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   innovazione didattica   


La matematica incontra l'arte
La collaborazione didattica tra il Dipartimento di Matematica e l'Istituto d'Arte "A. Vittoria"

di Katia Ruaben

Dall'anno scolastico 1998-99 è stato attivato il programma di collaborazione didattica tra il Dipartimento di Matematica dell'Università di Trento e l'Istituto d'Arte "A. Vittoria" che si fonda su una convergenza di interessi e su obiettivi comuni tra le due istituzioni.
Il Dipartimento di Matematica si occupa da anni della didattica della matematica e in linea con questa politica ha costituito nel 1994 il Laboratorio di Ricerca sui Materiali e i Metodi per la Didattica e la Divulgazione della Matematica (LRM3D2).
La comunicazione più semplice e diretta di una legge matematica, per definizione astratta, si ottiene grazie all'uso di un linguaggio semplificato e attraverso la realizzazione di modelli che visualizzano in modo facilmente intuibile e accattivante la complessità di una fenomenologia matematica.
L'accordo con l'Istituto d'Arte permette quindi di realizzare concretamente le idee e i progetti del Dipartimento: l'abilità tecnica e la competenza dei docenti e degli studenti del "Vittoria" i cui programmi prevedono varie attività nei laboratori di modellistica, di lavorazione del legno e dei metalli, e le conoscenze dei docenti dell'università sono state unite con l'obiettivo comune di divulgare e insegnare la matematica e di coniugare rigore scientifico e bellezza artistica.
Gli studenti coinvolti nel progetto seguono delle lezione teoriche, tenute da docenti del Dipartimento, che introducono le leggi alla base del modello da progettare e hanno quindi la possibilità di sperimentare un insegnamento diverso e nuovo della matematica, che da materia ostica e poco amata diventa il punto di partenza per la loro creatività.
Il primo progetto, curato dal professor Italo Tamanini, ha visto la realizzazione da parte degli studenti di contorni metallici di varie forme che immersi in una soluzione saponosa formano sottili lamine trasparenti disposte in modo da avere la minima estensione possibile; le superfici ottenute mostrano interessanti caratteristiche geometriche e si prestano a studi nel campo della fisica, della biologia e dell'architettura. Gli strumenti ed il relativo materiale illustrativo realizzati dalla sezione di Visual Art dell'Istituto d'Arte vengono costantemente utilizzati in attività di orientamento e di divulgazione e sono stati esposti in occasione di importanti mostre a Castel S. Pietro Terme, Pontassieve, Venezia, per citarne solo alcune, e alla fiera "Educa" di Riva del Garda.
Il secondo progetto è rappresentato dalla brachistocrona (vedi box), che sarà costruita in legno di pero massiccio completamente smontabile per facilitare il trasporto dato che la realizzazione prevede un'altezza di circa tre metri.
Attraverso un semplice esperimento, in cui due piccole sfere pesanti vengono fatte rotolare contemporaneamente, sarà possibile confrontare la cicloide con il segmento di retta, cioè la curva che potrebbe apparire, ad una prima ma non approfondita riflessione, come la soluzione più ovvia.
Le lezioni propedeutiche, tenute presso l'Istituto dal professor Silvano Delladio, hanno affrontato la spiegazione della cicloide in modo semplificato. Per la scelta del modello è stato organizzato un piccolo concorso: il progetto di Ervis Beta, di progettazione lineare e moderna, è stato superato da quello di Bijan Tehramian che ricorda vagamente l'arte leonardesca. Gli studenti, affiancati per il design dal professor Claudio Dellai e dal docente di ebanisteria Gianluca Pasquali, hanno realizzato delle prove in legno, in plastilina e infine il modello in scala che procede di pari passo con quello a grandezza naturale.
Tutti i modelli realizzati saranno utilizzati per attività didattiche ed espositive legate alla divulgazione della matematica e si sta pensando di istituire una mostra permanente, spazi permettendo, all'interno della Facoltà di Scienze.
La prossima esercitazione, la cui attività di laboratorio sarà seguita dal dottor Domenico Luminati, prevede di realizzare modelli tridimensionali per illustrare alcune fenomenologie delle geodetiche su superficie non piane.

Leggi matematiche all'acqua e sapone
di Silvano Delladio

In matematica l'espressione "calcolo delle variazioni" fa riferimento a un metodo generale, fondato da Eulero e Lagrange, per la risoluzione dei problemi di minimo. Poiché molto spesso i fenomeni naturali obbediscono a principi di minimo, il calcolo delle variazioni diviene uno strumento importante per l'indagine dei modelli matematici corrispondenti. Esempi di problemi rivelatisi particolarmente significativi per lo sviluppo del calcolo delle variazioni sono i seguenti:

  1. "Una particella sottoposta soltanto all'azione della gravità scivola senza attrito lungo una curva congiungente due punti fissati. Determinare la brachistocrona, cioè la curva per cui il tempo impiegato è minimo".
  2. "Determinare la superficie di area minima fra tutte quelle aventi un contorno assegnato".
  3. "Determinare, su una superficie assegnata, un percorso di lunghezza minima (la geodetica) che congiunga due punti fissati".

La soluzione del primo problema non è il segmento, come si potrebbe esser portati a pensare, ma è la cicloide e cioè la curva descritta da un punto di una circonferenza che rotola lungo una retta. Nel caso del secondo problema, invece, la risposta della matematica non è così facile da formulare. Tuttavia, per scoprire le soluzioni, basterà immergere il reticolo metallico che riproduce il contorno in una soluzione di acqua e sapone. Analogamente, anche nel caso del terzo problema ci si può avvalere del talento risolutivo della natura. Infatti, la soluzione sarà visualizzata da un laccio disposto fra i due punti, tirato con forza e costretto (per esempio attraverso un'intercapedine) a "stare sulla superficie".
La risoluzione rigorosa di questi problemi è complicata e difficilmente accessibile al non matematico. Tuttavia, "volgarizzazioni" suggestive dell'argomento sono possibili attraverso la pratica, anche molto superficiale, di nozioni di fisica e matematica del livello di quelle insegnate nella scuola media.




Nelle foto, in alto: schizzi di progetto degli alunni dell'Istituto d'Arte "A.Vittoria" di Trento;
al centro: modello in scala della brachistocrona;
sotto: reticoli metallici immersi in soluzione saponosa per determinare la superficie minima fra tutte quelle aventi un contorno assegnato