Ianniello, M. G.

Mayer, Marc

Scalzo, F.

Enseñanza de las Ciencias Revista de investigación y experiencias didácticas

Revistes Catalanes amb Accés Obert

LE CONOSCENZE IN FISICA ALL'INIZIO 
DEI CORSI UNIVERSITARI IN ITALIA 
IANNIELLO, M.G.', MAYER, M.2, SCALZO, F., STILLI, R. y VICENTINI MISSONI, M.l 
l Dip. Fisica, Universita «La Sapienza», Roma 
Centro Europeo del1 Educazione, Frascati, Roma 
SUMMARY 
The article reports the results of an investigation on Italian university students concerning physics knowledge related 
to common sense schemes at the beginning of the university courses. The results of the diagnosis were communicated 
both to the students and to the teachers of the courses. The communication enabled the teachers, in the didactical 
practice, to pinpoint and discuss with the students the discrepancies between the scientific newtonian scheme and 
common sense scheme. A posttest, given at the end of the course, gives the indication that this practice is effective in 
inducing a c ange in the students ideas, notwithstanding the fact that no complete understanding of the scientific 
viewpoint is 1 eached by the majority of students. 
INTRODUZIONE 
Uno dei problemi connessi con la ricerca sulle 
rappresentazioni mentali degli studenti (Driver e Easley 
1978, McDermott 1984, Jagger 1985, Vicentini Missoni 
1989, AAVV 1989), 2 que110 di indurre un cambiamento 
concettuale verso gli schemi scientifici, a partire dagli 
schemi di senso comune. Fino ad oggi diversi esperimenti 
didattici sono stati svolti in questa direzione (Halloun e 
Hestenes 1985, Gunstone 1987, Pines 1985), senza tuttavia 
arrivare a risultati definitivi se non per il suggerimento, 
apparentemente ovvio, che sia gli insegnanti sia gli 
studenti devono essere consapevoli della discrepanza tra 
diversi schemi di conoscenzaperpoter superare le ebarriere 
critiche alla comprensione~ (Hawkins 1985). 11 
suggerimento 2 ovvio nel senso che da sempre i buoni 
insegnanti sono consapevoli del fatto che la pratica di 
insegnamento, per essere efficace, deve partire dagli 
«errori» degli studenti (vedi per esempio Enriques 1936, 
Diesterweg 1835). Da1 momento che la ricerca sulle 
rappresentazioni mentali ha dato un contributo a questa 
consapevolezza esplicitando alcuni degli schemi di 
conoscenza di senso comune che sono alla base dei 
fraintendimenti degli studenti (Jung 1985), riteniamo 
importante diffondere tali risultati al di fuori della cerchia 
ristretta dei ricercatori che se ne sono occupati, a partire 
in primo luogo dai docenti di fisica dei corsi di base a 
livello universitario. A tal fine abbiamo somministrato 
all'inizio dei corsi un «test diagnostico», opretest, i cui 
risultati sono stati esplicitamente tenuti in conto dai 
docenti durante l'insegnamento e successivamente, alla 
fine del corso, abbiamo proposto un posttest in grado di 
rilevare l'efficacia del procedimento nel modificare gli 
schemi di ragionamento degli studenti. 
l. IL TEST DIAGNOSTICO 
11 gmppo che hacondotto l'indagine ha scelto di indirizzare 
la diagnosi verso quei temi sui quali la ricerca sulle 
rappresentazioni mentali aveva gia fornito domande ben 
formulate e risultati attendibili. 
1 temi prescelti hanno pertanto riguardato a) le forze, il 
movimento e l'equilibrio; b) la presione; c) la gravita. 
Per ognuno di questi temi presentiamo di seguito gli 
schemi di senso comune insieme alle domande che sono 
state selezionate per l'indagine. 
a) Forze, movimento e equilibrio 
Nell'ambito della dinamica gli schemi di senso comune 
tendono a operare una distinzione tra: 
a l )  un movimento «naturalen (la caduta lungo laverticale); 
ENSENANZA DE LAS CIENCIAS, 1992, 10 (3), 268-274 
a2) un movimento «violento» (un oggetto lanciato in 
aria); 
a3) un movimento dovuto al trasporto da parte di un altro 
corpo o di una persona. 
Nel caso (a2) la descrizione-spiegazione del fenomeno 2 
accompagnata dall'uso di un concetto che costituisce un 
misto tra i concetti fisici di forza, energia e impulso. 
Questo concetto, che 2 stato chiamato acapitale di forza» 
(Viennot 1979) o anche «forza di spinta o impulso» 
(McCloskey 1983), corrisponde ad attribuire al corpo in 
moto una forza interna, funzione della velocita del corpo 
e che si consuma durante il moto, il quale termina, 
quindi, quando il capitale di forza k stato interamente 
dissipato. 
Nel caso (a3), quando un corpo si muove solidalmente a 
un altro e poi viene lanciato in aria o abbandonato a se 
stesso, se precedentemente si muoveva di moto traslatorio 
"dimentica" immediatamente il suo stato di moto (Saltiel 
1981), mentre se si muoveva di moto circolare conserva 
memoria del suo stato di moto e descrive una traiettoria 
curva (Caramazza 1980). 
Per ricavare informazioni su1 concetto di forza (nel caso 
a2) abbiamo scelto le domande riportate in figura 1. Nel 
test del calciatore (Mayer 1987), le risposte nelle quali si 
afferma la presenza, durante il moto, della « forza del 
calcio» rivelano l'adozione di uno schema di acapitale di 
forza». Lo stesso si pu6 dire nel test del cgioco a palla» 
(Watts 1981) per ogni risposta differente dalla A e nel 
test del «giocoliere» per le risposte che indicano forze 
diverse (Viennot 1979). 
Al fine di verificare la presenza e la coerenza dello 
schema di senso comune nel test diagnostico abbiamo 
inserito anche alcune domande piii tradizionali (sfera 
che rimbalza, sfera lasciata cadere nello stesso istante in 
cui viene lanciato obliquamente un proiettile, grafico 
accelerazione-tempo di un corpo in caduta, due sfere di 
peso diverso lanciate verso l'alto). 
Per conoscere le idee riguardanti l'inerzia (caso a3) 
abbiamo scelto le domande riportate in fig. 2. Nel 
problema della giostra (Mayer 1987) le traiettorie curve 
mostrano la presenza di uno schema in cui il corpo 
conserva memoria del moto circolare, in analogia con 
lo schema dell'impulso ipotizzato da Caramazza e altri 
(1980). Nel test del etapis roulant» (Viennot 1979) la 
risposta A (a meno che non sia chiamata in causa la 
resistenza dell'aria) k indice di uno schema in base al 
quale il corpo trasportato non conserva il moto orizzontale. 
Viceversa, nel test della «barca», l'avere indicato una 
differenza di velocita tra le due palline di ping-pong 
mostra che si 2 fatta una specie di composizione di moti 
orizzontali. 
Infine, abbiamo usato il test dei due mattoni (fig. 3, 
Gunstone 1987), per analizzare le idee degli studenti 
sull'equilibrio. In questo caso gli schemi di senso 
comune suggeriscono che l'equilibrio, per ragioni di 
simmetria, si abbia solo quando i blocchi sono alla 
stessa altezza. 
b) Pressione 
La gravita e la pressione dell'aria sono fortemente correlati 
all'interno degli schemi di senso comune (Ruggiero et 
al. 1984, Mayer 1987) che vedono la prima come effetto 
di una pressione agente in direzione verticale. 1 test su1 
concetto di pressione sono riportati in fig. 4. Nei « tubi 
a U» le risposte che danno una preferenza ad uno dei tre 
indicano l'importanza che viene attribuita alla forma. 
Nella domanda del palloncino nella piscina (Mayer 1987) 
la scelta di A mostra come la pressione dell'acqua venga 
vista agire solo sulla verticale, mentre l'ipotesi che il 
palloncino scoppi, con il crescere dellapressione, evidenzia 
come l'attenzione si focalizzi in genere solo sulla pressione 
esterna. Infine il test della cannuccia pu6 rilevare un 
ricorso alla «forza di vacuo». 
c) Gravita 
A scuola si studia che la gravita 2 dovuta alla Terra, che 
la Terra ha una forma sferica, e che la Luna le ruota 
intorno. Ricerche sulle idee dei bambini in Israele e negli 
USA (Nussbaum e Novak 1976) e su quelle di adulti e 
bambini in Italia (Dupr2 et al. 1981) mostrano che non 
c'k una completa coerenza tra queste nozioni scolastiche 
e le idee relative alla gravita intorno alla Terra e sulla sua 
superficie. 
Per analizzare le idee degli studenti inproposito abbiamo 
impiegato le domande riportate in fig. 5. 
Per il test della «Luna», ogni risposta per la quale la 
persistenza del moto 2 dovuta all'assenza di forze, mostra 
che la gravita & intesa come una forza che agisce solo in 
una regione definita di spazio intorno alla Terra. Nel test 
del «tunnel nella Terra» una gravita «assoluta» e rivolta 
verso il basso 2 una ragione perché il sasso continui la 
sua traiettoria rettilinea anche fuori da1 foro, mentre un 
equilibrio al centro della Tema indica come a questo 
punto sia attribuito un significato particolare. Nel test 
pu6 essere considerata corretta sia larisposta che prevede 
infinite oscillazioni, sia quella che prevede oscillazioni 
smorzate con arresto al centro. Risposte incoerenti per le 
due formulazioni della domanda (tunnel verticale e 
orizzontale) possono mostrare quanto siaprofondamente 
radicata 1' idea che il peso abbia una direzione «verso il 
baso». 
2 .  RISULTATI DELLA RICERCA 
11 test 2 stato proposto a studenti del primo anno dei corsi 
di laurea in fisica e matematica della Universiti «La 
Sapienza» di Roma, distribuiti in corsi parallelii tenuti 
da docenti diversi (tab. 1). La prova, somministrata all' 
inizio del corso di fisica, era anonima; tuttavia 2 stato 
chiesto agli studenti di identificare con una sigla (le 
prime cinque cifre del numero telefonico) la propria 
copia in modo che fosse possibile rintracciarla sia per 
discussionidi chiarirnento sia perpoter operare unconfronto 
individuale pre-post test. 
ENSEÑANZA DE LAS CIENCIAS, 1992,lO (3) 269 
NOTE 
1 In Italia sono stati anche raccolti dati in sedi universitarie seguire attivith di risoluzione a problemi condotte da docenti 
(Cosenza, Messina) su studenti di fisica e di ingegneria i cui diversi dai titolari dei corsi. 
risultati sono in sostanziale accordo con quelli qui presentati. 
Nella Universith di Roma gli studenti non sono obbligati a 
2 ~ l i  studenti nelle Universith italiane seguono corsi di lezione seguire le lezioni ma possono decidere il proprio metodo di 
in gnippi di 150 e sono suddivisi in sottogruppi di circa 30 per studio. Non necessariarnente gli studenti che frequentano il 
corso sono i migliori. 
RIFERlMENTI BILIOGRAFICI 
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272 ENSEÑANZA DE LAS CIENCIAS, 1992,lO (3) 
PRETEST 
Test - Fig. 1 
CALCIATORE. Quando il pallone i? in aria su di esso agiscono: 
A. Nessuna forza. B. La forza di gravita. C. La forza del calcio. 
D. La forza di attrito. 
GIOCO A PALLA. Scegli la figura che rappresenta meglio la 
forza agente sulla palla mentre 2 in aria. 
Test - Fig. 3 
MATTONI. Due mattoni identici collegati da una fune vengono 
lasciati a diverse altezze. A. Rimarranno nella stessaposizione; 
B. Si muovono verso la posizione corrispondente alla stessa 
altezza; C. Oscillano intomo alla posizione B; D. 11 mattone 
piu basso raggiunge il pavimento. 
Test-Fig. 4 
GIOCOLIERE. Dire se le forze agenti sulle sei palle quando si 
trovano alla stessa altezza e trascurando la resistenza dell'aria, 
sono uguali o diverse. 
Test-Fig. 2 
GIOSTRA. Traccia la traiettoria di una palla lanciata da un 
punto di una giostra che sta ruotando, affinché la pallaraggiunga 
un bersaglio posto in P. 
TAPIS ROULANT. Un ragazzo sta lanciando in ana una palla 
in verticale mentre sta su un tapis roulant. La palla cadra: A. 
Dietro al ragazzo.; B. Nelle sue mani; C. Davanti al ragazzo; D. 
Altro. 
TUBI A U. Per misurare una differenza di pressione pub essere 
usato uno qualunque dei tubi in figura. Per quale di questi la 
scala sari lineare? 
PALLONCINO NELLA PISCINA. Un palloncino pieno d'aria 
viene fissato al fondo di una piscina profonda 4 metri. Quale 
delle figure rappresenta meglio la forma del pallone quando la 
piscina 2 piena d'acqua? 
CANNUCCIA. Si pub bere un liquido con una cannuccia 
perché: A. La forza del vuoto tira su il liquido; B. C'i? una 
differenza di pressione quando si aspira; C. Per capillarita. 
Test- Fig. 5 
TEST DELLA LUNA. La Luna non cade sulla Terra perché: A. 
Su diessanon agiscono forze: B. Esistono forze che le~roibiscono 
di cadere: ...... C. La forza Che la Luna esercita silla Terra 2 
uguale e opposta alla forza che la Terra esercita sulla Luna; D. 
La Luna cade pero la sua velocita la mantiene inmoto nell'orbita. 
TUNNELL NELLA TERRA. 1. Se si lancia un sasso in un 
buco scavato attraverso la Terra per il centro, come in figura a, BARCA. Su una barca in moto a velocita costante in un mare il sasso: A. Este e si perde nello spazio; B. s i  fema al centro 
calmo, due viaggiaton stanno giocando sotto coPe*a a ping della Tema; C. Oscilla tra i due estremi. 2. Traccia in fig. b la pong su un tavolo orientato in direzione da Pma a PoPPa. La traiettoria seguita da una palla lasciata ad una estremith del 
velocita della palla sara maggiore: A. Se viene lanciata da1 
giocatore che guarda a poppa; B. Se viene lanciata da1 giocatore 
che guarda a prua; C. Non c'2 differenza di velocita; D. 1 dati 
non sono sufficienti. 
0 C n E 
ENSEÑANZA DE LAS CIENCIAS, 1992,lO (3) 273 
Posttest - Fig. 6 
CANNONE. Disegnare in tre punti della traiettoria descritta da 
una palla di cannone la direzione della forza agente su1 proiettile. 
RAZZO. Un razzo si muove nello spazio da P a Q. In Q si 
accendono i rnotori e il razzo si sposta in R dove si spengono 
i motori. Scegliere tra le figure quella che rappresenta meglio 
la traiettoria seguita da1 razzo. 
CORRIDORE. Un corridore che si muove a velocita costante 
lascia cadere una sfera di piornbo quando & in A. Dove toccherh 
terra la sfera? 
SPECCHIO. Uno specchio ha spessore 1 cm e superficie di 1 
m2 . La pressione dell'aria sulla faccia riflettente sara minima 
quando: A. Tale faccia 2 orizzontale e rivolta verso l'alto; B. 
Tale faccia 2 orizzontale e rivolta verso il basso; C. Lo specchio 
disposto verticalmente; D. Non si ha minimo di pressione . 
274 ENSEÑANZA DE LAS CIENCIAS, 1992, 10 (3) 


Le conoscenze in Física all'inizio dei corsi universitari in Italia

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