mercoledì 13 luglio 2011

Ci manca una rotella!

È questo il titolo che i miei bambini hanno scelto per il grande progetto affrontato durante lo scorso anno scolastico (2009/2010), in cui il lavoro principale è stato la scoperta e l'analisi del funzionamento di oggetti ad ingranaggi e quindi, seppur ai nostri minimi livelli, l'approfondimento di un argomento relativo alla branca della Fisica nota come Meccanica.
Il progetto è stato strutturato secondo una didattica prettamente laboratoriale (che cos'è un laboratorio?) ed attiva ed ha coinvolto diversi ambiti disciplinari, facendo fulcro soprattutto alle attività di scienze.
Il lavoro è partito principalmente da una riflessione estesa, nata dal convegno “Il curricolo in area matematico-scientifico-tecnologica”, svoltosi presso l’Università degli Studi di Milano Bicocca il 6 maggio 2009, a cui hanno partecipato moltissimi insegnanti delle scuole dell’infanzia, primarie e secondarie di tutta la Regione Lombardia. Con questa occasione si intendeva riflettere sulle attuali Indicazioni Nazionali (per quanto riguarda l’ambito scientifico), per rivederle e ripensarle in ottica operativa: cosa si può, cosa non si può fare in classe rispetto alle Indicazioni?
Con settembre 2009, quindi, sono stati avviati, sempre a Milano, diversi laboratori specifici per una decina di ambiti matematici e scientifici e gli insegnanti che hanno deciso di continuare la collaborazione si sono suddivisi nei vari sottogruppi. Io ho scelto il gruppo di ambito fisico, dal titolo “Il ritmo e il segnale”, condotto dal Prof. Enrico Miotto presso il Museo della Scienza e della Tecnologia “Leonardo Da Vinci” di Milano.
Durante il lavoro di gruppo si è discusso su come affrontare in classe diverse attività relative all’argomento ed ognuno dei partecipanti ha scelto di sperimentare in classe un determinato tema, per poi confrontarsi con gli altri. Io, in particolare, sono rimasta incuriosita dal ritmo presente negli ingranaggi, dalle macchine meccaniche (tra cui quelle di Leonardo) e dal loro funzionamento.
Ho deciso, quindi, di affrontare questa tematica assieme ai bambini, anche in virtù del fatto che quell'anno dovevo affrontare il mio anno di prova per l'immissione in ruolo e avrei dovuto documentare dettagliatamente un progetto realizzato nella mia classe, per redigere la mia Relazione Finale da consegnare al Dirigente Scolastico (in poche parole: ho preso due piccioni con una fava! :-) ).
Il lavoro è stato molto interessante e complesso, ma i bambini si sono molto divertiti ed insieme abbiamo scoperto tantissime cose (dato che anch’io per prima mi sono ritrovata a riscoprire moltissimi aspetti che quasi davo per scontati, ritornando un po’ bambina!).
Il punto di partenza è stato quasi casuale, ma estremamente azzeccato: i bambini mi hanno chiesto come funzionasse un giocattolo meccanico che avevano osservato. Quale modo migliore per introdurli ai segreti della meccanica classica?
Si trattava di un giocattolo “speciale”: un elicottero le cui pale ruotavano, azionate da alcuni ingranaggi collegati ad una piccola centralina con pannello solare. L'elicottero poteva funzionare solamente se il suo pannello era esposto al sole. Questo giocattolo è stato da me portato a scuola principalmente per introdurli alla Giornata del Risparmio Energetico e riflettere insieme sul significato delle energie alternative, ma oltre al principale scopo, mi sono accorta che questo elicottero ha in generale incuriosito molto i bambini e li ha portati a pormi molte domande relative al suo funzionamento; io ho scelto di “rimbalzare” le domande per permettere loro di fare delle ipotesi e ciò che è emerso è stato che forse le pale dell'elicottero potevano girare perchè all'interno del giocattolo c'erano ruote e bastoncini speciali tutti collegati, che permettevano un movimento. Ci siamo soffermati sulle ruote e i bambini mi hanno detto che erano ruote “speciali” perché avevano come delle punte, un profilo a zig-zag.
Visto questo interessamento e data la mia preparazione a livello teorico, ho quindi deciso di sviluppare con i miei bambini un percorso che prevedesse una riflessione sul funzionamento degli ingranaggi e per fare questo ho scelto inizialmente di procurarmi uno specifico materiale strutturato, che mi aiutasse nel lavoro: il Georello della Quercetti
Il Georello è un gioco di ruote dentate con il quale è possibile non solo capire il funzionamento degli ingranaggi, ma anche costruire macchinari o meccanismi funzionanti. Avevo già visto ed utilizzato questo gioco durante gli incontri del laboratorio al Museo della Scienza e della Tecnologia di Milano, scoprendone in prima persona le potenzialità didattiche e le incredibili risorse. Ho quindi deciso di affrontare la prima analisi degli oggetti meccanici attraverso questo semplice e intuitivo gioco che ho lasciato sperimentare direttamente ai bambini. 
All'inizio ho scelto di dividere i bambini in gruppi da 4-5 componenti. A ciascun gruppo ho consegnato una tavoletta e, per fasi successive, le diverse ruote, in modo che avessero il tempo di osservare con calma il loro funzionamento (senza avere troppo materiale per le mani che li potesse disturbare e che fornisse loro troppi stimoli contemporaneamente invece di farli ragionare passo-passo). Ho dato inoltre a ciascun gruppo alcuni chiodini, che potessero inserire nei buchini delle ruote per capire meglio come ruotavano (da che parte, quanti giri facessero, in che modo rispetto alle altre, …).
Ogni gruppo aveva il compito di fare delle prove con le diverse ruote, di confrontarsi e lavorare insieme per arrivare a riflettere su quanto sperimentato e a descrivere, tramite osservazioni orali o scritte, ciò che capivano durante i loro esperimenti.
I bambini avevano anche il compito di segnare (sottoforma di appunti) ciò che osservavano e che a loro sembrava interessante su un foglio, in modo che si potessero ricordare di quel che avevano fatto anche durante le lezioni successive.
Ogni gruppo è partito dall’osservazione di due ruote uguali, poi ruote di diversa grandezza, poi successivamente sono stati forniti loro altri accessori per completare gli ingranaggi.
L’esperienza ha riscosso un enorme successo: i bambini erano molto coinvolti, non solo per la modalità prettamente ludica e stimolante dell’attività, ma anche per la possibilità di lavorare liberamente in piccolo gruppo, senza dover necessariamente seguire le indicazioni rigide date dagli insegnanti. 
Ma torniamo all'attività vera e propria. Durante il lavoro i bambini hanno sperimentato diversi tipi di ingranaggi: ruote dentate di varia misura (abbiamo deciso di chiamarle così, dopo una lunga riflessione, perchè è come se queste ruote con profilo a zig-zag avessero dei “denti”), catena (come quella della bicicletta), manovella, “mulini” (abbiamo scelto di chiamare così i supporti che permettevano alle ruote di volteggiare anche verticalmente rispetto alla tavoletta orizzontale), ecc… 
Dopo alcuni incontri di familiarizzazione con lo strumento, ecco le conclusioni e le osservazioni più interessanti a cui sono arrivati i bambini tramite il lavoro di gruppo e la sperimentazione spontanea:
  • due ruote incastrate tra loro ruotano una in senso orario e l’altra in senso antiorario (al contrario) → di senso orario e senso antiorario ne avevamo già parlato sia quando ci siamo occupati dell’orologio e delle sue lancette, sia quando avevamo analizzato i diversi pianeti del sistema solare e le loro rotazioni; per questo i bambini, spontaneamente, hanno deciso di utilizzare questi termini e di attribuire, nella forma grafica, dei simboli per le due tipologie di rotazione: un + per il senso orario e un – per il senso antiorario
  • se tutte le ruote sono incastrate tra loro (anche se dipende dal modo), se ne giri una, girano tutte
  • se hai tre ruote e ciascuna la incastri con le altre due, non girano. Questo succede perché se vuoi far girare la rossa in senso orario, la blu deve girare in senso antiorario e la terza “non sa dove girare”, così blocca tutto il meccanismo!
  • se metti un chiodino tra i denti di una ruota, questa non può girare
  • un nuovo modo per creare un ingranaggio può essere incastrare tanti chiodini sopra una ruota, poi incastrare due ruote una sopra l’altra in modo che quella sopra possa inserire i suoi denti negli spazi tra i chiodini, come nella foto:
  • abbiamo osservato ruote diverse e ci siamo chiesti: se incastriamo due ruote e fissiamo due chiodini su ciascuna in due punti precisi, quanti giri ci vorranno perché entrambi i chiodini ritornino alla stessa posizione iniziale? Quanti giri della prima ruota? Quanti giri della seconda? Provando con le diverse ruote abbiamo scoperto le proporzioni:
     Abbiamo capito che le ruote grandi fanno meno giri rispetto a quelle piccole.

  • se abbiamo una lunga fila di ruote e vogliamo far girare la prima della fila in senso orario, possiamo velocemente sapere in che modo girerà l’ultima della fila, basta fare un semplice “conto”: se il numero delle ruote della fila è pari, allora la prima e l’ultima ruota gireranno in sensi opposti; se invece il numero delle ruote della fila è dispari, allora la prima e l’ultima ruota gireranno nello stesso senso

  • due ruote incastrate tra loro e legate dalla catena non girano
  • se due ruote non sono incastrate tra loro e sono legate dalla catena, si muovono entrambe e anche la catena
  • se mettiamo due ruote non incastrate dentro alla catena e se facciamo girare una ruota in senso orario, anche l’altra ruota girerà in senso orario, così come la catena a sua volta girerà in senso orario → la catena gira nello stesso senso di tutte le ruote interne a lei incatenate
  • se però mettiamo, mantenendo la stessa situazione, una ruota incastrata al di fuori della catena, quella fuori girerà in senso antiorario → la catena spinge le ruote interne nel suo stesso senso e quelle esterne nel senso opposto
  • se mettiamo tre ruote incastrate tra loro in fila e le due ruote alle estremità sono incastrate alla catena, mentre quella al centro non la tocca, allora il meccanismo girerà, perché la catena spingerà le due ruote alle estremità nel suo stesso senso e quella al centro, a sua volta, sarà spinta dalle due vicine in senso contrario
  • se proviamo a fare un “cerchio di ruote” ci accorgiamo che solo in cerchi con un numero di ruote pari l’ingranaggio funziona, mentre con un numero di ruote dispari l’ingranaggio è bloccato. Questo succede per lo stesso motivo visto prima: se sono in numero dispari significa che due ruote vicine dovrebbero girare nello stesso senso, ma questo è impossibile!
Le osservazioni riportate sono state rielaborate dopo un lavoro svolto in più incontri, sia in modalità di gruppo con l'uso del Georello, sia di gioco spontaneo con lo stesso materiale durante gli intervalli, sia tramite l'utilizzo di specifici giochi online trovati su internet durante le ore di Informatica, a cui i bambini hanno giocato a coppie o in piccoli gruppi (si tratta di “Gli ingranaggi – Wheel it” e di “Gears”).
Entrambi i giochi sono difficili, richiedono una certa abilità mentale, anche per gli adulti. Tuttavia tutti i bambini sono riusciti a giocarci, chi con qualche aiuto, chi senza, anche con risultati eccellenti e inaspettati (per esempio, una bambina che ha grandi difficoltà sia in italiano che in matematica è riuscita, in meno di mezz’ora, a superare con facilità tutti i livelli del gioco!). Entrambi i giochi richiedono di inserire una serie di ruote dentate nell’ingranaggio in modo da trasferire il movimento da una ruota fissa che gira da sola a una o più ruote fisse che inizialmente sono ferme. Incastrando nel modo giusto le ruote “libere” si può coordinare il meccanismo dell’ingranaggio. C’è però una differenza: nel secondo gioco, “Gears”, sulle ruote “finali” c’è anche segnalato il verso in cui queste ruote dovranno andare a ruotare. E qui viene il “bello”: perché per passare al livello successivo non basta farle ruotare, ma trovare anche il modo per farle ruotare dalla parte giusta!
Dopo questo lavoro di analisi specifica, si è passati ad analizzare nei dettagli alcuni oggetti funzionanti a ingranaggi, appartenenti alla vita quotidiana dei bambini e da loro scovati, per cercare di capire come potessero funzionare, ma racconterò questa nuova attività nel mio prossimo post, ad essa dedicato!

 

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