Università degli
Studi di Udine
Piano Lauree
Scientifiche
Scuola Estiva di Eccellenza in Fisica
Moderna
Udine 23-28 giugno 2014
Marisa Michelini, Lorenzo Santi, Alberto Stefanel
Unità di Ricerca in Didattica della Fisica
Università degli Studi di Udine
SpS
Scuola Estiva di Eccellenza per Studenti delle Scuole Superiori in Fisica Moderna
5 edizioni
(Luglio 2007-2009-2011- 2013 e giugno 2014)
Progettata e organizzata
dall’Unità di Ricerca in Didattica della Fisica
dell’Università degli Studi di Udine
Responsabile del Progetto IDIFO5
Marisa Michelini, Responsabile IDIFO4, UniUD
Direttore della Scuola SEEFM
Lorenzo Santi, URDF, UniUD
SpS
Scuola Estiva di Eccellenza per Studenti delle Scuole Superiori in Fisica Moderna
Le attività della Scuola Estiva hanno previsto:
-
Didattica laboratoriale sulle tematiche della scuola SpS
Attività di laboratorio didattico sperimentale
Laboratori di esperimenti simulati come palestra concettuale
Seminari-laboratorio di problem solving
Seminari sulle frontiere concettuali della fisica (su concetto di tempo) e matematica
Visita a centri di ricerca (Elettra, Science park, ICTP a cena con gli scienziati)
Relazioni degli studenti
Il peso percentuale delle diverse attività è stato ripartito nel
modo seguente:
1) Laboratori didattici 32%
2) Laboratorio sperimentale 17%
3-4) Laboratori di simulazione JQM e caos 11%
5) Gare, preparazione, svolgimento relazioni e prove finali 16%
6) Seminari 9%
7) Visite 16%.
I percorsi e materiali didattici basati sulla ricerca e validati da sperimentazioni di
ricerca messi a punto dall’URDF di UNIUD in
sono stati la base per la progettazione delle proposte della Scuola Estiva di Fisica
Moderna SpS di coerenti percorsi operativi partecipati con modalità ludiche e sfide
per la costruzione del pensiero formale.
SpS ha offerto percorsi di ragionamento a partire da attività sperimentali e
situazioni problematiche con il personale coinvolgimento dei ragazzi in esplorazioni
sperimentali di problemi cruciali per la nascita della fisica del novecento, per la
costruzione delle base concettuali della teoria quantistica, modelli fenomenologici
della SC, ricostruire il concetto di massa in relazione a quello di energia in fisica
classica e relativistica.
Ogni attività si è sviluppata come parte di un percorso organico.
Le diverse attività si sono legate fra loro nel contesto dell’intera scuola .
Percorso MQ
Dalla fenomenologia della polarizzazione alla
costruzione delle basi concettuali della teoria
quantistica e del suo formalismo
alla loro rielaborazione nel contesto dello spin
Dalle proprietà del campo magnetico
all’induzione elettromagnetica
………..
all’esplorazione delle proprietà
di conduzione elettrica e magnetiche
dei superconduttori
per la costruzione di modelli fenomenologici
Decadimento beta, fotone come particella relativistica
in esperimenti ideali per la rivisitazione dei concetto
di Massa e la sua relazione con l’Energia.
Laboratorio di esperienti avanzati
Effetto Hall
per metalli e semiconduttori
La misura del rapporto e/m
R vs T per SC, metalli,
semiconduttori
Esperimento di Franck-Hertz
Laboratorio di esperienti avanzati
Legge di Malus
La misura della velocità della luce:
metodo dello spostamento di fase
Misura e analisi della distribuzione di intensità di
diffrazione ottica da singola fenditura
3) laboratori di simulazioni basate su modelli come
palestre concettuali
5) problem solving, test, sfide e gare sui concetti
affrontati;
6a) seminari in inglese sul concetto di Tempo (prof.
Siddarth), sul problem solving in fisica (prof. Slisko)
6b) seminario sulle coniche e il loro ruolo in fisica
(prof Corvaja)
7) Relazioni degli studenti
La dimensione di ricerca caratterizza la Scuola Estiva.
Materiali di riferimento costituiscono supporto alle attività e
documentazione del lavoro svolto nella scuola
Schede di lavoro consentiranno di monitorare e analizzare il
processo di apprendimento nei diversi percorso formativi sviluppati
Nello zainetto
Materiali di approfondimento
Michelini M, Stefanel S., Fisica quantistica, LithoStampa, 2004
Michelini M., Stefanel A., La polarizzazione della luce. Catalogo di esperimenti, Forum, 2006
Michelini M, Proposte didattiche sulla fisica moderna. Strumenti per una didattica
laboratoriale, LithoStampa, 2010
dispense:
Introduzione al percorso Massa Energia, E. Pugliese, URDF
Esperimenti in laboratorio, L. Santi, URDF
-
Lettera di Benvenuto
Tabella attività di Laboratorio avanzato e gruppi
Manifesto/Bando della Scuola
Tavola sinottica del programma
Cartellina, penna e fogli per appunti
Miniguide dei corsi attivati all’Università di Udine in
ambito scientifico
Quaderno Uniud
T-Shirt Università di Udine
Materiale ’Azienda Turismo Friuli VG
Depliant informativo sulla Sicurezza in laboratorio
A tali materiali si sono aggiunti nel corso della settimana di attività:
 le due dispense:
• Riguardare la Meccanica Quantistica con lo spin, G. Zuccarini, URDF
• Laboratorio di simulazione numerica, M. Peressi e S. Pastore, Università di Trieste
 i tutorial di lavoro, Inquiri Based (McDermott 1008, 1999; Michelini 2010 c) e
monitoraggio su:
• Percorso di Meccanica Quantistica, M. Michelini, A. Stefanel e G. Zuccarini, URDF
• Equivalenza Massa-Energia, E. Pugliese e L. Santi, URDF
• Percorso sull’Elettromagnetismo, S. Vercellati, URDF
• Percorso sui fenomeni superconduttivi, M. Michelini e A. Stefanel, URDF
• Laboratorio di simulazione numerica, M. Peressi e G. Pastore, Università di Trieste
 Scheda di valutazione (da riconsegnare alla conclusione della Scuola), A. Stefanel, URDF
Tutte le attività Di SpS sono seguite, oltre che dagli studenti partecipanti anche da:
- studenti universitari
- insegnanti di fisica esperti
- ricercatori universitari
- Osservatori esterni (valutatori)
Diversi livelli di valutazione
 Valutazione effettuata dagli studenti sulla scuola e le sue attività
 Valutazione di tre osservatori esterni (A Brancaccio – Miur; Rossana Viola; L Marcolini)
 Valutazioni degli apprendimenti
Per la valutazione vengono effettuati quattro tipi di analisi:
 Valutazione apprendimenti con i tutorial di lavoro e monitoraggio IBL, consegnate al
termine di ogni attività
certificate le competenze sulla base degli esiti
di diversi livelli di monitoraggio.
 Valutazione delle presentazioni che gli studenti a gruppi fanno l’ultimo giorno sui
compiti assegnati
 Valutazione PLS in rete telematica per l’intera scuola
 Valutazione dettagliata degli studenti sulle singole attività svolte, da compilare in
formato cartaceo a conclusione della scuola stessa (quest’anno: con questionario del
progetto internazionale Hope coinvolgente 75 Dip. Fis. Europei sugli aspetti che attivano
l’interesse per lo studio della fisica
La selezione
(pubblicazione bando 1,5-2 mesi)
La selezione
(pubblicazione bando 1,5-2 mesi)
2013 – 4 edizione
314 domande di studenti di 4 e 5
ammessi 36
2014– 5 edizione
275 domande di studenti di 4
ammessi 30
PUGLIA
CAMPANIA
LAZIO
LOMBARDIA
VENETO
SICILIA
PIEMONTE
UMBRIA
CALABRIA
ABRUZZO
EMILIA ROMAGNA
MOLISE
TRENTINO ALTO ADIGE
TOSCANA
FRIULI VENEZIA GIULIA
LIGURIA
MARCHE
SARDEGNA
BASILICATA
VALLE D'AOSTA
0
10
20
30
40
50
60
70
80
Sulle 275 domande pervenute: Licei Scientifici (232); Liceo delle Scienze applicate (4); Liceo
Classico (32); Istituto Tecnico Industriale (5), Altre scuole (2).
La selezione
(pubblicazione bando 1,5-2 mesi)
Media valutazioni 16.91.6 su 20
NON si rilevano differenze statisticamente significative tra macroaree geografiche:
 Nord: 17.01.6
 Centro+Sardegna16.81.7
 Sud: 17.81.5
Omogeneità del campione e alto livello della prestazione scolastica
 aspetti che caratterizzano gli studenti che partecipano alla scuola estiva
Esiti di apprendimento: un esempio dal lab SC
 Una larga maggioranza: rappresentazione completa sell’interazione magneteferrimagnete tramite linee campo (24/29)
 La restante minoranza: livello descrittivo e uso del concetto di forza (5/29)
Nell’analisi dell’interazione di come un magnete e una clip
d’acciaio interagiscono attraverso il piano di un tavolo:
- Dentro e fuori di tutti gli oggetti (6/29)
- Fuori del magnete e legno, ma dentro la clip (14/29)
- Solo linee di campo nel legno (6/29)
Clip
Wood table
Magnet
Voti assegnati alle diverse attività per la certificazione CFU (3 +3)
Medie
293
25 4
28 2
30 3
26 3
Visit to Electra Syncrotron
e/m e Rvs T
esperimenti
Lab didattico sull’esplorazione fenomenologica SC
Seminario basato su Problem solving
Masa-Energia
lab
MQ lab
EM lab
Vallutazioni attribuite dagli studenti alle diverse attività della scuola
Parte D – Valutazione della Scuola Estiva SpS
D1. Indicate in ordine di priorità le tre attività della Scuola Estiva SpS che sono state più
motivanti per lo studio della fisica, Spiegare perché
Lab SC:
- Interesse per l’esplorazione sperimentale delle proprietà dei SC e l’integrazione tra teoria ed
esperimenti (3 - “Ho potuto osservare le caratteristiche proprietà di tali materiali con
esperimenti che noi stessi abbiamo potuto effettuare”; “logica da comprendere e divertente
per gli esperimenti”).
- Coinvolgimento e interesse della fenomenologia della SC (5 - “Attività interessante e poco
trattata di solito e che ha facilmente catturato la mia attenzione”)
- Interesse per le applicazioni tecnologiche dei SC (3-“In particolare interesse per i fenomeni
superconduttivi con particolare attenzione alle applicazioni tecnologiche”).
Parte D – Valutazione della Scuola Estiva SpS
D1. Indicate in ordine di priorità le tre attività della Scuola Estiva SpS che sono state più
motivanti per lo studio della fisica, Spiegare perché
Il laboratorio M-E è stato indicato da due gruppi nettamente distinti:
 chi ha dato una indicazione focalizzata sul laboratorio in sé (5/15)
 chi ha espresso la propria indicazione riferendosi al tema trattato della relatività (10/15).
Il laboratorio sperimentale segue con 9 citazioni, focalizzate in 5 casi su uno solo dei 6
esperimenti previsti (F-H in prevalenza, ma anche R vs T , Diffrazione e misura di c) e in 4 casi
estese all’intera attività di laboratorio sperimentale.
Le motivazioni che sono state portate forniscono una ulteriore chiave di lettura.
Parte D – Valutazione della Scuola Estiva SpS
D1. Indicate in ordine di priorità le tre attività della Scuola Estiva SpS che sono state più
motivanti per lo studio della fisica, Spiegare perché
Il laboratorio di MQ (12)
- Novità “Campo di cui sapevo meno e che perciò mi hanno invogliato a capirlo meglio” (3)
- interesse per specifici aspetti («Mi piacciono le teorie relative al microscopico ed in
particolare il comportamento degli elementi fondamentali” (5)
- il formalismo della MQ (3 –“Mi ha dato delle basi formali che non avevo”)
- l’approccio operativo seguito nella prima parte (3 - “Ho trovato molto interessante
l'approccio alla MQ”)
- Uso simulazioni
Attività in cui ritenete di aver appreso di più
LAB SC
LAB ElettroM
LAB MQ
polarizzazione
Migliori modalità per studiare
Simulazioni
Esperimenti
Lavoro pratio
Problem solving
Seminari teorici, spiegazioni
Laboratorio sperimentale/Esperimeni
“Laboratorio: fornisce una metodologia di studio attiva e coinvolgente”.
“Attività lab -->molto coinvolgenti”. “Analisi diretta dei dati con gli esperimenti Esperimenti eseguiti in prima persona”)
“Esperimenti da noi effettuati: verifica pratica delle conoscenze”)
«Esperimenti: per capire come la teoria possa trovare conferma”. “tramite esperimenti,
perché si esplora la fisica”)
“Secondo me non c'è una modalità di studio, ma una composizione i esse. Direi che le
3 modalità migliori sono state problem solving + spiegazioni teorici + attività di lab”)
Migliori modalità per studiare
Simulazioni
Esperimenti
Lavoro pratio
Problem solving
Seminari teorici, spiegazioni
Simulazioni. Una modalità di lavoro giudicata efficace è stata quella dell’uso di
simulazioni (7) e nello specifico dell’applet JQM (2).
PS (citata 7 volte) o senza specificazione o per l’importante ruolo del PS (“la modalità
"Slisko"--> aiuta a concentrarmi sui veri dati da interpretare”, “problem solving per
dare al massimo sforzo la nostra facoltà di pensiero”)
Aspetto critici
Tempi
Uso schede
Valutazioni medie di tutte le attività
 Utilità dell’attività per la riflessione
 Valeva la pena partecipare
 Utilità per comprendere cosa è la
fisica
 Utilità materiali
 Adeguatezza materiali
 Sufficienza preparazione
 Impego attività
 interesse
Dalla relazione del VALUTATORE ESTERNO (prof. Rossana Viola, Bari)
«Dalle interviste condotte con gli studenti, è emerso che la maggior parte di loro ha
scelto di candidarsi per la frequenza di questa Scuola Estiva per colmare il gap nelle
sue conoscenze, in quanto a scuola si studiano per lo più argomenti di fisica classica e
le conoscenze di fisica moderna si basano su letture personali o programmi televisivi.
Anche per questo motivo, la motivazione è stata alta. Lo si deduceva sia dall’assiduità
e dall’impegno nella frequenza delle attività nonostante non lasciassero molto tempo
libero, che dai risultati di apprendimento, che dai frequenti momenti di riflessione di
gruppo e di rielaborazione personale avvenuti al di fuori dell’orario di attività
programmata.
Molti degli studenti, al termine della Scuola, si sono dichiarati grati sia per i contenuti
acquisiti, che per la nuova metodologia sperimentata, più laboratoriale e
coinvolgente rispetto a quella a cui sono stati abituati nelle scuole di provenienza»
Dalla relazione della corsista: SIlvia
Il più grande ringraziamento: l’applauso finale dei ragazzi
Grazie
dell’attenzione