Giovanni Pezzi
Palestra della Scienza del Comune di Faenza
Premessa
Gli smartphone sono sempre più diffusi fra i giovani, ma non tutti coloro che li usano per telefonare, inviare messaggi, scattare foto, stare in contatto attraverso i social network, ne conoscono le potenzialità e molti ignorano di avere in tasca un personal instrument, per eseguire misure, più potente di tanti strumenti dei laboratori scientifici delle loro scuole. Pur essendo, quello degli smartphone, un settore ancora molto in evoluzione, dal punto di vista hardware e software, vale la pena di esplorarlo per individuare possibili utilizzi e applicazioni in ambito scolastico.
Dopo aver descritto brevemente le caratteristiche comuni a molti smartphone, e i requisiti delle applicazioni utili in campo didattico, verranno presentate alcune sperimentazioni svolte e mostrati i risultati di prove effettuate.
Gli smartphone e i loro sensori e applicazioni
Tutti gli smartphone, compresi anche i modelli più economici, oggi hanno un’ampia dotazione di dispositivi e di sensori che arricchiscono le loro prestazioni e funzionalità. Possiamo citare: • accelerometri
• giroscopi
• sensori di campo magnetico • sensori di luce
• sensori di suono (microfoni) • sensori di prossimità
• sensore di posizione (GPS) • foto-video camere
• blue tooth • Wi-fi
Di solito accelerometri, giroscopi e sensori di campo magnetico sono presenti in tre esemplari, orientati perpendicolarmente secondo le direzioni dei tre assi x. y, z. Alcuni sensori sono inseriti per semplici “ragioni di servizio”, come ad esempio gli accelerometri, per ruotare automaticamente le immagini sul display o i sensori di prossimità per bloccare il touch screen durante le telefonate. Sotto il controllo di opportune app (le applicazioni che si scaricano sui cellulari dagli appositi siti), questi sensori possono essere usati per altri scopi, nel nostro caso per misure in laboratorio.
Le app sono programmi, generalmente gratuiti o del costo di pochi euro. Se si intende usarle per effettuare misure, per esempio di accelerazione, è importante che abbiano determinate caratteriste che le rendono più funzionali dal punto di vista didattico. Tra queste riteniamo importante, per l’utente, la possibilità di:
• impostare la modalità di raccolta dei dati (frequenza e durata) • visualizzare in forma di grafici i dati raccolti
• salvare i dati • inviarli a un PC
Poiché le dimensioni di uno smartphone non permettono una agevole elaborazione dei dati, la possibilità di trasferirli su un PC (o un tablet) è importante. La modalità attualmente più comune è quella di inviare i dati tramite email, in formato cvs, che può essere letto da fogli elettronici come Excel o da programmi di elaborazione dati più dedicati, come Logger Pro1 .
Una caratteristica importante, attualmente ancora ai primi passi, è la possibilità di condivisione dei dati (data sharing). Alcuni programmi, appoggiandosi a una rete wi-fi condivisa, permettono di “distribuire” i dati raccolti o i loro grafici tra dispositivi come smartphone, tablet, PC, connessi alla stessa rete. In questo modo si può avere una rapida condivisione dei dati tra gli studenti in classe.
Alcune esperienze svolte
La bibliografia riporta alcuni articoli che descrivono esperimenti realizzati con gli smartphone ed esperienze svolte nelle classi.
L’articolo “Un’esperienza di insegnamento della trigonometria con l’aiuto degli smartphone”, di Sara Orsola Parolin e Lorenza Resta”, pubblicato su Progetto Alice, descrive un’attività didattica di insegnamento della trigonometria svolta con una classe di Liceo, in cui vengono confrontati strumenti tradizionali e smartphone per misurare altezze e distanze di oggetti accessibili e non. L’articolo di Sara Orsola Parolin e Giovanni Pezzi, “Smartphone-aided measurements of the speed of sound in different gaseous mixtures”, pubblicato su The Physics teacher, descrive l’uso degli smartphone, all’interno di un’attività di classe, per misure della velocità del suono in miscele di gas contenenti elio o biossido di carbonio.
L’articolo “Una caccia al tesoro scientifica: dove sta l’accelerometro in uno smartphone?“, di Giovanni Pezzi, su La Fisica nella scuola, illustra esperimenti sull’accelerazione centripeta svolti con uno smartphone collocato su un giradischi. Nello stesso numero della rivista compaiono altri articoli su questi temi, come quello di Galante e Lombardi che riporta esperimenti di acustica realizzati con smartphone. Gli stessi autori curano un sito2 che contiene altre attività
realizzabili con smartphone.
Misure all’aperto con studenti sono state svolte in due occasioni nel parco di Mirabilandia, nel workshop “Con gli smartphone sulle attrazioni di Mirabilandia”: la prima, a cui hanno partecipato circa duecento studenti, si è svolta il 18 e 19 maggio 2013, nel corso delle giornate della Fisica, realizzate in collaborazione con l’A.I.F. e la Palestra della Scienza del Comune di Faenza. Nella seconda occasione, il 4 settembre 2013, il workshop si è rivolto agli studenti partecipanti alla scuola di eccellenza OLIFIS ER-Marche3. In entrambe le occasioni, i ragazzi,
dopo una breve presentazione, divisi in gruppi e guidati da tutor, si sono cimentati, con i loro smartphone, nella misura dell’altezza delle Torri Discovery e Columbia e delle accelerazioni a bordo. Le figure 1-3 si riferiscono ai due eventi, la figura 4 riporta la scheda usata per le attività. Nel corso di questi workshop sono state usate le app SparkVue (iOS) e Physics Tool Box Accelerometer (Android) per misure di accelerazione e Angle Meter (iOS) e Smart Measure (Android) per misure di angoli.
1 http://www.vernier.com/products/software/lp/ 2 https://sites.google.com/site/comovinglittlelab/home
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DI.FI.MA 2013: I DOCENTI DI MATEMATICA E DI FISICA DI FRONTE AI MUTAMENTI DELLA SCUOLA: CONCETTI, PROCESSI, VALUTAZIONE
Fig. 1 Fig. 2
Fig. 3 Fig. 4
Esperimenti di laboratorio
Si descrivono brevemente alcuni esperimenti in cui sono stati usati gli smartphone per misure di accelerazione.
Sistema massa-molla verticale
E’ un classico esperimento di oscillatore armonico verticale. In questo caso come massa oscillante è stato usato uno smartphone agganciato, tramite un dispositivo di sostegno, a una molla (figure 5 e 6). Nella figura 7 è riportato uno dei grafici ottenuti, usando l’app SparkVue4,
dell’accelerazione risultante in funzione del tempo.
Fig. 5 Fig. 6 Fig. 7
Pendolo
Un pendolo fisico è realizzato agganciando uno smartphone a un dispositivo riadattato per questo esperimento (Figg. 8, 9). La figura 10 riporta il grafico accelerazione risultante in funzione del tempo; si può notare il forte smorzamento dovuto al particolare dispositivo utilizzato.
Fig. 8 Fig. 9 Fig. 10
Conclusioni
L’utilizzo degli smartphone nella didattica è appena agli inizi. Come per tutti gli strumenti, esistono limiti al loro utilizzo: per esempio, gli accelerometri di molti smartphone hanno un range di ±2g, non sufficiente in alcune misure, come quelle che si possono fare su alcune attrazioni nei parchi di divertimento. Inoltre l’utilizzo del GPS, che potrebbe essere comodo per varie misure, resta limitato agli ambienti esterni, dove si può avere una buona copertura della rete satellitare.
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DI.FI.MA 2013: I DOCENTI DI MATEMATICA E DI FISICA DI FRONTE AI MUTAMENTI DELLA SCUOLA: CONCETTI, PROCESSI, VALUTAZIONE
Dal punto di vista software esistono due grandi “famiglie”: i dispositivi che lavorano sotto il sistema operativo iOS (come gli Iphone) e quelli che utilizzano come S.O. Android (Samsung e altri); questo rende alcune cose più complicate, perché non sempre si trova la stessa app per entrambi gli ambienti e il data sharing è problematico tra i diversi sistemi operativi.
La diffusione di questi smartphone tra i ragazzi è già alta ed è destinata ad aumentare in futuro. L’attività didattica, specialmente di laboratorio, potrebbe trarne vantaggio, così come è positivo che i ragazzi imparino a conoscere e sfruttare le potenzialità di uno strumento che già possiedono. Inoltre uno smartphone si può rivelare utile non solo per esperimenti in laboratorio a scuola, ma anche a casa, per esperimenti “domestici” e quindi può diventare uno stimolo capace di stuzzicare la curiosità e la fantasia dei ragazzi.
Bibliografia
Parolin S.O., Resta L., (2013) Un’esperienza di insegnamento della trigonometria con l’aiuto degli smartphone”, Progetto Alice, I, vol. XIV, n. 40
Parolin S.O., Pezzi G., (2013) Smartphone-aided measurements of the speed of sound in diffe- rent gaseous mixtures”, The Physics teacher, vol. 51, November 2013
Pezzi G., (2013) Una caccia al tesoro scientifica: dove sta l’accelerometro in uno smartphone?,
La Fisica nella Suola, XLVI, n. 2, aprile giugno 2013
Galante L., Lombardi A.M., (2013) Acustica con una Bic e uno smartphone”, La Fisica nella
Suola,, XLVI, n. 2, aprile giugno 2013
Vogt P., Kuhn J., (2013) Analizzare i fenomeni di caduta libera con il sensore di accelerazione dello smartphone, (da The Physics teacher), La Fisica nella Scuola, XLVI, n. 2, aprile giugno 2013