La scuola è finita (ma ricomincerà)

29 giugno, 2013 § 1 Commento

La scuola è finita, ma proprio oggi sono entrato definitivamente nella scuola, nel giorno dei Santi Pietro e Paolo, con l’ultimo esame al termine del primo anno di ruolo: insieme a me, altre quattro persone hanno messo la parola fine ad una lunga corsa ad ostacoli, fatta di prove, documenti in molteplice copia, tesi tese e tesine più rilassanti, conquistando l’agognato ruolo…  finché morte non ci separi -bisognerebbe dire- essendo l’età pensionabile sempre più lontana. Resto fiducioso in attesa della prossima perdurante crisi del settore, onde godere in anticipo del trattamento previdenziale, sotto forma di cassa integrazione o di mobilità. Ma forse questa volta funzionerà diversamente. Non mi dilungo: ho solo aggiunto qui di seguito un altro pezzo della relazione finale, l’ultimo, lo prometto…

I progetti e le sperimentazioni originali appassionano i ragazzi, perchè rappresentano un’interruzione dei compiti routinari dello studio e degli esercizi sul quaderno. E’ giusto farli, se permettono di riflettere in modo creativo sulle materie di studio. Tuttavia la scuola non può ridursi solo a questo. L’insegnante non deve diventare uno show man, nè i ragazzi possono adagiarsi nel ruolo di spettatori, anche se il dominio della televisione spinge in quella direzione. Tanto meno si dovrebbe cedere alla richiesta di alleggerire il programma, sotto il ricatto di una condotta rumorosa da parte della classe. Nella scuola media resta centrale l’apprendimento, anche mnemonico, la ripetizione di procedure, la soluzione di esercizi graduati via via più complessi con cui i pre-adolescenti imparano ad organizzare non solo il ragionamento logico, ma anche l’atteggiamento nei confronti della vita. Vi sono competenze specifiche da coltivare in ciascuna età, che vanno come “cablate” nei cervelli in via di sviluppo. Pensiamo alle competenze delle lingue straniere. Chi è poliglotta, lo è diventato per immersione in un ambiente dove si parlavano più lingue, nei primi anni di vita, senza aspettare le tre ore settimanali di inglese delle scuole medie. Anche per le materie di ambito logico scientifico dovremmo trarre indicazioni dallo studio delle lingue. La matematica è un linguaggio e lo è anche l’informatica, coi suoi ambienti di sviluppo multimediali. Potremmo affiancare questi linguaggi l’uno all’altro e sviluppare nei nostri allievi competenze da “poliglotti”. C’è posto anche per questo nella scuola pubblica italiana? Le proposte sono molte, ma spesso superficiali. Con la complicità dei libri di testo, i ragazzi vengono talvolta addestrati a recitare nozioni complesse, che non sono funzionali alla costruzione di reali competenze, ma servono a compiacere gli adulti, insegnanti o genitori, fin dalle scuole elementari.

Forse sono caduto anch’io nello stesso errore, parlando di termodinamica in prima media. Qualche insegnante di fisica del liceo potrebbe criticarmi, così come io tendo a rimproverare le maestre che trascurano le tabelline e dedicano molto tempo ad approfondimenti come la fotosintesi, fornendo anche nozioni di biochimica. Non basta essere apprezzati dai propri studenti per aver la garanzia di un buon lavoro svolto. D’altro canto il feedback più significativo, in questi anni cruciali per lo sviluppo delle facoltà cognitive, non è quello del giorno dopo. Le conoscenze strutturate durante la scuola media riaffiorano a distanza di anni. Ragionando di termodinamica, così come di statistica, potrei aver messo un seme che si rivelerà utile per proseguire gli studi, fra qualche anno, quando quelle forme strutturate di pensiero riaffioreranno come una conoscenza istintiva, “cablata” in profondità nella mente dei miei studenti. Oppure potrei soltanto aver sollecitato la fantasia di qualcuno, generando confusione in altri. Ancora non saprei dirlo con certezza. D’altro canto mi sentirei di affermare che gran parte dei disturbi dell’apprendimento, che emergono con prepotenza verso i dodici e tredici anni e con i quali dobbiamo fare i conti nella scuola media, siano l’eredità di un percorso scolastico caotico che è cominciato nella scuola elementare. Molti di questi allievi, segnalati con disturbi cosiddetti misti in seconda ed anche in terza media, avrebbero potuto dare risultati sufficienti, se fossero stati addestrati esclusivamente alle competenze di base, secondo i tempi e le modalità di una scuola tradizionale. Non bisogna cadere nella trappola di una scuola che, per offrire “di più”, dimentica l’essenziale. Quando insegno matematica, cerco di tenermi il più vicino possibile ad un metodo di lavoro che sia di addestramento, con livelli graduali di difficoltà, proponendo il giusto numero di ripetizioni, anche semplici, che garantiscano l’assimilazione dei concetti ad un livello utile per strutturare il pensiero degli adolescenti.

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Raccontarsi

25 giugno, 2013 § Lascia un commento

Nella relazione di fine precariato poche parole bastano per raccontare i miei ultimi vent’anni, che mentre li vivevo mi erano parsi effettivamente più aggrovigliati, irrazionali, caotici, non così meditati come invece emergono da questa miracolosa sintesi…

La scelta di insegnare è tipica di molti laureati in materie scientifiche. Nel 1993 avevo fatto anch’io una breve esperienza nella scuola superiore, subito dopo la laurea in fisica, ma poi mi ero dedicato ad altro, convinto che non sarei più tornato nell’ambito dell’insegnamento. Nel 1995 avevo cominciato ad occuparmi di automazione industriale, con un contratto di lavoro dipendente che avrei voluto trasformare prima o poi in una libera professione. Ero orientato all’innovazione tecnologica ed in particolare avevo allestito alcuni prototipi di manufacturing exectution system, in zuccherificio, con l’uso di tecniche fuzzy. I miei tentativi di mettermi in proprio, cominciati nel 2003, non diedero buoni risultati, essendo i miei progetti un po’ troppo evoluti per il contesto socio-economico in cui ero immerso, nel momento in cui le prime avvisaglie della crisi frenavano proprio gli investimenti in innovazione. Nel frattempo anche la solidità dell’azienda per cui lavoravo non era più la stessa. Nel marzo del 2006 cominciavo un lungo periodo di cassa integrazione, fino al 2010. Dovevo trovare una collocazione alternativa, che non poteva più configurarsi nella libera professione. Fra le strade da tentare, mi si apriva la possibilità di sostenere l’esame di ammissione alla SSIS, per matematica e scienze nella scuola media, dove sarei potuto entrare di ruolo in pochi anni. L’esame di ammissione sostenuto nel settembre del 2006 mi collocava in una posizione utile per iscrivermi alla scuola di specializzazione nella sede di Modena. Era una prospettiva nuova ed inattesa, che mi faceva sussultare. La cassa integrazione mi avrebbe permesso di seguire in piena tranquillità la SSIS, almeno per qualche tempo, ma andando in questa nuova direzione mi sembrava di rinnegare la vocazione da tecnologo a cui avevo dedicato gli anni più intensi della mia vita. Non era una scelta facile. Mentre frequantavo la SSIS ero più sereno se continuavo a lavorare di tanto in tanto con contratti a termine in ambito industriale. Nel frattempo però sentivo riaffiorare una memoria che credevo perduta: il ricordo degli anni di studio, la passione per la cultura, le discussioni filosofiche nei corridoi dell’università. Ero come in barca, quando due venti contrastanti si contendono le vele. Terminata la SSIS nel giugno del 2008, non scelgo subito di insegnare: ad agosto parto per gli Stati Uniti e comincio un nuovo lavoro in Texas, nella filiale di un’azienda chimica italiana. Purtroppo la crisi finanziaria dell’autunno seguente mi rispedisce di nuovo a casa. Ancora in cassa integrazione, nel 2009 decido di trascorrere qualche mese a Berlino. Sarei tornato in Germania anche nel gennaio del 2010, se la scuola media “Dante Arfelli” di Cesenatico non mi avesse chiamato per una supplenza, al termine delle vacanze natalizie.
Scegliendo di insegnare penso di aver fatto la cosa giusta. Anche se all’inizio mi sembrava fuori dal seminato, in pochi anni la scuola è diventata la mia casa. Non è stato difficile: in fondo non ho fatto altro che tornare a casa. I miei genitori erano entrambi maestri. Mio padre aveva insegnato molti anni nelle scuole del comune di Cesenatico, a Sala, a Villalta, a Bagnarola, fra il Settanta e l’Ottanta. Soprattutto nei giorni successivi alla fine dell’anno scolastico, mi capitava di seguirlo: un bel viaggio in macchina da Forlimpopoli attraverso la campagna, nella penombra delle aule delle sue scuole, con le bidelle indaffarate ad accatastare i banchi prima degli esami di quinta elementare: situazioni e sensazioni che ho ritrovato intatte come allora, nelle aule di via Cremona a Cesenatico. Non mi stupirei se anche ritrovassi, fra i genitori dei miei studenti, gli alunni di mio padre.
A quarantacinque anni l’esperienza maturata in altre situazioni lavorative mi aiuta ad apprezzare il contesto della scuola, a non ingigantirne i problemi, a cogliere i lati positivi, pur consapevole dei limiti del ruolo, che è poco chiaro sul piano della definizione professionale e che addirittura può non piacere all’opinione pubblica, anche a causa di una propaganda mediatica che è stata a lungo nemica. L’insegnante alle prese con i pre-adolescenti deve fare innanzitutto un lavoro su se stesso. Prima di dire qualunque cosa, bisogna avere l’equilibrio giusto dentro di sè. Dalle parole arriva prima l’intonazione, poi il contenuto. E’ inutile accanirsi con le minacce, se manca la serenità. Il benessere interiore è una condizione preliminare da mettere al primo posto: ecco la prima lezione che un insegnante deve impartire a se stesso. Il tempo libero non è mai troppo, perchè è utile a questo scopo. Se i professori avessero lo stesso orario dei lavoratori dell’industria manifatturiera, non avrebbero più nulla da insegnare: diventerebbero badanti o forse secondini.
La sorpresa più bella di questo nuovo mestiere riguarda proprio la qualità del tempo libero, che non è più dedicato alla fuga, allo svago fine a se stesso, ma reclama uno scopo, un progetto armonico centrato sulla mia persona. Lo studio, la scrittura, sono momenti centrali del mestiere dell’insegnante: non per sostenere altri esami o per rincorrere chissà quale successo, ma per ampliare l’orizzonte dell’esperienza, per affinare la sensibilità.

La geometria come laboratorio scientifico

24 giugno, 2013 § Lascia un commento

Ecco un altro pezzo della ormai famosa relazione di fine precariato, digerita e riassemblata ad uso del …project! Parlando di pensiero induttivo in geometria, vorrei subito sgomberare il campo da un possibile equivoco: la geometria non si limita a questo, sappiamo bene che è soprattutto pensiero dimostrativo, da un certo punto in poi. Altrimenti avrebbero buon gioco i matematici, con la loro barzelletta sui fisici, secondo i quali il numero 60 è divisibile per qualunque numero, essendo divisibile per 1, per 2, per 3, per 4, per 5, per 6…  Da un punto di vista induttivo, sei prove sono più che sufficienti per generalizzare.  Da parte loro, i fisici si vendicano con un’altra barzelletta. Per cucinare un pesce che sta dentro il frigorifero, un matematico si attiene strettamente a questa procedura: toglie il pesce dal frigo e lo appoggia sul tavolo, lo pulisce, lo mette in una casseruola con un po’ di condimento, accende la fiamma ed appoggia la casseruola sulla fiamma finchè il pesce è cotto. Se, anziché in frigorifero, il pesce fosse già in una padella, il matematico non avrebbe dubbi: lo metterebbe in frigorifero per potersi rifare al caso precedente.

Galileo diceva che la fisica è una geometria del tempo. La geometria offre dunque un ponte verso le scienze, quando la si costruisce in modo sperimentale, con la matita, il righello ed il goniometro. In prima media i ragazzi affrontano la geometria con maggior difficoltà rispetto all’aritmetica. Alle scuole elementari hanno sviluppato competenze procedurali che li portano agevolmente a risolvere calcoli ripetitivi, anche lunghi e complessi, ma non hanno maturato una uguale dimestichezza con la visualizzazione dei problemi geometrici, a partire dalle proprietà di semplici figure descritte in un testo. Tuttavia chi predilige la geometria, di solito manifesta una spiccata abilità per le scienze esatte, come se volesse confermare con il suo esempio l’opinione di Galileo, che i procedimenti logici delle scienze non siano altro che un’estensione del ragionamento geometrico.

Dopo il numero, al centro dei nuclei concettuali dell’insegnamento della matematica c’è la risoluzione dei problemi. La geometria offre una palestra assai vasta di problemi applicativi lungo tutto il triennio della scuola media. Alcuni argomenti si collocano a crocevia fra diversi approcci e permettono di sviluppare competenze trasversali. Anzichè dedicare un po’ di tempo a tanti argomenti svolti uno dopo l’altro, è opportuno concentrarsi su alcuni nodi che offrono la possibilità di intrecciare il pensiero con l’operatività, con aperture in direzioni diverse, che solo l’abitudine ad organizzare schematicamente il programma scolastico fa sembrare lontane. Un esempio interessante di questo approccio è dato dallo studio delle diagonali e degli angoli dei poligoni. Per scoprire le proprietà di un poligono, non c’è metodo migliore che disegnarlo a matita su un foglio di carta. Sembra banale, ma non tutti riescono immediatamente a disegnare un poligono di sette lati: neppure sanno copiarlo correttamente dalla lavagna. Incapaci di osservare quello che vedono, è come se un’idea preconcetta li attirasse verso la rappresentazione più familiare di un esagono o di un ottagono. Quelli più svegli non hanno difficoltà e si accorgono subito di alcune proprietà, ad esempio che il numero di diagonali dipende dal numero di lati del poligono. Possiamo disegnarle tutte, ma esiste una formula che permette di sapere in anticipo quante saranno le diagonali di un poligono con “enne” lati. In prima media non è facile per i ragazzi scoprire questa formula da soli senza l’aiuto dell’insegnante, ma qualche tentativo è possibile farlo, aprendo una prospettiva sul ragionamento induttivo.

Con un ragionamento di questo tipo si può scoprire anche la formula della somma degli angoli interni, che è più facile del calcolo delle diagonali, oppure la formula che determina il numero massimo di angoli concavi (di ampiezza maggiore di 180°) consentiti in un poligono di “enne” lati. Per trovare induttivamente questa formula, qui si apre una sfida, che consiste nel disegnare poligoni con il numero massimo di angoli concavi: quadrilateri, pentagoni, esagoni, su, su, fino ad un poligono generico di “enne” lati. Il compito diventa più difficile con l’aumentare dei lati, perchè gli angoli concavi devono essere ‘appena’ più grandi di un angolo piatto, mentre i restanti angoli convessi diventano sempre più piccoli. Per realizzare questo esercizio devono essere attivate competenze sia logiche sia psicomotorie. Il rapporto con la matita sul foglio di carta si configura per tutti come una battaglia. Mi diverto ad osservare i tentativi dei miei studenti, le trappole cognitive in cui cadono e l’abilità con la quale certuni riescono subito a venirne fuori.

Lo studio degli angoli dei poligoni richiede di coordinare diversi aspetti del ragionamento: la rappresentazione grafica, la misurazione goniometrica, il calcolo mediante formule matematiche. Il fatto che la somma degli angoli interni si possa trovare in due modi differenti, utilizzando una formula di calcolo o sommando le singole misure goniometriche, può sconcertare qualcuno, perché è un corto circuito fra due approcci tenuti normalmente separati. Accade poi che il risultato ottenuto dalla somma delle misure goniometriche non sia quasi mai esattamente uguale al risultato della formula di calcolo, a causa dei soliti errori di misurazione. Ecco un’altra occasione per fare capire operativamente, in modo non banale, la differenza fra misurare e calcolare!

I problemi sugli angoli dei poligoni possono essere impostati con un livello elementare di formalizzazione, facendo uso di un linguaggio simbolico che può preludere già all’algebra. Il calcolo di un angolo incognito, a partire dagli angoli noti e dalla somma degli angoli interni, permette di prendere subito confidenza con “oggetti” matematici formalmente simili ad equazioni di primo grado. Questa capacità di astrazione è già presente negli alunni di prima media ed è opportuno coltivarla subito. La discontinuità scolastica del passaggio dalla scuola primaria alla secondaria di primo grado, può essere utilizzata per superare l’abitudine di una matematica fatta solo di numeri e di parole, andando subito verso un linguaggio matematico mediato dai simboli.

 

Il cielo simulato

17 giugno, 2013 § Lascia un commento

Il vantaggio ancora in gran parte inespresso che la didattica può trarre dall’informatica, non è nella trasposizione digitale del libro di testo e della lavagna (tecnologie mature che non occorre perfezionare), ma negli ambienti di apprendimento costruiti come simulatori, addirittura videogiochi, che offrono l’opportunità di un apprendimento avvolgente, interattivo, condiviso. Per questa nuova didattica non ci sono ancora orientamenti chiari, nè riferimenti a siti web affermati. Quel poco che è fruibile shareware quasi mai è in lingua italiana… ma questo non è un grosso problema, se diventa uno stimolo per imparare l’inglese. D’altro canto tutte le novità introdotte dalle nuove tecnologie informatiche dovrebbero affiancare la didattica tradizionale come una lingua che aggiunge nuove competenze, senza scalzare la lingua madre dei segni scritti con la penna e con il gesso, coi quali andranno sempre costruite le abilità psicomotorie di base.

Fra i vantaggi offerti dalle nuove tecnologie informatiche, il collegamento al web è senz’altro il più importante. Il vero salto didattico lo si fa quando è possibile accedere in tempo reale a contenuti on demand, ad accesso non più sequenziale ma diretto. Le case editrici non hanno ancora messo a fuoco questo passaggio, quando si limitano a trasporre su e-book i tradizionali libri cartacei, presentati come digitali. Avvenne qualcosa di simile anche quando fu inventata la stampa. Per i primi cent’anni i caratteri mobili cercarono di imitare i codici miniati e le pergamene scritte a mano. Solo parecchio tempo dopo l’invenzione di Gutenberg, la stampa potè evolversi verso forme nuove, che liberarono le potenzialità della nuova tecnologia nei manifesti, nei giornali, nei rotocalchi.

Con la lavagna multimediale ho svolto le esperienze più interessanti facendo riferimento al sito www.ptable.com, dove è possibile simulare alcune proprietà chimiche degli elementi, a partire dalla tavola periodica di Mendeleev, e attraverso il sito www.stellarium.org/it, che permette di scaricare un simulatore della volta celeste, il quale funziona come un planetario ricchissimo di oggetti e di possibilità esplorative. Davanti ad un ambiente di apprendimento come Stellarium, la tentazione dei ragazzi è di interpretarlo come un videogioco d’azione, dove non succede niente di eccezionale con cui interagire. Andranno a cercare le immagini spettacolari e gli effetti speciali, stancandosene quasi subito. Cominceranno così a cercare un altro gioco più consono alle loro aspettative. Il compito dell’insegnante è di guidarli verso un’interazione graduale con i contenuti che via via emergono da Stellarium, facendo leva sugli aspetti dinamici, che attirano l’attenzione e mantengono alta la concentrazione.

All’accensione del programma di simulazione, l’immagine proiettata sullo schermo rappresenta l’orizzonte di una località di campagna, dove lo sguardo può spaziare in tutte le direzioni, per mezzo di un cursore. Un’orologio sincronizzato con l’orario del computer, mostra la situazione corrente del cielo: se è mattina il sole apparirà a sud est, in una posizione più o meno alta a seconda della stagione. La prima esplorazione con Stellarium può cominciare proprio dalla nostra stella: accelerando l’orologio, il sole comincerà a muoversi in modo apprezzabile verso sud, fino a culminare nel punto più alto verso mezzogiorno. Attraverso la finestra delle coordinate si può visualizzare la posizione angolare del sole in cielo, in gradi, minuti, secondi. Tenendo d’occhio queste coordinate che si aggiornano di continuo, è possibile accorgersi dell’istante esatto in cui il sole culmina…

Dopo aver parlato a lungo dei movimenti apparenti del sole, i ragazzi reclamano il cielo stellato. Accelero l’orologio del simulatore, finchè il cielo si fa sempre più scuro, prima blu, poi viola, poi nero. Le stelle si accendono una ad una, come nei presepi monumentali di certe chiese a Natale. Esclamazioni di entusiasmo si alzano fra i banchi. Nel cielo di gennaio ci sono le costellazioni più belle: Orione, il Toro con le Pleaiadi, il Cane maggiore con Sirio. Erano queste le stelle familiari agli antichi, quelle che l’occhio umano seppe riconoscere per prime nella preistoria più remota. Quando da bambino (ero anch’io in seconda media) guardavo il cielo, imparai ad orientarmi nelle mappe astronomiche all’improvviso, una sera di dicembre, quando vidi la costellazione del Toro con la sua forma a “V”, accompagnata dalle Pleiadi e da Orione, che ha le tre stelle allineate nella cintura. E’ il cielo migliore da cui cominciare, per prendere confidenza con i segni zodiacali in processione lungo l’eclittica e con tutte le altre costellazioni che si susseguono di notte, da una stagione all’altra. Anche le stelle si muovono in cielo come il sole, per accorgersene basta accelerare di poco l’orologio del simulatore. Gli astri che sorgono a nord est percorrono archi di circonferenza più ampi di quelle che sorgono a sud est, i quali si alzano soltanto di poco sull’orizzonte.

Travolti dall’entusiasmo, in molti hanno caricato Stellarium sul proprio computer di casa, proseguendo l’esplorazione da soli. Di nuovo in classe, mi hanno sollecitato verso altre direzioni, che neanch’io immaginavo. Il software permette ad esempio di collocare l’osservatore su altri pianeti del sistema solare. Poteva essere divertente osservare il cielo stellato così come si vede, ad esempio, dal pianeta Nettuno. Mentre le stelle fisse non cambiano la loro posizione, è il sistema solare ad essere visto da un’altra prospettiva. Dalla terrra si possono osservare le fasi di mercurio e di venere, mentre da Nettuno tutti i pianeti mostrano una fase. Se collochiamo il nostro osservatorio sull’ultimo pianeta, l’intero sistema solare appare come visto dall’esterno: la luce del sole è assai debole e le giornate sono un lungo crepuscolo. I sette pianeti interni a Nettuno, da Mercurio ad Urano, ruotano attorno al sole come i satelliti galileiani intorno a Giove…

Coi piedi di nuovo sulla terra, tornando ad osservare il cielo serale a distanza si settimane, si vedono i cambiamenti stagionali. Altre costellazioni sorgono, mentre quelle note scivolano giù verso l’orizzonte. Nel frattempo qualcuno ha imparato a riconoscere le principali costellazioni nel cielo notturno, ma altri affermano che non sentono la necessità di osservare il cielo stellato: dicono che Stellarium permette di vedere tutto, di esplorare e di conoscere senza i condizionamenti della visione naturale, che di per sè è limitata. Il cielo mostrato con un simulatore didattico sembrerebbe dunque più realistico della realtà. Già l’anno scorso mi ero fermato a riflettere su questa sorprendente conclusione  (https://lorenzoaldini.wordpress.com/2012/02/24/il-colore-delle-stelle/): “Nell’epoca del telescopio spaziale e di internet, rimane ben poco del cielo visto dal vivo. Anche il colore delle stelle sembra più vero, quando è simulato al computer”.

 

La termodinamica spiegata ai bambini

13 giugno, 2013 § Lascia un commento

La macchina a vapore è un cavallo di battaglia da lanciare al galoppo al termine del primo quadrimestre in prima media. Ne ho già parlato durante l’inverno di due anni fa, nel laboratorio del vecchio carpentiere di Meldola (leggi: La macchina a vapore I e II). Ora che ne parlo anche nella mia famosa relazione di fine precariato, mi domando se sia veramente comprensibile. Mah! Comunque, quando la affronto, i ragazzi mi ascoltano e fanno silenzio. La macchina a vapore, almeno a scuola, ha ancora una grande efficienza…

***

Il programma di scienze di prima media prevede lo studio del calore e della temperatura, a partire dal semplice modello della teoria cinetica dei gas, che collega la temperatura alla velocità delle particelle in movimento. A seguire, c’è la definizione operativa di scala termometrica e poi il discorso sui passaggi di stato, sul calore latente, sui modi di propagazione del calore. Mi pare giusto fare comincire lo studio di questi argomenti dalla contrapposizione fra materia ed energia. Le particelle dei gas sono materia, mentre il calore è una forma di energia: ciascun concetto risalta meglio quando viene presentato in contrapposizione al suo duale. Ma è un peccato fermarsi qui, senza presentare subito le diverse forme di energia e le trasformazioni possibili fra l’una e l’altra forma. Per un ragazzo di prima media non c’è niente di difficile nell’esperienza del mulinello di Joule. L’energia meccanica si trasforma tutta in energia termica. Non ci credete? Provate a sfregarvi le mani… Possiamo mostrare tanti esempi di trasformazione di energia meccanica in calore, ma qualcuno saprebbe fare il contrario, cioè trasformare energia termica in energia meccanica? Il calore in movimento? Silenzio… (queste domande sono perfette per catturare l’attenzione ed evitare inutili schiamazzi). Alcuni suggeriscono di legare un guinzaglio alle molecole in movimento, per spostare oggetti macroscopici ‘a rimorchio’. Qualcuno replica che sarebbe semplice, se solo potessimo utilizzare un guinzaglio piccolissimo. Ma non pensa al fatto che le particelle non hanno un moto di insieme, vanno ognuna in una direzione differente: tutti i guinzagli si aggroviglierebbero. Il problema è mettere d’accordo le particelle, farle andare tutte dalla stessa parte, ad esempio con un movimento di dilatazione, come in una mogolfiera che si gonfia. Pensate a quello che succede al coperchio di una pentola quando l’acqua bolle. Il calore produce il vapore, le particelle di vapore si spostano tutte insieme, cercano più spazio, e muovono il coperchio della pentola. E’ un bell’esempio di come l’energia chimica del gas, divenuta energia termica, sia in grado di produrre lo spostamento di qualcosa. Ora dobbiamo trovare lo stratagemma per imbrigliare questo spostamento in un lavoro utile.

La storia della macchina a vapore offre la possibilità di chiarire gradualmente i meccanismi messi in campo per produrre lavoro, a partire dal calore, e permette pure di accennare ai principi della termodinamica ed al concetto di efficienza energetica. Qui le scienze trovano un valido supporto didattico nella storia della tecnologia. Nel web sono disponibili immagini ed animazioni della prima macchina a vapore di Newcomen e dei suoi successivi sviluppi, nelle diverse versioni della macchina di Watt. I disegni tratti da antiche stampe settecentesche mostrano una tecnologia rudimentale, che traduce in pratica le idee della termodinamica in modo semplice ed esplicito. Sono disegni che piacciono ai ragazzi. La difficoltà di comprensione dei meccanismi aumenta gradualmente, passando dalle prime macchine a vapore, utilizzate per pompare via l’acqua dalle miniere inglesi, fino a quelle più complesse utilizzate negli opifici della prima rivoluzione industriale. Ciascuno può spingersi avanti, verso l’osservazione di macchine via via più ricche di dettagli tecnici, fin dove lo portano l’interesse e le personali capacità. Il discorso può proseguire fino all’invenzione ottocentesca della locomotiva, la prima macchina a vapore in grado di muovere se stessa. Ma i concetti fondamentali della termodinamica affiorano già chiaramente nella prima invenzione di Newcomen degli anni intorno al 1710: l’idea che il movimento possa essere prodotto da una differenza di pressione, e che questo salto possa essere innescato da un fulmineo cambio di densità, per la condensazione del vapore all’interno di un cilidro chiuso da un pistone mobile. In questo movimento ciclico, gran parte del calore viene disperso nell’ambiente, mentre solo una piccolissima parte diventa energia meccanica: tutta la storia successiva della macchina a vapore è all’insegna del miglioramento di questa efficienza, ottenuta con un maggior isolamento termico e con una riduzione degli attriti fra le parti meccaniche, per trasformare una maggior quantità di calore in energia meccanica. Attraverso lo sviluppo degli artefatti che raccontano la storia della macchina a vapore, diventa subito chiaro il concetto di efficienza energetica. Anche i princìpi della termodinamica assumono un aspetto familiare: l’equivalenza fra le diverse forme di energia reca implicita una asimmetria. E’ facile trasformare l’energia meccanica in calore, mentre è più complicato il contrario, tanto che per farlo ci siamo dovuti inventare una macchina. Possiamo sforzarci di perfezionarla, ma non potremo mai costruire una macchina capace di trasformare in energia meccanica tutta l’energia termica che abbiamo a disposizione. Una parte di questa energia sarà restituita all’ambiente sotto forma di calore, ad una temperatura più bassa di quella di partenza. Questo principio della termodinamica (il secondo) non è affatto banale, ma può diventare comprensibile anche ad un ragazzo di prima media, quando lo si valuta operativamente tramite l’esempio della macchina di Newcomen.

Il calore fluisce spontaneamente dai corpi più caldi ai corpi più freddi. Per capirlo è d’aiuto l’immagine del movimento delle molecole, da cui dipende la temperatura di un corpo. Se il calore non può fluire dal ‘freddo’ verso il caldo’, per abbassare la temperatura di un oggetto è necessario costruire un’altra macchina, il frigorifero, che per lavorare richiede energia elettrica. Non è possibile spostare gratis energia termica da un corpo più freddo ad un corpo più caldo, così come non è possibile trasformare tutto il calore a disposizione in energia meccanica. Ma quando ancora l’energia elettrica non esisteva, come funzionavano i frigoriferi? A Cesenatico c’erano le conserve, o ghiacciaie, nella piazzetta non lontano dalla pescheria, che i ragazzi hanno avuto occasione di vedere. Anche le conserve forniscono un interessante stimolo per riflettere sul calore. Ingenuamente molti pensano che fossero la neve ed il ghiaccio a produrre il freddo. Ma il freddo non è un concetto termodinamico. Dobbiamo considerare sempre il calore, che si muove dai corpi più caldi ai corpi più freddi. Il calore che entrava nella conserva dall’esterno scioglieva il ghiaccio senza aumentarne la temperatura: veniva speso tutto per sciogliere il ghiaccio, il quale si manteneva alla temperatura di fusione di 0 gradi centigradi. La temperatura aumentava gradualmente nell’aria soprastante, rimanendo comunque prossima a 0 gradi centigradi in tutto l’ambiente interno, finchè c’era un po’ di ghiaccio da sciogliere nel pozzo della conserva.

Le tesine non finiscono mai

7 giugno, 2013 § 1 Commento

Come se non ne avessi già fatte abbastanza, al termine del primo anno di ruolo devo preparare anche una tesi, chiamiamola tesina, per compiacere la benevolenza di una commissione di valutazione scolastica interna. La presenterò all’alba del 29 Giugno, insieme ad altri quattro fortunati colleghi che condividono il mio stesso status di neo assunti nella scuola pubblica italiana. Devo presentarla in sei copie entro il 22 Giugno, e ciò potrebbe voler dire che almeno sei persone la leggeranno. Non ne sono così sicuro: la burocrazia scolastica è avida di carte intonse da seppellire negli armadi, senza uno sguardo, neanche di commiserazione. Così ho pensato che varrebbe la pena proporne qualche pezzo in questo blog, dove i lettori ancora non scarseggiano. Non so, vedete se vi piace: di sicuro il frammento qui di seguito dovrebbe interessare il mio allievo-blogger gigio45, che da un paio di mesi contribuisce argutamente alle discussioni su questo sito…

Per la prima volta durante questo anno di prova mi sono trovato in continuità didattica su due delle classi dell’anno precedente. E’ una situazione di vantaggio sia per l’insegnante, che conosce già la situazione, sia per i ragazzi, che non devono fare sforzi aggiuntivi per adattarsi ad un nuovo stile didattico. Dopo un anno di esperienza, ho però avuto l’impressione che il vantaggio della continuità didattica sia perlopiù circoscritto ai rapporti umani e tocchi soltanto in modo relativo l’apprendimento disciplinare. La crescita in seconda e terza media avviene in modo tumultuoso e le conoscenze specifiche possono subire rallentamenti, perfino regressioni, salvo poi riaffiorare quando meno lo si aspetta, in momenti successivi del curriculum scolastico.

La maggior confidenza dei ragazzi con un insegnante in continuità didattica, anziché fungere da stimolo, su certi alunni può produrre un rilassamento. Fra gli allievi ve ne sono alcuni con uno spiccato livello di autonomia, che traggono un ulteriore stimolo da questa confidenza, ma otterrebbero comunque buoni risultati in qualunque circostanza. Per loro la scuola serve solo a dare il ritmo all’apprendimento: sarebbero già in grado di capire e di studiare da soli le materie nel loro contesto familiare di appartenenza. Se non si innescano meccanismi di emulazione verso l’eccellenza, una volta isolate le pulsioni negative degli alunni problematici, i comportamenti dominanti sono quelli di chi cerca il massimo risultato con il minimo sforzo, cioè di chi si accontenta di risultati sufficienti o discreti, pur avendo la capacità di fare meglio, perché non vuole affrontare l’impegno (e la fatica) dello studio.

Rispetto a questo gruppo, che scherzosamente chiamiamo dei vagabondi, mi muovo ancora con qualche perplessità. Il loro profitto dipende molto dal mio impegno: dal fatto di ripetere più di una volta la stessa lezione, dalla mia disponibilità a re-interrogarli sugli stessi argomenti. Repetita juvant, dicevano i latini, ma fino a che punto è veramente educativo e responsabilizzante ripetere le stesse cose, due o tre volte, a ragazzi che avrebbero la capacità di farcela subito da soli? …mentre hanno la tendenza a sedersi, quando qualcuno va loro incontro, come se volessero interpretare alla lettera l’etimologia della parola inglese training, intesa come traino, trascinamento a rimorchio. Se non c’è un patto chiaro, l’insegnante può cadere vittima della propria buona volontà e farsi carico di una parte del lavoro che questi ragazzi si sono scrollati di dosso. La tentazione di diventare un personal trainer confligge se non altro con i limiti di orario della scuola pubblica. Come nei servizi e nei prodotti venduti dalle aziende, nella scuola secondaria di primo grado dovrebbero essere esplicitati in modo inequivocabile almeno i limiti di fornitura, entro i quali gli insegnanti comincerebbero a muoversi con maggior sicurezza e con il pieno rispetto delle famiglie degli allievi. Ma quello che vedo va in un’altra direzione: la scuola è un contenitore elastico pieno delle migliori intenzioni, sovraccarico di compiti e povero di risorse. In questo quadro, il vantaggio competitivo degli insegnanti non sta in regole più stringenti, ma nella capacità di adattarsi a situazioni sempre nuove ed imprevedibili.

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