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FORMARSI AGGIORNARSI CONDIVIDERE I webinar per gli insegnanti di matematica e scienze

Il nuovo Esame di Stato La prova di Fisica: un approccio orientato alle competenze 17 novembre 2015 Relatore: Giuseppe De Ninno

Dalla maturità al nuovo Esame di Stato

La vecchia maturità Decreto-Legge convertito con modificazioni dalla L. 05 aprile 1969, n. 119 L'esame di maturita' ha come fine la valutazione globale della personalita' del candidato considerata con riguardo anche ai suoi orientamenti culturali e professionali

Il Nuovo Esame di Stato Legge 10 dicembre 1997, n. 425 – Ministro Berlinguer Disposizioni per la riforma degli esami di Stato conclusivi dei corsi di studio di istruzione secondaria superiore Credito scolastico Punteggio prove scritte Punteggio Colloquio Punteggio aggiuntivo

Il Nuovo Esame di Stato Il punteggio complessivo NON è un giudizio sulla persona – D. P. R. 23 luglio 1998, n. 323 Art. 3(Regolamento) L’analisi e la verifica della preparazione di ciascun candidato tendono ad accertare le conoscenze generali e specifiche, le competenze in quanto possesso di abilità, anche di carattere applicativo, e le capacità elaborative, logiche e critiche acquisite.

Ma cosa sono, nella scuola italiana del 1997, queste competenze? Che relazione con gli obiettivi operativi? E con il saper fare? HOTS? Nel dubbio, con poche eccezioni, e con invece un grosso peso dato all'introduzione delle TIC, continuiamo con il. . .

Il dibattito rimbalza tra le sponde di entrambi gli oceani, noi saltiamo al 2008

Competenza: capacità comprovata di utilizzare conoscenze, abilità e disposizioni personali, sociali o metodologiche in situazioni di lavoro o di studio e per lo sviluppo professionale o personale. Il quadro europeo delle qualifiche fa riferimento alle competenze in termini di responsabilità e di autonomia” Una combinazione di conoscenze specifiche, abilità costruite su tali conoscenze, atteggiamenti appropriati a un contesto.

Ministro Gelmini, 2010 Riordino de Licei

Le Indicazioni Nazionali Programmi, come dettagliate liste di contenuti Nuclei fondanti e contenuti imprescindibili +. . . competenze attese alla fine del percorso obiettivi specifici di apprendimento

La peculiarità della fisica

Liceo Scientifico tradizionale Equazioni di Maxwell e onde elettromagnetiche Non si oltrepassa il XIX secolo

Con due eccezioni 1991 Liceo Scientifico a indirizzo PNI 1992 Liceo Scientifico a indirizzo Brocca relatività speciale crisi della fisica classica inizio della meccanica quantistica alcuni elementi di fisica nucleare

ESAMI DI MATURITÀ SCIENTIFICA SPERIMENTALE 1998 Corsi Brocca a indirizzo Scientifico Quesito 1 Un pennello di luce monocromatica emessa da un laser illumina perpendicolarmente una doppia fenditura praticata in uno schermo A. La fenditure sia 0, 1 mm. Al di là della doppia fenditura e a una distanza di 2 m da A è disposto, parallelamente ad A, uno schermo B su cui si raccoglie la luce proveniente dalle due fenditure. Calcolare la lunghezza d’onda della luce emessa dal laser se la distanza su B della frangia centrale luminosa dalla prima frangia laterale luminosa è di 10 mm. Se il laser illumina una placca di cesio (frequenza di soglia per effetto fotoelettrico ν 0 = 4, 34 · 1014 Hz), si ha emissione di elettroni? [massa dell’elettrone m = 9, 11 · 10− 31 kg, carica dell’elettrone e = 1, 6 · 10− 19 C, costante di Planck h = 6, 63 · 10− 34 J · s, velocità della luce c = 3, 00 · 10 8 m/s]

ESAMI DI MATURITÀ SCIENTIFICA SPERIMENTALE 1998 Corsi Brocca a indirizzo Scientifico Quesito 2 Il nucleo di un atomo di torio di massa 232, 03714 amu (atomic mass unit, 1 amu = 1, 6606· 10− 27 kg) decade in un nucleo di radio di massa 228, 02873 amu ed in una particella α di massa 4, 00260 amu. Determinare la massa che si trasforma in energia cinetica e – supposto in prima approssimazione che tutta l’energia cinetica sia acquisita dalla particella α – la velocità v con cui la particella α esce dalla disintegrazione. Tale particella può considerarsi relativistica? Quale deve essere l’intensità di un campo magnetico ortogonale alla velocità v perché la particella descriva una circonferenza di diametro 1 m supposto che la particella si muova nel vuoto? [carica dell’elettrone e = 1, 6 · 10− 19 C, velocità della luce c = 3, 00 · 10 8 m/s]

La prima novità 2010 Indicazioni Nazionali dei Nuovi Licei – contenuti imprescindibili Quinto anno di TUTTI i Licei Scientifici relatività ristretta di Einstein ipotesi di Planck sul corpo nero effetto fotoelettrico teorie e risultati sperimentali sulla presenza di livelli energetici discreti nell’atomo natura ondulatoria della materia principio di indeterminazione

La seconda prova di Fisica – LS-OSA lab Il primo esame si avvicina e nel 2013 la DG Ordinamenti del MIUR inizia una consultazione nel mondo della scuola e dell'Università per definire le modalità della seconda prova di Fisica (e di Scienze per l'OSA). Viene affidato il coordinamento di questo processo a Roma. TRE, e vengono selezionate 91 scuole Polo, scelte tra quelle con l'opzione Scienze Applicate.

Conferenze e Seminari Nazionali LS-OSA Roma 11 Settembre 2013 (I Seminario LS-OSA): inizio delle attività del progetto (contenuti del Convegno 56 MB). Torino 10 -12 Aprile 2014 (II incontro LS-OSA): 10 Aprile: Convegno Scientifico Nazionale Le scienze sperimentali, un'opportunità di aggiornamento nei contenuti e metodi. 11 Aprile: riunione gruppi di lavoro per definire i profili in uscita, le rubric di valutazione e percorsi didattici condivisi (questionario di Gradimento). Il lavoro, iniziato a Torino, porterà alla definizione dei Quadri di Riferimento Nazionali e a rubrik di valutazione condivise, da suggerire nella valutazione degli studenti in itinere e delle prove per l’esame di stato. Rovigo 29 -30 Settembre 2014: Elaborazione di simulazioni di II prove per gli esami di Stato 2014 -15 (atti del convegno). Rovereto 1 -3 Ottobre 2015: Problem Posing: per un approccio costruttivista alla Matematica, alla Fisica e alle Scienze (Programma del Convegno). I materiali del convegno sono stati pubblicati sul canale youtube del MIUR (registrazioni degli interventi del 1 e 2 ottobre). Potete rivedere la registrazione dei due giorni LINK: http: //hubmiur. pubblica. istruzione. it/web/istruzione/problem-posing

Sillabo d'esame -> Percorso Curricolare V anno -> Quadro di Riferimento II Prova indicazione dettagliata dei contenuti minimi irrinunciabili, le abilità e le competenze che lo studente deve possedere in vista della seconda prova Simulazione Prova d'Esame nella modalità della prova esperta Rubric di valutazione proposta al Consiglio di Classe, scaturisce dal Profilo di Competenza (Linee Guida)

Il quadro di riferimento della II prova dell'Esame di Stato

I percorsi curricolari vengono Resi pubblici in modo ufficiale nel luglio 2014, e poi il documento viene ridenominato Quadro di riferimento della II prova dell’ Esame di Stato

Quadro di riferimento della II prova dell’ Esame di Stato Elettromagnetismo q. b. Induzione elettromagnetica Equazioni di Maxwell e Onde Elettromagnetiche ≥ 20% Relatività ≥ 30% Fisica Quantistica ≥ 10% Argomenti e approfondimenti di Fisica Moderna

Elettromagnetismo Quadro di riferimento Induzione elettromagnetica Il concetto generale di campo; I campi conservativi; Il campo gravitazionale Prerequisiti Il campo elettrico e le sue proprietà; Relazioni tra campo elettrico e le sue sorgenti Il campo magnetico e le sue proprietà; Relazioni tra campo magnetico e le sue sorgenti; La forza di Lorentz Calcolo del flusso di un campo vettoriale; Flusso del campo elettrico e legge di Gauss; Flusso del campo magnetico e sue proprietà. Campo elettrico all'interno di un condensatore; Densità di energia del campo elettrico; Campo magnetico generato da una spira e da un solenoide

Elettromagnetismo Quadro di riferimento Induzione elettromagnetica Contenuti irrinunciabili Il fenomeno della induzione elettromagnetica: la forza elettromotrice indotta e sua origine; Legge di Faraday-Neumann-Lenz Le correnti indotte tra circuiti Il fenomeno della autoinduzione e il concetto di induttanza Energia associata alla corrente in un circuito elettrico Densità di energia del campo magnetico.

Elettromagnetismo Quadro di riferimento Induzione elettromagnetica Abilità riferite ai contenuti Descrivere e interpretare esperimenti che mostrino il fenomeno dell’induzione elettromagnetica Discutere gli aspetti quantitativi dell’equazione della legge di Faraday- Neumann-Lenz Descrivere quantitativamente le relazioni tra forza di Lorentz e forza elettromotrice indotta Calcolare il flusso di un campo magnetico; Calcolare le variazioni di flusso di campo magnetico Calcolare correnti e forze elettromotrici indotte Derivare e calcolare l’induttanza di un solenoide; Determinare l’energia associata ad un campo magnetico Risolvere problemi di applicazione delle formule studiate inclusi quelli che richiedono il calcolo delle forze su conduttori in moto in un campo magnetico

Elettromagnetismo Quadro di riferimento Induzione elettromagnetica Competenze Essere in grado di riconoscere e valutare quantitativamente il fenomeno dell’induzione elettromagnetica in situazioni sperimentali

Elettromagnetismo: Equazioni di Quadro di riferimento Maxwell e Onde Elettromagnetiche Prerequisiti Onde e oscillazioni Leggi del flusso e della circuitazione per il campo elettrico e magnetico stazionari nel vuoto

Elettromagnetismo: Elettromagnetismo Equazioni di Elettromagnetiche Quadro di riferimento Maxwell e Onde Induzione elettromagnetica Contenuti irrinunciabili • La corrente di spostamento; • Sintesi dell’elettromagnetismo: le equazioni di Maxwell • Onde elettromagnetiche piane e loro proprietà; La polarizzazione delle onde elettromagnetiche; L’energia e l’impulso trasportato da un’onda elettromagnetica. • Cenni sulla propagazione delle onde elettromagnetiche nei mezzi isolanti, costante dielettrica e indice di rifrazione • Lo spettro delle onde elettromagnetiche. • La produzione delle onde elettromagnetiche • Le applicazioni delle onde elettromagnetiche nelle varie bande di frequenza

Elettromagnetismo: Equazioni di Quadro di riferimento Maxwell e Onde Elettromagnetiche Abilità riferite ai contenuti • Illustrare le implicazioni delle equazioni di Maxwell nel vuoto espresse in termini di flusso e circuitazione • Argomentare sul problema della corrente di spostamento. • Calcolare le grandezze caratteristiche delle onde elettromagnetiche piane. • Applicare il concetto di trasporto di energia di un’onda elettromagnetica • Collegare le caratteristiche dell’onda con quelle del mezzo di propagazione • Descrivere lo spettro continuo ordinato in frequenza e in lunghezza d’onda • Illustrare gli effetti e le principali applicazioni delle onde elettromagnetiche in funzione della lunghezza d'onda e della frequenza.

Elettromagnetismo: Equazioni di Quadro di riferimento Maxwell e Onde Elettromagnetiche Competenze Essere in grado di collegare le equazioni di Maxwell ai fenomeni fondamentali dell’elettricità e del magnetismo e viceversa

Relatività Quadro di riferimento Prerequisiti • Relatività galileiana • Sistemi di riferimento inerziali • Trasformazioni di coordinate • Invarianti • Legge non relativistica di addizione delle velocità.

Relatività Quadro di riferimento • Dalla relatività galileiana alla relatività ristretta. Contenuti irrinunciabili • I postulati della relatività ristretta. • Tempo assoluto e simultaneità degli eventi. • Dilatazione dei tempi e contrazione delle lunghezze: evidenze sperimentali • Trasformazioni di Lorentz • Legge di addizione relativistica delle velocità; limite non relativistico: addizione galileiana delle velocità • Il formalismo dei quadrivettori e l’ Invariante relativistico. • La conservazione della quantità di moto relativistica. • Massa ed energia in relatività.

Relatività Quadro di riferimento Abilità riferite ai contenuti Applicare le relazioni sulla dilatazione dei tempi e contrazione delle lunghezze Utilizzare le trasformazioni di Lorentz Applicare la legge di ddizione relativistica delle velocità Risolvere semplici problemi di cinematica e dinamica relativistica

Relatività Quadro di riferimento Competenze Saper argomentare, usando almeno uno degli esperimenti classici, sulla validità della teoria della relatività. Saper riconoscere il ruolo della relatività in situazioni sperimentali e nelle applicazioni

Fisica Quantistica Quadro di riferimento Prerequisiti • L’esperimento di Rutherford e modello atomico • Spettri atomici • Interferenza e diffrazione (onde, ottica) • Scoperta dell'elettrone • Urti classici.

Fisica Quantistica Quadro di riferimento • L’emissione di corpo nero e l’ipotesi di Planck Contenuti irrinunciabili • L’esperimento di Lenard e la spiegazione di Einstein dell’effetto fotoelettrico • L’effetto Compton. • Modello dell'atomo di Bohr e interpretazione degli spettri atomici • L’esperimento di Franck – Hertz. • Lunghezza d’onda di De Broglie. • Dualismo onda-particella. Limiti di validità della descrizione classica • Diffrazione/Interferenza degli elettroni • Il principio di indeterminazione.

Fisica Quantistica Quadro di riferimento Abilità riferite ai contenuti • llustrare il modello del corpo nero e interpretarne la curva di emissione in base al modello di Planck. • Applicare le leggi di Stefan- Boltzmann e di Wien • Applicare l’equazione di Einstein dell’effetto fotoelettrico per la risoluzione di esercizi • Illustrare e applicare la legge dell’effetto Compton • Calcolare le frequenze emesse per transizione dai livelli dell’atomo di Bohr • Calcolare la lunghezza d’onda di una particella

Fisica Quantistica Quadro di riferimento Competenze Saper riconoscere i limiti della trattazione classica in semplici problemi. Saper riconoscere il ruolo della fisica quantistica in situazioni reali e in applicazioni tecnologiche

La prova esperta

La prova esperta Una prova esperta è tesa ad accertare, nella misura di quanto è possibile nel tempo a disposizione, le competenze specifiche acquisite in un ambito disciplinare Conoscenze e singole abilità capacità di risolvere problemi nuovi o addirittura aperti, compiere scelte, argomentare con uno obiettivo comunicativo circostanziato, all'interno di un contesto reale o quantomeno realistico

Descrivere una situazione, possibilmente connessa al mondo dello studente. Deve essere definito il ruolo dello studente. La situazione è complessa e si articola in vari passi. una prova esperta deve Definire il prodotto, in particolare deve esserci il destinatario, ma non deve contenere indicazioni metodologiche e non deve contenere domande incentrate su conoscenze Definire gli standard del prodotto, cioè richieste concrete che mettono in gioco le abilità del profilo di competenza Può fornire dati da elaborare e un richiamo agli atteggiamenti

La rubric per la valutazione della competenza

La rubric – 1° indicatore

La rubric – 2° indicatore

La rubric – 3° indicatore

La rubric – 4° indicatore

Le simulazioni di seconda prova (11. 03. 15 Fisica; 25. 03. 15 Scienze; 22. 04. 15 Matematica)

Problemi di simulazione della seconda prova dell’esame di maturità di Fisica 11 marzo 2015 Lo studente deve svolgere un solo problema a sua scelta Tempo massimo assegnato alla prove tre ore Problema n. 1: Un generatore “IDEALE” Problema n. 2: Una missione spaziale

Problema n. 1: Un generatore “IDEALE” Il tuo amico Luigi pensa di aver avuto un’idea geniale: ha progettato un generatore di tensione alternata che, una volta avviato, non necessita di ulteriore apporto di energia per il suo funzionamento se non quel poco che serve a vincere gli esegui attriti del dispositivo. Una volta tolto il blocco la barretta inizierà ad oscillare generando tra i poli A e B una differenza di potenziale alternata che potrebbe essere utilizzata, ad esempio collegando ai poli una resistenza R, fin quando la barretta si muove. Volendo presentare la sua idea in un concorso scolastico, Luigi chiede a te di:

Problema n. 1: Un generatore “IDEALE” 1. preparare una descrizione qualitativa e quantitativa del fenomeno fisico che determina la differenza di potenziale tra i poli A e B, e calcolando il valore della costante elastica della molla che consente di produrre una tensione di frequenza pari a quella della rete domestica di 50, 0 Hz, nell’ipotesi che la massa m abbia il valore 2, 0 10 -2 kg. 2. valutare il valore massimo f max della forza elettromotrice indotta f e. m. che tale generatore produce nel caso a=1, 0. 10 -2 m, L=1, 0. 10 -1 m, B=0, 30 T. Oscillatore armonico; Faraday Neumann; Lenz

Problema n. 1: Un generatore “IDEALE” Tu non sei convinto che il generatore ideato da Luigi una volta avviato possa fornire per sempre energia elettrica ad una utenza, senza ulteriore apporto di energia; per capire meglio cerchi di ottenere energia dal generatore e colleghi la resistenza elettrica R, come mostrato in figura, tra i poli A e B, misuri la differenza di potenziale tra i poli in funzione del tempo e ne tracci un grafico. 3, 4. Che tipo di moto e di grafico ottieni? Equazione differenziale? Non necessariamente! Modellizzazione con ciò che abbiamo a disposizione. fem -> corrente indotta proporzionale a velocità -> forza magnetica sulla barretta frenante per Lenz -> oscillazione smorzata > fem massima diminuisce -> corrente diminuisce -> forza diminuisce -> funzione convoluzione deve avere il modulo della derivata tendente a zero

Problema n. 1: Un generatore “IDEALE” 5. Come spiegheresti a Luigi cosa avviene dal punto di vista energetico e perché la sua idea non è poi così geniale come lui immagina? Il Principio di conservazione dell'energia ci dice. . . Eh, così non vale! Luigi deve essere convinto (e lo studente con lui). All'istante t, calcoliamo la potenza istantanea dissipata dalla forza magnetica e per effetto Joule. Scopriamo che sono uguali -> il lavoro totale che si riesce ad ottenere da questo "generatore" fino al suo arresto, è proprio uguale all'energia meccanica iniziale che aveva la barretta http: //goo. gl/Xh. We. IY

Problema n. 2: Una missione spaziale Farai parte dell’equipaggio della missione che deve raggiungere un pianeta che orbita intorno alla stella Sirio [. . . ] Devi contribuire alla programmazione di tutti i dettagli della missione, come ad esempio le scorte di cibo e acqua [. . . ] fatte tutte le ipotesi aggiuntive che ritieni necessarie Ipotesi: si può trascurare. . A posteriori: l'ipotesi era ragionevole

Problema n. 2: Una missione spaziale Il responsabile della sicurezza [. . . ] teme che, a causa della contrazione relativistica delle lunghezze, il simbolo della flotta terrestre riportato sulla fusoliera del razzo, un cerchio, possa apparire deformato agli occhi delle guardie di frontiera, che potrebbero quindi non riconoscerlo, e lanciare un falso allarme. Pensi che sia una preoccupazione fondata? Ricordate? Reale o realistica. . . Bisogna accontentarsi, vedere cosa tira fuori lo studente, non c'è bisogno di tirar fuori la rotazione di Penrose-Terrel

Proviamo a far la prova Phonofilm

Phonofilm Il cineclub di cui sei socio ha ricevuto in donazione una macchina del cinema degli anni '30, corredata di pellicole della stessa epoca. Sulla macchina spicca la scritta Phonofilm, e su wikipedia scoprite che si tratta di una delle prime tecnologie di sonorizzazione del cinema. Sulla pellicola si trova una traccia fotosonora: accanto ai fotogrammi del film si vede una colonna continua con sfumature di grigio di intensità variabile, più o meno opaca in base al segnale sonoro da riprodurre; una lampada emette luce da un lato della pellicola e un fototubo la riceve dal lato opposto; la sua risposta viene mandata a un impianto di amplificazione e quindi ai diffusori acustici. Devi aiutare a rimettere in funzione la macchina, che ha “perso” il sonoro, Asdrubale, un socio esperto di cinema ed elettricista di professione, che non sa bene come funzioni l'effetto fotoelettrico. Spinto dalla curiosità accetti, confidando che, non avendo alcuna fretta, riuscirai a superare le difficoltà.

Phonofilm Su alibaba. com trovi una luce LED da 490 nm, di potenza 20 m. W. Trovi inoltre in un negozio di surplus due fototubi: sul primo è scritto Cs 3 Sb e sull'altro Ag. Cl; il commesso ti fornisce questa tabella. Decidi quale fototubo devi acquistare perché funzioni con il LED Asdrubale insiste per acquistare il fototubo che tu hai scartato, perché più economico. Trova il modo migliore per spiegargli il principio di funzionamento del sistema e il motivo della tua scelta Catodo Su alibaba. com trovi una luce LED da 490 nm, di potenza 20 m. W. Trovi inoltre in un negozio di surplus due fototubi: sul primo è scritto Cs 3 Sb e sull'altro Ag. Cl; il commesso ti fornisce questa tabella. Lavoro Lunghezza Efficienza di d'onda λmax quantistica estrazio cui (frazione di ne corrisponde la fotoni che (e. V) massima producono efficenza di l'effetto) alla λmax emissione (percentuale) (nm) Cs 3 Sb 1. 84 490 21 Ag. Cl 6. 2 112 10

Criticità

Pros • Il nuovo ruolo guadagnato dalla fisica • Il processo di consultazione dell'LSOSA • Le opportunità di formazione che si stanno affacciando Siamo pronti a raccogliere la sfida, insieme ai nostri studenti. Anche perché, come intende dire Churchill, non sembra servire a molto fare altrimenti

Sitografia (specifica del processo in atto) Art 5 del Decreto-Legge convertito con modificazioni dalla L. 05 aprile 1969, n. 119 (in G. U. 16/04/1969, n. 97) link Legge n. 425/1997 ("Disposizioni per la riforma degli esami di Stato conclusivi dei corsi di studio di istruzione secondaria superiore"), link Art. 1, comma 3 del D. P. R. n. 323 del 23 luglio 1998 link Regolamenti di riordino dei licei, degli istituti tecnici e degli istituti professionali emanati dal Presidente della Repubblica in data 15 marzo 2010, link Schema di regolamento recante “Indicazioni nazionali riguardanti gli obiettivi specifici di apprendimento concernenti le attività e gli insegnamenti compresi nei piani degli studi previsti percorsi liceali di cui all’articolo 10, comma 3, del decreto del Presidente della Repubblica 15 marzo 2010, n. 89, in relazione all’articolo 2, commi 1 e 3, del medesimo regolamento. ” link

Sito-Bibliografia Programmi Brocca link Indicazioni Nazionali dei Nuovi Licei – Liceo Scientifico opzione SA link Progetto LS-OSAlab: pubblicazione e diffusione dei risultati. Percorsi curriculari V anno materie Fisica e Scienze link (Nota MIUR prot. n. 4846 del 21 luglio 2014) Simulazione di Fisica (link), che riguarda solo la parte dei problemi: manca la parte dei quesiti, più tradizionale, come già chiarito in occasione della simulazione di matematica dall'avviso del 26/02/2015 link Consultazione on line sui percorsi curriculari del V anno di Fisica e Scienze per il Liceo Scientifico con opzione Scienze applicate link

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