Un’esperienza ideata da docenti di Faenza che ha creato uno standard europeo nella didattica delle STEM

di Alessandro Pedriali, Simone Marchi e Jacopo Angeli (4B Liceo Scientifico Roiti di Ferrara – anno 2017)

Aree tematiche di riferimento: matematica, fisica, tecnologia
 Stato attuale del progetto: in essere

Come reagirebbe uno studente del liceo se gli venisse detto che si possono apprendere discipline come la matematica e la fisica durante una corsa su una giostra di un parco divertimenti ?

Sarebbe sicuramente basito e contraddetto da un’affermazione così “utopistica”. Tale utopia è però realtà, concretizzata nel progetto “MATEBILANDIA”; un’esperienza didattica unica, svolta nel parco divertimenti “Mirabilandia”, che fa scoprire e vivere in prima persona ai ragazzi la fisica e la matematica che si nascondono dietro un giro della morte o a un più tranquillo giro su una ruota panoramica.

Con il nostro articolo e con la video presentazione che abbiamo realizzata, descriveremo brevemente questo progetto, diventato un’attività stabile del parco di divertimenti “Mirabilandia” di Ravenna e che – cosa non secondaria – ha permesso di allargare l’attività del parco offrendo belle occasioni di lavoro come ‘tutor’ a giovani laureati in discipline scientifiche. Così come di fare da apripista per altri progetti didattici offerti dalla stessa “Mirabilandia” nella didattica della fisica e dell’ingegneria.

MATEBILANDIA nasce nella primavera del 2007 dall’idea di Lorenza Resta, Sandra Gaudenzi , Giovanni Pezzi , Stefano Alberghi , Lucia Paglialonga e Alessandra Foschi, un gruppo di docenti del Liceo Classico e Scientifico “Evangelista Torricelli” di Faenza, nell’ambito di quell’importante movimento concettuale mondiale sviluppatosi dal 2000 in avanti per favorire una migliore didattica delle materie STEM (cioè Science, Technology, Engineering & Mathematics) e quindi con l’intento di fornire agli studenti una nuova visione della matematica e della fisica che puntasse a sfatare il mito di discipline astratte, prive di effettive applicazioni nella realtà quotidiana.

Grazie all’entusiasmo degli studenti delle classi del Torricelli, che per prime l’hanno attuata, all’attenzione generata dall’idea tra i colleghi anche di altre scuole e alla lungimiranza imprenditoriale della direzione del parco ravennate (che ne ha fatto una delle sue attività …) l’offerta di MATEBILANDIA è stata poi estesa alle altre scuole italiane a partire dal 2010.

Perchè MATEBILANDIA affascina?

Il parco “Mirabilandia” diventa una grande aula a cielo aperto, in cui le discipline STEM si liberano dai piani cartesiani e dalle formule, diventando l’urlo di adrenalina e divertimento dei ragazzi.

I concetti della matematica e della fisica ricevono un senso in qualche modo più compiuto e sono in grado di coinvolgere inaspettatatamente i ragazzi, consolidando le conoscenze acquisite durante il percorso scolastico. Il vivere in prima persona la matematica e scoprire che essa è una materia viva con numerose applicazioni nel quotidiano entusiasma i ragazzi in modo significativo. Una matematica che dialoga con la realtà e mostra la sua efficacia risulta ben più interessante rispetto al mero studio sul libro.

Avendo provato l’esperienza in prima persona, riportiamo le nostre sensazioni: arrivati al parco divertimenti, emozionati e curiosi di ciò che ci sarebbe aspettato e fin da subito siamo stati accolti da tutor, ragazzi giovani e preparatissimi molto amichevoli. Dopo aver trascorso un pò di tempo libero concessoci, in cui abbiamo potuto “testare” l’ebrezza del giro della morte del katun, è iniziato il lavoro con i tutor: dopo una breve spiegazione della fisica e della matematica dentro queste giostre, abbiamo potuto “ritestarle” con un’ottica diversa; ad ogni curva o discesa pensavamo non solo al mero divertimento, ma anche ai principi fisici che muovevano la giostra. Eravamo dunque molto sorpresi da come si potessero capire e apprendere argomenti di fisica all’apparenza così poco intuitivi. Anche se stanchi e provati dalla giornata, eravamo felici d’aver scoperto un nuovo modo di affrontare e comprendere le discipline scientifiche, insieme al divertimento condiviso con gli amici. Qualcosa di impossibile da riprodurre in laboratorio o in un’aula scolastica. MATEBILANDIA è risultata dunque decisamente interessante, grazie anche all‘ottima preparazione dei tutor che ci hanno seguito durante il percorso e che sono risultati molto simpatici e adatti ad un gruppo di giovani studenti.

Cosa ‘si fa’ a Matebilandia?

Una volta sul campo, cioè al parco dei divertimenti, il progetto MATEBILANDIA si articola in tre percorsi didattici relativi allo studio e alla modellizzazione delle giostre più comuni in un parco divertimento:

• • la ruota panoramica, cioè Eurowheel,

• • le tazze rotanti, vale a dire ‘Colazione da papere’,

• il rollercoaster: Katun.

Eurowheel

Nell’attività inerente Eurowheel gli studenti, osservando la ruota panoramica, formulano ipotesi relative alla curva matematica più adatta a descriverne

l’andamento. Con l’ausilio di alcune ‘macchine matematiche’ (1) , come il‘prospettografo‘

o lo ‘ellissografo a croce‘, si individua il modello matematico più adatto e consono alle ipotesi avanzate; che in questo caso è l’ellisse.

Colazione da papere

Questa giostra è costituita da una piattaforma principale che ruota a velocità costante e da sei tazze dotate di volante che i passeggeri possono girare a piacere in verso orario o antiorario. Gli studenti analizzano la struttura della giostra, i movimenti e le grandezze significative per descriverne il moto. Formulate le prime ipotesi relative alla forma della traiettoria seguita da una persona sulla giostra, si riproduce per la verifica un modello “vivente” dell’attrazione: un primo studente rimane fermo (simulando il centro della giostra), un secondo, legato al primo con una corda, gli ruota attorno (simulando il centro della tazza) e un terzo gira attorno al secondo (simulando una persona seduta all’interno della tazza). Il terzo studente tiene in mano una bottiglia da cui esce uno zampillo d’acqua che lascia una traccia della traiettoria sul pavimento.

Una simulazione molto performativa, che avviene fra scontri, zampilli fuori controllo e studenti intrappolati !

Il percorso si conclude con la presentazione di un gioco didattico che riproduce le curve studiate.

Katun

Il percorso di questa montagna russa può essere descritto mediante la composizione di numerose curve, che si prestano all’analisi e alla modellizzazione matematica.

La prima discesa del Katun viene studiata utilizzando una fotografia del suo profilo e un barometro (misuratore di pressione).

In seguito si studia l’emozionante ‘giro della morte’, con l’introduzione da parte dei tutor di concetti geometrico matematici in parte estranei all’insegnamento scolastico – come il ‘cerchio osculatore’ o la ‘curvatura’ – ma approcciati facendo leva su elementi intuitiivi e visuali. Per la verifica finale delle ipotesi sulla natura della traiettoria indagata è tra l’altro previsto l’ausilio – con un processo che richiede una certa pazienza e abilità – di una macchina matematica del tutto inedita, che è stata costruita appositamente dai docenti referenti di MATEBILANDIA.

Per studiare e tracciare gli archi di clotoide, che è una curva molto utilizzata in edilizia e architettura, non esisteva in effetti nessun strumento e sono state proprio le necessità didattiche implicate nel progetto che hanno spinto il team del Torricelli a creare, anche grazie all’aiuto di Nabore Resta e Paolo Zanotti, il ‘clotoidografo’. Grazie ai tutor e a queste innovazioni didattiche, i ragazzi giungono alla conclusione che l’andamento del ‘giro della morte’ può essere descritto da un arco di circonferenza e due di clotoide.

Innovazione continua per un’offerta vincente: Smart Lab

Smart Lab è un progetto in essere da due anni, svolto anch’esso nel parco divertimenti “Mirabilandia”

L’idea è nata sempre nel gruppo del Torricelli e, in particolare, dal Prof. Giovanni Pezzi, che è stato coadiuvato da Lorenza Resta e Sara Orsola Parolin. Si tratta di un laboratorio di fisica e matematica dove le attività didattiche vengono svolte appoggiandosi sull’uso dei comuni smartphone.

Svolgendo l’attività i ragazzi scoprono come questi gadget tecnologici compatti e maneggevoli, di uso quotidiano e, cosa non secondaria, in possesso di tutti i ragazzi, siano anche in grado di condividere dati in tempo reale e compiere analisi qualitative, quantitative e grafiche, ad esempio utilizzando l’applicazione Desmos.

Desmos permette di rappresentare, studiare e “manipolare” agevolmente equazioni, disequazioni e curve di ogni tipo. Durante la nostra personale esperienza abbiamo utilizzato l’app per studiare il percorso dell’attrazione “Pakal” e le varie accelerazioni della giostra tramite l’accelerometro.

Con Smart Lab, si favorisce una riflessione e un approfondimento sull’importanza dell’utilizzo delle nuove tecnologie nella vita quotidiana. I ragazzi hanno quindi la possibilità di cimentarsi concretamente con la metodologia della ricerca, con la modellizzazione di un problema, con la progettazione ed esecuzione di esperimenti innovativi.

Conclusioni

Dal nostro punto di vista un progetto che nasce non per iniziativa di qualche luminare, ma dal mondo della scuola, è oggetto di convegni, fa man bassa di premi (2), diventa un libro (3) e genera occasioni per la formazione dei docenti a livello europeo , può essere davvero un punto di inizio per una ‘nuova scuola’, sintesi perfetta fra l’insegnamento teorico e verifica pratica, ossia ciò che appassiona veramente gli studenti. Questa nuova sinergia può avere il potere di abbattere la concezione di una scuola che distribuisce solo nozioni, senza alcun riscontro nella realtà quotidiana.

Note

(1) Proprio l’utilizzo delle macchine matematiche (costruite da Nebore e Lorenza Resta, Paolo Zanotti e Marco Sangiorgi) e che costituisce uno degli elementi di originalità del progetto MATEBILANDIA, è stato il ponte che ha permesso al gruppo di docenti del Torricelli di intraprendere nuove collaborazioni. In particolare va segnalato l’incontro con la Prof.ssa Mariolina Bartolini Bussi dell’Università di Modena e Reggio Emilia, da cui è nata l’idea di realizzare una mostra che raccogliesse sia le macchine matematiche del Laboratorio delle Macchine Matematiche di Modena, che contiene più di 200 esemplari dal valore storico culturale elevatissimo, sia le macchine di MATEBILANDIA. Tale mostra, intitolata ‘La Bottega Matematica’ è stata allestita a Faenza, nel Liceo Torricelli, nel mese di marzo 2010; grazie anche al Tavolo della Scienza e alla Palestra della Scienza del Comune di Faenza, al Dipartimento di Matematica dell’Università di Modena, al Museo del calcolo di Pennabilli e ad altri contributi.

(2) Il progetto MATEBILANDIA, nel 2009, ha ottenuto l’unico premio per progetti matematici assegnato nell’ambito del concorso ‘Centoscuole’ della Fondazione per la scuola della Compagnia san Paolo di Torino; concorso che assegnò otto premi nazionali da 30.000 € in strumenti didattici, di cui uno è andò appunto al Liceo Torricelli.

La Prof.ssa Parolin è stata vincitrice del ‘Premio Nazionale Antonella Bastai Prat‘ 2013 per una ricerca in didattica dela fisica con il paper “Una esperienza di insegnamento in fisica: laboratorio sulle onde sonore con l’ausilio degli smartphone”.

La Prof.ssa Resta è stata uno dei venti insegnanti selezionati in Europa per partecipare alla redazione della brochure didattica iStage 2 che è stata redatta nel 2014 come secondo capitolo (il successivo iStage3 ha preso invece spunto dal gioco del calcio inteso come strumento per insegnare la fisica …) del progetto iStage per favorire l’utilizzo degli smartphone nelle esperienze didattiche di fisica e che è stato avviato nell’ambito di un importante progetto europeo di promozione al miglioramento della didattica delle STEM che si chiama ‘Science on Stage Europe‘.

Lorenza Resta e Gianni Pezzi, nel 2013, hanno vinto, grazie al progetto Matebilandia, il primo premio per la categoria “Ambienti di apprendimento” all’evento ‘Science on Stage Festival’, che si svolge con cadenza biennale e fa sempre riferimento al programma omonimo.

(3) “Matebilandia: Laboratorio di matematica e modellizzazione in un parco divertimenti” – Springer, 2011

Bibliografia:

• Enciclopedia Treccani Online
• Sito Internet ‘matebilandia.it’
• Libro “Matebilandia” edito da Springer
• Materiale didattico fornito dalla Prof.ssa Lorenza Resta