Sistema per la risoluzione interattiva dei problemi di meccanica

L’idea principale che ci ha spinto a realizzare questo lavoro, è stata quella di fornire agli studenti delle facoltà scientifiche un mezzo di preparazione all’esame scritto di Fisica I.
Con questa tesi si e’ voluto verificare la fattibilità di uno strumento interattivo in grado di guidare gli studenti nella risoluzione di problemi di meccanica mirante a:

· insegnare una strategia per impostare e risolvere i problemi di meccanica
· cercare di rimuovere alcuni dei preconcetti che frequentemente si riscontrano nella loro risoluzione.

Facendo una ricerca in rete ho potuto consultare diversi materiali che offrono un supporto alla preparazione dei problemi di meccanica che possono essere suddivisi in due distinte categorie:

· da un lato sono disponibili su diversi siti (vedi cap. 1) strumenti interattivi consistenti in quiz a risposta multipla, particolarmente utili per una valutazione dello stato di preparazione dello studente, ma che si dimostrano non adatti ad insegnare il metodo con cui affrontare l’impostazione della soluzione di un problema di meccanica.
· dall’altro esistono diversi siti che riportano un certo numero di problemi di meccanica insieme alle relative soluzioni.

Il vantaggio di questi siti web rispetto agli eserciziari stampati è che la soluzione del problema viene presentata solo su richiesta: così facendo si spera che lo studente, una volta letta la traccia, provi a risolvere il problema in maniera autonoma e solo alla fine controlli la propria soluzione con quella suggerita.
Questo tipo di approccio è sicuramente didatticamente più valido in quanto la soluzione degli esercizi è impostata nella maniera corretta anche se, come spesso accade negli eserciziari a stampa, si evita di richiamare per ogni esercizio i teoremi utilizzati o di citare le giustificazioni usate nei vari passaggi, preferendo rinviare o a qualche esercizio precedente o alle note teoriche introduttive.
In questo approccio risulta comunque insoddisfacente la valutazione dell’apprendimento, in quanto questa è lasciata allo studente stesso nel momento in cui confronta la propria soluzione con quella suggerita, oppure viene attuata controllando i risultati numerici finali. Non si ha cioè nessuna possibilità di valutare l’impostazione del problema e la strategia usata per arrivare alla soluzione. Molto spesso succede che si arriva comunque al risultato numerico corretto pur passando attraverso una serie di gravi errori concettuali: è chiaro quindi per poter valutare la capacità di impostazione di un problema occorre verificare ogni singolo passo della soluzione, ogni relazione utilizzata e le giustificazioni addotte. Fare cioè quello che si fa durante la correzione di un compito scritto, in cui oltre al risultato numerico finale, molta importanza viene data alle equazioni utilizzate e all’approccio seguito.
Si è cercato dunque di realizzare un strumento interattivo in grado di controllare i vari passi della soluzione di un problema di meccanica, a cominciare dall’introduzione del sistema di riferimento, l’individuazione delle forze, la costruzione del diagramma del corpo libero, l’impostazione della seconda legge di Newton o delle leggi di conservazione, la risoluzione del problema fino al risultato numerico finale. Lo strumento realizzato, essendo in grado di controllare ogni singolo passo nella risoluzione dell’esercizio, è anche in grado di intervenire rapidamente in caso di errore e suggerire la strada metodologicamente corretta. Lo studente quindi è costretto a seguire un percorso predefinito, ma soprattutto a riflettere su ogni singolo passo del percorso perché per ogni passo è richiesta una giustificazione: la speranza è che, una volta completato tutto il percorso, fornite tutte le giustificazioni del caso, gli stessi metodi e le stesse giustificazioni vengano utilizzati per risolvere qualunque altro problema di meccanica.
Il pacchetto software realizzato, sebbene non ancora ad un livello da essere diffuso tra gli studenti, può essere considerato soddisfacente, dimostrando che la realizzazione dell’obiettivo che ci eravamo proposti può essere raggiunto.