e la superconduttività nella scuola

L' INFN parla alle scuole.
Superconduttività su 'Asimmetrie‘
caso di studio
Marisa Michelini
Mario Colombo, Alessandra Mossenta, Lorenzo Santi, Alberto
Stefanel, Stefano Vercellati, Rossana Viola
Unità di Ricerca in Didattica della Fisica
dell’Università di Udine
Due classi di problemi
La superconduttività
nella scuola
• La fisica moderna nella
scuola: pareri opposti –
i nodi concettuali della fisica
classica
• La fisica dell’ultimo secolo
ES: La meccanica quantistica
• Quale scuola? La scuola
dell’800 o del nostro secolo?
• Come?
• Aspetti motivazionali e di
orientamento
La divulgazione delle ricerche
• Cosa?
– Le problematiche
– Le tecnologie
– Le applicazioni
• Come?
– Narrazione dello
scienziato …
– Formazione … diffusione
cultura
• A chi?
– Cittadino adulto?
– Scuola?
La divulgazione della ricerca nella scuola
La sfida di diffondere le ricerche attuali nella scuola
si gioca
• sull’individuazione di
– concetti
– aspetti
rilevanti per:
• la tematica che si va a
comunicare,
• Problemi sociali
• Sulle conoscenze da
esplicitare per
• gli insegnanti, professionisti
della formazione
• un pubblico colto ma non
esperto,
• tutti
• Sui nodi
• disciplinari
• concettuali
La divulgazione scientifica in “Asimmetrie”
CARATTERISTICHE
• Report di ricerca avanzata
• Attenzione ai concetti di base
• Correttezza e rigore espositivo
• Illustrazione documentata
• Riferimenti storici e collocazione dei concetti in un quadro
culturale … quello dello sviluppo della conoscenza in fisica
• Attenzione agli aspetti applicativi
Offerta
Informazioni
Riflessioni
Approfondimenti
Applicazioni ed utilità sociale della scienza
Progetto Europeo Mosem
dai fenomeni
magnetici a quelli
elettromagnetici
Elettromagnetismo come preludio alla Superconduttività.
Laboratori concettuali offerti a ragazzi secondari su base sperimentale di
approfondimento della Forza di Lorenz e dell’induzione elettromagnetica.
Casi critici e proprietà magnetiche della materia.
N
S
Esperimenti e modelli : effetto
Meissner
Alcuni fenomeni
del percorso Mosem
• La stabilità della
levitazione della grafite
pirolitica sul
quadrupolo magnetico
• Effetto Meissner e
pinning
• Il treno MAGLEV a
levitazione
magnetica
Il brevetto R&H
e le misure di resistività
Materiali di studio riferimento
• Per insegnanti
– Teachers’ Guide
– Multimedia
• Per ragazzi
– Inquiry learning cards
– Problem solving
• Per tutti kit di esperimenti
– LTK e HTK
• Nei corsi per insegnanti a
livello nazionale
• Nelle sperimentazioni in
classe
• Nella scuola estiva di
eccellenza
ASIMMETRIE dell’INFN - anno 4 n.8, 2009
• Contro ogni resistenza di Pasquale Fabbricatore (GE)
• Salutari risonanze
• Magneti dal superfreddo di Lucio Rossi
ASIMMETRIE a.8, n.4, 2009
Storia e basi fenomenologiche
della superconduttività
• 1908 Onnes Kamerlingh
• Liquefazione elio (T=4,2K)
• 1911 - Misure di resistenza e
scoperta di Tc (0-9,2K per Nb)
• SC sensibili - distrutti da alte i e
alti H
•Caratteristiche SC: espulsione
flusso magnetico per supercorrenti
di superficie, Jc, Tc, Hc
•Sc del II tipo: Hc1 e Hc2 tra i quali
il flusso del campo magnetico
entra progressivamente nel
materiale. Sono spesso leghe
NbTi o composti Nb3Sn. Possono
condurre correnti molto elevate
1000A/mmq
Il breakdown della resistività nel
mercurio - esperimento di Onnes
•1957 prima teoria della SC –
BCS Bardeen-CooperSchrieffer(Nobel)
•Limiti tecnologici per le basse T
•1986 ossidi ceramici con Tc
alte, diverso meccanismo
(YBCO – Tc=92K, fragili)
•2007 – 80% mercato globale (4
miliardi €) per NMR e 16%
ricerca
•Industria italiana
all’avanguardia – cavi e
magnete di LHC (ASG-Ansaldo
superconductors GE)
• Effetto Meissner
• Espulsione H
•2007 – 80% mercato
globale (4 miliardi €) per
NMR e 16% ricerca
•Industria italiana
all’avanguardia – cavi e
magnete di LHC (ASGAnsaldo superconductors
GE)
La
risonanza
magnetica
Nucleare
• MRI: mappe dell’H2 nel
corpo (momento
magnetico dei nuclei H2)
con alti H risuonano con
onde radio in
dipendenza
dell’ambiente chimico…
diversi segnali per
diversi ambienti
LHC
•potentissimo microscopio
•energie del TeV
• lamda: 10-18m
•macchina del tempo: le
collisioni del Big Bang (DT=10-12
dopo il BB)
•Magneti SC – di 15 m.
•H: 8,3Tesla (200.000 x Bt)
•1232 magneti
•accuratezza 30 micron
dimensioni.
• anello di 27km invece che
100km tunnel.
•Cavità di alloggio – collari inox
autentico, sostengono sforzi em.
….magneti a superconduttori
• Campo magnetico
genera pressioni di400
atm: ….400 tonnellate/m.
•a 1,9K basta l’energia di
1g che cade di 10cm per
distruggere la SC,
• il quench, da
individuare in 0,01s.
•l’inciente.
CAVI SUPERCONDUTTORI
LEGA Nb-Ti
Nb del Brasile
Tc=9K
Hc=13T Jc=1000°/mmq
8000 fili di 1microm in
matrice di Cu
preparazione
con trattamenti
termici 400C per
30h
Da Newton a Higgs: breve storia della massa
di Pasquale Tucci
• 1687 Newton postula l’esistenza della
– m inerziale, misurata da azione e reazione e
– m gravitaz come capacità di interagire tra masse (gravitaz univ), indicando g
come accelerazione di gravità (P=mg) tutti i corpi cadono nello stesso modo
come diceva Galileo Galilei.
• Uguaglianza mi=mg trovata sperimentalmente da Newton con il
pendolo nel 1687, Bessel nel 1827 e Eotvos nel 1890.
• Mach 1883 ipotizza mg dovuta a interazioni con le masse lontane,
non proprietà intrinseca di un corpo.
• Einstein 1915 relatività speciale: mo energia del corpo in quiete,
invariante per sistemi di riferimento e conservativa. NB: Etot si
conserva ma non è invariante.
• L’origine della m non spiegata in MC, MQ e Rel gen.
Da Newton a Higgs: breve storia della massa
di Pasquale Tucci
Nuove prospettive
• Particella come zona di densità elevata dell’en
del campo, m ricavata dalle equazioni di
campo… non riuscito Einstein
• Modello Standard dà conto in modo nuovo
della m:
– m nasce nasce dall’interazione delle particelle con
un campo quanto-meccanico di Higgs.
• Ora si sta cercando la particella associata
all’omonimo campo, il bosone di Higgs.
Università degli Studi di Udine - Dipartimento di Fisica Via
delle Scienze, 208 – 33100 Udine
Tel 043255-8210 Fax -8222 www.fisica.uniud.it
L’indagine
sulla divulgazione scientifica in “Asimmetrie”
•Per evidenziare quali sono i nodi e i problemi
•con l’obiettivo di fornire utili indicazioni
• alla redazione di articoli utili per gli insegnanti
• come riferimento per attività in classe
è stata svolta un’indagine su un piccolo gruppo di docenti,
rappresentativo però di diverse realtà e istituti scolastici.
Il tema affrontato è quello della superconduttività, presentato in
due articoli della rivista Asimmetrie.
Dalle risposte dei docenti sono emersi come principali nodi da
esplicitare quelli delle differenze tra superconduttori del primo e
del secondo tipo e sull’interpretazione microscopica della
superconduttività.
Il questionario proposto agli
insegnanti
La lettera del questionario
• Caro collega
Comunicare fisica è il tema centrale che l’INFN ha scelto per il proprio contributo alla
divulgazione scientifica. In questa prospettiva pubblica la rivista Asimmetrie ed
organizza un Convegno, che quest’anno si terrà a Frascati (12-16/4/2010). La
tematica centrale scelta per il convegno di quest’anno è la comunicazione della
ricerca scientifica in vari contesti tra cui la scuola. È la prima volta che
un’intera sessione è dedicata alla scuola e ne siamo contenti. Abbiamo perciò
promesso di collaborare in vari modi. Uno dei problemi più significativi su cui ci
pare importante lavorare è quello della comunicazione del lavoro di ricerca
scientifica nella scuola: per raccordare la ricerca attuale alla didattica,
aggiornare i contenuti e motivare i ragazzi coinvolgendoli. Con lavori sulla
•
•
sezione d’urto nucleare, sulla meccanica quantistica, la superconduttività e l’RBS
abbiamo da un po’ di tempo intrapreso questo studio in prospettiva didattica. Ci
siamo perciò resi disponibili a raccogliere le idee dei colleghi insegnanti su questo
problema.
Ti chiediamo di collaborare leggendo alcune pagine della rivista e rispondendo a
poche domande.
Grazie fin d’ora.
Marisa Michelini ([email protected])
Le questioni poste
1. Potresti avvalerti delle suddette pagine per parlare
di superconduttività in classe? (illustrare la risposta;
ad esempio: NO, perché…. oppure utilizzerei solo le
foto e… oppure lo farei leggere a un ragazzo poi… )
2. Quali concetti ti sembrano importanti in ciò che è
stato scritto? (motivare)
3. Quali punti risultano poco chiari? (spiegare)
4. Cosa vorresti venisse approfondito?
5. Sei disposto a collaborare su questo problema della
divulgazione della ricerca? Scrivi il tuo indirizzo
Il campione dell’indagine
Il questionario è stato proposto a docenti di ambito
scientifico in tre diversi contesti:
 Congresso AIF 2009 – colleghi esperti
 Scuole superiori di Udine – 2 scuole (LS e LC)
 Scuole superiori di Padova (ITIS)
38 questionari riconsegnati
36 sono stati compilati
2 hanno usato il questionario per comunicare con l’URDF
(richiesta collaborazione)
Q1. Potresti avvalerti delle suddette pagine per parlare di superconduttività in classe?
(illustrare la risposta; ad esempio: NO, perché…. oppure utilizzerei solo le foto e… oppure lo farei leggere a un ragazzo
poi… )
Q1 – Indicazioni generali
I 36 docenti che hanno risposto hanno
dato le seguenti indicazioni generali in
risposta al primo quesito
A
B
C
D
Sì
Sì solo qualche articolo/immagine
No
NR
Q1 - Indicazione generale (N=36)
16
14
12
10
N
8
6
4
2
0
Sì
Sì solo qualche
articolo/immagine
No
NR
14
12
9
1
Q1. Potresti avvalerti delle suddette pagine per parlare di superconduttività in classe?
(illustrare la risposta; ad esempio: NO, perché…. oppure utilizzerei solo le foto e… oppure lo farei leggere a un ragazzo
poi… )
Q1 – Aspetti emersi e tipologia di risposte
Q1 - Aspetti emersi (cat. non esclusive)
25
20
15
N
10
5
0
A
A
B
C
D
E
B
C
Difficile anche per me
No; Si; Si,solo con integrazioni
Modalità lavoro in classe
Conoscenze pregresse richieste
Considerazioni sulla scuola
D
E
5
15
22
5
2
Q1. Potresti avvalerti delle suddette pagine per parlare di superconduttività in classe?
(illustrare la risposta; ad esempio: NO, perché…. oppure utilizzerei solo le foto e… oppure lo farei leggere a un ragazzo
poi… )
Q1 – Aspetti emersi e tipologia di risposte
Q1 - Tipologie prevalenti risposte
Categorie esclusive (N=36)
25
20
15
N
10
5
0
BD
A
B
C
D
E
C
A
Difficile anche per me
No; Si; Si,solo con integrazioni
Modalità lavoro in classe
Conoscenze pregresse richieste
Considerazioni sulla scuola
B
5 BD
15 C
22 A
5
B
2
3
22
3
8
Q1. Potresti avvalerti delle suddette pagine per parlare di superconduttività in classe?
(illustrare la risposta; ad esempio: NO, perché…. oppure utilizzerei solo le foto e… oppure lo farei leggere a un ragazzo
poi… )
Q1 – Risposte negative: motivazioni
Q1 - Risposte negative: motivazioni
6
5
4
N 3
2
1
0
A
B
C
A Non posso parlare di Sc in classe/scuola come la mia 5
B Mancanza di tempo
1
C Solo per approfondimento docente
3
Q1. Potresti avvalerti delle suddette pagine per parlare di superconduttività in classe?
(illustrare la risposta; ad esempio: NO, perché…. oppure utilizzerei solo le foto e… oppure lo farei leggere a un ragazzo
poi… )
Q1 – Utilizzo singoli articoli
Esplicite indicazioni in merito all’utilizzo/non utilizzo di articoli emerse dalla risposta a Q1
Q1 - Utilizzo singoli articoli
12
10
8
N
6
Si
NO
4
2
0
Art 1
Art 1
Art 2
Art 3
Art 4
Art 2
Contro ogni resistenza
Salutari risonanze
Magneti dal superfreddo
Cavi superconduttori
Art 3
Art 4
Si NO
11
1
6
1
1
6
2
2
5 tipi di commenti degli insegnanti
su
1.
2.
3.
4.
5.
Gli articoli e i loro contenuti
Il loro possibile impiego in classe
Cosa e a chi – cosa utilizzare e per chi
Modalità didattiche di impiego
Aspetti critici
Gli articoli e i loro contenuti
commenti in ordine di peso
• Ordini di grandezza precisati …. offrono un quadro significativo degli
aspetti importanti
• Interessante ed utile l’approccio storico
• Apprezzato linguaggio: non colloquiale (falsa semplicità) , non
complesso tecnicamente
• Figure molto chiare ed esplicative
• Ricchezza informazione tecnologica: è un grande valore ed è di
grande interesse
• ruolo motivazionale
• Determinanti i prerequisiti di magnetismo ed e-m per poterne
parlare in classe
• Quadro incompleto, solo introduzione
• Articolo su tecnologie troppe parentesi e aspetti tecnici
Il loro possibile impiego in classe
•
•
•
•
Se utilizzare gli articoli?
Cosa?
chi?
Primo articolo informativo su SC (70%)
Studenti selezionati (25%)
Fornire sostegno a nozioni (risonanza) (30%)
Fare leggere agli studenti (50%)
Come avvalersene
sì
1. Lettura aggiuntiva: Importante che i ragazzi leggano articoli
come questi (50%)
2. Approfondimento (50%)
3. Racconto motivante per iniziare un tema (40%)
4. Sfruttarlo nell’ambito di un tema sui materiali
5. Difficoltà per mancanza di parte sperimentale
6. Vissuto come contenuto didattico, richiesta tempo
opportuno
7. Solo dopo aver fatto tutti i pre-requisiti
8. Approfondimento personale per riferire in classe soprattutto
delle applicazioni
NO
• No, tema specifico e tecnico, solo dopo aver
fatto tutti gli argomenti … utilizzo per motivare
e incuriosire
• Si riesce a far capire tutti i concetti o si
rinuncia: scienza e non fantascienza
• Solo per lettore già informato
• Rischio che diventi un’occasione per distrarsi
ed abituare alla superficialità invece che fare il
programma
Modalità didattiche
• Strategia: far leggere, spiegare, discussione in
classe, applicazioni (30%)
• Studio di gruppo (30%)
• Far leggere e rispondere a domande in classe
• Vedere come gli studenti e cosa capiscono:
esplorazione
• Sfruttarlo nell’ambito di uno studio sui materiali
• Non ci sono basi a scuola – timore di divulgazione
come educazione alla superficialità
Q1. Potresti avvalerti delle suddette pagine per parlare di superconduttività in classe?
(illustrare la risposta; ad esempio: NO, perché…. oppure utilizzerei solo le foto e… oppure lo farei leggere a un ragazzo
poi… )
Esempi di risposte
“Sì ma solo del primo articolo, il secondo ha troppi dettagli tecnici
non tutti facilmente comprensibili”
“Certamente si. Vorrei però che il problema o fenomeno
superconduttività fosse meglio illustrato con esempi anche di
carattere numerico (valori di Tc di metalli o leghe)”
“Sì affiderei la lettura ad un gruppo di studenti; Introduzione
dell'insegnante (parlo sempre di superconduttività agli studenti
dell'ultimo anno); relazione e discussione in classe; applicazioni”
“Si per un approfondimento affidato agli studenti”
Q1. Potresti avvalerti delle suddette pagine per parlare di superconduttività in classe?
(illustrare la risposta; ad esempio: NO, perché…. oppure utilizzerei solo le foto e… oppure lo farei leggere a un ragazzo
poi… )
Esempi di risposte
“Con la riforma Gelmini a regime la risposta è sicuramente NO, per banali motivi
di tempo….e soprattutto perché non insegnerò più. Nel caso di riesca a fermare
la riforma, la risposta è sì (in una quinta PNI) - L'articolo di Fabbricatore [intro
SC, NDR] si presta bene ad essere utilizzato per creare una presentazione tipo
Power Point (attingendo sia dalle immagini che dal testo)
Utilizzerei solo le immagini della Longo (per integrare la presentazione PPT)
poiché trovo l'articolo della risonanza magnetica troppo difficile per una classe
quinta, e provare a sintetizzarlo senza affrontare tali difficoltà credo possa
creare confusione per perdere il filo del discorso sui superconduttori.
Al limite fornirei l'articolo come lettura di approfondimento a pochi. Articolo
Rossi alcune immagini ed informazioni per realizzare 1-2 slides con cui integrare
la presentazione di qui sopra. Oppure all'interno di un pacchetto di ore destinate
all'argomento LHC, utilizzerei tutte le immagini e buona parte delle informazioni
per creare una presentazione e distribuirei l'intero articolo come dispensa di
approfondimento, box di p.46: stessa considerazione fatte per articolo di Rossi.”
Q1. Potresti avvalerti delle suddette pagine per parlare di superconduttività in classe?
(illustrare la risposta; ad esempio: NO, perché…. oppure utilizzerei solo le foto e… oppure lo farei leggere a un ragazzo
poi… )
Esempi di risposte
Valenze e limiti
“Sì. Ci sono informazioni di base , date e anche "numeri"
importanti per poter introdurre la superconduttività. Non si ha
però un quadro completo”
“Le figure in genere sono semplici e chiare, utili alla comprensione
di quanto spiegato nel testo. Il secondo articolo risulta di difficile
proposizione perché è troppo alta la densità di concetti e dei
termini tecnici, sarebbe necessaria una continua spiegazione e/o
approfondimenti con troppe parentesi che farebbero perdere il filo
dell'articolo stesso”
Q1. Potresti avvalerti delle suddette pagine per parlare di superconduttività in classe?
(illustrare la risposta; ad esempio: NO, perché…. oppure utilizzerei solo le foto e… oppure lo farei leggere a un ragazzo
poi… )
Esempi di risposte
NO
“No, lo utilizzerei come aggiornamento personale; io insegno scienze
naturali) in classe tratterei eventualmente l'aspetto applicativo in
medicina di questi superconduttori.”
“No, sostanzialmente per due motivi, uno formale-burocratico, l'altro di
sostanza: a) nei miei corsi (liceo classico) non è prevista la trattazione
della superconduttività; b) ammesso che l'insegnante possa decidere
liberamente cosa trattare, la scelta deve comunque cadere su argomenti
che, meglio di altri, si prestino a introdurre e chiarire concetti
fondamentali della fisica; non mi è chiaro quali siano i concetti al tempo
steso fondamentali e accessibili che vorrebbero introdurre con la
superconduttività”
2. Quali concetti ti sembrano importanti in ciò che è stato scritto? (motivare)
In merito a questo secondo punto 32 sono state le risposte.
Q2 - Ambiti indicati
30
25
20
N
15
10
5
0
A
A
B
C
D
E
B
C
D
E
Aspetti storici/sviluppo ricerche
Concetti fisica di base (resistività, corrente, temperatura..)
Concetti e fenomeni tipici SC (Tc, Bc, Jc; BCS; Espulsione B)
Aspetti e applicazioni tecnologiche
Altro
8
6
20
24
4
2. Quali concetti ti sembrano importanti in ciò che è stato scritto? (motivare)
Q2 - Ambiti indicati (categorie esclusive)
Q2 - Ambiti indicati - categorie esclusive (N=32)
20
18
16
CD
D
C
B
E
14
12
N 10
8
6
4
2
0
CD
A
B
C
D
E
D
C
B
Aspetti storici/sviluppo ricerche
Concetti fisica di base (resistività, corrente, temperatura..)
Concetti e fenomeni tipici SC (Tc, Bc, Jc; BCS; Espulsione B)
Aspetti e applicazioni tecnologiche
Altro
E
8
6
20
24
4
18
6
2
4
2
2. Quali concetti ti sembrano importanti in ciò che è stato scritto? (motivare)
Q2 – Principali aspetti di fisica di base indicati
Q2 - Principali aspetti fisica di base
5
4
3
N
2
1
0
A
A
B
C
B
C
Campo magnetico e proprietà magnetiche materiali
Temperature vicino a 0 K
Corrente elettrica e proprietà elettriche
7
3
5
2. Quali concetti ti sembrano importanti in ciò che è stato scritto? (motivare)
A
B
C
D
E
F
Q2 - Principali aspetti su SC
R=0
B=0
Supercorrenti
Caratteristiche di un SC
Dipendenza SC da Tc, Hc, Jc
BCS
Q2 - Principali aspetti su SC
20
15
10
5
0
A
B
C
D
E
F
5
5
1
5
16
1
3. Quali punti risultano SIGNIFICATIVI e da approfondire? (spiegare)
Q2 - Principali aspetti su SC - Esempi:
“Tc, Hc, Jc; tipi di superconduttività; schermatura di H”
“L'espulsione del flusso magnetico perché in genere si caratterizzano i
superconduttori solo in termini di resistenza elettrica; la distinzione fra
superconduttori di I e del II tipo che non viene affrontata nei libri di testo;
la teoria BCS per comprendere la superconduttività”
“Il ruolo dei superconduttori; le differenze con i conduttori tradizionali”
“Superconduttori di I e II specie. Il concetto di temperatura critica (e di
campo critico e corrente critica). Il fatto, per certi versi sconvolgente, che un
superconduttore di I specie si abbia esattamente R=0 e B=0.”
“Il concetto stesso di superconduttività e come si realizza”
2. Quali concetti ti sembrano importanti in ciò che è stato scritto? (motivare)
Q2 - Aspetti applicativi
Q2 - Aspetti applicativi
20
15
10
5
0
A
A
B
C
D
E
B
Applicazioni in generale
MNR
Elettronica
Tecniche
Accelleratori/LHC
C
D
E
16
6
5
4
15
2. Quali concetti ti sembrano importanti in ciò che è stato scritto? (motivare)
Q2 - Aspetti applicativi
Esempi:
“ruolo dei SC nella risonanza magnetica; LHC come microscopio e macchina
del tempo; Ruolo fondamentale della SC nella realizzazione degli
acceleratori;Caratteristiche di un magnete sc e problematiche di
funzionamento; Quench, sforzo logistico, Incidente all'LHC, caratteristiche
lega Nb-Ti, produzione fili SC, tori dell'LHC e problematiche connesse.”
“Il funzionamento di LHC e la descrizione dell'incidente, che raramente è stato
così ben illustrato”
“le applicazioni tecnologiche della superconduttività (per avere un riscontro
oggettivo di ciò che si studia a livello teorico); il funzionamento di LHC (è una
prova a livello mondiale dell'attività di ricerca nei tempi attuali)”
2. Quali concetti ti sembrano importanti in ciò che è stato scritto? (motivare)
Q2 - Altro
Esempi:
“Gli articoli proposti non sono articoli sui contenuti (forse non hanno neanche
la pretesa di esserlo). In questo senso non mi pare che si possa parlare di
"concetti". Si tratta più che altro di informazioni; i concetti sono un'altra
cosa”
“La rilevanza dei magneti superconduttori nelle applicazioni di diagnostica
medica per immagini (MRI) che, non solo sono in sé importanti, ma che gli
studenti probabilmente conoscono già per esperienza diretta: il futuro ha già
bussato alla loro porta, quando hanno fatto l'MRI del ginocchio
traumatizzato in allenamento), forse vale la pena sapere di cosa si tratta....”
3. Quali punti risultano poco chiari? (spiegare)
Q2 – Tipologie aspetti poco chiari
Q3 - Tipologia aspetti "poco chiari"
18
16
14
12
10
N
8
6
4
2
0
A
A
B
C
D
B
C
D
Aspetti generali riferiti all'insieme degli articoli
Singoli interi articoli
Singoli punti (con riferimento)
Specifici concetti
5
8
12
16
3. Quali punti risultano poco chiari? (spiegare)
Q3 – Singoli aspetti da chiarire
Q3 - Singoli aspetti da chiarire
14
12
10
8
6
4
2
0
A
A
B
C
D
E
B
C
D
Sviluppo storico; definizione delle grandezze
Fenomeni SC
Teoria SC
SC del II tipo e vortici
LHC (caratteristiche, funzionamento)
E
2
9
3
7
12
3. Quali punti risultano poco chiari? (spiegare)
Q3 – Singoli articoli poco chiari
Q3 - Articoli "poco chiari"
14
12
10
8
6
4
2
0
Art1
Art1
Art2
Art 3
Art 4
Art2
Art 3
Contro ogni resistenza
Salutari risonanze
Magneti dal superfreddo
Cavi superconduttori
Art 4
2
4
12
4
Q3 – Figure
3. Quali punti risultano poco chiari? (spiegare)
Q3 – Aspetti poco chiari
“Certamente la struttura della macchina a (LHC) p. 42 pur essendo
dettagliatamente descritta, presuppone la familiarità con il
linguaggio tecnico utilizzato.
…. "magneti di dipolo"? Determinano l'energia della macchina?
(p. 43 II colonna)
Cos'è l'elio superfluido (p. 43 1 colonna)?
si sa davvero quali fossero le condizioni subito dopo il big bang o
solo una supposizione?
(p.44 in alto) ; "azionare i riscaldatori per scaricare l'energia (p. 44
il basso) suppongo significhi tornare allo stato resistivo
Q3 – Figure
3. Quali punti risultano poco chiari? (spiegare)
Q3 – Aspetti poco chiari - Esempi di risposte
“ ‘POCO CHIARO’ nulla perché in passato mi sono occupata di una
ricerca universitaria sui superconduttori ad alta Tc e quindi conosco
l'argomento;
Difficile: … richiede troppe competenze che mediamente gli studenti
non hanno
Il concetto di espulsione di campo magnetico che sarebbe utile
illustrare con dati valoriali al fine di una più ampia
esemplificazione”
“Nel commento alla figura di pagina 41 [42 ndr] dal titolo salutari
risonanze non è chiaro come agiscono le radiofrequenze –
tanti dettagli tecnici del secondo articolo richiederebbero
approfondimenti”
Q3 – Figure
3. Quali punti risultano poco chiari? (spiegare)
Q3 – Aspetti poco chiari - Esempi di risposte
“pg 41 didascalia d.: ma le zone blu sono esterne al materiale! pg.
45 sa "arco elettrico a "cristallo: non riesco a seguire la dinamica
dell'incidente basandomi sulla figura di p. 42; pg 46 "fase alfatitanio", "flussoidi": sono termini/concetti che non conosco; p.46
didascalia 2: cos'è la guaina cilindrica tra il filamento di Nb-Ti e il
rame?”
“l'accenno ai vortici,
l'accenno all'alloggiamento in una cavità a forma di arco romano;
a p. 43 primo capoverso: il legame tra energia e scale temporali.
Q3 – Figure
Esempi
di risposte
3. Quali punti risultano poco chiari? (spiegare)
Q3 - Esempi di risposte
Le figure del secondo articolo non sono comprensibili, non aiutano a capire quanto
spiegato nel testo. Manca uno schema semplificato di come le particelle sono
guidate nei solenoidi: una semplice descrizione vettoriale della forza magnetica
sulle cariche.....C'è il rischio di fraintendimenti: es. se il campo magnetico è quello
ottenuto dai magneti indicati in figura a) pa g. 42 (non facili da interpretare) si fatica a
comprendere come il campo magnetico, apparentemente parallelo all'asse delle
bobine cilindriche, possa spingere le cariche elettriche (B//v --> F=0?!). Sarebbe
stata utile una figura che mostrasse il solenoide con i fili superconduttori in relazione al
canale del fascio di particelle accelerate. In generale l'articolo si perde in dettagli di non
facile comprensione. Sarebbero stati opportuni degli schemi sul funzionamento della
macchina nelle sue parti essenziali. Non è condivisibile la didascalia della fig a) pag. 42
scambio di calore che porterebbe gli studenti alla solita misconcezione del calore come
fluido (calorico). Nel primo articolo c'è un'affermazione che può indurre ad un altro
fraintendimento: i superconduttori sono in grado di schermare completamente il
campo magnetico esterno --> potrebbe far pensare negli studenti all'esistenza di
una specie di scudo che fa deviare il campo magnetico esterno! Diversamente, per
una migliore comprensione sarebbe più opportuno introdurre il principio di
sovrapposizione dei campi magnetici che rendono nullo il campo magnetico risultante
all'interno del superconduttore
Q3 – Figure
Esempi
di risposte
3. Quali punti risultano poco chiari? (spiegare)
Q3 – Esempi
“Nell'articolo "magneti dal superfreddo" la parte tratta il fenomeno del
quench”
“Tutti gli articoli dovrebbero essere preceduti da un'introduzione
esplicativa e sintetica dei termini utilizzati (antimateria, tesla,
solenoide,…). L'art. "contro ogni resistenza" l'art. "magneti dal freddo"
sono di difficile comprensione ed il primo art. è anche difficile da leggere
perché è dispersivo”
“La teoria BCS è nominata nell'articolo ma non vi è alcun tentativo di
renderla comprensibile, almeno negli aspetti più importanti tramite
"analogie". Le configurazioni dei magneti superconduttori dell'LHC
(mancano disegni e schemi). Come Onnes scoprì la SC, quale era lo
schema del suo esperimento (i superconduttori erano attraversati da
correnti e come era la configurazione del campo magnetico prodotto?. I
campi magnetici dei superconduttori (mancano schematizzazioni)”
Q4 – Cosa vorresti venisse approfondito?
35 sono state le risposte al quesito Q4.
Q4 - Aspetti da approfondire
20
18
16
14
12
N
10
8
6
4
2
0
A - Conc
A
B
C
D
B - Fen
Concetti
Fenomeni
Applicazioni tecnologici
Aspetti didattici
C -App
D - Did
18
11
14
4
Q4 – Cosa vorresti venisse approfondito?
35 sono state le risposte al quesito Q4.
Q4 - Aspetti da approfondire (categorie esclusive)
10
9
8
7
6
5
4
3
2
1
0
A
A
B
C
D
B
C
D
Concetti
Fenomeni
Applicazioni tecnologici
Aspetti didattici
AB
AC
18
11
14
4
BC
ABC
Q4 – Cosa vorresti venisse approfondito?
35 sono state le risposte al quesito Q4.
Q4 - Aspetti da approfondire (cat. Non esclusive)
20
15
10
5
0
A
B
C
A Sufficientemente approfondito
B Approfondimenti su concetti
C Approfondimenti su fenomeni
D Approfondimenti su applicazioni
E Approfondimenti didattici
D
E
2
18
11
14
4
Q4 – Cosa vorresti venisse approfondito?
Q4 – richieste di approfondimento
“L'aspetto didattico: 1) come proporre il tema della superconduttività
a studenti "normali"?; 2) come inserirlo in un normale percorso
elettricità. Magnetismo che si sviluppa a scuola? “
“Gli aspetti fisici della superconduttività con linguaggio adeguato
agli studenti a cui l'insegnamento è rivolto”
“Sarebbe auspicabile una più ampia illustrazione della risonanza
magnetica”
“Il meccanismo fisico che giustifica la superconduttività”
Considerazioni conclusive
• Asimmetrie è sulla strada giusta per la scuola:
– Approccio storico e di narrazione concettuale
– Applicazioni
– Ordini di grandezza e ruolo delle quantità coinvolte
– Fenomeni importanti
• Serve discutere nella scuola ruolo della divulgazione /
informazione non necessariamente formazione
• Insegnanti richiedono preparazione per gestire materiali
innovativi
• Si deve lavorare per offrire materiali di approfondimento
didattico sulla fisica moderna
• Articoli per insegnanti? (problema aperto)
Grazie per l’attenzione!
[email protected]
Q4 – Cosa vorresti venisse approfondito?
Q4 - Esempi di risposte
“Articolo di Fabbricatore: visto che se ne parla, un'immagine sulla
struttura a vortici di H (a completare la serie di immagini c e d)!
Inoltre grafici Tc, Hc , Jc dei superconduttori tipici (almeno uno per
ogni tipo di sc). Articolo di Rossi: starebbe bene un grafico relativo
al fenomeno del quench, e foto e grafici (T(t), E dissipata (t)) relativi
all'incidente occorso all'LHC. box p. 46 qualche immagine che illustri
il processo di produzione nel dettaglio (fusione sottovuoto,
trafilatura a freddo). approfondimento sui giacimenti di elementi
utilizzati nella superconduttività e giro di affari collegato ad essi.
Penso che sollevino importanti questioni etiche delle quali un fisico
un insegnante un cittadino non possono sottrarsi “
Q3 – Figure
3. Quali punti risultano poco chiari? (spiegare)
Q3 – Singoli articoli poco chiari
Figure
2
Figure/didascalie poco chiare
2
Figure da integrare
3
Commenti didattici
•
•
•
•
•
Importante che i ragazzi leggano articoli come questi (50%)
Complemento di approfondimento utile (50%)
Motivante per iniziare un tema (40%)
Difficoltà per mancanza di parte sperimentale
Richiesta tempo opportuno (Vissuto come contenuto
didattico)
• Solo dopo aver fatto tutti i pre-requisiti
• Solo per lettore già informato
• Approfondimento personale, riferire in classe delle
applicazioni
2. Quali concetti ti sembrano importanti in ciò che è stato scritto? (motivare)
Q2 – Principali aspetti di fisica di base indicati
A
B
C
Campo magnetico e proprietà magnetiche materiali
Temperature vicino a 0 K
Corrente elettrica e proprietà elettriche
7
3
5
Esempi
“Campo, flusso, corrente, Polarizzazione di un magnete (struttura del magnete),
resistenza”
“La resistenza elettrica è un concetto fondamentale per la discussione, ma è
dato per scontato. Campo magnetico ("produzione" e interazione con la
materia) anche questo è dato per scontato. La configurazione dei campi tipo
"solenoide"; lo zero assoluto e la fisica del freddo”