Fisica: cinematica 2 con Scratch: Esperimenti con Scratch su moti vari e moti composti con il calcolo numerico

Di Giovanni Mastropaolo

Si può fare fisica usando applicazioni di Scratch nella didattica ordinaria e nel contempo si può introdurre un po’ di “coding” migliorando la comprensione della disciplina e promuovendo le capacità computazionali degli allievi.

Trattando di cinematica, il moto viene prodotto senza l’uso di espressioni analitiche ma con incrementi reiterati di spostamenti.

Questa seconda pubblicazione di cinematica comprende la creazione e lo studio di moti composti e moti variabili casualmente.
Il libro é utilizzabile per scopi diversi:

• si usano le applicazioni messe appositamente a disposizione online per osservare le proprietà dei moti in relazione ai valori delle grandezze in gioco,
• si prova a modificare i parametri per osservare come cambiano i moti,
• si verificano i risultati ottenuti confrontandoli con quelli desunti con metodo analitico, se possibile,
• si studiano gli script per imparare a programmare.

Lo scopo perseguito è quello di organizzare in un unico testo lezioni ed esercitazioni che sono proprie della materia “fisica”.
Questo approccio può servire anche per iniziare gli alunni della scuola secondaria alla programmazione con un linguaggio adatto a principianti in aggiunta all’approfondimento sperimentale di alcuni aspetti della cinematica.

L’impiego di Scratch per descrivere il moto di un punto migliora la capacità di analisi, contribuisce all’approfondimento della fisica e permette l’acquisizione di quelle capacità computazionali che sono alla base dei processi di apprendimento.

La “cinematica” è qui usata come pretesto per imparare ad utilizzare le istruzioni intorno ad una situazione concreta, definita e ben documentata.
Un alunno di scuola secondaria può utilizzare le conoscenze che va apprendendo in materia di “Fisica” per cominciare a programmare o, meglio, per imparare a costruire algoritmi.

Per utilizzare le applicazioni non è necessario conoscere Scratch.

Per la visualizzazione del moto di oggetti ci sono programmi molto più potenti che, però, utilizzano soluzioni analitiche per le quali sono necessarie conoscenze di algebra.
Questo libro propone la costruzione del moto per mezzo di incrementi ripetitivi che risultano comprensibili anche ad alunni della scuola secondaria di primo grado che così possono apprezzare il moto come evoluzione di eventi anziché come soluzione di equazioni.

La validità didattica di questo approccio risiede nella possibilità che a scrivere il programma sia l’allievo stesso. Con Scratch è possibile!

• Lingua: Italiano
• Editore: Giovanni Mastropaolo
• Data di uscita: 11 mag 2018
• ISBN: 9788828322467

Anteprima del libro

numerico

presentazione

Come fare coding a scuola con le materie ordinarie

Cosa tratta la pubblicazione

Questa pubblicazione è il proseguimento degli argomenti trattati nel libro "Cinematica 1 con Scratch".

In questo libro si illustrano esperimenti di cinematica usando Scratch per generare il moto vario ed i moti composti.

In questa pubblicazione si impara ad utilizzare le liste e ad effettuare integrazioni e derivazioni numeriche con Scratch.

Gli esperimenti sono rintracciabili con i link inseriti nel libro. Tutti gli esperimenti eseguiti con Scratch sono associati ad un video.

Come già fatto nel libro precedente le applicazioni di Scratch non usano soluzioni di equazioni della cinematica, ma sono costruzione di eventi che si evolvono nel tempo utilizzando l’integrazione numerica e semplici espressioni aritmetiche.

Lo scopo è quello di provare ad utilizzare il PC per fare prove e simulazioni che possano aiutare nello studio di questa parte della fisica.

Negli esempi di questo libro gli script non sono di facile interpretazione, perché si è valutato opportuno privilegiare la parte destinata al player per rendere l’applicazione la più versatile possibile in modo da sostenere le esemplificazioni dei vari tipi di moto.

Questo libro serve per accompagnare gli esperimenti sul moto e per spiegare il funzionamento degli script utilizzati.

La conoscenza delle istruzioni basilari di Scratch si dà per scontata e comunque nel web ci sono spiegazioni esaurienti.

Alcune spiegazioni e collegamenti a pagine web ritenute utili dall’autore sono recuperabili dal sito www.mastropaolo.net.

Perché il coding e perché Scratch

(l’argomento è stato trattato qui).

Impostazione degli esempi

Gli esempi sono impostati per consentire la realizzazione di esperimenti con possibilità di rilevare dati e fare calcoli.

Sono esperimenti veri perché ci sono spostamenti, velocità ed accelerazioni che si vedono e si possono quantificare anche se avvengono solo sullo schermo di un PC e quindi sembrano simulati perché di tangibile non c’è nulla.

Calcoli numerici

Gli esperimenti non sono realizzati con l’uso di soluzioni analitiche, ma sono realizzati con metodi di integrazione numerica.

Il metodo è valido sia perché si avvicina di più alla evoluzione naturale degli eventi sia perché permette di utilizzare solo addizioni nella creazione del movimento.

L’assenza di espressioni matematiche facilita la comprensione del fenomeno fisico anche a chi non è avvezzo all’uso della matematica.

Il metodo, inoltre, consente di studiare moti che non sono facilmente risolvibili con metodi analitici.

Impiego delle applicazioni

Le applicazioni rese disponibili sul sito di Scratch producono il movimento dello sprite con diverse modalità e mettono a disposizione i valori delle variabili coinvolte.

I vari comandi permettono di osservare il moto anche con modalità passo passo in modo da poter verificare i valori assunti dalle variabili in ogni istante.

Si possono fare delle misurazioni, eseguire prove, fare confronti e congetture e si possono fare verifiche confrontando i risultati numerici con i risultati derivati dai calcoli analitici.

Si può anche sperimentare: vediamo cosa succede se … manipolando i valori di alcuni parametri.

Errori

I calcoli numerici impostati in questo modo contengono semplificazioni che possono condurre ad errori. La presenza di errori di approssimazione non pregiudica lo svolgimento del moto e non disturba la comprensione dello stesso.

L’applicazione delle soluzioni analitiche studiate a scuola permette la verifica dei risultati, la scoperta degli errori … e anche la loro correzione.

Unità di misura

Gli esperimenti sono realizzati con unità di misura diverse a seconda degli obiettivi didattici che si vogliono perseguire con l’esperimento.

In alcuni esempi si utilizzano unità di misura del sistema SI per rendere gli esperimenti confrontabili con l’esperienza quotidiana.

Nella maggior parte dei casi per le distanze si usano i passi di Scratch.

Per il tempo si usa un tempo simulato che corrisponde al passo di integrazione dovuto al metodo numerico utilizzato. Questa unità di tempo viene chiamata "tic. Se al loro posto si usano i secondi" non ci si sbaglia. In questo caso non si può utilizzare il proprio cronometro per verificare la corrispondenza dei valori.

Piano della pubblicazione

Una prima parte contiene la presentazione dei lavori sviluppati con Scratch per sperimentare diversi tipi di moto.

In una seconda parte ci sono delle appendici che servono ad approfondire argomenti riguardanti l‘utilizzo di Scratch ed alcune considerazioni di cinematica o di analisi matematica applicate agli argomenti trattati nel libro.

In questa pubblicazione non si spiegano gli script già illustrati in altre pubblicazioni in quanto si dà per scontato che il lettore abbia già una certa dimestichezza con il linguaggio e la fisica.

In ogni caso l’utilizzo delle applicazioni di Scratch per sperimentare i diversi tipi di moto non prevede conoscenze del linguaggio di programmazione usato da Scratch né, tantomeno, di informatica.

Collegamenti

In questa pagina web, curata dall’autore del libro, ci sono link utili per degli approfondimenti e per eventuali video dimostrativi che si riveleranno interessanti in futuro.

Per recuperare alcune Appendici di altri libri dell’autore si va a questa pagina.

Questo ed altri lavori di supporto alla didattica sono raccolti nel sito  www.mastropaolo.net.

Il sito contiene attività svolte con Scratch, Picoboard, Arduino e argomenti di elettronica ed elettrotecnica.

Hardware

Il libro è in formato ePub ed è fruibile su PC, tablet e smartphone se dotati del lettore di ePub. Non tutti gli eReader ammettono il formato ePub. Verificare.

Per dotarsi di un lettore ePub, in caso di necessità, cercare nel web epub su PC o su Mac.

La presenza di molti collegamenti a siti web rende utile, ma non necessario, avere la possibilità di accedere a internet.

Le applicazioni richiamate con i Link sono depositate sul sito di Scratch e sono completamente fruibili con i browser utilizzati su PC.

Con i browser utilizzati dalle apparecchiature portatili le applicazioni non sono facilmente fruibili. Per ovviare a questo problema sono stati prodotti dei video riassuntivi recuperabili con link inseriti nel testo.

Note di utilizzo

Gli esempi riportati utilizzano la grafica di Scratch 2.

Gli esempi utilizzano metodi di integrazione e derivazione numerica facili da comprendere in quanto si fa uso di usuali operazioni aritmetiche (vedi anche sul sito dell’autore).

In appendice si approfondiscono diversi argomenti per la conoscenza di comandi più evoluti e spesso inutilizzati che consentono applicazioni avanzate di Scratch.

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