Il metodo delle scienze - Istituto Comprensivo "G. De Petra"

ISTITUTO COMPRENSIVO
DI SCUOLA INFANZIA, PRIMARIA E SECONDARIA DI PRIMO GRADO
DISTRETTO SCOLASTICO N.10
66043 CASOLI (CHIETI)
Via San Nicola, 34 Tel 0872/981187 Fax 0872993450 Cod.Fiscale 81002140697 Cod.Mecc. CHIC80600P
e-mail [email protected] - web www.istitutocomprensivocasoli.it
Dir. Scolastico dott.sa Anna Di Marino
“Il metodo delle scienze”
I Fase
motivazionale
V Fase
“Ricostruiamo il percorso
e autovalutiamoci”
II Fase
“ Osservare e misurare “
IV Fase
“Dall’ipotesi alla teoria”
III Fase
“Misurare e organizzare dati …”
I docenti introducono i ragazzi al metodo sperimentale attraverso:
• una riflessione iniziale mediante domande-stimolo:
Cosa studia le scienze?
Cos’ è un fenomeno?
Come si studia un fenomeno naturale?
• l’individuazione delle fasi del metodo sperimentale e la scoperta
dell’evoluzione storica del metodo di studio delle scienze
• lo studio di un semplice fenomeno vicino al proprio vissuto con il
metodo scientifico.
I docenti stimolano i ragazzi a riflettere:
 sull’importanza dell’osservazione e sulle variabili “contesto,
spazio e tempo” che possono influenzarla e determinarla;
 sulla differenza tra osservazione, qualitativa basata sui sensi e
quella quantitativa, che porta all’esigenza di misurare
mediante strumenti per ricavare dati numerici;
 sui vari strumenti di misurazione con analisi tecnica degli
stessi.
I docenti portano i ragazzi a:
 riflettere su cosa significa “misurare” (caratteristiche e funzioni)
 scoprire la necessità di unità di misura condivisi
 ricercare il percorso storico del misurare, dagli antichi alla nascita del sistema
internazionale di unità di misura con le sette grandezze fondamentali e quelle
derivate
 analizzare i vari strumenti di misurazione attraverso l’analisi tecnica degli
stessi
 scoprire “l’inevitabile errore” che si compie durante la misurazione
 individuare la differenza tra:
- errore sistematico
- errore casuale
mediante esperienze di:
- misurazione (libro, banco, aula…),
- raccolta dati,
- confronto dei dati raccolti,
- organizzazione dei dati raccolti mediante tabelle
- rappresentazioni grafiche: istogrammi, areogrammi, grafici cartesiani.
I docenti guidano i ragazzi a riflettere sulla strada che lo
scienziato deve ancora percorrere:
 analisi e interpretazione dei dati
 formulazione di ipotesi
 verifica dell’ipotesi
 socializzazione del risultato agli altri scienziati, che
eseguono ulteriori verifiche e, solo al termine di questo
lungo cammino l’ipotesi, se confermata, diventa teoria
o legge.
I docenti invitano i ragazzi a:
 elaborare definizioni condivise dei concetti fondamentali
del metodo sperimentale;
 rievocare e ricostruire il percorso svolto (attività e
finalità);
 esprimersi sull’utilità del percorso svolto (E’ stato utile?
Perché? Cosa hai appreso? Cosa ti ha aiutato
maggiormente ad apprendere? Cosa invece hai trovato
più complicato? Perché?).
1. IL METODO SPERIMENTALE
(Doc. Sperimentatrice prof.ssa G. Maesa CLASSE 1^ C sc. Sec. di I grado Casoli)
2. “MISURARE” SIGNIFICA …
(Doc. sperimentatrice prof.ssa M. Di Lorenzo classe 1^ B sc. Sec. di I grado Casoli)
3. COSA E COME MISURARE
(Doc. sperimentatrici prof.sse F. Del Pizzo/A. Pugliese classe 1^ B sc. Sec. di I grado
Altino)
4. OSSERVIAMO, RILEVIAMO E RAPPRESENTIAMO
(Doc. sperimentatore prof. M. Di Prinzio classi 1^B/1^C sc. Sec. di I grado Casoli)
Dopo aver introdotto gli alunni al metodo sperimentale attraverso una riflessione
iniziale su cosa studia le scienze, su cos’ è un fenomeno, su come si studia un
fenomeno naturale e aver individuato le fasi del metodo sperimentale, i ragazzi
scoprono e sintetizzano l’evoluzione storica del "metodo delle scienze".
Gli alunni svolgono e condividono una breve ricerca su
"Gli Antichi " …
Osservazione: i fulmini
Legge: Zeus, arrabbiato li
scaglia.
Zeus nella religione greca è il re, capo, sovrano degli dèi, il sovrano dell'Olimpo,
il dio del cielo, del tuono.
Uno dei suoi simboli era la folgore. Con essa:
- poteva folgorare chi voleva,
- puniva l’empietà, l’ingiustizia e la
ribellione degli altri dèi.
… Aristotele …
Aristòtele (Stagira 384-83 a. C. - Calcide 322 a. C.).
Filosofo greco, fu uno dei più grandi pensatori dell'antichità e di tutti i
tempi.
È stimato da secoli come l'emblema dell'uomo sapiente e come
precursore di scoperte.
La sua attività di ricerca è stata prodigiosa: ha affrontato studi di
metafisica, fisica, biologia, psicologia, etica, politica, poetica, retorica
e logica, discipline cui diede veste sistematica, creando una vera e
propria "enciclopedia del sapere" che ha dominato la cultura
occidentale sino al XVII secolo.
… Galileo Galilei
Galileo Galilei (Pisa 15 febbraio 1564– Arcetri, 8 gennaio 1642.
Fisico, filosofo, astronomo e matematico italiano, è considerato
il padre della scienza moderna.
Introdusse il metodo scientifico detto anche metodo galileiano o
metodo scientifico sperimentale.
Le sue scoperte scientifiche-astronomiche sono molto
importanti ed hanno contribuito alla nascita della fisica moderna
avviando al tramonto la fisica aristotelica.
La docente propone lo studio di un semplice fenomeno attraverso la
verbalizzazione e la visualizzazione delle fasi del metodo
sperimentale (anche per favorire i diversi stili cognitivi).
I ragazzi mostrano:
- interesse, curiosità per ciò che li circonda,
- desiderio di capire leggi e regole, di studiare
fenomeni complessi.
La docente afferma che:
- l’avventura dello scienziato parte dalla curiosità
per quello che ci sta intorno
- ricercherà e indagherà fino a quando non troverà
una risposta alle proprie curiosità!
Gli scienziati studiano fenomeni complessi!
Come?
Per promuovere una riflessione sull’importanza della misurazione, la
docente dopo aver proposto una ricerca sul percorso storico del
misurare, dagli antichi alla nascita del Sistema Internazionale (SI) di
misura con le sette grandezze fondamentali e quelle derivate, favorisce
nei ragazzi la scoperta dell’“inevitabile errore” che si compie durante la
misurazione, l’individuazione della differenza tra:
 errore sistematico
 errore casuale
mediante esperienze di:




misurazione (libro di scienze e semi),
raccolta dati,
confronto dei dati raccolti,
organizzazione dei dati raccolti mediante tabelle, rappresentazioni
grafiche: istogrammi, areogrammi, grafici cartesiani
• Misuriamo la larghezza del
libro di scienze,
• raccogliamo i dati,
• elaboriamo i dati,
• calcoliamo la media,
• valutiamo l’errore,
• calcoliamo le percentuali,
• rappresentiamo i dati con:
- un istogramma
- un aerogramma
quadrato
Rappresentiamo i dati con un ISTOGRAMMA
Rappresentiamo i dati con un
AEROGRAMMA QUADRATO
Per far comprendere l’utilizzo del GRAFICO CARTESIANO,
la docente propone un’ attività di sperimentazione
centrata sulla misurazione di semi (fagioli e ceci), ripetuta
nel tempo, prima e durante la fase di germinazione.
a) I ragazzi, guidati dall’insegnante,
progettano, realizzano, verbalizzano, visualizzano
l’esperienza seguendo lo schema:
Prova sperimentale
Materiale
Conclusione
Esecuzione
Cosa
Materiale
Esecuzione
Osservazione
Conclusione
Verbalizzo
Osservazione
Visualizzo
b) predispongono i materiali …
… effettuano una
prima misurazione
delle dimensioni dei
semi
c)
osservano …
… misurano
ancora …
… registrano periodicamente i dati.
d) raccolgono dati qualitativi e
quantitativi in una tabella di sintesi
e) rappresentano i dati utilizzando il diagramma
cartesiano
f) analizzano i dati e rilevano le conclusioni
Svolgono una breve
ricerca su Cartesio
René Descartes italianizzato in Renato Cartesio (La Haye en Touraine, 31 marzo
1596 – Stoccolma, 11 febbraio 1650.)
Filosofo e matematico francese. è ritenuto fondatore della matematica e della
filosofia moderna.
Cartesio estese la concezione razionalistica di una conoscenza ispirata alla
precisione e certezza delle scienze matematiche, formulata e applicata
effettivamente solo da Galileo Galilei, a ogni aspetto del sapere, dando vita a quello
che oggi è conosciuto con il nome di razionalismo continentale, una posizione
filosofica dominante in Europa tra il XVII e il XVIII secolo.
Questa attività, finalizzata in questo contesto, a far comprendere l’uso del grafico
cartesiano, apre anche a successivi approfondimenti:
- sulla funzione della foglia, fusto, fiore, radice;
- sulla disposizione delle foglie sui rami;
- sulla superficie delle foglie;
- sulla fotosintesi;
- sulle condizioni favorevoli alla germinazione;
- sulla relazione seme-foglia-cotiledone.
Finalmente
possiamo dare
una risposta alla
nostra voglia di
sapere:
come gli
scienziati
studiano
fenomeni
complessi!
Dal quaderno al PC
I ragazzi iniziano a utilizzare il pc e
alcuni programmi per
documentare questa
attività di sperimentazione
PROVA SPERIMENTALE
Come variano le dimensioni del seme durante la germinazione (misuriamo più volte
il seme, raccogliamo i dati, disegniamo il grafico)
Conclusione
Materiale
Esecuzione
cosa
Materiale
Osservazione
verbalizzo
 Fagioli
 Calibro
 Barattolo di vetro
 Cartone
 Terriccio
 Acqua
 Pinzette
1.
Esecuzione 2.
3.
4.
5.
6.
7.
8.
9.
Osserviamo il seme scelto
Misuriamo il seme
Inseriamo il cartone nel vasetto
Riempiamo il vaso di terriccio
Aggiungiamo acqua bagnando terriccio e cartone
Inseriamo il seme
Misuriamo il seme nei giorni successivi
Raccogliamo i dati ordinatamente in una tabella
Rappresentiamo graficamente i dati
visualizzo
A
D
B
C
TABELLA RACCOLTA DATI
MISURA
DATA
SEME 1
AB in mm
10 novembre
11 novembre
12 novembre
17 novembre
CD in mm
15,27
11
AB in mm
CD in mm
15,26
9,27
20,28
12,05
Osservazione con gli occhi: dati qualitativi
I fagioli si sono ingrossati perché?
17,62
13 novembre
14 novembre
SEME 2
12,30
È ingrossato
È ingrossato
18,76
È germogliato
15,08
È germogliato
20,30
12,57
19,18
15,20
22,79
14,69
Il grafico cartesiano
25
20
10 novembre
12 novembre
14 novembre
17 novembre
Seme 1
AB in mm CD in mm
15,27
11
17,62
12,3
18,76
15,08
19,18
15,2
Seme 1 AB in
mm
15
10
Seme 1 CD in
mm
5
0
10 novembre 12 novembre 14 novembre 17 novembre
25
20
Seme 2 AB in mm
10 novembre
12 novembre
14 novembre
17 novembre
Seme 2
AB in mm CD in mm
15,26
9,27
20,28
12,05
20,3
12,57
22,79
14,69
15
Seme 2 CD in mm
10
5
0
10 novembre
12 novembre
14 novembre
17 novembre
Osservazione


Conclusione
Le dimensioni sono aumentate nel
tempo.
I semi si sono ingrossati, sono
spuntate le radici e il fusto.
Il seme, in condizioni favorevoli,
(terreno adatto, condizioni di
temperatura e umidità favorevoli) si
INGROSSA e inizia il processo della
germinazione.
Finalmente possiamo dare una risposta alla nostra
voglia di sapere:
come gli scienziati studiano fenomeni complessi?
Per studiare un fenomeno gli scienziati utilizzano
Osservazione
di un fenomeno
Formulazione
di una ipotesi
Verifica
con un esperimento
o osservazione
positiva
Enunciazione
di una teoria
negativa
Ma affinché una ipotesi
diventi legge, non basta
che sia verificata una sola
volta, occorre che altri
scienziati la
sottopongano a ulteriori
prove.
Se al termine di questo
lungo, rigoroso e faticoso
percorso, l’ipotesi di
partenza viene
confermata, essa diventa
TEORIA o LEGGE.
ABBIAMO IMPARATO
Ricostruiamo il
percorso
Rispondiamo
alle domande
Gli antichi
LO STUDIO DELLE SCIENZE
Aristotele
GLI SCIENZIATI
GALILEO
IL METODO SPERIMENTALE
ENUNCIAZIONE
di una Teoria
OSSERVAZIONE
di un fenomeno
Interpretazione
dei dati
VERIFICA
sperimentale
FORMULAZIONE
di ipotesi
Organizzazione
dei dati
Raccolta
dei dati
Grafico
cartesiano
Ulteriori
OSSERVAZIONI
Istogramma
Domande
precise
Verifica da parte
di altri scienziati
Areogramma
Analisi dei
dati
Dati quantitativi
Inserimento
nel Contesto
Strumenti
Variazione
nel tempo
Dati
qualitativi
Casuali
Misura
Errori
Sistematici
Gli antichi
Sistema Internazionale di misura S I
Organi di senso
7 Grandezze fondamentali
Grandezze derivate
Socializzazione
dei risultati
Così abbiamo risposto …
…
La docente propone un’attività di brainstorming per far emergere le conoscenze pregresse
degli alunni che vengono trascritte alla lavagna e sul quaderno in una mappa di sintesi.
Attiva poi una prima riflessione su quanto emerso.
• Chi misura? L’uomo
• Cosa si misura? Oggetti, corpi, spazi, tempo,
temperatura … ma ci sono anche caratteristiche,
come il colore, che non si possono misurare in
modo oggettivo
• Come? Con strumenti quali il metro, il righello, il
termometro, la bilancia … e scegliendo l’unità di
misura
• Perché? Per sapere, confrontare, documentare,
studiare, ricordare, trasformare in una quantità,
in un numero …
L’insegnante propone un’esperienza di misurazione collettiva della lunghezza
del pavimento della propria aula. In un primo momento fa utilizzare il piede.
Ogni alunno misura e registra in una tabella di sintesi.
Si riflette e si arriva alle
seguenti osservazioni:
L’insegnante propone di rimisurare la lunghezza del pavimento con uno strumento adeguato, il
metro. Ogni alunno misura e registra in una tabella di sintesi. Dalle osservazioni emerge che le
misurazioni sono diverse. I ragazzi si rendono conto che nonostante l’attenzione e lo sforzo, è
facile commettere errori.
Da qui la necessità di calcolare la media e la moda. L’incertezza e l’errore sono caratteristiche
della misurazione e determinano la misura.
L’insegnante propone infine la rappresentazione grafica dei dati raccolti mediante
istogramma.
L’insegnante fa riflettere su cosa significa misurare attraverso le seguenti domandestimolo “Cosa misuriamo? Con quali strumenti e quali unità di misura? Perché?” e la
compilazione della seguente tabella di sintesi
Cosa?
Le grandezze
Con che cosa?
Strumenti
Perché?
Unità di misura
Funzione
metro
Per
osservare,
descrivere.,
confrontare,
valutare,
raccogliere
dati,
determinare il
valore
numerico….
1. lunghezza
metro, riga,
righello, calibro,
contakilometri…
2. peso
bilancia
3. tempo
Cronometro,
orologio…
secondo
4. temperatura
termometro
gradi centigradi
5. superficie
planimetro
metro quadrato
6. volume
recipienti graduati
Litro/metro cubo
7. velocità
tachimetro
metro al secondo
…….
kilogrammo
L’insegnante propone infine agli alunni di definire il significato di “misurare” attraverso
le seguenti domande-stimolo.
Cos’è misurare? Misurare è un procedimento
Cosa si misura? Una grandezza fisica
Come? Confrontandola con l’unità di misura
corrispondente
Perché? Per ottenere un valore numerico
Prodotto di sintesi della discussione
Cosa si può misurare?
Cosa NON si può misurare?
• Il banco
• Una persona
• Un film
• Una stanza
• La temperatura di un
corpo
• Oggetti che hanno una
materia
• L’aria
• Il pensiero
• L’amicizia
• Il cielo
• L’universo
• L’infinito
Dal confronto i ragazzi arrivano alla conclusione che si misura per
conoscere, avere informazioni quantitative su ciò che si osserva.
Ai ragazzi viene chiesto di misurare la lunghezza e la larghezza del
proprio banco utilizzando le misure che portano con loro. Dopo
discussione, decidono di misurare il proprio banco utilizzando la spanna.
I ragazzi hanno poi raccolto i dati in una tabella di sintesi
RIFLESSIONI SULL’ ATTIVITA’ SVOLTA:
Non ci stava esattamente, come fare?
Risposte di alcuni alunni:
- Io il pezzo che avanzava l’ho misurato con l’unghia in cm
- Io il pezzo che avanzava l’ho misurato con il mio, visto che la sua lunghezza ci entrava
esattamente
- Io il pezzo che mancava l’ho misurato usando il mio pollice.
Un ragazzo osserva che si erano messi d’accordo per usare la spanna e quindi tutti
dovevamo farlo. Poi riflette e arriva alla conclusione che anche il pollice fa sempre
parte della mano ed è più piccolo della spanna.
Altri intervengono e aggiungono:
- la spanna per me è poco pratica perché è difficile mantenere la stessa apertura,
bisogna riportarla più volte per ricoprire tutta la lunghezza e la larghezza ed è difficile
ripartire esattamente dalla fine della spanna precedente.
- Io il problema l’ho risolto facendo ogni volta un segno con la matita.
- Lo strumento per me non è preciso perché ogni persona ha spanne di lunghezza
diversa
- Per me è comodo perché è sempre con noi a portata di mano.
- Per me , si perde tempo, perché non possiamo utilizzare pezzi piccoli della spanna.
- il pollice, secondo me può essere un sottomultiplo della spanna.
Dopo il confronto, gli alunni riflettono e individuano
i vantaggi e gli svantaggi dello strumento che
riassumono nella seguente tabella:
VANTAGGI
Comodo
SVANTAGGI
E’ diversa da persona a
persona
Originale
Non è frammentabile
Economico
Non si possono
misurare distanze
grandi
Sempre con noi…a portata di Si perde tempo
mano
Dopo aver svolto una ricerca sul percorso storico del misurare, dagli antichi
alla nascita del SI di unità di misura con le sette grandezze fondamentali e
derivate, i ragazzi sentono l’esigenza di ripetere la misurazione del proprio
banco con uno strumento più preciso. Si decide quindi di utilizzare uno
strumento convenzionale quale il metro e in particolare si sceglie il metro a
nastro.
I ragazzi raccolgono le misure in una tabella di sintesi per poi
calcolare la media dei valori.
I ragazzi rappresentano i dati con un
istogramma
A questo punto ai ragazzi è stato chiesto di dare una definizione
di Grandezza e di Misura utilizzando semplici schemi da
completare.
Di seguito vengono riportati alcuni esempi.
Che cos’è la misura?
IL NUMERO
DIMENSIONATO
CHE
E’
RAPPRESENTA IL
CONFRONTO TRA LA
GRANDEZZA DATA E
L’UNITA’ DI MISURA
SCELTA COME
CAMPIONE
MISURA
LA MISURA E’ IL NUMERO DIMENSIONATO CHE RAPPRESENTA IL CONFRONTO TRA
LA GRANDEZZA DATA E L’UNITA’ DI MISURA SCELTA COME CAMPIONE.
MISURARE UNA GRANDEZZA SIGNIFICA CONFRONTARLA CON L’UNITA’ DI
MISURA AD ESSA OMOGENEA E VEDERE QUANTE VOLTE LA CONTIENE.
CLASSI 1^B/1^C Sc. SEC. DI I GRADO DI CASOLI
I VERBI
FUNZIONE
I VERBI- FUNZIONE
1.
2.
3.
4.
5.
6.
UNIRE
DIVIDERE
SOSTENERE
MISURARE
TRASFORMARE
RIPRODURRE
7. ANCORARE
8. DIRIGERE
9. DISTRIBUIRE
10. CONTENERE
11. TRASPORTARE
VERBI
FUNZIONE
(IPERONIMI)
1
UNIRE
2
DIVIDERE
3
SOSTENERE
4
MISURARE
5
TRASFORMARE
IPONIMI
ANALISI TECNICA
ANALISI TECNICA
ANALISI TECNICA DI UN BANCO
IMMAGINE
GERARCHIA
COMPONENTI
MATERIALI
VERBI
FUNZIONE
1
STRUTTURA
ACCIAIO
SOSTENERE
2
PIANO DI LAVORO
LEGNO
FORMICA
SOSTENERE
3
PIANO POGGIA
LIBRI
LEGNO
SOSTENERE
CONTENERE
4
VITI
ACCIAIO
UNIRE
5
POGGIA PIEDI
ACCIAIO
SOSTENERE
6
PROTEZIONE
POGGIA PIEDI
GOMMA
SOSTENERE
CRONOPROGRAMMA DELLE FASI DI LAVORO
•
•
•
•
•
1^FASE: OSSERVAZIONE DEL BANCO
2^ FASE: SCHIZZO DEL BANCO
3^ FASE: RILIEVO FOTOGRAFICO
4^: RILIEVO METRICO
5^ FASE: RESTITUZIONE GRAFICA IN
SCALA DI PROPORZIONE
OSSERVAZIONE DEL BANCO
RILIEVO DEL BANCO
SCHIZZO DEL BANCO
SCHIZZO DEL BANCO
SCHIZZO DEL BANCO
RESTITUZIONE GRAFICA
RESTITUZIONE GRAFICA AL COMPUTER
PUNTI DI FORZA
I ragazzi hanno affermato che il percorso è stato utile perché hanno:
•compreso meglio il metodo sperimentale soprattutto attraverso l’operatività;
•imparato cose nuove e interessanti;
•imparato facilmente.
In particolare hanno appreso a:
•osservare;
•raccogliere dati;
•misurare, calcolare la media e individuare l’errore
•disegnare i diversi tipi di grafici;
•riflettere sulle definizioni e pensare
Hanno trovato utile ai fini dell’apprendimento:
•le esperienze pratiche e di misurazione
•le mappe e le tabelle di sintesi
•I grafici realizzati
•le ricerche
•le osservazioni e le riflessioni collettive, soprattutto sulle definizioni, e il
confronto.
PUNTI DI DEBOLEZZA
I ragazzi hanno affermato di aver trovato difficili alcune
attività tra cui:
•alcuni calcoli complessi;
•qualche rappresentazione grafica;
•alcune riflessioni sulle definizioni.
PUNTI DI FORZA
Il percorso realizzato ha permesso agli alunni di:
•essere protagonisti attivi del proprio apprendimento, coinvolti e motivati
positivamente alla partecipazione;
•ancorare le nuove conoscenze alle esperienze pregresse in un apprendimento
ciclico, a spirale e unitario (interdisciplinare);
•confrontarsi per riconoscere, risolvere problemi, sollevare domande, mettere in
discussione e trovare soluzioni condivise e originali;
•sperimentare concretamene e operativamente processi e concetti complessi
per arrivare a comprenderli e a rappresentarli simbolicamente;
•esercitare l’osservazione, l’esplorazione e la scoperta per sviluppare il gusto per
la ricerca e la problematizzazione;
•riflettere sui processi cognitivi, riconoscere i propri punti di forza , di debolezza ,
le difficoltà e le strategie da attivare per superarle;
•iniziare a utilizzare il computer, alcuni programmi e Internet per reperire e
rappresentare dati e conoscenze.
PUNTI DI DEBOLEZZA
• Tempi lunghi per l’implementazione e mancanza di materiali, strumenti e spazi;