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Premessa
Ignoratur motu, ignoratur natura.
Aristotele
L'attività empirica di laboratorio è sicuramente uno dei momenti più importanti e significativi nello studio e nell'indagine dei fenomeni fisici. Essa è insostituibile in un corso di Fisica che ha pretese di modernità e significatività. Mediante essa si possono realizzare importanti momenti di arricchimento culturale personale, volti a sviluppare le capacità logiche del pensiero divergente, nonché significative attività di integrazione tra teoria ed esperimento. Uno degli scopi della sperimentazione di laboratorio è la possibilità di interagire con le metodologie tipiche della ricerca scientifica, perseguendo l'importante obiettivo di rendere consapevoli gli allievi del ruolo e del significato che l'esperimento gioca nell'apprendimento della Fisica.
Nella introduzione alla sua opera "Aspetti della spiegazione scientifica", Carl G. Hempel scrive : «Tra i numerosi fattori che hanno stimolato e sorretto la ricerca nei diversi campi della scienza empirica, due fondamentali interessi umani hanno fornito l'impulso essenziale agli sforzi dell'uomo per le sue imprese scientifiche. Uno di essi è di carattere pratico. L'uomo non vuole soltanto sopravvivere nel mondo, ma anche migliorare la sua posizione strategica in esso. Per questo si rende importante per lui scoprire metodi attendibili per prevedere i mutamenti dell'ambiente che lo circonda e, quando sia possibile, controllarli a suo vantaggio. La formulazione di leggi e teorie che permettano la previsione di eventi futuri è una delle più superbe conquiste della scienza empirica, e il modo in cui essa soddisfa la ricerca da parte dell'uomo della previsione e del controllo è indicato dall'immensa portata delle sue applicazioni, che vanno dalle previsioni astronomiche a quelle meteorologiche, demografiche ed economiche, e dalla tecnologia fisico-chimica e biologica al controllo psicologico e sociale. Il secondo motivo basilare della ricerca scientifica è indipendente da interessi pratici di questo genere; esso risiede nella pura curiosità intellettuale, nel profondo e persistente desiderio dell'uomo di conoscere e comprendere se stesso e il suo mondo».[1] «Formulare leggi e teorie e «conoscere e comprendere significano qui spiegare i fatti del mondo attraverso procedure che seguano il più possibile criteri di oggettività nel quadro di una unità metodologica delle scienze empiriche che è essenzialmente rappresentata dal metodo sperimentale. E' a tutti noto che la Fisica è una scienza empirica. Il punto di partenza delle conoscenze fisiche è costituito sempre dalla consapevolezza dell'importanza del momento empirico attraverso il quale lo scienziato sottopone a conferma le leggi e le teorie riguardanti i fenomeni naturali. Per studiare un fenomeno dal punto di vista delle scienze empiriche è necessario osservare con attenzione il fenomeno, individuare le grandezze fisiche che lo determinano quantitativamente, il modo in cui esso si manifesta ed evolve, e stabilire, se possibile, una relazione di interdipendenza (la legge del fenomeno) che caratterizza, in senso matematico, l'aspetto quantitativo del fenomeno stesso. Per poter conseguire il suo obiettivo la Fisica si affida ad una indagine sperimentale del fenomeno. Essa consiste in un accurato e critico esame del fenomeno, eseguito con criteri e strumenti matematici che permettano di investigare i diversi fattori e le variegate circostanze che appaiono influenzarlo. Spesso però i fattori che intervengono nei fenomeni naturali sono molti, di difficile comprensione e, in alcuni casi, pressoché impossibili da descrivere e da prevedere con una certa precisione. Si pensi per esempio al moto disordinato di caduta di una foglia in una giornata di forte vento, oppure al moto, non proprio semplice, dell'acqua in una cascata.
Nonostante tutto, si nota che dietro all'infinita varietà e complessità dei fenomeni possono celarsi leggi sorprendentemente semplici purché si riproducano in laboratorio in condizioni controllate, facendo, cioè, variare in modo conosciuto i valori di alcune delle grandezze fisiche in gioco e misurando come le variazioni apportate influiscano sui valori assunti dalle grandezze stesse. In altre parole è come se la Fisica guardasse al mondo dei fenomeni naturali «[...] da un punto di vista privilegiato, come, cioè, se scegliesse degli occhiali con un filtro colorato attraverso il quale alcune caratteristiche risultano evidenti e altre scompaiono. In questo modo si "semplifica" la realtà, la si "riduce" a solo alcuni dei suoi aspetti, ma nello stesso tempo si riesce a scoprire molto più facilmente se esistono delle regolarità nel comportamento della natura, delle 'leggi', che permettano poi di fare delle previsioni».[2] Questi processi semplificativi possono essere spiegati meglio esaminando il seguente schema:
In laboratorio, come in nessun altro luogo, si può utilizzare, al meglio, il metodo sperimentale secondo lo schema seguente:
Come mostra lo schema precedente, partiremo dall'osservazione sperimentale del fenomeno, seguendo una linea induttiva che da tanti fatti particolari ci permette di indurre «un fatto generale : la legge del fenomeno. In altre parole, mediante misurazione di grandezze fisiche, i cui valori costituiscono le informazioni che noi chiamiamo "dati", formuleremo delle ipotesi di lavoro (altrimenti chiamate «asserzioni di carattere generale», oppure «enunciati causali», o «asserti esplicativi», o «costrutti ipotetici», ecc..) in maniera tale da individuare un modello teorico col quale formalizzare una certa rappresentazione concettuale della realtà che si sta indagando. Le ipotesi, a seconda che potranno essere confermate, o meno, permetteranno di ottenere la legge empirica del fenomeno indagato.Dopo aver esaminato un semplice modello teorico, utile per comprendere le caratteristiche più significative del comportamento del sistema fisico in osservazione, ci si preoccuperà di proporre dei raffinamenti successivi che è necessario compiere sul modello, perchè da essi possano essere dedotti le leggi e i concetti essenziali che permettano di fornire una chiave di lettura efficace e significativa del settore fisico indagato.
Consapevoli, poi, del fatto che non esistono «regole di induzione applicabili in generale, mediante le quali possano venire derivate o inferite in modo meccanico ipotesi o teorie a partire dai dati empirici, possiamo tuttavia ritenere che l'aspetto metodologico che questo processo di indagine mette in moto è fortemente importante nell'educazione scientifica, in quanto permette di individuare una direttrice di marcia corretta e sicura nel processo di costruzione del sapere scientifico.Le difficoltà nascono quando si dovrà procedere con immaginazione creativa o, meglio, con ragionamenti logici e coerenti - che prendono spunto sia da osservazioni sperimentali, sia da idee precedenti che nulla hanno a che vedere col momento empirico ma che attengono alla dimensione della speculazione teorica - per formulare proposte e progetti di sistemazione delle conoscenze scientifiche. Non è nostra intenzione, dunque, commettere l'errore di considerare la concezione induttivistica, cosiddetta «ristretta», della ricerca scientifica come l'unica e corretta possibilità di indagine, sul piano metodologico, che la Fisica, come Scienza empirica, adotta. Sappiamo bene che questa posizione metodologica, alla luce della critica epistemologica antica e recente, è insostenibile.[3] Il fatto che in questo lavoro si attinge a piene mani a questa struttura conoscitiva è dovuto alla necessità di indirizzare gli allievi lungo un percorso di tipo empirico che evidenzi le maniere attraverso le quali si articolano i processi di scoperta delle leggi scientifiche. L'intento è, dunque, solo quello di sottolineare l'aspetto metodologico, ovvero il percorso operativo che permetta di sottolineare i procedimenti e le tecniche di scoperta delle leggi fisiche come «riscoperta guidata».
[1] C.G. HEMPEL, Aspetti della spiegazione scientifica, MILANO, Il Saggiatore, 1986, pp.9-10;
[2] E.BONI-F.DE MICHELE-M.MAYER, Approccio alla Fisica,TORINO, Paravia, 1990, pp.8;
[3] C.G.HEMPEL, Filosofia delle scienze naturali, BOLOGNA, Il Mulino, 1968.