Obiettivo del progetto didattico
L'argomento "energia solare", inteso come conoscenza di una fondamentale fonte energetica rinnovabile nella prospettiva di un uso delle risorse sostenibile e attento agli equilibri dell'ambiente, può apparire ampiamente sfruttato nella didattica e nella divulgazione. Spesso però è trattato in maniera qualitativa, fondata su aspetti emotivi piuttosto che scientifici e scolasticamente è visto dagli studenti come un modulo didattico ulteriore o comunque diverso rispetto alla programmazione tradizionale. Questa proposta intende affrontare con la corretta metodologia scientifica sperimentale la misura dell'energia solare e i modi di utilizzo diretto di questa energia, valutandone anche il rendimento. Su questo sfondo vengono introdotti via via alcuni concetti fisici di validità generale che in seguito troveranno applicazione anche in altri ambiti

Risultati attesi

Conoscenze specifiche
saper descrivere (anche attraverso esperienze qualitative) le caratteristiche fisiche dell'energia radiante

• saper misurare la quantità di energia che in ogni secondo arriva su ogni metro quadrato della superficie terrestre
• saper valutare l'energia che viene utilizzata in alcune attività della vita quotidiana
• conoscere i modi in cui l'energia solare può essere direttamente utilizzata
• conoscere la struttura e comprendere il funzionamento di un pannello solare e di una cella fotovoltaica
• comprendere i concetti di potenza e di rendimento
• saper valutare il rendimento nell'utilizzo dell'energia solare

Competenze di carattere generale
comprendere la descrizione di un esperienza di laboratorio, modificandola o adattandola al materiale disponibile; eventualmente progettare in modo autonomo e originale semplici esperimenti

• descrivere, anche per mezzo di schemi, le apparecchiature e le procedure utilizzate
• sviluppare abilità operative connesse con l'uso di strumenti e capacità di eseguire in modo corretto semplici misure con consapevolezza delle operazioni effettuate e degli strumenti utilizzati
• raccogliere, ordinare e rappresentare i dati ricavati, valutando gli ordini di grandezza e le approssimazioni, mettendo in evidenza l'incertezza associata alla misura
• esaminare dati e ricavare informazioni significative da tabelle, grafici ed altra documentazione
• analizzare un fenomeno o un problema riuscendo ad individuare gli elementi significativi
• trarre semplici deduzioni teoriche e confrontarle con i risultati sperimentali
• porsi problemi, prospettare soluzioni e modelli
• acquisire atteggiamenti
• fondati sulla collaborazione interpersonale e di gruppo

Descrizione sintetica del percorso didattico
Il progetto si svolge in una classe iniziale del triennio specialistico come introduzione alla produzione di energia ed in particolare di energia da fonti rinnovabili. Lo scopo è quello di predisporre, inoltre, un percorso didattico facilmente trasferibile nel biennio dell'istituto, nelle scuole secondarie non tecniche e soprattutto nelle scuole medie.
La scelta di questa classe (quasi di principianti nello studio della fisica) anziché quella di ragazzi più grandi ed esperti è legata allo scopo di utilizzare l'argomento energia solare per introdurre conoscenze e competenze nuove partendo da prerequisiti minimi (metodo sperimentale).
Dal punto di vista metodologico si farà ricorso alla sperimentazione diretta da parte degli alunni, lasciando ove possibile anche l'individuazione del percorso specifico all'iniziativa e alla curiosità dei singoli.
In corsivo sono elencati gli argomenti previsti nella normale programmazione che, pur non essendo strettamente legati al progetto, ne costituiscono evidentemente i prerequisiti. Questi argomenti non sono inseriti in questa documentazione, che riguarda fondamentalmente questo aspetto: l'energia solare che arriva sulla terra ed il modo di catturarla per produrre energia termica (pannelli solari) ed elettrica (celle fotovoltaiche).
Calore e temperatura. Il calore come forma di scambio di energia. Capacità termica e calore specifico. Legge della calorimetria.

• Trasmissione del calore: conduzione, convezione (con riferimento alla circolazione dell'acqua in un pannello solare), irraggiamento termico (coefficienti di assorbimento e di emissione; determinazione della curva di raffreddamento di una lastrina metallica annerita; assorbimento della radiazione: corpi chiari e scuri; energia assorbita e inclinazione dei raggi solari).
• L'energia solare che arriva sulla Terra. Misura della costante solare.
• Energia utilizzata per alcune attività quotidiane.
• Utilizzo diretto dell'energia solare per il riscaldamento dell'acqua. Caratteristiche di un collettore solare. Effetto serra. Costruzione di un semplice modello di pannello solare.
• Concentrazione dell'energia radiante mediante specchi parabolici e lenti (esperimenti qualitativi). Il forno solare.
• Introduzione alle correnti elettriche. Curva caratteristica di un conduttore elettrico.
• Conversione diretta dell'energia solare in energia elettrica: celle fotovoltaiche. Curva caratteristica di una cella solare. Rendimento di una cella solare.