Rapporto attività
didattica
“Con
le energie rinnovabili si impara giocando.
Speciale
2005. Anno internazionale della Fisica.
Conoscere
l’energia per risparmiarla.”
Ruolo ed importanza rispetto al contesto scolastico e alle
esigenze didattiche
Di tutti gli aspetti ecologici, la parte dedicata alle energie rinnovabili rimane, per un educatore la più difficile da presentare o comunque, sulla quale si incontrano diverse difficoltà nel realizzare esperienze pratiche e coinvolgenti.
Si tratta però di pensarci un attimo, di avere un minimo di preparazione pratica, per arrivare a proporre attività energetiche accattivanti e che riescono effettivamente a dimostrare un appropriato utilizzo dell’energia.
Nella nostra scuola è da tempo che si è orientati a realizzare una didattica delle energie rinnovabili, sia perché queste si prestano a realizzazioni semplici, ma del tutto efficienti, capaci non solo di agire nei confronti dei ragazzi sulla leva “questo l’ho fatto io”, ma che garantiscono un approccio completo della disciplina; infatti essi non solo progettano i modelli da realizzare, vi ricercano informazioni, costruiscono, collaudano, misurano, calcolano, verificano, modificano.
In questa maniera l’istituto si è arricchito via via nel tempo, di un notevole archivio didattico, nel quale sono stati aggiunti materiale sempre diversi, da utilizzare con altre classi ed da mettere a disposizione per altre scuole.
Lo stesso calcolo legato sia all’uso energetico, che alla verifica applicativa di quanto realizzato, permette ai ragazzi una azione diretta, più comprensibile e meno astratta.
Parlare poi oggi di energia e di energia rinnovabile, è piuttosto attuale, sia per le poter proporre ai nostri studenti un bagaglio di scelte oggi non più futuribili, ma realizzabili, utili per le loro scelte di futuri cittadini, sia per coinvolgerli sin da ora, nelle questioni sociali globali legate al fabbisogno energetico.
Gli obiettivi
5. Saper distinguere le forme di energia non rinnovabile da quelle rinnovabili
6. Riconoscere le varie energie sfruttate dall’uomo
7. Saper riproporre le caratteristiche principali delle nuove forme energetiche meno conosciute
8. Analizzare lo scambio energetico e le caratteristiche tecnologiche di centrali termoelettriche ed idrauliche.
9.
Riconoscere l’importanza
delle agevolazioni statali per la diffusione delle risorse rinnovabili.
10. Saper riconoscere l’importanza del sole per l’utilizzo energetico
11. Capire il concetto di irradiazione solare e la sua variabilità
12. Saper distinguere i vari collettori utilizzanti l’energia solare
13. Valutare la potenza erogata da un pannello solare
14. Applicare il concetto di rendimento ai modelli solari realizzati o disponibili
15. Saper utilizzare i parametri dell’elettricità nel calcolo di semplici problemi
16. Riconoscere e utilizzare gli strumenti elettrici
17. Riconoscere e utilizzare i simboli grafici
18. Utilizzo del contatore per la misura di potenza.
Tali obiettivi, ovviamente, sono relativi alle rispettive Unità di Apprendimento effettuate nelle varie fasi durante tutto l’intero anno scolastico.
Piano di svolgimento
Lancio della programmazione
Sono solito proporre questi argomenti alle classi terze della scuola media, attraverso una proposta iniziale, che di solito individuo all’inizio dell’anno scolastico; nel caso del lavoro proposto, due le occasioni: la fiera “RICICLA” di Rimini e la proposta dell’ENEL “Energia in gioco”; questa propone sia la realizzazione di un questionario da realizzare alla fine di un percorso dato, che la partecipazione attraverso un progetto di rivisitazione/recupero/rilancio delle centrali elettriche produttive del territorio.
In sostanza si tratta solo di presentare in maniera stuzzichevole, anche a mo’ di sfida quasi avventurosa, il programma didattico.
Le attività proposte dal concorso Enel, sono tutte in linea, quindi necessitano del collegamento internet. A scuola abbiamo a disposizione un carrello con postazione di computer mobile, collegamento wireless e videoproiettore, col quale collegarci al sito. Esso propone non solo percorsi informativi di cui i ragazzi prendono nota, ma anche percorsi di approfondimento che vengono proposti per la documentazione a casa. In genere l’Enel propone una serie di 5 tematiche , che vengono assegnate a rispettivi gruppi di lavoro per l’approfondimento domestico. Tutta l’iniziativa parte da fine ottobre ad aprile, in cui viene inviato sia il questionario sia il progetto.
Conoscenza delle forme di energia
Si propongono le varie forme di utilizzo energetico, in stretta collaborazione con l’insegnante di scienze in modo tale da non ripetere gli stessi argomenti, utilizzando l’accesso “internet”, documentazione bibliografica del momento, schemi testi.
In tale unità di apprendimento i ragazzi riportano nel quaderno della disciplina, gli schemi proposti, le tabelle, la documentazione trovata, le eventuali relazioni delle visite effettuate.
In tale momento conduco i ragazzi a vedere alcuni impianti di produzione elettrica: la visita ad una centrale idroelettrica Enel, all’impianto fotovoltaico dell’Università di Urbino; il territorio dell’entroterra della provincia di Pesaro Urbino dove si trova Fermignano, sede della scuola, ha una discreta disponibilità di centri di produzione elettrica, tale da permettere una varietà di scelte.
Il tempo complessivo dedicato è di circa due mesi.
Conosciamo l’elettricità
Al fine di conoscere i parametri dell’elettricità, utilizzo direttamente il laboratorio di tecnologia. In precedenza suggerisco ai ragazzi di leggersi la lezione da me proposta, direttamente dal mio sito; ciò permette loro di arrivare già con domande pronte e preparate, su quegli aspetti non capiti o poco chiari, in modo così di coinvolgerli direttamente nella lezione. Nel laboratorio preparo con loro l’esercitazione elettrica utilizzando, l’alimentatore disponibile, i tester nelle posizioni opportune (voltmetrica, amperometrica ohmmetrica). Colleghiamo resistenze recuperate da vecchi televisori, lampadine, trapano, stufetta. Da ciascuna lezione emergono i rispettivi parametri, le formule da applicare, il loro utilizzo matematico, come si ricavano quelle inverse. I ragazzi vengono coinvolti, a turno nell’esecuzione degli esperimenti, attraverso domande specifiche, nella realizzazione di grafici (esperienza di Ohm), trascrivono sul quaderno le formule da applicare o ricavare ed eseguono i calcoli proposti.
Attraverso il sito del Dipartimento di Fisica medica dell’università di Messina suggerisco agli allievi, l’utilizzo virtuale delle stesse esperienze di elettromagnetismo condotte in laboratorio, per il ripasso domestico e la conferma delle proprie conoscenze.
Come esercitazione propongo la risoluzione di diversi problemi di elettricità, che hanno come dati di partenza elementi di materiale elettrico, da loro facilmente riconducibili a quelli usati in casa.
Questa attività didattica viene sviluppata per circa tre mesi.
Esecuzione dei progetti
I ragazzi, vengono suddivisi in gruppi di lavoro al fine di una maggiore organizzazione interna; alcuni si preoccupano dell’approfondimento delle tematiche delle loro rispettive documentazioni, mentre alcuni si dedicano a documentare tramite macchina fotografica digitale o videocamera, il lavoro che i compagni svolgono nel laboratorio.
Il materiale necessario per l’esecuzione, in genere proviene dal recupero, un valido concetto ecologico che passa attraverso queste realizzazioni. In questa fase, i ragazzi sono anche osservati sull’uso corretto delle varie attrezzature e sulla sistemazione a fine orario del laboratorio: una organizzazione necessaria anche nelle più piccole officine artigianali.
Una volta eseguiti i lavori, qui in particolare pannelli solari a riflessione, nel cortile della scuola i ragazzi si prestano per il collaudo finale ed il calcolo dei rendimenti di ciascun pannello.
Dal sito meteo dell’università di Urbino, apprendono la radiazione solare al suolo, che utilizzeranno per il calcolo della potenza spesa dal sole nell’area della “finestra” del pannello solare. Tale calcolo è comune sia per il termico che per il fotovoltaico, così come evidenziato nel lavoro proposto.
Questa fase ha una durata da 3 a 4 mesi.
Contenuti innovativi
Dal vecchio “imparare facendo” tipico dell’educazione tecnica del passato, il cui rischio era quello di rinchiudersi in uno sterile manualismo, a volte ripetitivo, oggi utilizzo la tecnica del PBL cioè Project/Problem Based Learning (insegnamento basato sul progetto o sul problema). Tale metodologia offre l’opportunità agli stessi studenti, di impegnarsi maggiormente quando le proposte didattiche sono basate su aspetti concreti, che possono toccare con mano, dove loro stessi diventano attivi ed evidenti realizzatori di quanto affrontato. Sono loro stessi che propongono soluzioni, mentre l’insegnante diventa un facilitatore con compiti di suggeritore, guida, sostenitore, non solo dispensatore di sapere. Così aumenta un apprendimento di tipo più collaborativo, tra gli stessi allievi e tra allievi ed insegnante.
Inoltre il computer diventa uno strumento (non una macchina da idolatrare), che aiuta il lavoro, la documentazione delle varie fasi e la condivisione delle conoscenze.
A tal fine ho realizzato un mio sito personale dove ho raccolto anche le varie attività condotte a scuola nella mia disciplina, distinte per progetti e classi.
Vi ho inserito un link ad un blog scolastico, dove in ragazzi interagiscono con me nelle varie esperienze proposte: quest’anno ho avuto 597 commenti degli allievi e ben 89 e-mail personali, con circa 140 ragazzi per 6 classi.
Lo stesso laboratorio con le sue attrezzature è uno strumento di eccezionale aiuto nella fase esperienziale e realizzativa: i materiali prodotti dai ragazzi vanno ad arricchire le sue stesse possibilità applicative. Non sempre è necessario fare degli acquisti eccezionali, molto spesso alcune pezzi possono provenire dal recupero di apparecchiature elettriche o meccaniche. Così nel nostro istituto, ci siamo dotati di celle di Peltier provenienti da dei dispenser domestici di acqua raffreddata, parabole solari da camere operatorie dismesse. Abbiamo acquistato un modello funzionante di motore Stirling, due pannelli fotovoltaici da 150 w ciascuno, uno policristallino e l’altro monocristallino, una cucina solare proposta per il terzo mondo, stiamo per acquistare due piccole celle a combustione reversibili.
L’ottica è sempre quella di cercare cose nuove, attuabili, che ci possano permettere un stimolante percorso didattico.
I prodotti delle ricerca
Il principale prodotto del lavoro svolto dei ragazzi è stato il progetto proposto per l’Enel e qui presentato. I ragazzi impegnati nella documentazione si sono preoccupati della realizzazione prima in formato .doc poi successivamente trasformato in un formato .pdf , più leggero per essere inviato via e-mail. Inoltre gli stessi allievi hanno eseguito la realizzazione di un CD nel quale oltre ad inserire il lavoro del concorso, hanno messo tutte le relazioni eseguite dai compagni durante le varie visite effettuate, compresa quella dell’impianto fotovoltaico dell’Università di Urbino visitato a fine anno scolastico; sono state infine aggiunte tutte le foto che documentano i percorsi sviluppati dai singoli gruppi di lavoro.
Questo Cd è stato poi copiato e consegnato a ciascun allievo delle due classi terze.
Inoltre un gruppo, in particolare, è riuscito nella riparazione e completamento, fino al collaudo di un collettore a profilo parabolico di circa 2 metri quadri di superficie della “finestra”, pirografandone i risultati matematici, su uno dei due appoggi in legno.
La possibilità di coinvolgimento disciplinare con scienze, non solo ha permesso un maggior utilizzo di tempo, particolarmente utili nella fase finale dei lavori, ma un approfondimento più ampio degli argomenti affrontati, evitando doppioni e garantendo una più efficace trattazione. Lo stesso lavoro finale è frutto della collaborazione diretta con le colleghe di matematica e scienze, dei due rispettivi corsi coinvolti.
Grazie anche a questo i ragazzi sono arrivati secondi a livello nazionale nel concorso Enel relativamente alla soluzione dei quiz, mentre il lavoro di progettazione è stato dichiarato non attinente, dato che la nostra centrale di riferimento era quella di Ravenna, per noi difficilmente raggiungibile; tale ricerca è stata comunque citata nella pubblicazione finale dell’ente.
L’uso del computer non solo ci ha permesso di accedere a conoscenze più specifiche relative agli argomenti trattati, ma ci ha permesso di raccogliere fotografie, documentazioni di approfondimento, attraverso la rete internet, i documenti prodotti dagli stessi ragazzi e la raccolta ipertestuale di tutti questi prodotti, da utilizzare per l’apprendimento didattico e come documentazione del lavoro svolto. Non trascurabile è l’inserimento di tutto questo materiale, in un sito accessibile attraverso la stessa rete, non solo agli studenti, ma a docenti e genitori.
Criteri e metodi di
documentazione e valutazione degli esiti
La valutazione dei risultati prodotti dai ragazzi e stata applicata a diversi aspetti.
Il quaderno essendo una sorta di “diario di bordo della disciplina” deve essere completo di tutte le trattazioni effettuate, delle relazioni, schemi, glossari dei termini incontrati, raccolta dei simboli grafici conosciuti, siti web, suggeriti per gli approfondimenti, nonché della varia bibliografia raccolta dai giornali durante l’anno; la sua valutazione svolta almeno due volte l’anno, è servita per considerare sia come il ragazzo ha seguito, sia come ha elaborato gli argomenti proposti.
Ogni singola visita didattica è seguita da una relazione nella quale i ragazzi riportano non solo quanto appreso dai vari tecnici che hanno esposto i loro rispettivi impianti, ma anche indicazioni di approfondimento specifico relativi all’argomento trattato, a note storiche locali, importanza sociale dell’impianto per il territorio, nonché il glossario dei termini particolari incontrati.
Per quanto riguarda l’elettricità e l’energia, ho proposto con regolarità alcuni problemi di cui trovare le soluzioni. Essi sono realizzati e valutati considerando ciascun passaggio matematico necessario, dando un punteggio complessivo finale in base a tutte le operazioni da effettuare. Questa soluzione permette anche a chi si trova con alcune difficoltà, di essere valutato effettivamente in quello che ha fatto o che conosce, anche se non riesce a dare completamente la soluzione.
Le verifiche di questo tipo sono realizzate generalmente a fine argomento e sono 4 all’anno. Questo per prepararli per l’esame, dove una delle 4 prove scritte di matematica è di tecnologia. Negli ultimi 4 anni le prove di esame, solo per il quesito di tecnologia da me proposto, hanno dato mediamente i seguenti risultati: il 25 % non eseguito o negativo, il 75 % positivo di cui il 20 % sono eccellenze.
A titolo di esempio riporto alcune delle prove effettuate dai ragazzi in diversi argomenti elettrici ed energetici:
Un
contatore ha una costante numerica pari a 370 giri/ kwh; con il cronometro
misuro 48 giri in 19“. Calcola l’Energia e la Potenza assorbite.
Se la tensione
che alimenta l’impianto è di 220 v, calcola i due parametri mancanti.
Se l’ENEL
vuole 0,18 €/kwh, quanto spendo in 5 settimane se le macchine stanno accese
tutti i giorni per 12 h al giorno?
Tot. 20; 11 S; 14 B; 17 D; 20 O
Una catena di luci natalizie è composta
da 40 lampadine in serie e funziona con una UT = 220 v.
Ciascuna lampadina ha come dati di
funzionamento 5,5 v e 0,2 A.
1)
Calcola la resistenza e la potenza di una lampada.
2)
Calcola la RT della serie
3)
Indica la IS e la sua caratteristica in questo circuito.
4)
Cosa accadrebbe e perché, se una lampada dovesse bruciarsi.
5) Calcola la potenza di tutta la serie.
Tot
19; 10 S, 13 B; 16 D; 19 O
Si vogliono utilizzare dei pannelli solari per riscaldare i 2400 litri di acqua delle docce del palazzetto dello sport, da 14° C a 64° C. Ho una insolazione giornaliera di 7 h e so che il rendimento di tutto l’impianto è del 89%. Calcola la superficie complessiva dei collettori solari che si devono usare.
Tot. 17; S 10; B 12; D 14; O 16
Per quanto riguarda le attività pratiche e le valutazioni hanno considerato la realizzazione completa del lavoro, la fase di verifica e collaudo con i relativi calcoli di rendimento dei pannelli solari, la documentazione di approfondimento e come questa è stata utilizzata.
I ragazzi sono stati seguiti nei vari momenti di laboratorio, sul corretto uso degli strumenti e attrezzi, sulla sistemazione di questi e della stessa aula a fine lezione.
Inoltre si è utilizzato il blog realizzato appositamente, sia per proporre relazioni delle visite guidate, per fissare i punti importanti degli audiovisivi mostrati, per le autocorrezioni delle verifiche teoriche, che per valutare l’accesso e l’utilizzo allo strumento informatico stesso, in base all’uso più o meno frequente e al rispetto delle modalità richieste.
Bibliografia
Thomas W. Norton “Gli esperimenti facili: energia dal sole” ed. Muzzio Padova 1980
COSV “La progettazione di un mulino a vento” ed. CLUP Milano 1982
Camera Commercio Bologna “Riciclo rifiuti animali” ed. Tamari Bologna1983
Paolo Calvani “Giochi scientifici” ed. Mondatori Milano 1987
ISES “Energia dal sole” Leonardo periodici Roma 1992
CNR, ENEA, ENEL…”Energia dal vento glossario essenziale” ed. ISES Roma 1993
Silvano Fuso “Facili esperimenti scientifici” ed. EDIFAI Alessandria 1994
Cd “Grande atlante della scienza” Dorling Kindersley Multimedia 1994
Marcello Garozzo “Energie pulite” quaderni de Le Scienze n.96 giugno 1997
Vincenzo Gerardi “Energia dalle biomasse” ed. ISES Italia Roma 1998
M. Bacci, L. Tomaselli “Giochiamo con l’energia” quaderno WWF Roma 1999
John Perlin “Dal Sole” ed. Ambiente Milano 2000
WWF ASSEM “Le energie rinnovabili sulla punta delle dita” Mediatec diffusion 2001
Paul Gipe “Elettricità dal vento. Impianti di piccola scala” ed. Muzzio Roma 2002
Sitografia
www.educambiente.it mio sito
progettiamo.blog.aruba.it il nostro blog didattico
www.dienneti.it sito controllato di didattica, dalla primaria al biennio superiori
ww2.unime.it/weblab laboratorio virtuale dell’università di Messina
www.funsci.com esperienze scientifiche
www.isesitalia.it associazione italiana per le energie rinnovabili
energiaingioco.enel.it/index.jsp sito del concorso Enel
www.uniurb.it/csaae/Csaaenet/Fotovoltaico/HomePageFV.htm fotovoltaico Urbino
www.enea.it sito dell’Ente Nazionale Energie Alternative
www.watergames.com rivista che tratta materiale solare e semplici kit didattici
meteo.uniurb.it/ sito meteo univ. Urbino; irradiazione solare al suolo
Collaborazioni
Durante questa attività didattica ci si è avvalsi della collaborazione:
1. dell’ENEL, che cortesemente ci ha permesso di effettuare le visite guidate alle due centrali idroelettriche, quella del Furlo e di Abbadia di Naro;
2. dell’università di Urbino, prof. Francesco Grianti, per la visita all’impianto Fotovoltaico da 20 kw presso la facoltà di Fisica
Ruolo orientante delle
attività
Le varie attività contenute nel progetto didattico, hanno sicuramente suggerito e aiutato nella scelta della scuola superiore e nelle scelte di lavoro. Durante le stesse esercitazioni di laboratorio i ragazzi esternano le loro capacità, che così vengono utilizzate e sostenute, soprattutto nei lavori di gruppo; lo stesso essere in un laboratorio con una diversità di attrezzature permette di intuire modi di comportamento diversi dall’essere in classe.
Le visite didattiche ad impianti particolari permette una visione dei vari settori industriale, sicuramente dando già una impronta orientante. Inoltre il trovare un ambiente diverso della scuola con macchine che lavorano, fanno rumore, dove lo stesso stare ad ascoltare il tecnico che spiega, diventa un atteggiamento da cercare senza meno, è già significativo di un luogo più vicino alla possibile realtà futura.
Le attitudini espresse durante il progetto, si vedano le vignette contenute, hanno permesso scelte artistiche (3), mentre diversi sono stati i ragazzi che hanno scelto scuole ad indirizzo tecnico (4 ITIS, 2 ITG, 5 IPSIA).
I ragazzi con più difficoltà scolastiche, hanno seguito percorsi regionali di orientamento al lavoro, nel settore elettrico (2).
Altra documentazione
utile per il giudizio
Il rapporto scienze e tecnologia è certamente evidente; in particolare la tecnologia riesce a rendere visibile, molti aspetti scientifici e a renderli accattivanti, proficui dal punto di vista dell’apprendimento, grazie all’impegno stesso che il ragazzo mette nell’esercitazione pratica.
Proprio per mostrare questa attitudine e per valutare meglio le possibilità offerte dalla metodologia didattica del PBL, si propongono le seguenti attività condotte con i ragazzi nelle altre classi, visionabili tramite rete internet:
· Una proposta per le classi prime dedicata alla “Luce e colore” www.educambiente.it/luci.htm
· Le domande di un ragazzo di prima, diventano una stimolante attività didattica http://www.educambiente.it/I_Sassi_del_fiume.htm
· Un po’ di chimica applicata con i ragazzi di seconda www.educambiente.it/sapone_in_classe.htm
· Il vento nelle classi terze www.educambiente.it/energia_dal_vento.htm
· Il biogas a scuola classi terze www.educambiente.it/biogas_a_scuola.htm
Fermignano 26.09.07
Prof. Giuseppe Dini