Il festival dei saperi comune di udine 10­23 agosto 4 sezioni: meccanica, fluidi, termologia, polarizzazione Un salto dentro il mondo quantistico Gravitazioni Trigesimo 23­30 maggio 2005 Sezioni mostra: meccanica, fluidi, celle elettrolitiche e pile, fenomeni elettrici, circuiti elettrici, circuiti logici, fenomeni magnetici ed elettromagnetici, fenomeni termici, la luce, la visione, moto del sole, funzioni dei viventi, polarizzazione Laboratori cognitivi Caccia al tesoro Relazione Scientifica del I anno del progetto Interreg Italia­Slovenia Materiali di innovazione didattica in fisica a supporto della formazione iniziale e in servizio degli insegnanti Asse 3: <<Risorse umane, cooperazione e armonizzazione dei sistemi>> Misura 3.2 <<Cooperazione nella cultura, nella comunicazione della ricerca e tra istituzioni per l’armonizzazione dei sistemi>> Aspetti generali Il progetto consiste nella progettazione, validazione e pubblicazione di materiali per la formazione iniziale e in servizio degli insegnanti di fisica a supporto dell’innovazione didattica in meccanica, meccanica dei fluidi, ottica fisica, meccanica quantistica e termodinamica. Durante la discussione con il partner effettuata nel primo trimestre di avvio del progetto, si è condiviso che il concetto di campo ed in particolare i fenomeni magnetici ed elettromagnetici, il confronto tra il campo gravitazionale e quello magnetico e lo studio della fenomenologia locale e globale di queste interazioni costituiscono temi propedeutici a quelli di meccanica quantistica e quindi sono parte integrante del progetto. I contenuti del progetto saranno pertanto potenziati, anche avvalendosi di risorse e ricerche svolte nell’ambito di altri progetti, come il PRIN FIS21, in cui Udine è impegnata sul seguente tema Le parti di confine in un modello di percorso in fisica: educazione scientifica elementare, campo, ottica e meccanica quantistica. Formazione degli insegnanti. In relazione alle tematiche indicate si è avviata la progettazione e la realizzazione di: proposte prototipali innovative di esperimenti e modellizzazione di processi fisici; percorsi didattici mirati al superamento delle principali difficoltà di e alla costruzione e formalizzazione dei concetti fisici. Non si sta pensando a realizzare un intero curriculum organico, ma percorsi in termini di segmenti di proposte curriculari basate sull’attività sperimentale per superare i principali nodi di apprendimento individuati dalla ricerca didattica. Nello studio dei materiali si analizzano in particolare: nodi disciplinari che costituiscono difficoltà di apprendimento per gli studenti, strategie sperimentali e di costruzione di modelli che si possono proporre per affrontarli, mirate esplorazioni in contesti specifici, agganci interdisciplinari, utilizzo delle nuove tecnologie e in particolare delle nuove tecnologie informatiche e della comunicazione (TCI). Resta obiettivo importante la produzione di materiali, fruibili in rete telematica e la realizzazione di occasioni di utilizzo delle proposte sviluppate anche in contesti universitari (attività di laboratori aperti). L’ambiente web in cui pubblicare i materiali prodotti è già stato progettato e sezioni dello stesso sono state predisposte. I contesti di sperimentazione delle proposte sono stati realizzati sia durante le attività dell’università di Udine di diffusione della cultura scientifica (marzo 2005), sia durante manifestazioni analoghe nazionali o internazionali organizzate in collaborazione con enti locali (Tricesimo, maggio 2005; Udine, agosto 2005). Diverse sperimentazioni tematiche sono state condotte nelle classi delle scuole primarie, medie e secondarie già durante il 2005. Durante il primo anno di progetto si è lavorato per la realizzazione di proposte didattiche e materiali prototipali su: 1. La fisica dei fluidi: approcci fenomenologici alla modellizzazione nella fisica dei fluidi per la scuola primaria e media (Udine) 2. Esperimenti e modelli per capire la meccanica: prime idee progettuali per la scuola primaria e secondaria (Lubiana) 3. Stati e processi termici per la scuola primaria (Udine) 4. Esperimenti e modelli per lo studio dell’ottica fisica nella scuola secondaria, con particolare riguardo alle polarizzazione ottica (Udine)
5. Proposte sull’insegnamento della meccanica quantistica per un approccio al ragionamento teoretico nella scuola superiore: primi studi (Udine) 6. Fenomeni magnetici ed elettromagnetici, concetto di campo per la scuola primaria (Udine). Alcune delle proposte sono state pensate solo per la scuola primaria o media o superiore, alcune altre per più di un livello scolare. In tutte le proposte didattiche l’accento viene posto sulla costruzione dei processi di formalizzazione e in particolare sul ruolo che in essi giocano attività sperimentali e di modellizzazione con l’uso delle ICT. Lo sviluppo degli esperimenti e la messa a punto dei percorsi è avvenuto in coerenza con il cronoprogramma presentato nel progetto approvato. Per lo sviluppo della ricerca su ciascuna tematica sono state seguite le tre fasi previste nel progetto: a) progettazione: analisi dalla letteratura sulla ricerca didattica dei processi di apprendimento e studio di modalità per il cambiamento concettuale b) validazione delle proposte in attività situate nelle scuole e loro revisione sulla base degli esiti delle sperimentazioni effettuate; c) pubblicazione dei materiali (incluse eventuali documentazioni delle sperimentazioni effettuate nella seconda fase). Le fasi a) e b) sono state avviate in termini preliminari nell’ambito di ricerche a cui hanno fatto riferimento tesi di laurea. La fase c) è in avanzata fase di realizzazione, anche grazie a finanziamenti aggiuntivi messi a disposizione da parte del Consorzio Universitario del Friuli. La realizzazione del progetto ha già visto realizzarsi una stretta collaborazione tra le due istituzioni universitarie con attività sia in rete (tutto l’anno) sia in presenza (febbraio, marzo, settembre 2005). Cinque manifestazioni hanno visto la presenza dei prototipi sviluppati per questo progetto Interreg e sono state particolarmente proficue per la validazione dei materiali: 1) Giornate di diffusione culturale: il gioco della scienza – progetto SIF/AIF­WYP2005 – Interreg – La fisica al microscopio / scuola e università insieme per la diffusione culturale: Università di Udine, 3­ 20 marzo 2005 2) Festival internazionale dei ragazzi, Tricesimo, febbraio 2005 e 23­29 maggio 2005 3) Il festival dei saperi, Comune di Udine 10­23 agosto 2005 4) Informal learning & Public understanding of Physics, 3rd GIREP Seminar, Ljubljana 5 ­ 10 September 2005 5) Imparare sperimentando: mostra interattiva di esperimenti di fisica e scienze, Pordenone 10­26 novembre 2005 Costituisce parte integrante della realizzazione del progetto la presentazione dei materiali realizzati alle suddette manifestazioni, a cui hanno partecipato 4000 ragazzi (1, 2 e 3), anche stranieri (di 6 Paesi diversi), oltre 300 insegnanti (1, 2 e 3), cittadini (2, 3 e 5) ed esperti di didattica scientifica e della fisica in particolare di 36 Paesi del mondo. Mentre le attività 1 e 3 sono descritte dai pieghevoli allegati (All. A e B), l’attività 4 è descritta da un libretto, disponibile anche in web all’indirizzo http://www.girep2005.fmf.uni­lj.si/ . L’attività 5 è in corso. Nell’ambito dell’attività 3 è stata offerta alla visita libera della cittadinanza (in 3 pomeriggi e nella intera giornata di domenica 29 maggio) e soprattutto delle scuole del circondario, di cui l’IC di Tricesimo costituisce il polo centrale (nelle mattinate da lunedì a sabato). Oltre 600 persone hanno visitato la mostra di esperimenti e in particolare 479 sono stati i bambini delle locali scuole elementari (217) e medie (212) che hanno effettuato visite con la guida di due laureande precedentemente formate. Durante la manifestazione, inoltre, la mostra è stata visitata da oltre 30 bambini di tre scuole straniere (Scuola Volksschule Thomatal”­ Austria – Scuola “Kapoc’s”di Budapest – Ungheria – Scuola internazionale Prhistina, Slovenia) partecipanti al festival. Sono state organizzate sei sedute di laboratorio cognitivo sui circuiti logici (condotte da Italo Testa) a cui hanno partecipato 112 bambini di classe terza, quarta e quinta elementare. Il laboratorio è stato condotto con schede di lavoro e monitorato. Nel pomeriggio di sabato 28 maggio è stata realizzata una “Caccia al tesoro Scientifica”, cui hanno partecipato 35 bambini della scuola elementare di Tricesimo. La Caccia al tesoro prevedeva 5 stazioni (polarizzazione;sostanze e miscugli; il volo; la temperatura della transizione di fase; i fenomeni magnetici). Nell’attività sono stati coinvolti, nell’ordine per le diverse isole: Alberto Stefanel, Maria Luisa Scillia, Naida Maranzana, Silvia Gigante; Emanuela Scialino. La Caccia al tesoro è stata coordinata da Patrizia Fornasier. Il 29 maggio nel contesto della manifestazione sono stati premiati gli studenti vincitori del concorso sull’immagine della fisica. La manifestazione di Tricesimo è stata coordinata per l’URDF da Laura Decio. L’Unità di Ricerca in Didattica della Fisica ha collaborato alla manifestazione di Tricesimo anche in occasione della presentazione delle attività del Festival Internazionale dei Ragazzi tenutasi il 28 febbraio presso il Municipio di Tricesimo. Sono stati tenuti i seguenti interventi: Marisa Michelini: La mostra GEI (Giochi , Esperimenti, Idee) e proposte per l’educazione scientifica di base Alberto Stefanel: Un esempi di laboratorio cognitivo di elettromagnetismo
Francesca Bradamante: Una ricerca cognitiva sulla gravità Laura Decio: La biologia nella mostra GEI Durante questo primo anno di ricerca si sono prodotte diverse pubblicazioni ed ora si stanno predisponendo dei materiali didattici da rendere disponibili ai ragazzi e agli insegnanti, grazie anche ad un contributo del Consorzio Universitario del Friuli. Descrizione attività I trimestre ­ 31/03/2005 Le procedure di valutazione e selezione dei progetti da parte degli enti preposti hanno richiesto un tempo superiore alle previsioni. L'approvazione è pervenuta a ottobre 2004 e si è subito avviato il lavoro proposto. Il progetto è stato avviato nel quarto semestre 2004, non appena e' pervenuta la notizia della sua approvazione. Sono stati studiati, progettati e validati i materiali per la formazione iniziale e in servizio degli insegnanti di fisica a supporto dell’innovazione didattica su stati e processi termici. Sono state progettate e realizzate proposte prototipali innovative di esperimenti di processi fisici, realizzati utilizzando sensori on­line con l'elaboratore per misure di temperatura in 4 punti; percorsi didattici mirati al superamento delle principali difficoltà di e alla costruzione e formalizzazione dei concetti fisici. In merito a tali proposte sono stati preparati materiali, fruibili in rete telematica, create opportunità di utilizzo delle proposte sviluppate anche nei contesti universitari (attività di laboratori aperti). Nello studio dei materiali si sono in particolare analizzati nodi disciplinari che costituiscono difficoltà di apprendimento per gli studenti, strategie sperimentali e mirate esplorazioni in contesti specifici. Per il tema di stati e processi termici sono stati messi a punto: impostazione disciplinare, approccio, strategia didattica, prerequisiti, percorso, contenuti; schema delle attività, esperimenti (materiali e loro assemblaggio, finalità dell’esperimento e procedura, dati campione e loro analisi), documentazione di sperimentazioni in classe, riferimenti bibliografici e materiali di approfondimento. Il percorso individuato, sperimentato in precedenza a livello di scuola dell'infanzia e media è stato sperimentato in 4 classi elementari. Parallelamente è stato avviato lo studio del tema dei fluidi ed effettuata una sperimentazione didattica a livello di scuola elementare. Nel primo semestre del 2005 è stata effettuata la progettazione dei materiali nel campo dell'ottica fisica: il prototipo per lo studio della diffrazione è stato sperimentato in scuole italiane e lo sarà in scuole slovene nel prossimo trimestre; la collana di esperimenti sulla polarizzazione ottica è stata realizzata ed esposta nella manifestazione "Giornate di diffusione culturale" a disposizione di tutte le scuole interessate dal 9 al 20 marzo 2004. Anche i prototipi degli esperimenti sui fluidi e sui fenomeni termici sono stati esposti in tale occasione. Oltre 2500 i ragazzi che ne hanno fatto occasione di studio ed apprendimento. In tale sede è stato presentato anche l'esperimento prodotto in Slovenia della diffrazione in acqua con visualizzazione dei cammini ottici, utilizzando un pennello laser ed un CD­ROM. I risultati di tale lavoro sono stati presentati ad un congresso nazionale (Congresso AIF di Salice Terme, ottobre 2004) e ad un Congresso internazionale sull'educazione informale (Comenius a Malta, gennaio 2005). Difficoltà Difficoltà per i partner sloveni a mettere a disposizione i fondi di cofinanziamento, garantiti nella lettera di impegno in termini di lavoro per il progetto. Descrizione attività II trimestre ­ 30/06/2005 A. Fase di validazione dei materiali su stati e processi termici Le proposte di esperimenti e il percorso didattico su stati e processi termici, predisposti in via prototipale e sperimentati in 4 scuole elementari sono stati proposti anche nel contesto ludico ed informale della mostra GEI e della caccia al tesoro nell'ambito delle giornate di diffusione della cutura scientifica (Udine, 9­20 marzo 2005) ed in quello delle giornate internazionali del fanciullo (Tricesimo, 23­29 maggio 2005) a cui hanno partecipato rispettivamente oltre 2500 ragazzi di scuola elementare e media del territorio e 800 ragazzi del territorio e di 5 Paesi stranieri. E' in corso l'analisi dei dati raccolti in merito agli esiti di apprendimento in tali contesti informali ed in due contesti formali di scuola elementare e dell’infanzia di Pagnacco e Trigesimo. Si stanno revisionando alcuni degli esperimenti proposti ed è in corso la predisposizione di: a) schede sintetiche degli esperimenti, b) schede analitiche degli esperimenti, c) schede per insegnanti, d) schede di lavoro per ragazzi, e) racconti sui fenomeni termici per ragazzi da pubblicare. E' altresì in corso la predisposizione di un nuovo sistema di acquisizione dei dati di temperatura mediante sensori in linea con il computer.
B. Fase di progettazione e prima validazione delle proposte di ottica fisica E’ stata effettuata l’analisi di una sperimentazione di progettazione in rete telematica di proposte di ottica fisica in contesto situato. Il lavoro ha riguardato insegnanti e classi di diverso livello scolare. Interessanti problemi sono emersi sui nodi di apprendimento ed in particolare sul concetto di immagine. Per la cui analisi è stata organizzata una ricerca a livello di scuola elementare sulle modalità argomentative di spiegazione di semplici esperimenti sulla riflessione e sulla rifrazione, in presenza ed in assenza (classi polota a confronto) di esperienze di filosofia per bambini. I prototipi autocostruiti per gli esperimenti di ottica fisica sono stati utilizzati nell’ambito di laboratori CLOE e di Caccia al tesoro rispettivamente nelle giornate di diffusione della cutura scientifica (Udine, 9­20 marzo 2005) ed nelle giornate internazionali del fanciullo (Tricesimo, 23­29 maggio 2005). L’analisi dei dati è in corso. La revisione degli apparati sperimentali è già stata avviata. Parallelamente è stata effettuata una sperimentazione di proposte prototipali per esperimenti di emissione, assorbimento, polarizzazione e diffrazione nel campo dell’ottica fisica. C. Fase di progettazione e prima validazione delle proposte sui fluidi a livello elementare Sono stati realizzati tutti gli esperimenti progettati per il percorso di apprendimento di base sui fluidi. Con un finanziamento speciale del Consorzio Universitario del Friuli sono state realizzate 4 copie degli esperimenti progettati ed in particolare circa 20 esperimenti dei seguenti ambiti: 1) principio di Pascal; 2) legge di Stevino; 3) galleggiamento dei corpi e Legge di Archimede; 4) dinamica dei fluidi in regimi diversi; 5) realizzazione di un modello mesoscopico per la visualizzazione del comportamento di un fluido sottoposto a compressione; 6) progettazione e realizzazione di modelli oggettuali per comprensione della fenomenologia della statica e dinamica dei fluidi. Nello studio dei materiali si sono in particolare analizzati nodi disciplinari che costituiscono difficoltà di apprendimento per gli studenti, strategie sperimentali e mirate esplorazioni in contesti specifici. Sono stati messi a punto: impostazione disciplinare, approccio, strategia didattica, prerequisiti, percorso, contenuti; schema delle attività, esperimenti (materiali e loro assemblaggio, finalità dell’esperimento e procedura, dati campione e loro analisi), documentazione di sperimentazioni in classe, riferimenti bibliografici e materiali di approfondimento. Il percorso individuato, sperimentato in precedenza a livello di scuola dell'infanzia e media è stato sperimentato in 4 classi elementari. E’ già in corso l’analisi dei dati ed è stata avviata la predisposizione di schede per la presentazione degli esperimenti e per il sostegno degli insegnanti. I prototipi di schede per ragazzi sono stati utilizzati nelle sperimentazioni effettuate a scuola. Proposte didattiche più snelle sono state sperimentate in Laboratori Informali di Contesti, Mappe e Caccia al tesoro, realizzati durante le attività di diffusione culturale. Si sta avviando la revisione degli esperimenti e dei materiali didattici di supporto. Rispetto agli indicatori relativi agli interventi per studi e ricerche di settore e progetti di ricerca scientifica le realizzazioni di progetto, approfondiscono, sviluppano ed integrano le 7 ricerche: 1) Aroles cofinanziata dalla Regione FVG, 2) PRIN Fis21, 3) SeT di Indire, 4) LO per il superamento di difficoltà di apprendimento di Indire, 5) Supercomet, 6) Diffusione Culturale (L6/2000), 7) Ricerca Dipartimentale. Rispetto agli indicatori relativi agli investimenti immateriali per la promozione della conoscenza e la fruizione del patrimonio culturale nel presente trimestre si è aggiunto il valore dei prodotti sperimentali e di proposte didattiche sui fluidi e sull’ottica a quello sui fenomeni termici. Le università coinvolte, oltre a Udine e Lubiana, sono state quelle di Palermo e Napoli, rispettivamente nel primo e nel secondo trimestre. Descrizione attività III trimestre ­ 30/09/2005 A. Fase di pubblicazione dei materiali su stati e processi termici E’ stata completata la revisione degli esperimenti e predisposte: a) schede sintetiche degli esperimenti, b) schede analitiche degli esperimenti, c) schede per insegnanti, d) schede di lavoro per ragazzi, e) racconti sui fenomeni termici per ragazzi e rese pubbliche nel Seminario internazionale GIREP, che si è tenuto a Lubiana nei primi giorni di settembre 2003. E' altresì in corso la realizzazione di un nuovo sistema di acquisizione dei dati di temperatura mediante sensori in linea con il computer. Si sta procedendo alla pubblicazione in web dei materiali. B. Fase di validazione materiali delle proposte di ottica fisica E’ in corso l’analisi dati della ricerca ricerca a livello di scuola elementare sulle modalità argomentative di spiegazione di semplici esperimenti sulla riflessione e sulla rifrazione, in presenza ed in assenza (classi polota a confronto) di esperienze di filosofia per bambini. È stato inviato per la pubblicazione un articolo sulla sperimentazione in rete telematica di proposte di ottica fisica in contesto situato. Il lavoro ha riguardato insegnanti e classi di diverso livello scolare. Interessanti problemi sono emersi sui nodi di apprendimento ed in particolare sul concetto di immagine.
E’ stata completata la revisione degli apparati sperimentali ed essi sono stati pubblicati nella mostra realizzata a Lubiana in occasione del Congresso GIREP, settembre 2005. Il periodo estivo non ha permesso la validazione nelle classi del materiale realizzato, ma questa attività era stata anticipata attraverso attività di tirocinio di insegnanti­docenti. C. Fase di progettazione e prima validazione delle proposte sui fluidi Questa fase era stata anticipata nel trimestre precedente per le proposte rivolte alla scuola di base. E’ in corso di messa a punto il materiale sui fluidi per la scuola secondaria a responsabilità slovena. Il lavoro anticipato sui fluidi è stato presentato al Congresso GIREP di Lubiana, settembre 2005. D. Fase di progettazione delle proposte di meccanica quantistica. Il percorso già individuato si propone di enucleare i nodi concettuali tipici della interpretazione quantistica dei fenomeni: 1) Riconoscimento della necessità di abbandonare la visione classica dei fenomeni microscopici; 2) Costruzione del concetto di stato quantico per la polarizzazione; 3) riconoscimento della natura vettoriale dello stato quantico; 4) individuazione della natura probabilistica dei fenomeni quantistici; 5) riconoscimento delle implicazioni fisiche del principio di sovrapposizione e della loro incompatibilità con le idee classiche; 6) formalizzazione del principio di sovrapposizione; 7) estensione della rappresentazione vettoriale dello stato quantico a sistemi rappresentabili in spazi n­dimensionali; 8) rappresentazione con operatori unitari delle osservabili fisiche; 9) evoluzione temporale dei sistemi quantomeccanici e trattrazione dei loro stati stazionari; 10) analisi a differenti livelli di formalizzazione di esperimenti tipo EPR per una discussione sui fondamenti della teoria; 11) studio di casi esemplificativi, con l’uso di metodi dell’algebra vettoriale e dell’intergrazione numerica. E’ stato effettuato con insegnanti un laboratorio didattico sui seguenti punti: 1) discussione critica sui fondamenti della teoria quantistica: 1.1) le basi del formalismo di Dirac per discutere le idee fondamentali e il funzionamento della teoria; 1.2) semplici sistemi rappresentabili in spazi di Hilbert finito dimensionali; 3) discussione in contesti semplici (particelle con spin ½) sui fondamenti (es.: significato fisico del vettore di stato, macrorealismo e problema della misura, postulato di proiezione e problemi interpretativi che esso apre, paradosso di Zenone, completezza della QM, località­non località e teorema di Bell); 2) discussione degli elementi di crisi della fisica classica attraverso esperimenti cruciali effettuati in laboratorio, mirata ad evidenziare le problematiche interpretative che ciascuno di essi pone; 3) caratterizzazione dei possibili approcci alla tematica, analisi comparata di valenze e limiti di ciascun approccio e delle corrispondenti esigenze formative per l'insegnante; 4) analisi in termini operativi della proposta didattica che si propone, per consentire agli insegnanti di padroneggiare il quadro concettuale e trasformarlo in competenza professionale. 5) progettazione di percorsi didattici ed sperimentazione nelle scuole, da realizzare con modalità esperienziali e situate oltre che di discussione e messa a punto di materiali per il monitoraggio delle sperimentazioni. E’ stata messa a punto una proposta interpretativa di figure di diffrazione ottica secondo un modello di sovrapposizione di stati quantici e presentato al Congresso SIF di Catania nel settembre 2005. Anticipazioni di programma sono state: 1) lo studio in condizioni statiche e dinamiche, locali e globali di proposte didattiche sulla gravità, presentato al Congresso SIF di Catania; 2) la realizzazione di learning object per la fruizione in web di proposte didattiche sulla meccanica. È stata svolta un’attività del Progetto nell’ambito del 3rd GIREP Seminar – Lubiana 5­9 settembre 2005, consistente in: A) Esposizione delle proposte prototipali di esperimenti realizzati nel contesto delle strutture di entrambe le Università impegnate nel progetto B) Laboratori CLOE (laboratori cognitivi di esplorazione operativa) su termologia, elettromagnetismo, ottica, macchine semplici e campo gravitazionale C) Incontro tecnico per la condivisione dei risultati sino ad ora raggiunti nel progetto, definizione degli standard di pubblicazione dei materiali esito del progetto stesso D) Presentazioni durante il seminario di ricerche attinenti il progetto. Le attività A)­B)­C)­D) sono state svolte a Lubiana in occasione del citato seminario internazionale per i seguenti motivi: 1. Si è avuta l’occasione di un confronto con ricercatori internazionali in merito ai prodotti del progetto. Il GIREP è infatti un organismo internazionale di alto livello che raccoglie gli esperti di ricerca ed innovazione nel campo della didattica scientifica e della fisica in particolare. Esso rappresenta 41 Paesi del mondo ed organizza ogni due anni un Congresso, che si svolge in un Paese diverso. Dal
2001 organizza tra un congresso e l’altro i Girep Seminar, che sono incontri dello stesso livello in cui la discussione si svolge in modo molto approfondito su un tema scelto due anni prima dal Consiglio Scientifico Internazionale ed approvato dal Consiglio del GIREP. Gli esiti dei Congessi e dei Seminari sono libri di articoli selezionati da un comitato scientifico internazionale, che sono apprezzati a tutti i livelli per la profondità e il valore scientifico con cui il tema viene affrontato in ciascuno di essi. 2. Si è creata una collaborazione sinergica con un evento internazionale, per pubblicare i materiali prodotti e realizzare attività collaborative in presenza tra ricercatori e docenti, italiani e sloveni direttamente coinvolti nella progettazione e realizzazione delle proposte e dei materiali. Va ricordato che il progetto Progetto Interreg III: Materiali per l’innovazione in didattica della fisica a supporto della formazione iniziale e in servizio degli insegnanti è nato durante il 2nd seminario internazionale del Groupe International de Recherche sur l’Enseignement de la Physique (GIREP) svoltosi a Udine nel settembre 2003. 3. Sono stati presentati congiuntamente al seminario i principali esiti di ricerca emersi fino ad ora dal progetto. 4. Sono state valorizzate, confrontate e messe in comune le rispettive competenze in relazione agli specifici ambiti tematici sino ad ora indagati nelle due istituzioni. Sono state poste le basi per una collaborazione duratura, che si strutturi in forma di rete tra le istituzioni universitarie da un lato e tra istituzione universitarie e scuole del Friuli e della Slovenia dall’altro. Le persone del gruppo italiano che hanno presentato al 3rd Seminario GIREP studi effettuati nell’ambito del progetto sono state le seguenti: Francesca Bradamante, Federico Corni, Marisa Michelini, Alberto Stefanel, Italo Testa. A queste si aggiungono molte persone del gruppo sloveno, tra cui: Gorazd Planinsic, Moica Cepic, Loredana Sabaz, Slavo Cociancic, Samo Lasic. I principali lavori presentati sono stati i seguenti. A) The Learning Challenge: A Bridge Between Everyday Experience And Scientific Knowledge, Marisa Michelini B) Cognitive Laboratory: gravity and free­fall from local to global situations, F. Bradamante, M. Michelini C) Informal training of primary school teachers on magnetic phenomena, Marisa Michelini, Alberto Stefanel D) Hands­On Sensors For The Exploration Of Light Polarization, Marisa Michelini, Alberto Stefanel E) Children Naive Ideas/Reasoning On Logic Circuits In An Informal Learning Environment, Italo Testa F) Formal And Informal Aspects In Planning Educational Paths For Primary School On Simple Machines In An Open Distance­Learning Context, F. Corni M. Michelini. G) Interreg III Project (Italia – Slovenia 2000­06) ­ Physics Education innovative materials to support pre­ and in­service teacher training, Marisa Michelini, Gorazd Planinsic. Rispetto agli indicatori relativi agli interventi per studi e ricerche di settore e progetti di ricerca scientifica le realizzazioni di progetto, approfondiscono, sviluppano ed integrano le ricerche: 1) PRIN Fis21, 2) LO per il superamento di difficoltà di apprendimento di Indire, 3) Supercomet, 4) Diffusione Culturale (L6/2000), 5) Ricerca Dipartimentale, 6) Materiali per le scuole del Consorzio Universitario del Friuli. Rispetto agli indicatori relativi agli investimenti immateriali per la promozione della conoscenza e la fruizione del patrimonio culturale nel presente trimestre si è aggiunto il valore dei prodotti sperimentali e di proposte didattiche sui fluidi e sull’ottica a quello sui fenomeni termici. Le università coinvolte, oltre a Udine e Lubiana, sono state quelle di Palermo e Napoli, rispettivamente nel primo e nel secondo e nel terzo trimestre. La sede slovena ha avviato i lavori di progettazione e realizzazione di esperimenti sulla diffrazione ottica, sulle forze impulsive e gli urti, sulla meccanica per le scuole primarie. La sede di Udine, oltre alle attività sopra descritte, ha coinvolto il dottorato di ricerca in Didattica della Fisica dell’Università e portato in fase di progettazione i seguenti esperimenti, anche con la collaborazione di Napoli e Palermo. Si riportano di seguito le liste di prototipi progettati in tale contesto. Esperimenti Inter reg in fase di progettazione e protipazione a cura del gruppo di dottorato di ricer ca in didattica della Fisica dell’Univer sità di Udine Esperimenti on­line sulla diffrazione ottica. A cura di Alberto Stefanel Raccolta di misure effettuate con sensori commerciali:
analisi della risposta dei sensori e individuazione dei limiti di sensibilità, per individuare misure di diffrazione eseguibili/affidabili. Esperimenti sulla Polar izzazione della luce. A cura di Alberto Stefanel
· · 12 esperimenti qualitativi realizzati con materiali poveri o Polaroid su un libro o Polaroid sulla lavagna luminosa o Luce polarizzata nella quotidianità o Polarizzazione per diffusione o Diffusione di luce polarizzata o Riconoscimento delle condizioni per cui si ha polarizzazione per riflessione o Un cristallo birifrangente appoggiato su un libro. o Interazione di luce polarizzata con un cristallo birifrangente o Rifrazione singola di luce polarizzata in cristalli birifrangenti o Interazione di luce polarizzata con due cristalli birifrangenti diretti e con assi paralleli o Interazione di luce polarizzata con due cristalli birifrangenti diretti con assi non paralleli o Interazione di luce polarizzata con due cristalli birifrangenti uno diretto e l’altro inverso
10 esperimenti quantitativi per lo studio dell’intensità della luce trasmessa da polaroid e cristalli birifrangenti. o Trasmittività, riflettività di materiali rifrangenti o Trasmissione di luce attraverso più lamine di materiali rifrangenti o Trasmittività dei polaroid o Trasmittività dei polaroid e colore della luce o Polarizzazione e legge di Malus o Potere rotatorio di una soluzione zuccherina o Grado di polarizzazione della luce filtrata da un polaroid e frequenza della luce o Analisi quantitativa della polarizzazione per riflessione: determinazione dell’angolo di Brewster o Polarizzazione per rifrazione e la legge di Brewster o Dipendenza della separazione dei fasci ordinario e straordinario dallo spessore del cristallo birifrangente. Ø Progettazione, messa a punto in contesto e sperimentazione di un protocollo di intervista per la esplorazione, nel contesto informale della mostra GEI, dell’interazione della luce con polaroid e cristalli birifrangenti, in attività di laboratorio cognitivo e di visita alla mostra con studenti della scuola di base Ø Progettazione di sequenze didattiche. Esperimenti di Elettromagnetismo A cura di Alberto Stefanel Ø Messa a punto di 6 esperimenti per l’introduzione dell’elettromagnetismo nella scuola di base relaizzati con materiale povero: ­ Esperimento di Ørsted ­ Il campo generato da un solenoide ­ L’interazione tra fili percorsi da corrente ­ L’interazione tra avvolgimenti percorsi da corrente ­ L’elettrocalamita ­ Lo studio delle caratteristiche di una elettrocalamita Ø Messa a punto e sperimentazione (4 attività con circa 100 studenti di scuola elementare e media ) di un protocollo di intervista per la attuazione di laboratori cognitivi. Esperimenti sul CAMPO GRAVITAZIONALE per la scuola elementare A cura di Francesca Bradamante 1) ESPERIMENTO La caduta sulla Terr a: 1a) La caduta in ver ticale (velocità iniziale nulla) La pallina cade, come cade ? Fare disegno della caduta (R: cade verticalmente)
Far disegnare i bambini la caduta di oggetti in vari punti tutto intorno alla Terra e discutere i disegni. 1b) La caduta parabolica dal tavolo (velocità iniziale perpendicolare al campo non nulla) La pallina cade, come cade ? Fare disegno della caduta (R: cade seguendo una curva parabolica) 1a) Discussione sulla caduta Distinzione traiettoria / campo 2) ESPERIMENTO 2a) La caduta della pallina :
· Mater iali: marcatempo, foto stroboscopiche, fogli, nastro adesivo, forbici, pallina di pongo.
· Obiettivi: analizzare come varia la velocità nella caduta (aumenta uniformemente) Usare il marcatempo facendo cadere una pallina di pongo, dare ad ogni bambino (o coppia di bambini) un foglio sul quale incollare i pezzettini e osservare che aumenta “sempre dello stesso pezzettino”. 2b) La caduta della pallina Foto stroboscopiche lo stesso fenomeno si può osservare con le foto stroboscopiche. 3) ESPERIMENTO La caduta della pallina lanciata in alto. 4) ESPERIMENTO Cader e dal tavolo (Caduta dei gravi con velocità iniziale diversa da zero: moto parabolico ….) 5) Il cadere e le sue pr opr ietà
· Mater iali: piano inclinato, pallina Far confrontare i tre tipi di moto: cade in giù, sale e cade, cade spostandosi Osservare che lo spostamento verticale è sempre uguale aumenta della stessa quantità à è una proprietà del cadere. Discutere sulle cause del cambiamento della velocità. Discutere sui modi in cui si può evitare di cadere (usando il piano inclinato) 6) ESPERIMENTO Le linee di campo gr avitazionale 1) Telaio con masse (freccette che si orientano con peso applicato ad una delle due estremità) 2) Disegnare la disposizione dei pendoli attaccati ad alberi disegnati tutto intorno alla Terra: Terra vista da lontano + 5 alberi, + pendoli, + palloni) 3) Disegnare tutta la Terra (Fare fare un altro disegno per raffigurare le sole linee di campo (astrazione) 7) ESPERIMENTO Passaggio dal LOCALE AL GLOBALE: caduta dei cor pi con diver se velocità iniziali non nulle e moto satelliti 6a) La pallina che cade giù dal tavolo con velocità diver se
· Mater iali: pallina, tavolo Riprendere la pallina che cade dal tavolo con velocità diverse, facendo riconoscere ai bambini che va a cadere sempre più lontano. (Il proiettile va così forte che cade poco) 6b) Pr evisione tr aiettor ie dei bambini (scheda 1) Mater iali scheda 1, immagine di Newton modificata Far comprendere che l’orbita è un modo di cadere D adesso proviamo a fare un disegno: consideriamo la Terra e immaginiamo di lanciare una pallina da una montagna molto alta. Immaginiamo di lanciarla prima piano,… poi un po’ più forte, … poi forte,… e poi fortissimo. Come cadrà la pallina? Disegna le possibili traiettorie. 6c) Commenti dei bambini sul disegno di Newton (scheda 2) Mater iali scheda 2, immagine di Newton originale Far comprendere che l’orbita è un modo di cadere D: Newton per rappresentare le traiettorie possibili ha fatto questo disegno. Secondo il disegno i punti D, E, F e G sono punti in cui cade l’oggetto lanciato, se lo lancio ancora più forte. Cosa ne pensi? Le linee circolari rappresentano il moto di qualcosa che conosci? 8) ESPERIMENTO: L’ascensor e in caduta liber a e l’assenza di peso.
filmato caduta ascensore, ascensore in plastica
comprendere che l’ascensore in caduta libera c’è assenza molla si restringe, gli oggetti sul fondo dell’ascensore pavimento)
· · Mater iali: Obiettivi far di peso (la restano sul · Possibili domande da far e ai bambini ­ Come mai gli astronauti nelle navicelle spaziali nono in assenza di peso? ­ Il concetto di Peso e di Forza gravitazionale ­ L’ascensore in caduta libera: è senza gravità perché cade. Osservare che la molla non si allunga ­ Discutere i due sistemi di riferimento: l’ascensore che cade e cosa succede dentro l’ascensore ­ La navicella in orbita è in caduta libera ­ Gli astronauti nella navicella in orbita sono in caduta libera, quindi non sentono il peso (o forza gravitazionale), però è la forza di gravità che li tiene in ornbita. 9) ESPERIMENTO: modello analogico oggettuale di campo gr avitazionale Il modello si pone come ponte tra una visione locale e una globale o planetaria, comprensione del moto degli oggetti con velocità non nulla nella regione di campo gravitazionale considerata. I bambini provano le possibili traiettorie che una biglia può avere se ha una velocità iniziale non nulla. Esperimenti di Meccanica A cura di Italo Testa 1. Camminata avanti/fermata/indietro tra due sensori 2. Camminata strisciata 3. Camminata e carrello su guida orizzontale
4. Carrello spinto su guida orizzontale 5. Carrello spinto su pavimento 6. Carrello tirato su guida orizzontale 7. Carrello tirato su pavimento 8. Carrello su/giù su rampa (sonar in alto) 9. Carrello su/giù su rampa (sonar in basso) 10. Carrello su guida orizzontale che urta una parete 11. Carrelli che urtano su guida orizzontale: caso di un carrello fermo e l’altro in moto 12. Carrelli che urtano su guida orizzontale: caso di entrambi i carrelli in moto uno verso l’altro con velocità arbitrarie 13. Carrelli che urtano su guida orizzontale: studio del moto al variare della massa di uno dei carrelli 14. Oscillazioni da fermo di una persona 15. Oscillazioni quasi libere massa­molla 16. Oscillazioni smorzate 17. Piatto mosso dalle braccia, persona ferma e in camminata verso il sensore 18. Piatto mosso dalle braccia, persona ferma e in camminata in allontanamento dal sensore 19. Piatto mosso dalle braccia, persona su sedia in moto: caso di movimenti in fase 20. Piatto mosso dalle braccia, persona su sedia in moto: caso di movimenti in contro­fase 21. Piatto mosso dalle braccia, persona che oscilla su se stessa: caso di movimenti in fase 22. Piatto mosso dalle braccia, persona che oscilla su se stessa: caso di movimenti in contro­fase Esperimenti sulle onde meccaniche A cura di Giovanni Tarantino 1. Visualizzazione di onde meccaniche longitudinali e trasversali con le molle slinky. 2. Studio dell’interferenza tra impulsi tramite l’analisi video. 3. Misura della velocità di propagazione di un impulso lungo una corda tesa. 4. Misura della velocità del suono in aria con un sensore di suono. 5. Misura della velocità del suono in aria con un sensore di pressione per gas. 6. Misura della velocità del suono in solidi con il metodo della colofonia. 7. Analisi di Fourier di suoni. 8. Battimenti di onde sonore. 9. Risonanza di un sistema massa molla appeso al un altoparlante. 10. Studio quantitativo dell’effetto Doppler. Percor so di Fisica quantistica A cura di Alberto Stefanel Messa a punto di tre protocolli per l’attuazione di laboratori cognitivi con studenti di scuola secondaria superiore su: a) il concetto di incompatibilità; b) la non località dei fenomeni quantistici; c) la rappresentazione vettoriale degli stati e il principio di sovrapposizione. Principali pubblicazioni prodotte durante la ricerca 1. Michelini M., Ragazzon R., Santi L., Stefanel A. Discussion of a didactic proposal on quantum mechanics with secondary school students, Il Nuovo Cimento, 27 C, 5, 2004, pp. 555­567 2. Fedele B., Michelini M., Stefanel A. Five­ten years old pupils explore magnetic phenomena in Cognitive Laboratory (CLOE), Contrib. Esera Conf. 2005, Barcelona, approvato in stampa 3. Michelini M., Stefanel A., Materiali e strumenti interattivi in rete telematica per la formazione iniziale degli insegnanti elementari in fisica, Journal of e­Learning and Knowledge Society, volume 1, numero 2 luglio 2005 4. F. Bradamante, A. Stefanel, Learning problems related to field concept, in FFP­6 Udine 2004, sel. Contrib., approvato in stampa 5. Michelini M, Stefanel A., La didáctica de la física cuántica en la escuela secundaria y la construcción de pensamiento teórico, in Memorie de la VIII semana de la enseñanza del la física, N Arias ed, Universidad Districtal, Bogotá, approvato in stampa 6. Longo A., Michelini M., Stefanel A., Blended activity using learning object in web open­environments for primary school teachers formation in physics education, in M Michelini, S Pugliese Jona eds, Physics Teaching and Learning, Girep Book of sel. pap., Giperp­Forum, Udine 2005, pp. 103­112 7. Michelini M, Michelini M., Stefanel A. Hands­on Sensors for the exploration of light polarization, in G. Planinsic et al. eds, “Informal learning and Public understanding of Physics", Girep book of 3rd Girep Int. Sem., Lubiana 2005, approvato in pubblicazione.
8. Michelini M., Stefanel A. Informal training of primary school teachers on magnetic phenomena, in G. Planinsic et al. eds, “Informal learning and Public understanding of Physics", Girep book of 3rd Girep Int. Sem., Lubiana 2005, approvato in pubblicazione. 9. Binda M G, Fanutti M, Stefanel A, Sensori on­line nella scuola dell’infanzia e nella scuola primaria, in M Michelini, M. Pighin eds, Comunità Virtuale dalla Ricerca all’Impresa dalla Formazione a Cittadino, contributi selezionati al XLIII Congresso Annuale AICA 2005, AICA, Università di Udine, Udine, pp. 969­973 10. Michelini M., Stefanel A., Sensori on­line in una mostra hands­on per capire la polarizzazione della luce, in M Michelini, M. Pighin eds, Comunità Virtuale dalla Ricerca all’Impresa dalla Formazione a Cittadino, contributi selezionati al XLIII Congresso Annuale AICA 2005, AICA, Università di Udine, Udine, pp. 1071­1078 11. Bradamante F., Michelini M., Stefanel A., Il computer per capire situazioni reali complesse con semplici modelli fisici: il salto Fosbury, in M Michelini, M. Pighin eds, Comunità Virtuale dalla Ricerca all’Impresa dalla Formazione a Cittadino, contributi selezionati al XLIII Congresso Annuale AICA 2005, AICA, Università di Udine, Udine, pp. 1027­1033 12. Corni F., Michelini M., Santi L., Stefanel A. Sensori on­line per la formazione iniziale di insegnanti in fisica a udine, modena e bolzano, in M Michelini, M. Pighin eds, Comunità Virtuale dalla Ricerca all’Impresa dalla Formazione a Cittadino, contributi selezionati al XLIII Congresso Annuale AICA 2005, AICA, Università di Udine, Udine, pp. 1149­1161 13. Corni F., Michelini M., Stefanel A., Analisi di case study sulla formazione all’insegnamento scientifico di docenti elementari a Reggio Emilia e a Udine, La Fisica Nella Scuola XXXVIII, 2, 2005. 14. Michelini M., Stefanel A., Formazione degli insegnanti alla innovazione didattica in campo scientifico, in L’educazione scientifica nel raccordo territorio/università a Udine, M. Michelini ed, Consorzio Universitario­ Forum, Udine, 2004, pp. 71­104 Michelini M., Stefanel A., Un percorso sulla polarizzazione della luce per la scuola secondaria, in L’educazione scientifica nel raccordo territorio/università a Udine, M. Michelini ed, Consorzio Universitario­ Forum, Udine, 2004, pp. 202­225 15. Bosio S., Micehlini M., Sartori C, Stefanel A. Esplorare i processi di apprendimento informale nella mostra GEI: una ricerca, i suoi strumenti, in L’educazione scientifica nel raccordo territorio/università a Udine, M. Michelini ed, Consorzio Universitario­Forum, Udine, 2004, pp. 231­246 16. Stefanel A., Moschetta C., Michelini M., Laboratori cognitivi in un contesto informale per costruire il pensiero formale (dei bambini), in L’educazione scientifica nel raccordo territorio/università a Udine, M. Michelini ed, Consorzio Universitario­Forum, Udine, 2004, pp. 246­252 17. Bradamante F., Stefanel A. Difficoltà di apprendimento legate al concetto di campo in fisica, in L’educazione scientifica nel raccordo territorio/università a Udine, M. Michelini ed, Consorzio Universitario­Forum, Udine, 2004, pp. 252­258 18. Corni F., Michelini M., Stefanel A. Strategie di formazione iniziale degli insegnanti: una ricerca coordinata in un modulo di intervento formativo a Reggio Emilai e Udine, in L’educazione scientifica nel raccordo territorio/università a Udine, M. Michelini ed, Consorzio Universitario­Forum, Udine, 2004, pp. 262­275 19. Michelini M., Ragazzon R., Santi L., Stefanel A. Un Modulo di Intervento formativo (MIF) per i futuri insegnanti secondari sulla fisica quantistica, in L’educazione scientifica nel raccordo territorio/università a Udine, M. Michelini ed, Consorzio Universitario­Forum, Udine, 2004, pp. 275­283 20. Bradamante, F. Fedele, B. Michelini, M., Children’s spontaneous ideas of magnetic and gravitational fields., Proceedings ESERA conf ­Barcelona 2005 21. Bradamante F, Viennot L, Fields as a mapping of space: An accessible conceptual target and tool in primary education?, Proceedings ESERA conf ­ Barcelona 2005
