SCIENZ@SCUOLA/ Un Linguaggio della Fisica. La Geometria

- Maria Elisa Bergamaschini

Un percorso didattico realizzato con studenti del secondo anno di scuola superiore, volto all’acquisizione non formale del linguaggio della scienza moderna, in particolare della fisica.

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Un percorso didattico realizzato con studenti del secondo anno di scuola superiore, volto all’acquisizione non formale del linguaggio della fisica.

All’origine della scienza moderna, in particolare della scienza fisica, si riconoscono due fattori fondamentali, l’importanza che si attribuisce al metodo sperimentale, come via di conoscenza, particolarmente feconda, della realtà fenomenologica, e l’uso della matematica come strumento che fornisce le procedure di tipo deduttivo, i simboli per rappresentare i concetti e i numeri, corredati dalle unità di misura, per esprimere il risultato della misurazione delle entità fisiche oggetto di osservazione.
Sinteticamente si può dire dunque che alla matematica si è riconosciuta la funzione di linguaggio della fisica, nel senso pregnante del termine, in quanto permette di stabilre correlazioni di tipo funzionale – le chiamiamo ipotesi – tra i parametri caratteristici del fenomeno indagato, di fare previsioni a partire da queste ipotesi, previsioni che dovranno essere oggetto di verifica e infine di rendere ragione, in un contesto teorico unitario, di quanto si è appurato: chiamiamo questa operazione spiegazione.1
Quando si avviano allo studio della fisica i giovani di quattordici – quindici anni dell’attuale biennio di scuola superiore, non ci si può esimere dall’operare scelte di contenuto e di metodo adeguate a un contesto epistemologico di questo tipo, perché essi possano acquisire realmente, e non solo formalmente, il linguaggio specifico della disciplina.
Spesso i libri di testo offrono percorsi concettualmente rigorosi (non tutti!), ma in termini puramente qualitativi, che gli studenti ripetono, anche con precisione, senza tuttavia possedere le ragioni delle loro affermazioni; oppure presentano i risultati delle teorie fisiche sintetizzandoli in formule che gli studenti imparano a manipolare quasi come «scatole nere»: si inseriscono i numeri al posto delle lettere e si ottiene un risultato, non importa quale.
Il matematico Ennio De Giorgi, nella seduta solenne di apertura dell’anno accademico 89/90, all’Accademia dei Lincei, tenne una relazione dal titolo Rapporti tra matematica e altre forme del sapere umano nella quale tra l’altro si legge:
«PENSIAMO DI AVERE UN GRANDE PIAZZALE IN CUI È INNALZATA UN’ASTA MOLTO ALTA E VI È PURE UN PALETTO VERTICALE POCO PIÙ ALTO DI UN METRO E PENSIAMO DI DOVER MISURARE CON UN NORMALE METRO DA SARTA L’ALTEZZA DELL’ASTA. UNA PERSONA DEL TUTTO DIGIUNA DI MATEMATICA PENSA CHE SIA NECESSARIO ARRAMPICARSI FINO ALLA CIMA DELL’ASTA: IN REALTÀ VOLENDO TROVARE L’ALTEZZA DELL’ASTA SENZA SALIRE COSÌ IN ALTO BASTA MISURARE L’ALTEZZA DEL PALETTO, LA LUNGHEZZA DELL’OMBRA DEL PALETTO IN UNA DATA ORA DEL GIORNO E LA LUNGHEZZA DELL’OMBRA DELL’ASTA ALLA STESSA ORA. E’ CHIARO CHE IL RAPPORTO TRA L’ALTEZZA DELL’ ASTA E QUELLA DEL PALETTO SARÀ UGUALE AL RAPPORTO TRA LE LUNGHEZZE DELLE DUE OMBRE.
[…] QUESTO PROBLEMA MOLTO SEMPLICE RAPPRESENTA UN CASO PARTICOLARE DI UN’AMPIA CLASSE DI PROBLEMI CHE POTREMMO RIASSUMERE CON LE PAROLE SEGUENTI: TROVARE L’ALTEZZA O LA DISTANZA DI OGGETTI INACCESSIBILI O DIFFICILMENTE ACCESSIBILI MEDIANTE MISURE ESEGUITE SU OGGETTI FACILMENTE ACCESSIBILI. IL DESIDERIO DI RISOLVERE QUESTI PROBLEMI HA FORTEMENTE CONTRIBUITO ALLO SVILUPPO DELLA GEOMETRIA E DELLA TRIGONOMETRIA E ALLO SVILUPPO PARALLELO DEGLI STRUMENTI OTTICI, CHE HANNO RESO POSSIBILE LA SOLUZIONE DI PROBLEMI ASSAI PIÙ DIFFICILI COME IL CALCOLO DELLA DISTANZA TRA LA TERRA E I DIVERSI PIANETI.
[…] VEDIAMO CHE DA UNA PARTE I PROBLEMI DELLA FISICA […] COSTITUISCONO SPESSO IL PUNTO DI PARTENZA PER LA RIFLESSIONE MATEMATICA, DALL’ALTRA LA MATEMATICA, PUR NON ESSENDO IN GRADO DI DARCI DA SOLA INFORMAZIONI SULLA REALTÀ FISICA IN ASSENZA DI OGNI DATO SPERIMENTALE, CONSENTE DI TRARRE CONSEGUENZE ASSAI AMPIE DA UN COMPLESSO DI DATI APPARENTEMENTE POVERO.
INOLTRE LA PROPOSTA DI UN MODELLO MATEMATICO DI DETERMINATI FENOMENI FISICI PUÒ ESSERE IL PUNTO DI PARTENZA PER LA STESSA PROGRAMMAZIONE DI NUOVI ESPERIMENTI E LA COSTRUZIONE DEGLI STRUMENTI DI OSSERVAZIONI.»

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Maria Elisa Bergamaschini
(Docente di Fisica, membro della redazione di Emmeciquadro)

Note

  1. Cfr.: M.E. Bergamaschini, Il linguaggio della fisica: percorsi introduttivi, in: AA.VV., L’apprendimento della fisica come reinvenzione guidata, Ce.se.d., Milano 1996.

© Pubblicato sul n° 03 di Emmeciquadro

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