Come realizzare esperienze scientifiche quando il laboratorio scientifico non c’è…

 di Alfonso D’Ambrosio , docente di Matematica e Fisica IIS Cattaneo Mattei, Monselice (Pd)

In un tweet: esperimenti reali a casa e a scuola con lo smartphone

Destinatari:  Docenti e studenti

Tipologia di scuola a cui è diretto: Secondaria di I e II grado

Introduzione

INTRODUZIONE

Descrizione

In questo articolo vengono presentate delle possibili esperienze scientifiche condotte utilizzando i sensori di uno smartphone.

Premesso che più del 90% degli studenti della secondaria possiede uno smartphone [1] e che abbiano almeno una volta installato un’App, non tutti invece sanno che uno smartphone, può essere pensato come uno strumento di misura in grado di analizzare ed elaborare dati ambientali.

In molti dispositivi portatili sono disponibili sensori quali l’accelerometro, il giroscopio, il barometro, il sensore di luminosità, il microfono, la telecamera, utilizzati per il controllo del dispositivo stesso o per giochi interattivi ad esempio.

Questi sensori possono essere utilizzati, invece, per condurre esperienze scientifiche su cinematica, dinamica, microscopia, fisica moderna, analisi statistica dei dati etc.

Lo smartphone può inoltre registrare valori ambientali quali temperatura, pressione, suono, ponendolo su un drone o su un robot e consentendo applicazioni in IOT con microcontrollori.

COME PROCEDERE

Installazione delle App

Sono numerose le App gratuite (solitamente con gli stessi nomi sia per Android sia per IOS) che consentono di accedere ai valori registrati dai sensori del proprio smartphone, su tutte segnaliamo: Physics toolbox sensor suite, Vidanalysis, Colour Detector, Sensor Kinetics

Possibili attività Didattiche

Lo smartphone può essere utilizzato per studiare l’accelerazione di gravità di un luogo, ponendolo in caduta libera (Figura 1), ma può diventare uno strumento per lavorare sulle misconcezioni scientifiche dei nostri studenti, quali energia, potenza, sforzo, all’interno di un parco giochi.

Figura 1

Utilizzando delle lenti disponibili sul mercato ( o costruendone una propria) è possibile trasformare l’obiettivo dello smartphone in un microscopio portatile e condurre esperienze nel proprio giardino di casa o nel parco comunale della propria città, invitando gli studenti a riflettere sul rispetto dell’ambiente e della cosa pubblica.

Lo smartphone può rilevare la luminosità di un ambiente o l’intensità sonora (Figura 2), ottenendo una mappatura dell’inquinamento luminoso o acustico di un edificio (quello scolastico ad esempio) o tracciare il moto di oggetti fisici partendo dalla registrazione di un video (Vidanalysis).

Figura 2

Lo smartphone è dotato di una connessione wireless e può essere interfacciato con robot (App) o microcontrollori (Internet of things), per realizzare dispositivi domotici controllati a distanza, ma anche immaginari futuri su altri pianeti (ad esempio muovere un braccio robotico su un pianeta con atmosfera ostile, controllandolo dalla Terra). L’App per rilevare i colori può essere utilizzata per esperienze fotometriche con rette di calibrazione

Lo smartphone diventa uno strumento che appare agli studenti “familiare” , “alla moda”, di “facile utilizzo” e consente di condurre esperienze scientifiche [2] anche a casa (flipped learning).

Le attività con lo smartphone possono riguardare curriculari esperienze scientifiche di base (cinematica, dinamica, magnetismo…) o progetti multidisciplinari (cittadinanza digitale, condivisione scientifica, autorevolezza delle fonti).

Una attività struttura con smartphone: misuriamo il raggio della Terra .

La misura del raggio della Terra (e quindi la deduzione che essa non è piatta) ha affascinato gli uomini fin dall’antichità; una delle prime misure si deve ad Eratostene.

Una possibile misura diretta può essere ottenuta utilizzando il sensore GPS dello smartphone.

In matematica vale la seguente relazione:

In una circonferenza il rapporto tra l’arco e il raggio è pari all’angolo al centro (misurato in radianti).

Se l’angolo al centro è molto piccolo, allora non si commette un grosso errore nel confondere l’arco con la lunghezza della corda che insiste sullo stesso angolo.

Utilizzando la bussola del nostro dispositivo, tracciare un percorso, utilizzando un metro, lungo almeno 20 metri , nella direzione Nord-Sud (latitudine).

Utilizzando l’App Physics toolbox GPS registrare la latitudine del luogo A (partenza) e del luogo B (arrivo), muovendosi lungo il percorso prestabilito.

La lunghezza della corda sarà il nostro percorso, l’angolo al centro sarà la differenza tra la latitudine in A ed in B registrata dal nostro GPS (e convertita in radianti). E’ facile poi ottenere una misura del raggio della Terra (si discutano poi gli errori) e tutte le conseguenze che questo comporta (la Terra è davvero un corpo sferico? Come capire se non lo è?).

Una misura analoga, ma indiretta può essere ottenuta direttamente utilizzando Google Maps. In questi casi occorre registrare la minima distanza che intercorre tra due punti che hanno la stessa latitudine (cosa accade se utilizziamo due punti con la stessa longitudine?) dal sito https://www.gps-coordinates.net/ , tracciando due punti , di partenza e di arrivo.

E’ interessante discutere cosa accade alla misura del raggio della terra, al diminuire dell’angolo al centro (differenza tra le latitudini).

Figura3. Misura della distanza tra Milano e Mesocco, località aventi stessa longitudine e differenza di 1 grado di latitudine.La distanza lineare può essere ottenuta tenendo conto della scala in basso a destra (l’attività consente di discutere di geometria, angoli, multipli e sottomultipli)

I sensori dello smartphone consentono una osservazione diretta del mondo circostante, essi forniscono ai nostri studenti nei “nuovi” occhi con cui leggere, analizzare, interpretare i fenomeni fisici, consentendo facilmente di svolgere attività anche a casa (flipped learning).

MATERIALI UTILI

Tempo necessario a realizzare l’attività proposta:

Le attività possono durare da 1 ora ad un massimo di 2 per singola esperienza. Un percorso più completo in approccio IBSE prevede anche moduli di 12 ore o se in Project based learning anche 20 ore (smartphone e microcontrollori, smartphone e robot)

 

COSTI E RISORSE

Risorse umane necessarie:

  • docente/i del collegio per le scelte generali
  • docente/i referenti del progetto

LINK UTILI

[1] https://www.commissariatodips.it/vita-da-social.html

[2] http://ijet.itd.cnr.it/article/view/819

http://www.gjc.it/2015/sites/default/files/didamatica_short_paper_finale_dambrosio.pdf

http://bricks.maieutiche.economia.unitn.it/2016/06/11/smartphone-un-laboratorio-in-tasca-non-solo-in-classe/

 

Segnaliamo un interessante progetto europeo iSTage2 http://www.science-on-stage.de/page/display/en/3/70/0/istage-2-smartphones-im-naturwissenschaftlichen-unterricht

 

Per tutta l’attività suggeriamo di creare una classe virtuale apposita (AD ESEMPIO CON WESCHOOL O FIDENIA)e di utilizzare risorse clouding condivise.

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