria nella descrizione
del mondo fisico. Il laboratorio non potrà essere utilizzato direttamente come
supporto alla trattazione della relatività ristretta; in ogni caso si dovranno
almeno illustrare esperimenti , anche moderni, realmente effettuati, a conferma
della teoria. In particolare si potranno studiare le traiettorie delle particelle
prodotte in appositi eventi che si visualizzano in camere a bolle, onde mostrare
come la descrizione quanti tativa di tali eventi possa essere realizzata solo
ricorrendo a formule relativistiche.
Tema nº 1 -- Fondamenti della meccanica
-- Moti e sistemi di riferimento.
Moto rettilineo, moto su traiettoria curvilinea qualsiasi.
Moto circolare uniforme, moto armonico.
-- Forze e moti. Le tre leggi della dinamica.
-- Sistemi di riferimento inerziali e non inerziali. Forze apparenti.
Principio di relatività galileiana e trasformazioni di Galilei.
Principio di equivalenza.
-- Lavoro di una forza. Energia cinetica.
-- Quantità di moto e sua conservazione.
-- Sistema di corpi. Centro di massa. Momento di inerzia.
Corpo rigido. Momento angolare e sua conservazione.
-- (Condizioni generali di equilibrio).
-- (Mezzi continui deformabili. Fluidi. Equazione di Bernoulli. Viscosità).
Tema nº 2 -- Forze e campi
Parte I
-- Interazioni gravitazionali. Leggi di Keplero. La legge di gravitazione universale.
-- Interazioni elettrostatiche. La legge di Coulomb.
-- Campo gravitazionale e campo elettrostatico. Vettori g ed E. principio di
sovrapposizione dei campi.
-- Campi conservativi. Potenziale ed energia potenziale.
Circuitazione e flusso. Teorema di Gauss.
Capacità elettrica. Energia e densità di energia del campo elettrico.
-- Conservazione dell'energia.
-- Moto di masse in campo gravitazionale e moto di cariche in campo elettrostatico.
-- Interazioni magnetiche tra magneti, circuiti, cariche in moto.
-- Campo magnetico. Vettore B.
-- Campi non conservativi. Flusso e circuitazione di B, teorema di Ampere.
-- Moto di cariche in un campo magnetico. Forza di Lorentz.
Parte II
-- Campi elettrici e magnetici variabili. Induzione elettromagnetica. Energia
e densità del campo magnetico.
-- Equazione di Maxwell.
-- Conduzione elettrica. Conduttori, semiconduttori, isolanti.
Circuiti elettrici in cc e ca. Circuiti con elementi attivi e passivi.
Tema nº 3 -- Oscillazione e onde
-- Oscillatore armonico. Sistemi meccanici ed elettrici oscillanti. Energia
dell'oscillatore.
-- Oscillazioni smorzate, forzate, risonanza.
-- Onde e loro propagazione. (Velocità di fase e velocità di gruppo). Effetto
Doppler.
-- Onde sinusoidali e loro equazioni. Principio di sovrapposizione delle onde.
Teorema di Fourier.
-- Riflessione, rifrazione, interferenza, diffrazione, polarizzazione. Onde
stazionarie. Interpretazione dei fenomeni mediante il principio di Huygens.
-- Il suono. (Analisi armonica).
-- La luce. velocità della luce. Modello ondulatorio e corpuscolare.
-- (Il raggio luminoso come modello. Ottica geometrica e sua applicazione a
semplici sistemi riflettenti e rifrangenti).
-- Onde elettromagnetiche. Loro energia e quantità di moto.
-- Generazione, trasmissione e ricezione di segnali elettromagnetici.
Tema nº 4 -- Termodinamica e modelli statistici
-- Sistemi a gran numero di particelle. Parametri macroscopici, pressione, volume,
temperatura.
-- Equazione di stato dei gas perfetti.
-- Equilibrio termico e principio zero della termodinamica.
-- Energia interna e primo principio. Trasformazioni reversibili e irreversibili.
-- Secondo principio della termodinamica. Entropia.
-- La teoria cinetica dei gas. Distribuzione della velocità delle molecole di
un gas. Equipartizione dell'energia.
-- Definizione probabilistica dell'entropia. Ordine e disordine. Fluttuazioni
e moto browniano. Evoluzione spontanea dei sistemi complessi.
Tema nº 5 -- Quanti, materia, radiazione
-- Prime prove dell'esistenza degli atomi. La determinazione del numero di Avogadro.
La scoperta dell'elettrone e la determinazione del rapporto e/m. La determinazione
della carica elementare.
-- La spettroscopia come metodo di indagine. Emissione e assorbimento. Lo spettro
dell'atomo di idrogeno.
-- La quantizzazione dell'energia nella radiazione.
Corpo nero e ipotesi di Planck. Effetto fotoelettrico e ipotesi di Einstein.
-- La quantizzazione dell'energia nella materia. Modelli atomici, validità e
limiti. Esperimento di Frank e Hertz.
-- Dualismo ondacorpuscolo. Effetto Compton. Ipotesi di de Broglie. Esperimento
di Davisson e Germer.
-- Il principio di indeterminazione di Heisemberg.
-- Interpretazione probabilistica della funzione d'onda.
-- (Principio di corrispondenza).
-- (Principio di sovrapposizione. Particelle identiche).
-- (Interazione fra onde elettromagnetiche e materia).
-- (Sorgenti di radiazione continua, discreta, coerente).
-- (Stato solido: conduttori, semiconduttori, isolanti, giunzione).
-- (Il nucleo atomico).
-- (La radioattività).
-- (Interazioni fra particelle e materia).
-- (Radiazioni ionizzanti).
-- (Reazioni nucleari).
-- (Le particelle elementari).
Tema nº 6 -- Relatività
-- Invarianza della velocità della luce, prove sperimentali.
-- Principio di relatività.
-- Trasformazioni di Galilei e trasformazioni di Lorentz. Composizione delle
velocità.
-- Effetto Doppler relativistico.
-- Massa, impulso ed energia. Equivalenza tra massa e energia.
-- Problematiche connesse con la gravitazione: geometria dello spaziotempo
e redshift gravitazionale.
Tema nº 7 -- Universo fisico
-- L'osservatorio Terra.
-- Struttura e dinamica del sistema solare.
-- Sole: caratteristiche osservative, irraggiamento, spettro solare, morfologia,
attività superficiale.
-- Galassie: morfologia e struttura.
-- Metodi di indagine in astrofisica.
-- Fondamenti osservativi della cosmologia.
-- Modelli d'universo.
N.B. Si precisa che alcuni contenuti dei temi "Relatività e Universo fisico
" debbono essere trattati durante lo svolgimento degli altri temi: pertanto
il loro studio sistematico costituisce una fase di approfondimento e sintesi.
Gli argomenti tra parentesi sono facoltativi.
I corsi del triennio dovrebbero essere caratterizzati da una sistemazione disciplinare, che curi particolarmente gli aspetti di concettualizzazione e di formalizzazione delle elaborazioni teoriche. Si sottolinea in tal senso il ruolo della matematica come strumento di pensiero che accompagna il passaggio dai fatti alle teorie, dal concetto all'astratto, dalle ipotesi più grossolane alle sistemazioni più raffinate. Principi e teorie devono essere presentate facendo emergere la loro potenza unificante e l'importanza di mod elli e schemi rappresentativi. Si raccomanda di mettere in luce il cammino non sem pre lineare della conoscenza. La trattazione in chiave stori ca di alcuni argomenti, unitamente, alla lettura critica di pagine di classici della scienza e di brani di memorie origi nali, contribuiranno a far comprendere le ragioni dello sviluppo scientifico e, quindi, a migliorare la formazione culturale dello studente. È anche opportuno mettere in evidenza le problem atiche di ordine filosofico ed epistemologico connesse ai principi fisici. In questo senso si auspica il coordinamento con altre discipline. Talvolta sarà necessario evidenziare i legami tra scienza e tecnologia e, nel contempo, le profonde differenze es istenti tra esse, sia in termini di motivazione che di quadro epistemologico. Riguardo alla necessità di affrontare problematiche connesse al rapporto ScienzaSocietà, si ritiene opportuno sensibilizzare gli studenti anche attraverso attività didat tiche non strettamente curriculari. In tal senso l'intervento di "esperti" esterni alla scuola può arricchire quella rifles sione personale e collettiva alla quale la fisica contribuisce in maniera significativa. La scansione degli argomenti nei temi tiene conto del carattere di propedeuticità che alcuni di essi hanno rispetto ad altri e costituisce riferimento per i docenti ai fini della indi viduazione del percorso curriculare da seguire e degli esiti conclusivi da verificare al termine di ogni anno scolastico. At traverso la programmazione annuale saranno definiti l'impor tanza e il livello di approfondimento dei singoli argomenti. Il minor numero di ore previsto nell'indirizzo scientifi co rispetto a quello scientificotecnologico, unitamente alla minore attività di laboratorio di chimica e fisica effettuata nel biennio porta alla necessità, nell'indirizzo scientifico, di trattare alcuni aspetti con minore approfondimento.Potrà inoltre essere presa in considerazione l'opportunità di un diverso accento applicativotecnologico nei due indirizzi.
Quest'area non può prevedere contenuti prescrittivi. Il tema di lavoro dovrebbe
essere scelto di comune accordo tra insegnanti e studenti in relazione a esigenze
reali che scaturiscano dal territorio o da esperienze, -- preferibilmente extrascolastiche
degli allievi. Questa può essere un'occasione importante per vedere la scienza
in azione e per vederne in concreto la capacità di risolvere problemi per mezzo
di quegli strumenti formali acquisiti dagli allievi.