Suggerimenti didattici
Orientamento
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Uno dei temi fondamentali, soprattutto nelle scuole elementari, ma
che viene riproposto in tutti i livelli scolastici, è l'orientamento.
Molto spesso si usa il metodo di introdurre i punti cardinali attraverso
lo studio dell'ombra di un bastone dopo aver osservato il moto apparente
diurno del Sole. In realtà in questa operazione si dà per
scontato che il bambino sappia già che il Sole sembra percorrere
cammini diversi in giornate diverse; poche volte, prima di questa esperienza,
viene fatto osservare ai ragazzi il fatto che il Sole non ci sembra sorgere
dallo stesso punto sull'orizzonte durante l'anno. Questo è confermato
dal fatto che molti ragazzi, almeno tra quelli a cui ho posto la domanda
(212 bambini di terza elementare durante l'anno scolastico 98-99 e che
quindi frequentano il Planetario), non sembrano notare una variazione dell'altezza
del Sole sull'orizzonte durante un anno: questo dato mi sembra significativo
in quanto ci ricorda la "non osservazione" o comunque la scarsa osservazione
di uno dei più semplici fenomeni naturali.
Credo sia quindi importante far prima un lavoro di osservazione del
Sole in giornate diverse, ma alla stessa ora e solo successivamente introdurre
l'osservazione del Sole durante le ore attorno al mezzogiorno per portare
i bambini alla determinazione della linea meridiana.
Lo gnomone usato ha le forme più diverse: da un semplice bastone,
a un bastone appuntito o ancora meglio un bastone con all'estremità
una barretta metallica con un foro; in quest'ultimo caso l'immagine luminosa
del foro ci permette di studiare il moto apparente del Sole tentando di
eliminare, il più possibile, gli effetti di diffrazione.
Riprodurre in una scuola media o in una scuola superiore il percorso
con lo gnomone è, a mio avviso, discutibile e forse poco produttivo:
i ragazzi si stancano e si annoiano di situazioni già viste. Ritengo
però questo un concetto importante e la sua riproposizione in modi
diversi può costituire un momento di consolidamento di informazioni
già acquisite. È estremamente utile a questo proposito utilizzare
meridiane ed orologi solari che siano presenti sul territorio; nel caso
di Bologna: la meridiana di San Petronio, le corti del quartiere Savena,
la meridiana posta sul muro di una casa di via San Vitale, in modo da spingere
i ragazzi ad osservare, utilizzando, e quindi appropriandosi, di uno degli
elementi fondamentali del metodo scientifico: l'osservazione.
- Proprio per questo l'osservazione del moto apparente del Sole nell'arco
di un giorno, ma poi anche nell'arco dell'anno, può essere svolta
nel seguente modo senza dover per forza ricorrere ad uno strumento e a
un metodo già usato come quello della meridiana.
Basta avere a disposizione una scatola da scarpe o ancora meglio una
scatola di compensato, internamente scura e opaca e perfettamente chiusa.
Su una parete interna della scatola si appoggia un foglio di carta fotosensibile
(ovviamente l'operazione di sistemazione della carta fotosensibile va fatta
al buio), sulla parete opposta si è fatto un forellino senza sbavature
di tre-quattro millimetri. Si cerca una finestra con davanzale esposto
a Sud, si traccia sul davanzale il contorno della scatola in modo da poterla
spostare mantenendo la stessa posizione e si espone la scatola al Sole
una volta ogni ora (il periodo può essere scelto dai ragazzi) per
circa tre, quattro minuti (il foro va scoperto dopo che la scatola è
stata messa in posizione e coperto prima di spostarla).
La luce Sole, entrando attraverso il foro, lascerà una traccia
sulla carta sensibile sul fondo della scatola. Alla fine della giornata
potremo, al buio, levare la carta e farla sviluppare (basta metterla nel
fissaggio senza fare tutte le operazioni di stampa di una fotografia).
Avremo tutta una serie di grossi punti che rappresentano il moto del Sole
nella giornata considerata; i punti possono essere uniti fino ad ottenere
una curva.
L'esperimento può essere ripetuto in periodi diversi dell'anno,
ma per fare questo avremo bisogno di poter riprodurre con estrema facilità
la posizione della scatola altrimenti diventa complicata la riproduzione
dell'esperienza stessa e il confronto dei dati. Si può così
misurare il "cammino" del Sole durante un'ora direttamente misurando la
distanza fra due macchie successive lasciate dal Sole sulla carta in due
misurazioni successive.
Lo strumento, invece di essere posto su un davanzale, può essere
posizionato su un piedistallo inclinato in modo da tener conto della latitudine
geografica del luogo, in modo tale cioè che l'asse dello strumento
punti verso la Polare. Ripetendo l'esperienza in periodi diversi dell'anno
(fine settembre, gennaio, marzo, fine maggio) otterremo una serie di punti
che danno origine a curve che risultano essere diverse. Questo serve a
ribadire il concetto che il Sole non si trova sempre alla stessa altezza
sull'orizzonte nell'arco dell'anno.
A questo punto si può procedere con la costruzione di una meridiana,
di un orologio solare, di un quadrante, che permetta l'applicazione di
alcuni concetti già acquisiti. Chiaramente queste ultime fasi sono
più semplicemente fattibili con ragazzi delle scuole medie e medie
superiori, dove diventa argomento fondamentale nei corsi di geografia astronomica
il concetto di tempo. Per un ragazzo di scuola elementare, e per alcuni
versi anche di scuola media, è fondamentale il concetto di mezzogiorno
locale per permettergli di affrontare un discorso sulle convenzioni mentre
quando parliamo a ragazzi delle superiori diventano importanti altri concetti,
ammesso che i primi siano già stati acquisiti.
- Per i ragazzi delle superiori può essere interessante invece
costruire un sestante e procedere a una misurazione che tenga conto degli
errori di misura. Una esperienza di questo tipo è stata presentata
alla mostra "Quando il Sole si nasconde" dagli insegnanti E. Baiada e M.
Baldazzi eseguita con due prime classi dell'ITIS Belluzzi di Bologna durante
le ore del laboratorio di Fisica (attualmente una scelta dei lavori della
mostra è visibile in http://www.pd.astro.it/solescuro). In questa
esperienza la fantasia e la creatività dei ragazzi si è sbizzarrita
nella costruzione di strumenti eseguiti con materiali molto diversi. In
questa situazione, in cui gli insegnanti sono docenti di fisica, "scopo
dell'esperienza è quello di approfondire i concetti di teoria della
misura; ha però il difetto di essere molto lunga. Questo è
uno svantaggio perché spesso i ragazzi perdono spinta quando un
lavoro si protrae troppo, ma è anche un pregio perché dà
l'idea di un lavoro vero, che non può esaurirsi, come le esperienze
didattiche, nello spazio dei 100 minuti di laboratorio".
- Allo scopo di invitare i ragazzi all'osservazione del cielo, anche
notturno, occorre che sappiano riconoscere i gruppi di stelle più
importanti per l'orientamento, in particolare Carro Grande, Cassiopea e
quindi la Polare. Può quindi essere utile l'utilizzo di un semplice
strumento costituito di due cerchi, uno più grande dell'altro. Nel
più piccolo vengono disegnati i gruppi di stelle detti prima; il
secondo invece viene diviso in 24 spicchi su cui, in verso antiorario,
vengono scritte le ore del giorno. Montati uno sovrapposto all'altro e
fermati da un'asola metallica attraverso la quale guardare la Polare, possono
ruotare l'uno sull'altro, permettendo di osservare, al trascorrere delle
ore, il moto apparente del cielo. È in pratica una semplificazione del
notturnale che è però di più semplice lettura per
i bambini, anche perché sono presenti poche costellazioni e quindi
più facilmente identificabili nel cielo. Lo stesso strumento può
poi anche essere utilizzato per l'orientamento perché, traguardando
la Polare dal foro, permette di individuare il Polo Nord celeste e quindi,
abbassando una perpendicolare sull'orizzonte, il punto cardinale Nord.
Distanze, dimensioni e riproduzioni in scala
- Quando parliamo di sistema solare, solo per citare gli oggetti più
vicini alla Terra, molto difficilmente riusciamo a capire e quindi a far
capire le distanze "reali" che esistono tra i vari corpi, i numeri hanno
"troppi zeri", sono cioè troppo grandi per poter essere visualizzati.
Inoltre tutte le volte che gli studenti utilizzano una carta geografica,
sono abituati a lavorare con delle riproduzioni in scala; l'estensione
di questo concetto anche a distanze astronomiche è per loro quasi
immediato. Proprio per questo ritengo importante tentare di dare almeno
un'idea di questi valori in modo che i ragazzi capiscano che le riproduzioni
che loro vedono di questi oggetti sui libri non sono in scala e inoltre
che le dimensioni della Terra rispetto a quelle di altri corpi celesti
sono trascurabili. Una delle prime rappresentazioni che si può fare
e che bene si presta a far comprendere le dimensioni relative dei corpi
celesti è di fare una riproduzione del sistema Sole-Terra-Luna.
Tabella 1.
Ritengo questo lavoro particolarmente adatto per ragazzini dell'ultimo
ciclo delle elementari, soprattutto in questo periodo in cui abbiamo assistito
da poco all'eclisse solare, anche perché permette un avvicinamento
al discorso delle distanze astronomiche. Nelle ultime classi elementari
è già stata fatta la riduzione in scala e quindi i ragazzi
dovrebbero essere in grado di ricostruirsela con abbastanza chiarezza (la
scala proposta è di 1 a 1 miliardo).
- Il passaggio successivo della riproduzione in scala di tutto il sistema
solare ci fa cambiare le dimensioni sia dello spazio necessario per costruirlo
che della scala; sarebbe pertanto utile che i ragazzi eseguissero loro
stessi la riduzione e proprio in questo caso devono sapere già eseguire
le proporzioni, strumento enormemente utilizzato nella scuola media inferiore.
Nel caso invece siano ragazzi di scuola elementare, tranne alcune eccezioni,
si possono dare i calcoli già eseguiti e limitarsi ad una rappresentazione.
In questo caso l'importanza dell'attività è legata al fatto
che ciò che si costruisce, che si riproduce, tende a essere ricordato:
la ricostruzione è quindi un momento di consolidamento delle conoscenze
acquisite. In genere la scala che suggerisco è di 1 a dieci miliardi:
questo permette di "vedere" i diversi corpi, e contemporaneamente di vedere
la distanza complessiva che è di circa seicento metri; una scala
maggiore fa perdere il concetto di "insieme" rendendo però più
visibili le dimensioni dei pianeti, una minore permette di vedere meglio
l'insieme, ma non rende apprezzabile la grandezza delle dimensioni dei
pianeti stessi.
Tabella 2.
Occorre ricordare agli studenti l'unità di misura in cui stiamo
facendo la riproduzione. Al termine dell'esperienza i ragazzi non avranno
chiare le dimensioni reali, avranno però almeno un'idea della lontananza
di corpi celesti presi in esame. È un argomento particolarmente interessante
da un punto di vista interdisciplinare perché, se come stiamo facendo
in questo periodo, la riproduzione avviene sulla strada di una città,
il posizionamento dei pianeti permette uno studio di palazzi, piazze di
monumenti storici che si trovano lungo il cammino. Uno degli obiettivi
di esperienze didattiche di questo tipo è far comprendere che lo
spazio all'interno del sistema solare è essenzialmente vuoto, quasi
tutta la materia è contenuta nel Sole.
Dimensioni del Sole
- Quella che presento ora è una semplice esperienza, già
nota, particolarmente utilizzabile in una scuola media o in un biennio
delle scuole superiori. In particolare per le scuole medie è un
modo di applicare le proporzioni, particolarmente utilizzate in questo
tipo di scuola, ad un'esperienza pratica. Partiamo dall'ipotesi di conoscere
la distanza del Sole dalla Terra e usiamo un semplice tubo chiuso ad un'estremità
con della pellicola di alluminio, ma con un piccolo foro al centro. Dalla
parte opposta una carta semitrasparente, possibilmente millimetrata in
modo da facilitare la lettura. La luce del Sole entra attraverso il foro
e produce una macchia luminosa dall'altra parte. Inversamente, possiamo
dare per note le dimensioni del diametro solare e calcolare la distanza
Terra-Sole.
A seconda dell'età dei ragazzi che eseguono l'esperienza, questa
può essere utilizzata per dimostrare come da semplici calcoli si
possano ottenere risultati accettabili. La stessa esperienza può
essere riprodotta con tubi di lunghezza diversa ottenendo così dimensioni
della macchia diverse: più lungo è il tubo, più larga,
ma più "sfuocata" risulta la macchia. Più corto è
il tubo, più nitida è la macchia e quindi facilmente leggibili
risultano essere le sue dimensioni. Nel primo caso gli errori di lettura
incidono meno che nel secondo. Sei ragazzi sono delle superiori questo
permette di affrontare il discorso dell'errore e quindi del metodo più
idoneo per ottenere alcuni tipi di risultati.
Figura 1. Misura del diametro solare
D = distanza dal Sole; L = lunghezza del tubo x = diametro del Sole;
d = diametro dell' immagine solare sul foglio di carta.
Noto D dai testi, misurando d ed L, possiamo ricavare x dalla semplice
proporzione: D/L= x/d
Le macchie solari
- Gli studenti sono ormai abituati a pensare al Sole come a un oggetto
fermo; l'idea che spesso hanno di fermo, è un po' particolare perché
spesso per loro vuol dire anche stabile, che non si modifica. Sanno ormai
tutti, che il Sole fra molto tempo "si spegnerà", ma questo sembrano
ritenere accadrà all'improvviso: nel frattempo il Sole sta fermo
e rimane uguale a se stesso. Proprio per far comprendere che "l'essere
fermo" è diverso dall'essere costante nella forma e nell'aspetto
fisico, nasce la proposta di un lavoro sulle macchie solari sperimentato
quest'anno al Planetario grazie alla collaborazione con uno studente di
fisica dell'Università di Ferrara.
L'idea è che i ragazzi osservino indirettamente il Sole (viene
così introdotta anche l'idea di osservazione e "misura" indiretta
di un corpo). Per fare l'esperimento abbiamo ovviamente bisogno di giornate
di Sole, e di giornate non di Sole quieto, cioè giornate in cui
siano presenti sulla superficie del Sole le macchie solari. Si punta il
telescopio, il foglio bianco dalla parte opposta dell'oculare e si osserva
sul foglio bianco l'immagine che appare. Il momento dell'osservazione è
estremamente importante in parte perché spesso è il primo
momento in cui i ragazzi vengono a contatto con uno strumento astronomico
e quindi l'osservazione può costituire un momento di rinforzo dell'interesse.
Proprio per questo aspetto di rinforzo può essere anche un buon
momento intermedio in un percorso di scienze o un momento finale di conclusione
dell'attività: buon momento per ogni livello di scuola (l'esperienza
è stata fatta con classi finali dei tre ordini di scuola).
Dopo l'osservazione c'è un momento di analisi di immagini preparate
da altri: diapositive con immagini del Sole in diversi giorni. Le immagini
proiettate in sequenza permettono di vedere uno spostamento delle macchie
sulla superficie solare. Dopo un altro momento di osservazioni indiretta,
si può passare a visitare il sito internet dove sono visibili le
immagini eseguite da astronomi professionisti di diverse località.
Questo ultimo momento non è casuale o di effetto, può servire
ad introdurre o meglio a consolidare le informazioni relative alla rotazione
diurna della Terra. In effetti si trovano alcune immagini, mentre quelle
provenienti da altri paesi non sono ancora visibili.
Ritengo questo momento estremamente importante perché, visto
l'inserimento di questo percorso all'interno del'iter scolastico, serve
per ribadire concetti precedenti, ma sull'acquisizione dei quali non c'è
più stata alcuna verifica né alcun controllo e ben sappiamo,
come insegnanti, che o le informazioni vengono riprese, oppure vengono
in parte dimenticate e in parte rimosse.
I fusi orari
- È un argomento trattato essenzialmente in quinta elementare, successivamente
non viene più ripreso in nessun livello di scuola, dove viene comunemente
dato per acquisito. In realtà è un argomento che nasconde
notevoli insidie in quanto i bambini sono abituati a lavorare con meridiani
e paralleli, soltanto raramente lavorano con rappresentazioni cartografiche
particolari, quindi fanno fatica a capire la differenza fra fusi orari
e meridiani. Per questa attività è opportuno che i ragazzi
abbiano acquisito il concetto che il mezzogiorno è tipico del punto
in cui ci si trova (basta spostarsi di un po' e l'attimo è diverso);
e il "moto diurno della Terra".
Permette di affrontare diversi problemi, quali:
- problema del punto sulla Terra in cui considerare linizio del giorno
- necessità di affrontare l'importanza dell'idea di convenzione
Inoltre, sotto un argomento di questo tipo c'è il discorso della
convenzionalità, della comodità anche economica, di alcune
scelte. Proprio per questo credo che per affrontare un argomento di questo
tipo sia più utile partire da un lavoro storico mettendo in evidenza
quindi la necessità, la comodità della convenzione e quindi
l'utilità della introduzione di un nuovo reticolato che risulta
notevolmente diverso da quello dei meridiani e dai paralleli. A questo
proposito è utile un piccolo strumento che permette di semplificare
la spiegazione.
Costruzione: si parte da una semplice fotocopia di un testo che contenga
una carta con i fusi orari e quindi una rappresentazione rettangolare.
La si arrotola e la si chiude alle due estremità: otteniamo così
una rappresentazione in qualche modo cilindrica. Illuminandola con una
torcia e facendola ruotare si può notare la variazione delle ore
nei diversi paesi.
Credo che sia importante a questo punto ricordare che la Terra è
suddivisa in 24 fusi uguali tra loro; in ogni fuso l'ora è quella
del meridiano centrale del fuso. Gli eventuali spostamenti delle linee
ottenute e che spesso vediamo nei libri sono dovuti a aggiustamenti delle
singole nazioni o di gruppi di nazioni per superare problemi interni.
La Luna e le sue fasi
- Altro corpo particolarmente interessante nel sistema solare è
la Luna che è sicuramente intrigante con il fatto di essere visibile
alle ore più impensabili durante la giornata. In effetti i bambini
delle elementari partono dall'idea che la Luna è l'astro notturno,
mentre il Sole quello diurno e non sembrano avere osservato che la Luna
la si vede spesso anche di giorno. Questa è una osservazione che
va sollecitata, non è un'osservazione che riescano a fare autonomamente,
se non in casi particolari; sembra quasi che la Luna che vedono durante
le ore diurne, proprio per il fatto che appare bianca, non sia la stessa
che vedono di notte. Proprio ancora per sollecitare l'osservazione, una
delle proposte che faccio è quella di osservare la Luna durante
il giorno e di disegnare come la vedono tenendo così quello che
chiamano un diario lunare.
Questo tipo di osservazione è decisamente un lavoro lungo e
complicato, in quanto i ragazzi devono giungere a capire da soli che è
importante fissare il punto di osservazione, che è importante determinare
da che parte dell'orizzonte stanno guardando e non credo che sia utile
dare troppi consigli; occorre invece che procedano per prove ed errori,
anche perché in questo modo giungono ad osservazioni sempre più
accurate aggiungendo sempre maggiori particolari alle informazioni che
acquisiscono da queste loro osservazioni: ad esempio un bambino di quinta
elementare mi diceva: "quando vedo la Luna di mattina ha sempre la pancia
rivolta dalla stessa parte".
È una proposta didattica che riservo a ragazzi di quinta elementare
o di scuola media, dove è già stata sperimentata. Obiettivo
finale di questa esperienza è che la classe, dopo numerose osservazioni,
riesca ad indicare una giornata in cui possiamo osservare la Luna durante
le ore diurne e poi tirare tutte le conclusioni possibili su come osservare
la Luna, quale posizione occupa nel cielo e come orientarsi con la Luna.
Oltre che abituarli all'osservazione, scopo dell'esperienza è avvicinarli
alla comprensione delle fasi lunari che risultano al termine del lavoro
abbastanza chiare, soprattutto se alcuni concetti vengono supportati dall'uso
di strumenti come il tellurio. ,
Le stagioni
- Argomento particolarmente complicato sembra essere quello delle stagioni
che troppo spesso vengono liquidate nei sussidiari delle scuole elementari
come dovute a una vicinanza o una lontananza della Terra dal Sole senza
tener conto che la rappresentazione piana del fenomeno è di difficile
lettura e genera errori di comprensione. Il moto orbitale della Terra attorno
al Sole alle dimensioni delle immagini dei testi è una circonferenza
(la differenza di distanza dell'afelio rispetto al perielio è irrilevante
quando le dimensioni dell'immagine complessiva sono massimo 10 cm) l'immagine
che vediamo è però vista "in prospettiva" e quindi risulta
schiacciata proprio agli equinozi e quindi questi appaiono, a una lettura
superficiale, essere i punti in cui la Terra è più vicina
al Sole. Molto spesso inoltre la vicinanza e la lontananza della terra
dal Sole vengono indicati come causa delle stagioni. Troppo spesso, nell'affrontare
questo argomento, ci si dimentica e quindi lo facciamo dimenticare anche
ai nostri allievi, che quando parliamo dell'alternarsi delle stagioni ci
riferiamo ad un fenomeno che avviene nel singolo paese, nella singola località,
nel singolo "emisfero" e come tale deve essere esaminato.
Ritengo utile a questo proposito l'uso del classico tellurio
o anche delle palline di gommapiuma illuminate da una torcia o da una candela.
Partendo dalla situazione in cui l'asse di rotazione della Terra è
perpendicolare al piano dell'orbita, ed esaminando con i ragazzi quali
problemi emergono si giunge, per approssimazioni successive al moto della
terra rispetto al sole (o viceversa del Sole rispetto alla Terra). Sono
esperienze banali, di uso comune, le conclusioni risultano molto spesso
molto meno ovvie di quello che avremmo creduto. Resta comunque vero che
un'esperienza di questo tipo, che deve essere ovviamente svolta in un ambiente
totalmente buio, rimane impressa nella mente dei bambini, come rimangono
anche impresse le conclusioni che si generano dalla discussione successiva.
Conclusioni