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MATERIALE DIDATTICO

IL LINGUAGGIO DELLA SCIENZA: LA MISURA

a cura di FormaScienza

Obiettivo: rendere lo studente consapevole della necessità di introdurre il linguaggio scientifico, riflettere sul significato di misura e sul ruolo svolto dallo strumento.
Età: 11-14 anni

Materiale Necessario

- Fogli e penne;
- Palline;
- Cronometro;
- Metro;
- Termometro analogico;
- Termometro digitale;
- Bilancia analogica;
- Bilancia digitale.


Il conduttore introduce il tema dell'incontro, che è generalmente il primo di una serie di altri, domandando dapprima cos'è la scienza, poi introducendo un'altra domanda: a che serve la scienza? A questo punto il conduttore afferma che la scienza gli permette di prevedere il futuro. "Guardate un po' qua: prevedo che quest'oggetto che lascio cadere toccherà terra dopo 6 decimi di secondo". Il conduttore lascia cadere un oggetto che portava in tasca, misura il tempo e la previsione si avvera. Gli studenti sosterranno probabilmente che era stata fatta una prova precedentemente. Allora il conduttore prende un oggetto da un loro banco e ripete la previsione, identica. Stavolta di certo non l'aveva provato prima, afferma. Però sapeva che non sarebbe cambiato nulla. Conosceva la legge. (la parola viene qui anticipata). Il conduttore "presenta" la serie di incontri: "In questi incontri parleremo di questo: cercherò di convincervi che la scienza serve effettivamente a fare delle previsioni, cercheremo di capire come si fanno queste previsioni". (Questo piccolo discorso introduttivo serve per stimolare la curiosità e dare l'idea che ci sarà un punto di arrivo).

Il conduttore afferma che come primo passo per fare queste previsioni serve un linguaggio adeguato. Ragiona con gli studenti: se avesse detto che il suo oggetto arrivava a terra subito, o dopo un attimo, nessuno l'avrebbe considerata una previsione. Per chiamarla tale, ha dovuto dire 6 decimi di secondo. Ragiona così: "Se l'oggetto cadeva in cinque decimi, mi avreste detto che mi ero sbagliato. Cerchiamo di capire come nasce questo linguaggio scientifico".
A questo punto si fa un gioco. Gli studenti vengono invitati a scrivere su dei fogli:
  • una cosa grande e una piccola;
  • una pesante e una leggera;
  • una lunga e una breve;
  • una veloce e una lenta;
Si chiarisce che "cosa" vuol dire oggetto, animale, ecc.; si dà come unica regola di non fare domande e scrivere la prima cosa che viene in mente, senza comunicare l'uno con l'altro. Anche il conduttore partecipa al gioco. Si aprono i fogli e si confrontano, scegliendo una o più coppie. Si vede per esempio che una macchina può essere lenta o veloce (rispetto a un aereo o a una bicicletta), un camion è grande rispetto a una macchina ma piccolo rispetto a una montagna, ecc. (Se nessuno dei fogli degli studenti ha prodotto contraddizioni, ci penserà il foglietto del conduttore). Si fa notare come evidentemente il linguaggio comune sia ambiguo. Però una cosa non è ambigua: il confronto fra due di questi oggetti.
Si conducono gli studenti verso l'idea di un campione con cui confrontare gli oggetti. Si usano ora come filo del discorso le quattro coppie di oggetti.

Misura di lunghezza

Per esempio per le lunghezze si può usare un piede, ma un piede di chi? Si può prendere una statua famosa e dire: questo è il piede. Ma si può anche usare il metro, molto più igienico del piede. Usando un piede o un metro o qualunque altra cosa come campione per fare i confronti, abbiamo inventato la misura e l'unità di misura. Misurare vuol dire confrontare con l'unità di misura. Questo linguaggio non è più ambiguo, almeno in prima approssimazione.
L'unità di misura dev'essere comoda; si può cambiare se si definisce il fattore di conversione. Il millimetro per lo spessore della carta, il chilometro per le distanze autostradali, l'anno luce per la distanza tra le stelle (spiegando l'anno luce, sottolineare che è una misura di lunghezza e non di tempo).

Misura di peso

Il conduttore chiede agli studenti di pensare ad altre grandezze fisiche da misurare. Seguendo il gioco precedente, per esempio si tira fuori il peso: si mostrano vari oggetti molto diversi e si chiede qual è il più pesante, tutti rispondono subito, finché non se ne mostrano due di cui non si distingue a occhio il peso. I ragazzi restano interdetti. Si fanno riflettere gli studenti sul fatto che si è arrivati ad un punto in cui i sensi non bastano più ma serve uno strumento (come poco fa è stato usato un cronometro per misurare i 6 decimi di secondo). Lo strumento non fa altro che compiere al posto nostro il confronto con l'unità di misura, rendendo se necessario percepibile dai nostri sensi una differenza che altrimenti non si vedrebbe, amplificandola.
Nel caso del peso, si chiede, che strumento si usa? La risposta "la bilancia" va messa subito in discussione: "ma come funziona la bilancia? Ma con che campione stiamo confrontando?", così da portare gli studenti verso la bilancia a piatti, che è la prima bilancia ad essere stata costruita. Nella bilancia a piatti si usano dei pesetti da aggiungere su un piatto mentre l'oggetto da misurare è sull'altro. Per esempio una mela: quanto pesa una mela? (Varie risposte). Con il pensiero si fa quest'esperimento: mettiamo la mela su un piatto, che si abbassa. Mettiamo un pesetto da 50 grammi sull'altro piatto, non si muove nulla. Quanto pesa una mela? Più di 50 grammi. Mettiamo un altro pesetto da 50 grammi, non si muove nulla. Quanto pesa una mela? Più di 100 grammi. Ne mettiamo un altro, ancora nulla. Quanto pesa una mela? Più di 150 grammi. E infine un altro: ora il piatto con la mela si alza e l'altro si abbassa. Quanto pesa una mela? "Meno di 200 grammi", diranno probabilmente gli studenti, bisogna che aggiungano: ma più di 150. "Che si fa ora?". Si immaginano dei pesetti più piccoli, da 10 grammi, si ripete l'esperimento mentale e viene fuori che la mela pesa tra 170 e 180 grammi. Giocare sul prendere dei pesetti sempre più piccoli: ha mai fine questo processo? A un certo punto, per forza, ci si ferma: lo strumento non può andare sotto della sua sensibilità. Si ribadisce che ciò vale per tutti gli strumenti.

Misura di tempo

Si chiedono agli studenti degli altri strumenti per misurare altre grandezze e ci si riflette. Per esempio per misurare il tempo: clessidra, ecc. Si riassume: lo strumento converte una cosa che i sensi umani non vedono in una che essi vedono. Il metro (da sarto), il termometro, ecc. (si fanno quanti più esempi possibili per altre grandezze fondamentali) hanno tutti un loro limite di sensibilità. Ogni strumento ha una sensibilità, per quanto sia bello, nuovo e costoso. L'orologio atomico? Ripetere gioco: secondo, decimo di secondo, centesimo ... miliardesimo .... miliardesimo di miliardesimo ... ci si deve fermare, prima o poi. Sia per motivi tecnici, sia per non andare avanti all'infinito. Esiste l'infinito? In matematica, non nella scienza sperimentale. Il matematico scrive pi greco con la lettera greca ed è soddisfatto. Il fisico, scrive 3,14159... La matematica non è una scienza sperimentale.
Si fanno altri esempi di strumenti e sensibilità: i telescopi, i microscopi (si parla in quel caso di risoluzione, ma il problema è lo stesso). Si ribadisce, con quest'esempio, che uno strumento non è altro che un "amplificatore" che rende sensibile ciò che non lo è. Cercare di farsi proporre dai ragazzi quanti più strumenti possibile e di parlarne anche in termini di evoluzione (dalla clessidra alla pendola all'orologio meccanico ecc.).


A questo punto si può introdurre la spiegazione su come si scrive una misura: non come un numero, ma come una "forchetta". Si fanno misurare agli studenti delle grandezze concrete e si scrivono alla lavagna i risultati con introducendo il simbolo ("più o meno"):
  • lunghezza di un banco (con metro; scrivendo ad esempio 177.60.1 cm);
  • peso di un astuccio (con bilancia analogica e digitale);
  • temperatura corporea (con termometro a mercurio e digitale);
Si riflette sulla previsione del conduttore: 0.6 decimi, senza pensare ai centesimi.

Misura di velocità

Si può fare un altro esempio (che serve negli incontri successivi se si lavora sul piano inclinato). Il conduttore fa rotolare due palline su un piano, una alla volta. Chiede quale vada più veloce: finché le due velocità sono molto diverse gli studenti rispondono subito, quando sono quasi uguali, sono in difficoltà. Si chiede come si faccia a misurare la velocità. Per condurli alla risposta: "se per esempio le facessi rotolare insieme? Si vedrebbe subito quale è più veloce. Come si vede? Nello stesso modo in cui si vede chi va più veloce in una corsa: si mette un traguardo". In altre parole, si spiega che la velocità è maggiore se lo stesso spazio lo si percorre in tempo minore. La velocità si misura allora uno spazio e misurando un tempo. La velocità è una grandezza derivata. Anche in questo caso è possibile costruire uno strumento più furbo che fa tutto da solo, contando per esempio il numero di giri delle ruote al secondo per una macchina, la velocità dell'acqua o dell'aria che passa in un tubo per una nave o un aereo. Con tutti i problemi che questo comporta: aereo con vento, macchina su un nastro che gira. Si prova a misurare la velocità della pallina con metro da sarto e cronometro (scrivendo il risultato con la "forchetta") ma ci si accorge subito che ci sono degli altri problemi, per esempio i riflessi di chi fa partire il cronometro. "Fare una misura fatta bene è difficile, ne parleremo nel prossimo incontro".

Schede di lavoro

Si possono proporre agli studenti sia delle schede di lavoro individuale (Scheda 1) sia delle schede di lavoro in gruppo (Scheda 2).
La scheda 1 ha lo scopo di verificare la comprensione del significato dei termini utilizzati nell'incontro: grandezza fisica, unità di misura, sensibilità; la scheda 2 va invece distribuita a gruppi insieme agli strumenti in essa rappresentati ed ha lo scopo di verificare la comprensione del modo corretto di eseguire una misura e riportarne il risultato.