I moti relativi la percezione che favorisce l’apprendimentouna ricerca pilota

Laura Tamburini

Nel contesto teorico dello studio classico della percezione del movimento è stata svolta una ricerca pilota su un campione di cento e cinquanta allievi appartenenti a classi della scuola primaria e secondaria di primo grado.

È noto che nel corso dello sviluppo la capacità di adottare diverse soluzioni percettive del medesimo stimolo viene acquisita probabilmente come conseguenza di una esposizione a fenomeni percettivi salienti.

In rapporto all’insegnamento della cinematica si è voluto quindi iniziare lo studio della capacità di rappresentarsi le traiettorie rispetto a schemi di riferimento scelti arbitrariamente in presenza di soluzioni percettive plurivoche.

Il duplice scopo di tale sperimentazione è, da una parte, quello fornire evidenze aggiuntive che anche nella fanciullezza e nella pre-adolescenza è sviluppata la percezione visiva degli effetti descritti dallo stesso Johansson nella visione delle tre configurazioni cinetiche illustrate nella fig.1 (in (a) prima configurazione, in (b) configurazione a L, in (c) configurazione a zig zag) e, dall’altra, quello di identificare gli aspetti più significativi da indagare in un successivo esperimento sull’ analisi della percezione dei moti relativi e l’applicabilità didattica relativa all’interazione tra questa analisi e l’apprendimento dei moti relativi nello studio della cinematica.

A tal fine, a fanciulli di età compresa tra 7 e 14 anni sono state richieste descrizioni fenomenologiche e interpretazioni di tipo concettuale a seguito della visione delle dimostrazioni di queste tre configurazioni. Ad alcuni di essi - in possesso dei prerequisiti necessari di cinematica e analisi vettoriale – è stato somministrato, prima e dopo la visione delle dimostrazioni, un questionario sui moti relativi, al fine di valutare il contributo dell'analisi della percezione allo studio di tali moti e viceversa. Sono stati inoltre confrontati i tipi di descrittori di moto scelti in relazione al possesso o meno di tali requisiti.

Metodo

Campione

Alla ricerca hanno partecipato 148 fanciulli, appartenenti a 8 classi del primo ciclo

scolastico:• una classe II della scuola primaria (16 alunni con età media di 7 anni);• una classe III della scuola primaria (25 alunni con età media di 8 anni);

• tre classi V della scuola primaria (rispettivamente 20, 18 e 22 con età media di 10 anni);

• tre classi III della scuola secondaria di primo grado (rispettivamente con 16, 14 e 17 alunni con età media di 13 anni).

Assieme agli alunni di una classe V della scuola primaria erano presenti 4 studenti dell’ultimo anno di un Liceo delle scienze sociali che svolgevano il tirocinio di trenta ore nella scuola primaria, i quali hanno collaborato alla parte organizzativa e logistica della sperimentazione svolta in tale classe V.

Tutti i soggetti del campione erano dotati di vista nella norma, anche se in alcuni corretta con l’uso di lenti.

Stimoli

Gli stimoli visivi consistevano nelle dimostrazioni delle tre configurazioni di Johansson (in Fig.1 (a) prima configurazione, (b) configurazione a L e (c) configurazione a zig zag), tramite l’implementazione su un personal computer (frequenza di aggiornamento 75 Hz) con sistema operativo Windows XP di tre animazioni realizzate con il programma Adobe Flash Player versione 10. Tutte le animazioni si sono svolte su sfondo nero e i parametri utilizzati sono stati:

• per la prima configurazione: Ø pallini luminosi 18 pixel, velocità 5 m/s; angolo diagonale 33°;

• per la configurazione a L: Ø pallini luminosi 18 pixel, velocità (orizzontale e verticale) 12 m/s;

• per la configurazione a zig zag: Ø pallini luminosi 18 pixel, velocità 6 m/s.

All’interno di stanze rese il più possibile buie (tale condizione variava a seconda dell’istituto scolastico al quale appartenevano le classi) il computer era collegato a un videoproiettore (risoluzione 1024*768 pixel), il quale proiettava le animazioni su uno schermo a tendina (dimensioni 2,5m*2m circa) posto su una parete della stanza.

a b c

Figura 1

I partecipanti sedevano su sedie poste in più file a distanza compresa tra i 3 e i 5 metri circa dallo schermo.

Procedura

L’esperimento si è svolto per ogni classe in un’unica sessione nella quale si è seguito sempre lo stesso ordine di presentazione delle animazioni: prima configurazione, configurazione a L e configurazione a zig zag.

Nella dimostrazione della prima configurazione tutte e tre le palline erano in movimento e successivamente – tramite l’utilizzo di un tasto dedicato – si sono fatte scendere due tendine oscuranti per nascondere le due palline con traiettoria orizzontale, in modo da far vedere il moto della sola pallina con direzione obliqua.

Si è scelto di programmare l’animazione in modo da coprire le due palline e non di eliminarle, creando un’animazione diversa, al fine di rendere evidente ai partecipanti che non è subentrata alcuna modifica al moto della pallina centrale.

A seguito della visione di questa dimostrazione è stato somministrato un questionario scritto individuale a risposta aperta comprendente, in merito alla prima parte dell’animazione, le seguenti domande (alle quali è stato chiesto di rispondere “spiegando e disegnando”):

1. Cosa vedi? 2. C’è qualcosa che si muove? 3. Come si muove?

Segue un riepilogo di gruppo delle domande.

In merito alla seconda parte dell’animazione, le domande erano:

4. E adesso, cosa vedi? 5. C’è qualcosa che si muove? 6. Come si muove? 7. Come pensi di poter realizzare tale moto nella realtà?

Dopo la consegna dell’elaborato, si è svolta un’intervista di gruppo audio-registrata (in una classe anche video-registrata), nella quale è stato chiesto ai partecipanti di evidenziare differenze/uguaglianze percepite tra le due parti dell’animazione.

Successivamente è stato svolto un riepilogo collettivo, con condivisione del processo.

Per ognuna delle dimostrazioni della configurazione a L e della configurazione a zig zag è stato seguito un protocollo di lavoro analogo a quello usato per la prima configurazione: a seguito della visione dell’animazione è stato quindi somministrato un questionario scritto con le succitate domande 1., 2., 3. e 7. e la successiva intervista di gruppo nella quale si è chiesto di descrivere i loro rendimenti percettivi, terminando con il riepilogo collettivo e la condivisione del processo.

Approfondimento con un gruppo di studenti particolarmente motivati

Ad alcuni di alunni di due classi III della scuola secondaria di primo grado (8 alunni su 17 per una classe e 4 alunni su 14 per l’altra classe), partecipanti su base volontaria all’attività opzionale del Laboratorio scientifico (la quale prevede la realizzazione di esperimenti di fisica durante l’intero anno scolastico) e, quindi, motivati all’apprendimento della fisica e in possesso dei prerequisiti necessari di cinematica e analisi vettoriale – è stato somministrato, prima e dopo la visione delle dimostrazioni, il seguente questionario scritto individuale sui moti relativi, al fine di valutare il contributo dell'analisi della percezione allo studio di tali moti e viceversa.

QUESTIONARIO di CINEMATICA – Moti relativi

1. Paperino e PaperogaPaperino sta inseguendo Paperoga con una grossa mazza in mano. Paperoga corre con una velocità di 7 m/s. Paperino si muove ad una velocità di 5 m/s. Dopo venti secondi Paperino desiste dall’inseguimento.

1.1 Con che velocità Paperino vede Paperoga che scappa?

(Motiva la risposta)

1.2 Con che velocità Paperoga vede muoversi Paperino? (Motivare la risposta)

1.3 Come sono tra di loro queste due velocità? Motivare la risposta

2. Le palline che corronoUna pallina rossa ed una blu viaggiano su binari paralleli verso destra.

Si filmano le posizioni successive.

2.1 Illustra a un bambino con gli occhi chiusi come si muovono le due palline.

2.2 Spiega come si muovono le due palline una rispetto all’altra

2.3 Quando le due palline hanno la stessa velocità?

3. Paperino e paperina

La figura rappresenta una foto scattata a Paperino e Paperina.

Paperino si muove a v1=75 km/h e Paperina a v2=50 km/h. 3.1 Descrivi a parole il moto delle due auto nell’ora successiva3.2 Se tu sei Paperino, cosa vedi? (illustra e spiega perché)

3.3 Se tu sei Paperina, cosa vedi? (illustra e spiega perché)

3.4 Rappresenta sulla carta millimetrata a sinistra il grafico velocità-tempo delle due auto

3.5 Rappresenta sulla carta millimetrata a destra il grafico orario delle due auto.

4. La barca in mareUna barcaiolo sta navigando verso Nord a 30 Km/h in un tratto di mare interessato da una corrente verso Est di 30 Km/h costante. Un pallone cade dalla barca e galleggia sull’acqua.

4.1 Come si muovono per un aereo il pallone e il barcaiolo? Spiega e disegna

4.2 Come si muove il pallone per il barcaiolo? Spiega e disegna

4.3 Come si muove la barca rispetto all’acqua ovvero al pallone? Spiega e disegna

4.4 Rappresenta le velocità della barca e della corrente (illustra le scelte fatte)

4.5 Rappresenta la traiettoria della barca dopo due ore di navigazione (illustra le scelte fatte)4.6 Fai un grafico della velocità della barca e della corrente rispetto a terra nel tempo (spiega le scelte fatte e il grafico).

5. Le palline che scivolano sui piani a diversa inclinazione Due palline vengono fatte partire insieme: la pallina A scivola a velocità costante su una guida orizzontale; la pallina B scivola lungo un piano inclinato. Si filmano le posizioni successive (1-6).5.1 Illustra il moto delle palline5.2 Tu sei la pallina B: come vedi il moto della pallina A?5.3 Tu sei la pallina A: come vedi il moto della pallina B?5.4 In quale intervallo di tempo le palline si sono mosse alla stessa velocità? 5.5 Quando la pallina B ha superato la pallina A?

6. Il cannone Una palla viene sparata da un cannone situato su di una altura, come mostrato nella figura accanto. Quale delle traiettorieillustrate rappresenta meglio il percorso seguito dalla palla? Indicare la lettera della traiettoriascelta e spiegare il ragionamento che ha prodotto la scelta.

7. Il corridoreUn uomo che corre con velocità costante e lascia cadere un palla quando è nel punto A dellafigura.Quale delle traiettorie disegnate descrive il moto della palla e il punto in cui essa toccherà ilsuolo?

AC D BESpiegazione

8. Lanciare in alto la palla in treno

Pallina A1

Pallina B

2 23

34

4

5

5 6

6

Annerire il quadratino corrispondente alla traiettoria sceltaA) B) C) D)E)

8.1 Un treno si muove orizzontalmente con moto rettilineo uniforme con velocità di 50 km/h. Alberto, stando seduto sul treno, lancia verso l’alto una pallina. Dove cadrà la pallina rispetto ad Alberto? Spiega la risposta

8.2 Lanciare in alto la palla in stazione

Marisa e Rossana lanciano in alto una pallina. Marisa è ferma sul marciapiede di una stazione ferroviaria. Rossana è su un treno che transita nella stazione a velocità costante.

Descrivi i moti delle palline e spiegali.

8.3 Immagina di essere Rossana in treno e descrivi il moto della pallina di Marisa.

8.4 Immagina di essere Marisa sul marciapiede e descrivi il moto della pallina di Rossana.

9. Uomo sul carrelloUn uomo è fermo in piedi su di un carrello, che si muove con velocità costante all’interno di una stanza. L’uomo lancia una palla e la riprende. Questo lancio viene osservato da una donna ferma in piedi nella stanza.

9.1 Disegna a destra la traiettoria della palla per l’uomo sul carrello.

Spiega la traiettoria del disegno qui sopra e quella che hai disegnato

tu

Immagina di essere

tu sul carrello.

9.2 Come vedi

muoversi la palla?

9.3 Come vedi muoversi la donna?

Sono stati inoltre confrontati i tipi di descrittori di moto scelti in relazione al possesso o meno di tali requisiti.

Analisi dei dati

Per quanto riguarda le risposte di tipo qualitativo al questionario sulla percezione delle dimostrazioni (risposte date per iscritto verbalmente e/o a graficamente e a voce verbalmente), sono state calcolate nell’ambito di ogni classe le percentuali dei partecipanti che hanno

percepito per ognuno delle tre dimostrazioni gli effetti evidenziati da Johansson (e quindi la scomposizione del moto della configurazione nelle componenti comune e relativa). Sono stati poi calcolati i valori medi di tali percentuali per ogni configurazione.

Pur essendo molto varia la tipologia dei descrittori usati dai partecipanti, si sono considerate positive le risposte (verbali e/o grafiche) che hanno messo in evidenza:

1. nella prima configurazione la percezione della differenza tra la traiettoria della pallina centrale nella prima parte (con tre palline) e quella della stessa nella seconda parte (solo con la pallina centrale), facendo emergere una angolazione vicina ai 90° nella prima parte e significativamente minore di 90° nella seconda parte della dimostrazione;

2. nella configurazione a L la percezione di un segmento/elastico/molla che collegava i due pallini luminosi e si muoveva obliquamente, allargandosi e restringendosi;

3. nella configurazione a zig zag la percezione di un segmento/elastico con agli estremi le due palline luminose che oscillava verticalmente e contemporaneamente traslava orizzontalmente.

A titolo esemplificativo, riportiamo alcune risposte considerate positive:

Prima configurazione

Configurazione a L

Configurazione a zig zag

Per quanto riguarda il sottocampione in possesso dei prerequisiti di cinematica, oltre a confrontare i descrittori di moto utilizzati con quelli del resto del campione, sono state analizzate le risposte date al questionario sui moti relativi, confrontando quelle date prima e dopo la visione delle tre dimostrazioni.

Risultati

Classi Età media (anni)

% effetto percepito 1° configurazione configurazione a L configurazione a zig zag

II primaria 7 82 77 85III primaria 8 63 59 57V primaria 10 83 80 79V primaria 10 73 68 75V primaria 10 76 71 72III second.1° 14 71 70 69III second.1° 14 64 62 61III second.1° 14 74 67 73

Valore medio 73 69 71

Tabella 1

Configurazioni Johansson

0102030405060708090

II prim

aria

III pr

imari

a

V primari

a

V primari

a

V primari

a

III se

cond. 1

°

III se

cond. 1

°

III se

cond. 1

°

Classi

% e

ffetto

per

cepi

to

1° configurazione

configrazione a L

configurazione a zigzag

Grafico 1

Configurazioni Johansson

67

68

69

70

71

72

73

74

1°configurazione

configrazione aL

configurazione azig zag

Tipo di configurazione

TOTA

LE %

eff

etto

per

cepi

to

Grafico 2

Nella Tabella 1. sono riportati per le tre diverse configurazioni i valori percentuali degli effetti significativi percepiti calcolati per ciascuna classe (vedi Grafico 1.) e i valori medi percentuali sull’intero campione (vedi Grafico 2).

Si nota che l’effetto percepito risulta in media maggiore nel caso della prima configurazione (con un valore pari al 73%), seguito dalla configurazione a zig zag (71%) e infine da quella a L (69%).

Tale differenza si può attribuire al fatto che, per problemi logistici, non sempre si è riusciti a rendere sufficientemente buie le aule dove sono state proiettate le animazioni: viene quindi confermata la robustezza dell’effetto Johansson riguardante la prima configurazione (Hochberg, 1994).

1° configurazione

0102030405060708090

II prim

aria

III prim

aria

V primar

ia

V primar

ia

V primar

ia

III se

cond. 1

°

III se

cond. 1

°

III seco

nd. 1°

Classi

% e

ffet

to p

erce

pito

1° configurazione

505560

65707580

8590

5 10 15

età (anni)

% e

ffett

o pe

rcep

ito

Serie1

valoremedio

Grafico 3 (a) Grafico 3 (b)

configurazione a L

0102030405060708090

II prim

aria

III prim

aria

V primari

a

V primari

a

V primari

a

III secon

d. 1°

III secon

d. 1°

III secon

d. 1°

Class i

% e

ffetto

per

cepi

to

configurazione a L

50

5560

6570

75

8085

90

5 10 15

età (anni)

% ef

fetto

per

cepi

to

Serie1

valore medio

Grafico 4 (a) Grafico 4 (b)

configurazione a zig zag

0102030405060708090

II prim

aria

III prim

aria

V primari

a

V primari

a

V primari

a

III se

cond. 1

°

III se

cond. 1

°

III se

cond. 1

°

Class i

% e

ffet

to p

erce

pito

configurazione a zig zag

505560657075808590

5 10 15

età (anni)

% eff

etto p

ercep

ito Serie1

valore medio

Grafico 5 (a) Grafico 5 (b)

Per ciascuna configurazione si è poi riportato l’andamento dei valori percentuali dell’effetto percepito in funzione dell’età dei partecipanti, raffrontandolo con il valore medio, al fine di analizzare una possibile correlazione tra questi due fattori (Grafici 3 (b), 4 (b) e 5 (b)).

In tutti tre i casi dall’andamento grafico non emerge una correlazione tra percezione ed

età.

Per quanto riguarda il sottocampione di partecipanti in possesso dei prerequisiti di cinematica sui moti relativi, nella Tabella 2 sono riportate le risposte date al questionario di cinematica somministrato prima della visione delle animazioni, mentre nella Tabella 3 sono riportate le risposte date allo stesso questionario somministrato dopo la visione delle stesse.

CLASSE di appartenenza

RISPOSTECORRETTE

PERALUNNO

QUESTIONARIO di CINEMATICARisposte date PRIMA della VISIONE delle ANIMAZIONI

1 2 3 4 5 6 7 8 9

III A3,5 NO PARZ. SI SI PARZ. SI PARZ. NO NO2,5 PARZ. PARZ. NO NO NO SI PARZ. NO NO

10,5 PARZ. SI SI SI SI SI NO NO PARZ3,5 PARZ. NO NO PARZ, NO PARZ. NO NO NO

III B

2 SI PARZ. NO NO NO NO NO NO NO9 SI PARZ. SI PARZ. PARZ. NO SI NO SI

10 SI PARZ. SI NO SI PARZ. PARZ. SI NO1 NO NO NO NO NO SI NO NO NO

3,5 NO NO SI NO NO PARZ. NO NO SI7,5 PARZ. SI NO SI SI NO NO NO SI3,5 NO PARZ. NO NO PARZ. NO NO NO PARZ7,5 NO PARZ. SI PARZ. NO SI NO SI NO

NO = risposta non data; ERR. = risposta errata; PARZ.= risposta parzialmente corretta;SI = risposta corretta

Tabella 2

CLASSE di appartenenza

RISPOSTECORRETTE

PERALUNNO

QUESTIONARIO di CINEMATICARisposte date DOPO la VISIONE delle ANIMAZIONI

1 2 3 4 5 6 7 8 9

III A56

146

III B

5131427

107

13NO = risposta non data; ERR. = risposta errata; PARZ.= risposta parzialmente corretta;SI = risposta corretta

Tabella 3

RISPOSTE CORRETTE QUESTIONARIO CINEMATICA

Classe III A

0

5

10

15

0 2 4 6

Alunni

Num

ero

Risp

oste

Co

rret

te

PRIMA della visioneanimazioniDOPO la visione delleanimazioni

Grafico 6

RISPOSTE CORRETTE QUESTIONARIO CINEMATICA

Classe III B

0

5

10

15

0 5 10

Alunni

Num

ero

Risp

oste

Co

rret

te

PRIMA della visionedelle animazioniDOPO la visionedelle animazioni

Grafico 7

Discussione

Dall’analisi risultati ottenuti emerge la conferma che anche nella fanciullezza e nella pre-adolescenza è sviluppata la percezione visiva degli effetti descritti da Johansson (con la scomposizione dei moti nelle componenti comune e relativa) nelle tre configurazioni cinetiche considerate. L’evidenza risulta maggiore nel caso della prima configurazione (con un valore medio dell’effetto percepito pari al 73%) – confermando la “robustezza” di tale effetto – a cui segue l’ effetto emergente dalla configurazione a zig zag (71%) e infine da quella a L (69%).

I fattori che hanno influenzato i rendimenti percettivi sono stati:

• come già anticipato, il grado di oscurità delle aule nelle quali sono state proiettate le dimostrazioni e la conseguente presenza più o meno importante di sistemi di riferimento visivi esterni all’animazioni, con effetto distraente;

• la posizione dei partecipanti rispetto allo schermo che in due classi (con valori medi percepiti percentuali per le tre configurazioni inferiori alla media: III primaria con 63%, 59% e 57% e una classe III secondaria di 1° grado con 64%, 62% e 61%) ha influenzato negativamente la percezione di una parte dei partecipanti seduti nelle zone più a margine a causa dell’”effetto di parallasse”;

• il livello di attenzione e di interesse dei partecipanti, in relazione anche al lavoro di preparazione preventivo svolto o meno dall’insegnante nelle singole classi (nelle classi più interessate e che hanno partecipato più attivamente alla sperimentazione si sono ottenuti valori percentuali più elevati per tutte tre le animazioni).

Per quanto riguarda la relazione tra percezione e apprendimento - pur considerando il limite conseguente all’estrema ristrettezza del sottocampione al quale è stato somministrato questionario di cinematica sui moti relativi - emerge un sostanziale miglioramento nelle risposte date dai partecipanti (significativo nelle domande 4. 8. e 9., attinenti nello specifico ai moti relativi) a seguito della visione delle dimostrazioni e la conseguente analisi dei principi attuati dal nostro sistema visivo nella percezione dei moti delle configurazioni cinetiche proposte.

E’ noto che in generale il recupero da parte dell’insegnante e la discussione di gruppo di argomenti trattati in precedenza costituisce un elemento facilitante per la comprensione e il conseguente problem solving di questioni connesse alle specifiche tematiche. Va però considerato con la dovuta attenzione e ulteriormente indagato nell’ambito di una sperimentazione più ampia e completa come e con quale valenza la conoscenza della scomposizione vettoriale attuata dal nostro sistema visivo nella percezione delle configurazioni cinetiche, e la conseguente analisi di tale fenomeno, possa migliorare l’apprendimento, nell’ambito della trattazione della cinematica, dei moti relativi, dei principi di composizione/scomposizione dei movimenti e dell’analisi vettoriale delle grandezze che li caratterizzano.

La consapevolezza che il nostro sistema visivo applichi nell’organizzazione percettiva delle traiettorie principi analoghi a quelli che stanno alla base della fenomenologia fisica, può comunque sviluppare interesse e aumentare l’attenzione rivolta a tematiche fondamentali della meccanica, molto spesso considerate ostiche e prive di fascino dagli studenti.

Al di là del rapporto tra percezione e apprendimento della cinematica, nel complesso si può affermare che tale sperimentazione ha dimostrato esiti educativi didattici positivi per tutto il campione (dalla scuola primaria alla secondaria di primo grado), anche superiori all’aspettativa.

Anche se la maggior parte dei partecipanti non possedeva i prerequisiti cinematica, se non l’ utilizzo istintivo di linee e simboli stereotipati trattati nell’ambito dell’educazione all’immagine (studio delle linee e delle forme), ciò non ha impedito loro di venir incuriositi e affascinati proprio dalla presenza di movimento, dalla possibilità di calarsi nel ruolo di scienziati attivi, osservatori che utilizzano strumenti e formulano idee e pareri. E tutto ciò ha creato in loro entusiasmo e motivazione.

A titolo esemplificativo cito l’affermazione di un bambino di sette anni, che a seguito della dimostrazione della prima configurazione cinetica di Johansson, ha voluto mettere in evidenza una inaspettata valenza sociale dell’effetto percepito prodotta dalla Gestalten dei tre pallini luminosi dicendo che “si sa che la stessa cosa se la facciamo assieme a due amici ci appare diversa da quando la facciamo da soli, perché è più bello fare le cose in gruppo”.