Tecniche di analisi di fisica della materia e proposte didattiche dai laboratori MASEM: formare gli insegnanti al raccordo tra fisica classica e moderna

La trattazione di un argomento come l’RBS è piuttosto inusuale rispetto ai curricola attualmente proposti nelle scuole; presenta tuttavia numerosi aspetti di interesse che possono candidarlo a trovare una collocazione tra gli argomenti oggetto di insegnamento. Per il suo ruolo all’interno della storia della disciplina può offrire spunti per affrontare le questioni legate allo sviluppo del modello atomico della materia, anche dal punto di vista epistemologico. L’articolo con cui Rutherford ipotizza l’esistenza del nucleo per dare conto dei dati sperimentali ottenuti da Geiger e Marsden può fornire un buon contributo a proposte che privilegiano gli aspetti storico-epistemologici. Tuttavia, altre prospettive interessanti si aprono quando si considerano come strumenti didattici i risultati stessi che si ottengono attraverso l’RBS. L’analisi degli spettri è infatti possibile una volta che sia noto il ruolo delle tre grandezze fattore cinematico, sezione d’urto, sezione di stopping (frenamento); il significato fisico di queste grandezze è invece legato alla trattazione degli urti attraverso i modelli di urto elastico tra masse puntiformi, di diffusione Coulombiana, di frenamento anelastico. I concetti fisici che una trattazione dell’argomento in classe consente di affrontare sono di ambito vasto e significativi rispetto ai contenuti disciplinari, e allo stesso tempo possono essere proposti senza un apparato matematico troppo invadente (a questo proposito, la parte matematicamente più impegnativa, quella relativa alla sezione d’urto, può essere ridotta di molto adottando un approccio probabilistico – sperimentale al concetto, che al contempo aumenta anche il numero di concetti didatticamente rilevanti che si possono introdurre). Inoltre, la consapevolezza che l’apparato teorico alla base della tecnica è del tutto classico aiuta a fornire un quadro d’insieme del dominio della fisica, in cui accanto a fenomeni che devono essere trattati con gli strumenti della meccanica quantistica o con quelli della relatività ve ne sono altri, anche nel mondo microscopico, che continuano ad essere descritti in modo del tutto adeguato dalla fisica classica e che offrono ancora oggi possibilità di sviluppo della conoscenza (la perdita di energia nei materiali è settore di ricerca attuale, anche con tecniche computazionali, come i metodi Monte Carlo). Da non trascurare, in prospettiva didattica, sono gli aspetti motivazionali offerti dal tipo di utilizzo della tecnica, ad esempio nell’analisi di materiali dedicati alle applicazioni tecnologiche più moderne (siliciuri, ad esempio, per l’elettronica) e la natura paradigmatica dell’RBS in chiave epistemologica: sia come esempio di una delle possibili tecniche di indagine collisionali, che sostanzialmente adottano schemi di protocollo simili opportunamente adattati al contesto operativo specifico, sia come contesto per attribuire significato a grandezze, quali la sezione d’urto, che lo mantengono al variare dei fenomeni considerati (urti di particelle subnucleari, trattazione quantistica dell’interazione). L’attualità della tecnica e il suo valore paradigmatico gli conferiscono anche una valenza orientante: operare con le procedure proprie del ricercatore in laboratorio fornisce agli studenti un esempio di come opera un fisico. Alcune proposte per l’introduzione dell’RBS nella scuola superiore sono state elaborate già da tempo, e hanno costituito una base di partenza per la progettazione di un corso per insegnanti di scuola secondaria superiore mirante a fornire strumenti per introdurre nelle classi la fisica moderna. [2]E’ noto che un aspetto determinate per l’inserimento di un argomento nella programmazione del lavoro in classe è il livello di padronanza del docente riguardo ad esso: argomenti non padroneggiati adeguatamente vengono esclusi dalla programmazione. La formazione dei docenti diventa dunque un passo obbligato per dare opportunità di formazione successiva anche agli studenti. La formazione docente deve prevedere aspetti disciplinari, data la collocazione tra gli aspetti applicativi piuttosto che tra quelli fondanti della disciplina che viene attribuita all’RBS e dunque la sua assenza da molti curricola universitari, anche di fisica; ma non meno deve soffermarsi sugli aspetti didattici, per formare i docenti a una professionalità che li metta in grado di elaborare proposte didatticamente efficaci, integrando gli aspetti disciplinari e quelli didattici nel contesto della conoscenza pedagogica del contenuto (Pedagogical Content Knowledge, PCK) [3]. La conoscenza stessa deve essere ricostruita mirando allo scopo didattico, evitando di proporre la strutturazione disciplinare canonica senza una revisione critica che la adatti allo stato cognitivo dello studente che l’apprenderà, secondo il Model of Educational Reconstruction, MER [4].