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La fisica moderna e il suo valore culturale:
problemi e sfide per la ricerca
in didattica della fisica
Olivia Levrini
SIF, L’Aquila, 26.9.2011
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“E’ importante insegnare la fisica moderna a
scuola per il suo intrinseco valore culturale”
Come rendere questa affermazione
operativa?
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1. Quali argomenti permettono di esplicitare il
valore culturale che attribuiamo alla fisica
moderna;
2. Quali problemi il nostro gruppo di ricerca in
didattica della fisica sta affrontando affinché
tale valore possa diventare patrimonio di
studenti di scuola secondaria.
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1. Il valore culturale della fisica moderna
Ad esempio…
• Le proprietà della velocità della luce e le loro implicazioni sulle concezioni di spazio e tempo;
• il principio di relatività e la messa in crisi del luogo privilegiato d’osservazione;
• l’indeterminazione, la messa in crisi del concetto di traiettoria e la probabilità non epistemica intrinseca nella definizione di uno stato quantistico (il principio di sovrapposizione quantistico);
• La complementarità e l’irriducibilità della realtà nella sua totalità negli schemi linguistici;
• il concetto di misura in MQ e l’inscindibilità tra oggetto e soggetto;
• l’entanglement e la non-località;
• il paradigma della complessità, il concetti di proprietà emergente, l’irriducibilità dei livelli di descrizione, …;
• …
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1. Argomenti per esplicitare il valore
culturale della fisica moderna
A. Marcano cambiamenti radicali nel paradigma epistemologico della fisica.
B. Sono potenzialmente trasformabili in strumenti di pensiero /chiavi di lettura la cui significatività va ben oltre l’ambito della fisica e ben oltre la scienza.
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“Dal Livre di Mallarmé a certe composizioni musicali esaminate [di Stockhausen, Berio], notiamo la tendenza a far sì che ogni esecuzione dell’opera non coincida mai con una definizione ultima di essa; ogni esecuzione la spiega ma non la esaurisce, ogni esecuzione realizza l’opera ma tutte sono complementari tra loro, ogni esecuzione, infine, ci rende l’opera in modo completo e soddisfacente ma al tempo stesso ce la rende incompleta poiché non ci dà insieme tutti gli altri esisti in cui l’opera poteva identificarsi. E’ forse casuale il fatto che tali poetiche siano contemporanee al principio fisico della complementarietà?”
U. Eco, Opera aperta, 1962
Sulla complementarità…
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Su incertezza e educazione…
“Le scienze, nel corso del XX secolo, ci hanno rivelato innumerevoli campi d’incertezza. L’insegnamento dovrebbe comprendere un insegnamento delle incertezze che sono apparse nelle scienze fisiche (…), nelle scienze dell’evoluzione biologica e nelle scienze storiche. Si dovrebbero insegnare principi di strategia che permettano di affrontare i rischi, l’inatteso e l’incerto e di modificarne l’evoluzione grazie alle informazioni acquisite nel corso dell’azione. Bisogna apprendere a navigare in un oceano d’incertezze attraverso arcipelaghi di certezza”
E.Morin, I sette saperi necessari
all'educazione del futuro, 2011
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2. I problemi oggetto di ricerca…
…relativi alla “messa in cultura” della fisica moderna:
A. individuazione di temi e analisi della loro portata epistemologica e della loro significatività oltre la scienza
(il ricercatore come “critico scientifico”, Levy-Leblond);
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2. I problemi oggetto di ricerca…
…relativi alla “messa in cultura” della fisica moderna:
B. individuazione della forma da dare ai contenuti affinché la struttura stessa della conoscenza (e della sua presentazione in classe) sia veicolo significativo del valore culturale espresso dai contenuti
(il problema cruciale della coerenza tra forma e contenuti affinché l’imparare la scienza e sullascienza si trasformi anche in un imparare dallascienza).
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Temi/concetti (forme di complessità)
elevati a elementi strutturanti
(1) Multi-prospettiva – gli stessi contenuti di fisica moderna
sono analizzati (fenomenologie) da diverse prospettive tra
di loro complementari;
(2) Multi-dimensionalità – le diverse prospettive sono
analizzate per le loro implicazioni concettuali, sperimentali,
formali, ma anche per la loro portata epistemologica;
(3) Longitudinalità – la fisica moderna, nel corso del
curriculum, è collocata in una dimensione storica globale,
nella quale evoluzione significa ampliamento, revisione,
cambiamento, ri-organizzazione dei paradigmi esplicativi
delle teorie precedenti alla luce di nuovi fatti sperimentali
e/o delle nuove teorie.
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La relatività ristretta
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La fisica quantistica
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La termodinamica
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Appropriazione e autenticità
“Far sì che le cose e le esperienze siano
proprie, non vivendole alla maniera di chi si
lascia portare da esse, ma al contrario
assumendole all’interno della propria personale
progettualità.[…] Appropriarsi della cosa vuol
dire anche assumerla dentro il proprio progetto
di esistenza.”
V. Mancuso, La vita autentica, 2009
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Sulla complementarità…
“La vera lezione da imparare dal principio di complementarità, e che forse può essere tradotta in altri campi della conoscenza (come Bohr cercò di fare per tutto il corso della sua vita), consiste nel sottolineare la ricchezza della realtà, che straripa da ogni possibile linguaggio, da ogni possibile struttura logica. Ogni linguaggio può esprimere solo una parte, anche se con successo. Così la musica non è esaurita da nessuno dei suoi stili, il mondo del suono è troppo più ricco di ogni linguaggio musicale, che sia la musica esquimese, quella di Bach o di Schönberg; ma ogni linguaggio è una scelta, un’esplorazione elettiva e in quanto tale possibilità di pienezza.”
Prigogine, Stengers, “La nuova alleanza”, 1981
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Sulla storia…
“Il cammino della storia dunque non è quello di una
palla da biliardo, che una volta partita segue una
certa traiettoria, ma somiglia al cammino di una
nuvola, a quello di chi va bighellonando per le
strade, e qui è sviato da un’ombra, là da un gruppo
di persone o da uno strano taglio di facciate, e
giunge infine in un luogo che non conosceva e
dove non desiderava andare.”
R. Musil, L’uomo senza qualità, 1930
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Sulla contingenza…
“Io temo che Homo sapiens sia una cosa tanto piccola in un vasto Universo, un evento evolutivo estremamente improbabile nell’ambito della contingenza. Il lettore può prendere questa conclusione come gli pare. Alcuni troveranno questa prospettiva deprimente; io l’ho sempre considerata esaltante: una fonte insieme di libertà e di conseguente responsabilità morale”
S.J. Gould, La vita meravigliosa, 1989
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La sfida:
Entrare nella disciplina e nei dibattiti sui
fondamenti, storia e filosofia...
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..e trasformarli in un territorio propriamente
complesso, intelligibile e percorribile per gli
studenti ma anche culturalmente significativo