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Prefazione
XI
Migliore integrazione dell’approccio con modelli di analisi alla soluzione dei pro-
blemi.
Gli studenti affrontano centinaia di problemi durante il corso di fisica, le cui
basi sono costituite da un piccolo numero di principi fondamentali. Quando si trova
ad affrontare un nuovo problema, il fisico crea un modello del problema che possa
essere risolto in modo semplice identificando il principio fondamentale applicabile
ad esso. Ad esempio, molti problemi riguardano la conservazione dell’energia, la
seconda legge di Newton o le equazioni cinematiche. Poiché il fisico ha studiato
estesamente questi principi e le loro applicazioni, egli applica tali conoscenze come
modello per la soluzione di un nuovo problema. Benché sarebbe l’ideale per gli
studenti seguire questa stessa procedura, la maggior parte di essi ha difficoltà ad
acquisire dimestichezza con l’intero spettro di principi fondamentali disponibili.
Per gli studenti è più semplice identificare una
situazione
piuttosto che un principio
fondamentale.
L’
approccio con modelli di analisi
su cui focalizziamo l’attenzione si basa su un
insieme standard di situazioni che compaiono nella maggior parte dei problemi di
fisica. Tali situazioni sono riferite a un’entità appartenente a uno di quattro modelli
semplificati: punto materiale, sistema, corpo rigido e onda. Una volta identificato il
modello semplificato, lo studente pensa a cosa l’entità sta facendo o a come intera-
gisce con il suo ambiente. Questo lo conduce a identificare un determinato Modello
di Analisi per il problema. Ad esempio, se un oggetto sta cadendo, esso è riconosciu-
to come un punto materiale sottoposto a un’accelerazione dovuta alla gravità, che è
costante. Lo studente ha appreso che il modello di analisi
punto materiale sottoposto ad
accelerazione costante
descrive questa situazione. Inoltre, questo modello ha un piccolo
numero di equazioni associate da usare per dare inizio alla soluzione del problema,
le equazioni cinematiche presentate nel Capitolo 2. Pertanto, la comprensione della
situazione ha condotto a un modello di analisi, che ha poi indicato un piccolissimo
numero di equazioni per dare inizio alla soluzione del problema piuttosto che ri-
correre alla miriade di equazioni che gli studenti vedono nel testo. In questo modo,
l’uso dei modelli di analisi porta lo studente a identificare il principio fondamenta-
le. Con l’acquisizione di un’esperienza sempre maggiore, lo studente farà sempre
meno ricorso all’uso dei modelli di analisi e comincerà a identificare direttamente i
principi fondamentali.
Per meglio integrare l’approccio con modelli di analisi
in questa edizione, al
termine di ogni paragrafo che introduce un nuovo modello di analisi è stato inserito
un box descrittivo “Modello di analisi”. Questo elemento ricapitola il modello di
analisi introdotto nel paragrafo e fornisce esempi dei tipi di problemi che lo studen-
te potrebbe risolvere adoperando tale modello di analisi. Questi box fungono da
“rinfrescata” prima che lo studente veda i modelli di analisi in uso negli esempi svolti
relativi a un dato paragrafo.
Le risoluzioni degli esempi svolti nel testo integrano l’approccio con modelli
di analisi alla soluzione dei problemi. L’approccio è ulteriormente rafforzato nel
sommario di fine capitolo con il titolo
Modelli di analisi per la soluzione dei problemi
.
Tutorial con modelli di analisi.
John Jewett ha sviluppato 165 tutorial che rafforzano le
abilità di soluzione dei problemi degli studenti guidandoli passo passo nel processo di
risoluzione dei problemi. Importanti passaggi iniziali comprendono la formulazione
di previsioni e la focalizzazione su concetti fisici prima di risolvere il problema quan-
titativamente. Una componente critica di questi tutorial è la scelta di un adeguato
modello di analisi per descrivere cosa sta accadendo nel problema. Questo passaggio
consente agli studenti di fare l’importante associazione tra la situazione presentata
nel problema e la sua rappresentazione matematica. I tutorial con modelli di analisi
includono un feedback significativo ad ogni passaggio per aiutare gli studenti a fare
pratica nella procedura di risoluzione dei problemi e a migliorare le proprie abilità.
Inoltre, il feedback affronta le convinzioni errate degli studenti e li aiuta a scovare gli
errori algebrici e altri errori matematici. La risoluzione è descritta simbolicamente il
più a lungo possibile, sostituendo i valori numerici solo alla fine. Questa caratteristica
aiuta gli studenti a comprendere gli effetti delle variazioni dei valori di ciascuna varia-
bile nel problema, evita la sostituzione ripetitiva non necessaria degli stessi numeri ed
elimina gli errori di arrotondamento. Il feedback al termine del tutorial incoraggia
gli studenti a confrontare la risposta finale con le loro previsioni originarie.