Sperimentazione di SUPERCOMET 2 nella comunità DRAGO

DRAFT da rivedere come concordato tra Michelini e Rossi
Sperimentazione di SUPERCOMET 2 nella comunità DRAGO
Marisa Michelini (1), Concetto Gianino (2)
(1)
(2)
Dipartimento di Fisica dell’Università degli Studi di Udine
Istituto di Istruzione Secondaria Superiore “Q. Cataudella” – Scicli (RG)
Abstract
SUPERCOMET è un progetto del programma Leonardo da Vinci dell’Unione Europea e
attualmente si trova nella fase II consistente, principalmente, nella sperimentazione in classe di un
percorso didattico multimediale altamente interattivo prodotto su supporto CD, per l’insegnamento
della superconduttività nelle scuole secondarie superiore. Al progetto partecipano diversi partner
nazionali ed europei con l’obiettivo di perfezionare il percorso e di creare una comunità
internazionale con competenze nel rinnovamento dell’insegnamento della fisica. Una delle
sperimentazioni si è sviluppata in rete utilizzando una classe virtuale nel quale erano iscritti studenti
provenienti da tre istituti nazionali. Questa attività, unica nel suo genere, è stata condotta dagli
autori e ha dato un valore aggiunto alla sperimentazione, poiché ha permesso di testare il percorso
anche quando l’azione di insegnamento-apprendimento non avviene in presenza ma tramite una
collaborazione in rete.
1. Il progetto Supercomet
In quest’ultimo decennio si è evidenziato, in tutta Europa, una sostanziale riduzione d’interesse
per la fisica da parte degli studenti già a livello secondario accompagnato da un sostanziale
analfabetismo scientifico che sicuramente avrà un effetto non positivo sulla risposta dei singoli
paesi alle sfide della moderna tecnologia. Le cause di tale preoccupante fenomeno sono sicuramente
molteplici, ma non sono da sottovalutare:
− la scadente cultura scientifica di base dei cittadini europei, fondamentalmente dovuta allo
scarso peso della formazione scientifica nei curriculi scolastici di base;
− la modesta attenzione fino adesso posta alla didattica e alla formazione degli insegnanti.
In Italia, stiamo sicuramente pagando la scarsa attenzione prestata agli aspetti didattici
nell’insegnamento della fisica, abbiamo fatto alcuni clamorosi errori, che gravano sull’immagine
della disciplina. Non abbiamo curato una differenziazione dell’azione didattica della fisica nelle
diverse scuole e ai diversi livelli, abbiamo molte volte privilegiato i risultati rispetto ai processi, ci
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siamo ostinati ad utilizzare modelli fisici in contesti astratti ideali, senza dare esperienza del modo
in cui si rendono utili a partire dal reale, il processo di formalizzazione non è quasi mai stato reso
esplicito, le approssimazioni e le semplificazioni sono dichiarate, ma poco motivate.
In questo quadro, proprio per dare un segnale concreto di svolta, per dare un contributo
all’inversione di questa paradossale tendenza, nasce il progetto SUPERCOMET. Si tratta di un
progetto del programma “Leonardo da Vinci” dell’Unione Europea giunto, in questo momento, alla
seconda fase di sperimentazione. Il progetto nasce, nella sua prima versione, alla fine dell’anno
2001 e si è concluso l’anno 2004. In questa fase iniziale si è prodotto un CD multimediale molto
interattivo che comprende animazioni, filmati di dimostrazioni sperimentali all’interno di un
percorso didattico che impiega metodi pedagogici moderni come l’apprendimento collaborativi e il
“problem solving”. Il CD, nell’attuale prima versione, è disponibile in lingua italiana, inglese,
norvegese e slovena ed è corredato con tutta una serie di tools di supporto alla didattica e
all’apprendimento, quali ad esempio: un glossario, una FAQ, un database di informazioni
sull’argomento oggetto di studio, diversi links di siti di interesse, un potente motore di ricerca. Il
progetto ha lo scopo fondamentale di introdurre la superconduttività fra i temi dei curricoli delle
nazioni europee. Oltre alla realizzazione del CD come fondamentale contributo, il progetto ha
prodotto una guida per l’insegnante che chiarisce i punti di vista pedagogici e i metodi di lavoro
suggeriti dall’applicativo, un corso di aggiornamento dedicato agli insegnanti coinvolti e si propone
di:
− sperimentare l’applicativo in classi reali in diverse parti dell’Europa;
− formare un gruppo di persone a livello accademico, politico e industriale per la
diffusione dei prodotti;
− organizzare una conferenza sull’insegnamento della fisica e per la pubblicazione e la
diffusione dei risultati del progetto.
Il progetto in questo momento si trova alla seconda fase, SUPERCOMET II, iniziata nel
2005 e tutt’ora in corso fino a dicembre 2006. Questa seconda fase oltre a recepire le finalità
precedentemente elencate si promette l’ulteriore obiettivo di promuovere nel maggior numero
possibile di paesi europei l’attività di diffusione di SUPERCOMET, organizzando corsi di
aggiornamento e attività di sperimentazioni più capillari nel territorio europeo, anche a livello
industriale.
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2. Il percorso didattico
L’applicativo SUPERCOMET su CD si compone di 6 moduli dei quali i primi quattro
affrontano argomenti classici di elettromagnetismo con la duplice finalità di evidenziare argomenti
fondamentali per comprendere a pieno la superconduttività e di individuare collegamenti trasversali
di raccordo fra gli argomenti della fisica. Gli argomenti sono affrontati in modo tale da rendere lo
studio dell’elettromagnetismo unitario e coerente e, soprattutto, interessante e appassionante per gli
studenti, facilitando il compito dell’insegnante. Gli ultimi due moduli, invece, sono dedicati
esplicitamente al fenomeno della superconduttività.
Tutti i moduli contengono simulazioni interattive di esperimenti virtuali con effetti grafici e
immagini in movimento che gli studenti possono seguire variando i parametri e osservando gli
effetti prodotti (vedi Fig.1 e Fig. 2).
Fig. 1 - Esempio di esperimenti virtuali previsti nel CD SUPERCOMET: comportamento magnetico dei
materiali (a sinistra) e simulazione dell’induzione elettromagnetica prodotta da solenoidi in movimento.
Fig. 2 – Simulazione della levitazione magnetica dei superconduttori (a sinistra) e delle linnee di vortici e
pinning (a destra) del CD SUPERCOMET.
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Molti degli esperimenti possono essere riprodotti in un laboratorio scolastico e quindi
permettono agli studenti di comprendere meglio la differenza fra una simulazione che nasce da un
modello teorico e l’esperienza di laboratorio nel quale si osserva un fenomeno reale con tutte le
inevitabili condizioni al contorno. Gli obiettivi didattici più importanti di SUPERCOMET sono
quelle di mostrare come si attua nell’evoluzione della scienza il processo di induzione-deduzione
insito nel metodo sperimentale, vale a dire come una teoria si correla alla realtà dei fatti, come gli
scienziati interpretano i dati per costruire una teoria. Inoltre, si cerca di evidenziare sia come la
scienza e la tecnologia interagiscono arricchendosi mutuamente e sia come sfruttano le idee
innovative.
Nello specifico gli argomenti affrontati nel percorso previsto dal CD sono suddivisi in:
modulo 1) Proprietà magnetiche di fili percorsi da corrente;
modulo 2) Proprietà magnetiche di bobine percorse da corrente e materiali;
modulo 3) Induzione elettromagnetica;
modulo 4) Conduzione elettrica;
modulo 5) Introduzione alla superconduttività;
modulo 6) Storia della superconduttività.
3. Il progetto Supercomet II in Italia
In Italia coordina l’attività, con l’ulteriore compito della revisione critica dei materiali
prodotti, l’Unità di Ricerca Didattica della Fisica di Udine (URDF), di cui è responsabile scientifico
Marisa Michelini, in collaborazione con Federico Corni dell’Università di Modena e Reggio Emilia
e Silvia Pugliese Iona dell’Associazione per l’Insegnamento della Fisica (AIF). L’attività di
sperimentazione è, invece, demandata alle seguenti scuole con i docenti referenti indicati in
parentesi:
Partner schools
1. Liceo Scientifico Statale M. Grigoletti - PORDENONE (Walter Manzon)
2. Ist. Tecnico Industriale A. Malignani - UDINE (Marta Buganza, Roberto Fiore)
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3. Ist. Statale Istr. Sup.R. D'Aronco – Gemona del Friuli (UD) (Giorgio Bretoni)
4. Liceo Scientifico Statale G. Marinelli – UDINE (Vilma Capocchiani)
Testing schools
5. Liceo Scientifico StataleTricarico – MATERA (Vincenzo De Lillo)
6. Ist. Statale Istr. Sup.A. Malignani – Cervignano del Friuli (UD) (Ester Iannis)
7. Ist. Istr. Sup.Q. Cataudella – Scicli (RG) (Concetto Gianino)
8. Liceo della Comunicazione "G. Toniolo" – BOLZANO (Stefano Monfalcon)
9. Liceo Scientifico "E. Torricelli" – BOLZANO (Diego Gottardi)
10. Liceo Scient. europeo "Salesiani-Reinerum" – BOLZANO (Gualtiero Giovanazzi)
11. Liceo Scientifico Ricci Curbastro – Lugo di Romagna (RA) (Enzo Cortesi)
Cooperating schools
12. IPSIA "G. GIORGI" – TREVISO (Fernando Biscaro)
13. ITIP "E. FERMI" – MODENA (Giacobazzi Mara)
I diversi attori collaborano in rete, condividendo esperienze, problemi e attività, utilizzando una
piattaforma messa a disposizione dall’URDF dell’Università di Udine.
4. Sperimentazione di SUPERCOMET in rete tramite il progetto DRAGO.
Rispetto a tutte le altre scuole che hanno condotto la sperimentazione del percorso didattico di
SUPERCOMET in una classe tradizionale, l’Istituto “Q. Cataudella” di Scicli (RG) ha eseguito la
sperimentazione in una classe virtuale sfruttando la comunità DRAGO, acronimo di Didattica in
Rete Applicando i Gruppi On-line. La scuola, infatti, è il polo di coordinamento nazionale della
comunità che è, attualmente, costituita da altre tre istituti: il Liceo “G.Berto” di Vibo Valentia,
l’Istituto “G.Carducci” di Comiso (RG) e il Liceo “Baratta” di Desenzano del Garda (BS).
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Il progetto DRAGO si prefigge di utilizzare le potenzialità di internet quale sistema per
interagire a distanza con lo scopo di affrontare lo studio di uno specifico argomento scientifico. La
rete internet sarà adoperata come ambiente di apprendimento in cui è possibile collaborare per
compiere ricerche, costruire e diffondere informazioni, risolvere problemi. Gli obiettivi generali del
progetto sono quelli di istruire gli allievi:
− usare metodi di interazione in rete asincrone (e-mail singoli e mailing list) e
sincrone (chat);
− compiere ricerche in rete tramite i motori di ricerca;
− lavorare in un ambiente web aperto e condiviso da più utenti;
− approfondire e/o studiare particolari argomenti a carattere scientifico scelti ogni
anno.
Sulla struttura e sulla organizzazione generale si rimanda all’articolo “Una esperienza di
collaborazione a distanza: “Progetto DRAGO” presentato a questo Convegno, invece, cercheremo
di presentare nel dettaglio la struttura particolare per la sperimentazione di SUPERCOMET.
In pratica, si è creato un gruppo virtuale Yahoo® denominato DRAGO_GIANINO, con il nome
del docente che ha coordinato l’attività, al gruppo sono stati iscritti 24 studenti tutti frequentanti
classi terminali e provenienti dalle diverse scuole partecipanti alla comunità, nel dettaglio: 8
studenti provenivano dalla sezione scientifica sperimentale PNI-Fisica dell’Istituto “Q.Cataudella”,
11 dalla sezione scientifica del Liceo “Berto” e 5 dalla sezione classica dell’Istituto “G. Carducci”
di Comiso. Gli studenti sono stati suddivisi in tre sottogruppi di lavoro, le attività di ogni
sottogruppo sono state coordinate da due studenti provenienti da scuole diverse. Considerato che
l’interazione fra gli attori poteva avvenire prevalentemente in rete è stato inviato ad ogni studente il
CD-ROM di SUPERCOMET che è stato seguito fedelmente.
L’ambiente di lavoro è il gruppo Yahoo®
Flussi di messaggi dell'intero gruppo di lavoro
(nella modalità di gruppo chiuso) e gli studenti sono
aveva a disposizione una cartella dove era possibile
salvare e condividere documenti, le comunicazioni
fra
elementi
di
sottogruppo
avvenivano
prevalentemente tramite e-mail singole. Tutto il
gruppo, invece, comunicava tramite una mailing-list
(vedi diagramma a fianco).
25
n ° m essag g i
suddivisi in sottogruppi di lavoro. Ogni sottogruppo
20
15
10
5
0
dic-05 gen-06 feb-06 mar-06 apr-06 mag-06
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Inoltre, a disposizione dell’intero gruppo si avevano: un database, un ambiente dove era
possibile inserire elenchi di link, un ambiente dove si potevano salvare e condividere fotografie
digitali, un’agenda dove inserire gli eventi e un ambiente di chat. La chat era utilizzata per riunioni
fra i soli elementi oppure fra docente e coordinatori di sottogruppi per coordinare le attività o,
ancora, per confronti diretti fra un sottogruppo e il docente. Considerato che alla chat intervenivano
contemporaneamente solo una parte dell’intero gruppo, onde evitare di sovrapporre più riunioni
nello stesso momento, si prenotava l’ambiente inserendo un evento nell’agenda del gruppo.
L’attività di DRAGO si è sviluppata, fondamentalmente, nelle seguenti quattro fasi:
− 1a fase (ottobre-novembre 2005): istruzione degli allievi alle principali funzioni della
piattaforma, attivazione di una casella di posta elettronica agli alunni che ne sono
sprovvisti, formalizzazione dell’iscrizione ai gruppi di lavoro, illustrazione dell’uso
della posta elettronica e prova pratica d’utilizzo, istruzione degli allievi all’uso dei
motori di ricerca di uso comune e prova pratica di utilizzo, illustrazione dell’ambiente di
lavoro del gruppo sul sito Yahoo, prove di interazione in rete dei partecipanti
nell’ambiente del sito Yahoo, presentazione del programma operativo, descrizione della
comunicazione sincrona in rete e funzionalità della chat, illustrazione dell’ambiente di
chat del gruppo e prove pratiche di utilizzo.
− 2a fase (dicembre): assegnazione dei compiti agli studenti, formazione dei sottogruppi e
individuazione degli studenti coordinatori, avvio delle attività nei gruppi virtuali.
− 3a fase (dicembre-marzo): avvio dei percorsi didattici sulla superconduttività previsti
da SUPERCOMET, analisi delle difficoltà e dei nodi concettuali emersi, condivisione e
discussione in rete degli argomenti, svolgimento delle esperienze di laboratorio e
discussione e condivisione in rete dei risultati.
− 4a fase (aprile-maggio): preparazione delle presentazioni per il meeting conclusivo.
Nella prima fase, tutti gli studenti che partecipano al progetto DRAGO seguono delle lezioni
preliminari in presenza, che hanno lo scopo di fornire loro le competenze minime per lavorare in
rete. Ogni gruppo di studenti è istruito sull’uso della posta elettronica e su tutti gli strumenti di
interazione previsti dai gruppi Yahoo®, nella propria scuola dai docenti che partecipano alle attività
di DRAGO. Poco prima delle vacanze di Natale è stata avviata l’attività di SUPERCOMET. In
pratica si è chiesto agli studenti di compiere il percorso didattico previsto dal primo modulo entro il
rientro dalle vacanze.
Al rientro dalle vacanze, è stata proposta una sequenza di domande, per verificare il livello
del sottogruppo e per stimolare una maggiore attenzione su alcuni nodi concettuali. Le domande
sono state concordate, preventivamente, con l’esperta del gruppo, Marisa Michelini. Le risposte,
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fornite dagli studenti, sono state analizzate, corrette e inserite nel gruppo. Con la stessa procedura si
sono affrontati tutti gli altri moduli.
Alle attività in rete sono state affiancate attività in presenza solo con gli studenti di Scicli,
nelle quali si sono svolte delle esperienze di laboratorio documentate con video e fotografie. I
risultati sperimentali e la documentazione prodotta sono stati condivisi e discussi in rete con tutti gli
altri studenti. In particolare sono stati svolti, sulla falsa riga delle simulazioni del CD, i seguenti
esperimenti:
− Esperimento di Oersted
− Linee di campo di un filo rettilineo
− Linee di campo prodotte da un magnete rettangolare intero e spezzato
− Moto di una sfera di ferro in prossimità di un campo magnetico prodotto da un magnete
rettangolare
− Esperimento di Pohl
− Linee di campo prodotte da una spira, da un solenoide e da una bobina
− Analisi qualitativa della legge di Lenz-Faraday-Neumann
− Il trasformatore
− Produzione di una tensione variabile da un campo magnetico variabile (alternatore)
− Analisi dell’equilibrio fra due magneti ad anello che sono impilati tramite un’asta
verticale.
− Analisi della caratteristica (V,I) di materiali che seguono e che non seguono la legge di
Ohm
Fig. 3 – Linee del campo magnetico di un filo rettilineo, costruite con il CD interattivo (a
sinistra) e individuate con aghi magnetiche in laboratorio (a destra).
L’attività di laboratorio è stata sicuramente un importante completamento del percorso di
SUPERCOMET, poiché ha permesso, agli studenti, di confrontare un esperimento virtuale, nel
quale il dispositivo è già pronto e risponde secondo le precise leggi di un modello teorico, con uno
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reale, nel quale invece occorre assemblare i dispositivi e riprodurre le condizioni prossime al
modello teorico (vedi ad esempio, le Fig.3 e Fig. 4).
Fig. 4 – Esperimento di Pohl simulato (a destra) e in laboratorio (a destra)
Come ogni anno il progetto DRAGO si conclude con un Meeting finale nel mese di maggio
nel quale gli studenti presentano i loro lavori. Il Meeting quest’anno, considerato che il progetto era
anche inserito fra le attività del progetto “Lauree scientifiche”, coordinate dalla prof.ssa Jossette
Immé del Dipartimento di Fisica di Catania, si è svolto proprio a Catania nei giorni 14, 15 e 16
maggio presso l’Aula Magna del Dipartimento di Fisica e Astronomia. Gli studenti che hanno
svolto l’attività di SUPERCOMET hanno presentato il percorso ai compagni, ai docenti della
comunità DRAGO, ai docenti universitari presenti al Meeting e agli esperti del progetto.
Conclusioni
L’attività di sperimentazione prevista da SUPERCOMET II ha coinvolto diverse scuole
europee, ma, solo in Italia, si è avviata una sperimentazione in rete che ha coinvolto una classe
virtuale, grazie ad una stretta e fruttuosa collaborazione fra la comunità DRAGO e l’URDF di
Udine. A conclusione di questa attività si può sicuramente affermare che questa sperimentazione ha
fornito un valore aggiunto sia al progetto DRAGO e sia al progetto SUPERCOMET. Il CD
interattivo ha una struttura che può essere sicuramente impiegata per una didattica a distanza, a
condizione che il lavoro del docente sia costantemente supportato da un esperto che lo aiuti a
sviscerare i nodi concettuali e a non limitare l’apprendimento alla sola conoscenza degli argomenti.
Infatti, considerata l’eterogeneità degli studenti, sia dal punto di vista della loro formazione di base
e sia da quella della scuola di provenienza, il docente, non avendo un contatto visivo e diretto con
gli attori, rischia di sopravalutare il grado di comprensione degli argomenti raggiunto dai singoli
studenti. Il meeting finale, comunque, fornisce una ulteriore indicazione sul livello di conoscenze e
comprensione degli argomenti, pertanto rappresenta un ulteriore momento di apprendimento nel
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quale è ancora possibile stimolare gli allievi ad una revisione e ad un approfondimento delle
tematiche sviluppate.
Bibliografia
− M. Euler, “Qualità development: challenger to physics education”, GIREP seminar
proceeding, M.Michelini Ed., Forum 2004
− Per dettagli e aggiornamenti sul progetto SUPERCOMET si rimanda a
www.supercomet.no
− Per dettagli sul progetto DRAGO si rimanda a
http://www.istruzione.it/innovazione/progetti/progetti_pilota_set.shtml