LUCE COLORE VISIONE PIANO NAZIONALE INSEGNARE SCIENZE SPERIMENTALI

LUCE, COLORE, VISIONE PIANO NAZIONALE INSEGNARE SCIENZE SPERIMENTALI PRESIDIO DI LIVORNO

CURRICOLO VERTICALE • Conoscere i nodi fondamentali della disciplina • Analisi delle rappresentazioni mentali degli studenti (concezioni difformi) • Rimuovere i conflitti cognitivi • Costruire conoscenza (modello scientifico) e condividerla con gli studenti

Lo spirito scientifico Nell’educare, la nozione di ostacolo epistemologico è misconosciuta. Spesso mi ha colpito il fatto che i professori di scienze – più ancora di altri, se ciò è possibile – non comprendono il fatto che si possa non comprendere. I professori di scienze immaginano che lo spirito cominci come una lezione, che si possa sempre correggere un’attitudine indifferente e che si possa far comprendere una dimostrazione ripetendola punto per punto. Non hanno ancora riflettuto sul fatto che l’adolescente arriva alle lezioni di Scienze con delle conoscenze empiriche già costituite: si tratta, allora, non di acquisire una cultura sperimentale, bensì di cambiare la cultura sperimentale, rovesciando gli ostacoli già accumulati nella vita quotidiana. Bachelard, La formation de l’esprit scientifique, 1938

Senso comune e conoscenza scientifica Il senso comune descrive bene il reale, ma non lo spiega (perché è complesso); gli schemi di senso comune sono resistenti la conoscenza scientifica privilegia semplicità, coerenza e generalizzazione per porzioni di realtà più circoscritte e limitate. Spesso la conoscenza scientifica entra in conflitto con il senso comune

MODELLO GEOMETRICO • La luce “è come se si propagasse” per raggi, in linea retta, secondo il seguente schema: Sorgente Oggetto Ricevitore (occhio)

CONCEZIONI DIFFORMI SULLA LUCE • Confusione spontanea tra luce e visione (gli occhi possono far luce, il sole e la luna possono vedere) Linguaggio comune: ti lancio uno sguardo, ti fulmino con gli occhi, catturo un’immagine. • La luce riempie tutto lo spazio oppure è concentrata attorno alle sorgenti (concezione statica) • La luce si esaurisce nel suo cammino, soprattutto se è debole. • La luce non esiste quando non la si vede direttamente • Distinzione tra luce elettrica e quella solare

Schema di senso comune

Schema scientifico

Percorso storico • Ottica geometrica, postulati euclidei – Raggi (astratti) che viaggiano in linea retta tutti con la stessa velocità – Proprietà per riflessione e geometrie in accordo con l’ottica moderna – Si riferiscono a raggi visuali provenienti dall’occhio! • Dibattito centrato sulle modalità di visione – – Teoria emissionistica dei pitagorici Raccolta di “idoli” emessi per l’azione del sole secondo gli atomisti Incontro tra fluidi dei platonici Modificaizone del “diafano” percepita dagli occhi artistotelici • Sostanza della luce: dal medioevo ad oggi – Lux (qualità luminosa, soggettiva) e lumen (effetto provocato dalla luce, oggettivo) – Natura della luce (e dei colori) da Newton a Young, fino a Planck ed Einstein – rivoluzione ottica di Keplero (raggi luminosi emessi dalla sorgente)

Situazione laboratoriale Materiali: • Puntatore laser, torcia elettrica, lampadina • Acchiappa-raggi (colino) Riflessioni: - la luce si propaga in linea retta fino a che non incontra un ostacolo; c’è anche se non si vede. - La luce si vede quando i suoi raggi colpiscono i nostri occhi.

Modello di sorgente • Da una piccola sorgente (es: lampadina) partono raggi in tutte le direzioni e noi vediamo quelli che colpiscono i nostri occhi • Tutti gli oggetti, se illuminati, rimandano indietro (diffondono) la luce che vi incide e vanno considerati anch’essi come sorgenti (secondarie).

Interazione luce-oggetti Materiali: specchietto, fogli bianchi, puntatore laser • Corpi trasparenti, corpi opachi, riflettenti etc. • La riflessione di un raggio su uno specchio (qualitativa e/o quantitativa) • La diffusione della luce

La formazione dell’immagine in un specchio piano Materiali: Specchio piano Domanda: dove mi devo mettere per vedere l’immagine dell’oggetto? Dove si trova l’immagine? Specchio coperto oggetto Ritorna lo schema dei raggi visuali I ragazzi hanno difficoltà a localizzare l’immagine al di là dello specchio.

Possibili percorsi scuola infanzia e primaria La luce e le ombre (lo gnomone) -La posizione e la lunghezza delle ombre permette di connettere il “giro” del sole con le vicende vissute dai bambini. - individuazione degli “attori” della visione -Si può esplorare la propagazione rettilinea dei raggi del sole e in generale di una qualunque sorgente. -Studio della forma e dimensione delle ombre; collocazione spaziale sorgente-oggetto-superficie di proiezione.

Possibili percorsi scuola media Il modello geometrico della luce - imparare ad utilizzare il modello a raggi per interpretare e prevedere fenomeni quotidiani - Schematizzare correttamente sorgenti puntiformi ed estese - Riflessione e diffusione. Formazione delle immagini in uno specchio piano

Possibili percorsi nella scuola secondaria • Applicazioni del modello geometrico per l’analisi quantitativa di specchi piani (riflessioni multiple) e curvi. • Rifrazione (lenti) e dispersione della luce • Applicazioni tecnologiche: le fibre ottiche