Il metodo sperimentale e la relazione di laboratorio

Di solito si entra in laboratorio per verificare un'ipotesi, scaturita da un problema posto dall'insegnante. E' quindi necessario avere le idee ben chiare sulle apparecchiature da utilizzare, sul lavoro da svolgere (protocollo operativo), sulle precauzioni da prendere e sulle norme da osservare per prevenire gli infortuni, nonchè sugli obiettivi che si intendono perseguire.

Il metodo sperimentale in breve: La problematizzazione fa nascere una serie di punti interrogativi sull'argomento, l'ipotesi dopo un vaglio sistematico di conoscenze e condizioni, li toglie provvisoriamente e prefigura una spiegazione, la verifica sperimentale conferma (o confuta) la spiegazione esprimendola quantitativamente o qualitativamente (= formulazione di una legge).

La caratteristica fondamentale del metodo sperimentale (o scientifico) è che un'esperienza deve poter essere riprodotta da chiunque, pertanto nella relazione vanno riportati tutti i dati e tutti i parametri che caratterizzano l'esperienza stessa.

Titolo e Obiettivi di apprendimento: Vengono indicati dall'insegnante.

Problema: Scaturisce da una discussione sull'argomento guidata dall'insegnante.

Ipotesi: Consiste nell'anticipare in maniera provvisoria la soluzione di un problema o di un fenomeno allo scopo di indirizzare la ricerca verso un settore ben definito. L'ipotesi và formulata solo dopo averla verificata mentalmente in funzione delle conoscenze possedute. Se non si dispongono sufficienti informazioni relativamente al problema posto è conveniente fare prima una piccola ricerca (testi scolastici, enciclopedia, internet, riviste, domande a persone che si ritengono esperte, ecc.) e solo successivamente formulare l'ipotesi; in questo modo si evita di indicare quelle che invece dovrebbero essere semplici supposizioni .

Fase progettuale: Spiegare in modo chiaro e conciso come si intende risolvere il problema, illustrando il principio teorico su cui si fonda la progettazione dell'esperimento e indicando quali sono le variabili da osservare e/o misurare. Indicare le apparecchiature necessarie all'esecuzione dell'esperimento (strumenti di misurazione, vetreria, reattivi e materiali vari) caratterizzandole in termini di quantità, qualità, capacità, sensibilità, ecc. Indicare i dispositivi di sicurezza e i mezzi di protezione da adottare in relazione alla prevenzione degli infortuni (desumendoli anche dalle frasi R ed S che, relativamente ad ogni prodotto utilizzato, vanno riportate nella relazione).

Protocollo operativo: Descrivere le operazioni da eseguire, nell'ordine in cui vanno compiute, utilizzando un linguaggio di tipo tecnico (sintetico e poco discorsivo) e scrivendo in forma impersonale ( "prendere", "fare" , "aggiungere", ... oppure "si prende", "si fa", "si aggiunge" ecc.). Non utilizzare più di due-tre verbi per ogni frase. Numerare tutte le frasi mettendole in ordine cronologico.

Verifica sperimentale:

Esecuzione dell'esperimento progettato: eseguire l'esperimento e indicare se sono state apportate modifiche rispetto a quanto progettato

Raccolta dati qualitativi e/o quantitativi:
- Dati qualitativi: Cambiamenti di colore, odore (?), formazione di precipitati, sviluppo di gas o di energia, ecc.
- Misurazioni: eseguire le misurazioni richieste dall'esperimento annotando, se possibile, i valori della temperatura ambiente e della pressione atmosferica.
- Tabulazione dati: Riassumere in una tabella le osservazioni qualitative (cambiamenti di colore, odore, formazione di precipitati, sviluppo di gas o di calore, ecc) e/o quantitative effettuate, ricordando di indicare ogni dato numerico con il giusto numero di cifre significative e la relativa unità di misura.

Elaborazione matematica dei dati sperimentali: Scrivere le relazioni utilizzate per correlare fra loro le grandezze esaminate, senza dimenticare le unità di misura; passare quindi alla sostituzione dei valori numerici e riportare i calcoli in modo chiaro. Esprimere i risultati dei calcoli con il corretto numero di cifre significative indicando l'errore assoluto (= accuratezza, cioè differenza tra il valore misurato e il valore vero), l'errore relativo e l'errore percentuale. Se necessario riportare i risultati dei calcoli in una tabella (ad es. quando si sono rilevati molti dati sperimentali).

Elaborazione grafica dei dati sperimentali: Dare un titolo al grafico per specificare che cosa rappresenta. Usare sempre la carta millimetrata. Riportare sull'asse delle X (ascisse) i valori della variabile indipendente e sull'asse delle Y (ordinate) i valori della variabile dipendente. Il grafico va tracciato scegliendo la scala delle unità di misura in modo tale da avere una precisione circa uguale (mai superiore) ai dati sperimentali. Ad esempio usando una buretta con incertezza sulla seconda cifra decimale (div.1/20) è opportuno che la scala sia scelta in modo tale che ogni millimetro corrisponda, a non meno di 0,05 cm³; mentre se l'incertezza è sulla prima cifra decimale (buretta con div.1/10) sulla scala si deve avere per 1 mm non meno di 0,1 cm³.
Segnare i punti del grafico con un + (e non con un puntino). Nel redigere il grafico tracciare una linea continua che passi attraverso più punti possibili, eliminando i dati aberranti e tentando di tenere un egual numero di punti esclusi al di sopra e al di sotto della linea.

Ricerca di regolarità.
Dal grafico ottenuto è possibile capire qual'è la relazione esistente fra le grandezze in esame (variabili). Ad esempio se si ottiene una retta la relazione è di proporzionalità diretta ( y = mx o y =mx + q ), mentre un ramo di iperbole indica una relazione di proporzionalità inversa ( y = K/x ). E' sempre conveniente trasformare le regolarità riscontrate in relazioni formali (= formule) inserendo al posto di x e y le variabili utilizzate.

Osservazioni finali.
Indicare le osservazioni compiute durante l'esecuzione dell'esperimento cercando di interpretare gli inconvenienti e le anomalie riscontrate (anche in termini di causa/effetto). Ad esempio se alcuni valori sperimentali riportati sul grafico si discostano notevolmente dagli altri (effetto), si può interpretare questa anomalia facendo riferimento agli errori sperimentali (causa), spiegandone, eventualmente, la presunta origine.

Conclusioni.
Indicare le interpretazioni conclusive sull'esperienza realizzata, valutando
- se esiste una regolarità nel comportamento delle variabili oggetto di misurazione;
- se l'ipotesi è stata verificata o confutata;
- se il problema è stato risolto;
- se gli obiettivi di apprendimento sono stati raggiunti.
Indicare i quesiti rimasti irrisolti ed i fatti rimasti senza spiegazione convincente.