Universit degli Studi di Udine Piano Lauree Scientifiche

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

Sp. S 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 IDIFO 5 Marisa Michelini, Responsabile IDIFO 4, Uni. UD Direttore della Scuola SEEFM Lorenzo Santi, URDF, Uni. UD

Sp. S 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 Sp. S 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 Sp. S di coerenti percorsi operativi partecipati con modalità ludiche e sfide per la costruzione del pensiero formale. Sp. S 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; 6 a) seminari in inglese sul concetto di Tempo (prof. Siddarth), sul problem solving in fisica (prof. Slisko) 6 b) seminario sulle coniche e il loro ruolo in fisica (prof Corvaja) 7) Relazioni degli studenti

La dimensione di ricerca caratterizza la Scuola Estiva. v. Materiali di riferimento costituiscono supporto alle attività e documentazione del lavoro svolto nella scuola v. 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, Litho. Stampa, 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, Litho. Stampa, 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: Ø 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 Ø i tutorial di lavoro, Inquiri Based (Mc. Dermott 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 Ø Scheda di valutazione (da riconsegnare alla conclusione della Scuola), A. Stefanel, URDF

Tutte le attività Di Sp. S 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: Ø 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. Ø Valutazione delle presentazioni che gli studenti a gruppi fanno l’ultimo giorno sui compiti assegnati Ø Valutazione PLS in rete telematica per l’intera scuola Ø 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

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: Ø Nord: 17. 0 1. 6 Ø Centro+Sardegna 16. 8 1. 7 Ø 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 Sp. S D 1. Indicate in ordine di priorità le tre attività della Scuola Estiva Sp. S 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 Sp. S D 1. Indicate in ordine di priorità le tre attività della Scuola Estiva Sp. S che sono state più motivanti per lo studio della fisica, Spiegare perché Il laboratorio M-E è stato indicato da due gruppi nettamente distinti: Ø chi ha dato una indicazione focalizzata sul laboratorio in sé (5/15) Ø 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 Sp. S D 1. Indicate in ordine di priorità le tre attività della Scuola Estiva Sp. S 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 Elettro. M 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 Ø Utilità dell’attività per la riflessione Ø Valeva la pena partecipare Ø Utilità per comprendere cosa è la fisica Ø Utilità materiali Ø Adeguatezza materiali Ø Sufficienza preparazione Ø Impego attività Ø 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’attenzion e