Ministero dell’Istruzione,
dell’Università della Ricerca
Università degli Studi di Udine
Dipartimento di Chimica, Fisica e Ambiente
Centro Interdipartimentale per la Ricerca Didattica
Piano Lauree Scientifiche PLS
Progetto IDIFO5
Via delle Scienze, 206 – 33100 Udine
Tel 043255-8211 Fax -8230
Relazione scientifica sulla
Scuola Estiva Nazionale di Fisica Moderna IDIFO5
per studenti di Scuole Secondarie Superiori
tenutasi presso la
Università di Udine 23-28 giugno 2014
nell’ambito del progetto
“Innovazione Didattica in Fisica e Orientamento (IDIFO5)”
del Piano nazionale Lauree Scientifiche, approvato e finanziato ai sensi
del DR. 191 del 06/10/08 della Direzione Generale per l’Università del MIUR
Introduzione.
La quinta edizione della scuola estiva di fisica moderna è stata attuata dal 23 al 28 giugno 2014
offrendola a 30 studenti del quarto anno delle scuole secondarie superiori di tutta Italia.
La Scuola Estiva IDIFO5 (SpS) è stata progettata e proposta in continuità con le precedenti del
luglio 2007, 2009, 2011, 2013.
La sua realizzazione, promossa dal Ministero dell’Istruzione, dell’Università e della Ricerca
(MIUR), dal Piano Lauree Scientifiche (PLS) e dall’Università di Udine con le sue strutture del
Centro Interdipartimentale di Ricerca Didattica (CIRD), del Dipartimento di Chimica, Fisica e
Ambiente (DCFA) per opera dell’Unità di Ricerca in Didattica della Fisica (URDF), ha avuto la
collaborazione dell’Istituto Nazionale di Fisica Nucleare (INFN), dell’Area Science Park di Trieste,
del Sincrotrone Elettra di Basovizza, del Consorzio per la Fisica di Trieste (CF), del Centro
Internazionale di Fisica Teorica (ICTP), dell’Università di Trieste, dell’Istituto Officina dei
Materiali del CNR (IOM), dell’Ufficio Scolastico Regionale del Friuli Venezia Giulia (USR-FVG),
dell’Ente Regionale per il Diritto allo Studio di Udine (ERDISU), della Friulservice, oltre che delle
20 Università che collaborano al Progetto IDIFO4.
Essa è stata progettata e messa a punto dall’Unità di Ricerca in Didattica della Fisica dell’Università
di Udine (URDF) come proposta formativa che traduce operativamente gli esiti di ricerca
sull’insegnamento/apprendimento della fisica moderna e ne impiega i materiali didattici validati in
sperimentazioni pilota di ricerca, essendo essa stessa sede di ricerca (Pospiech, Michelini, et al.,
2008; Corni, Michelini et al., 2009; Michelini 2010 a, b, c; Gervasio, Michelini Et Al., 2010;
Michelini, Viola, 2010; Michelini, Santi, Stefanel, 2010 a, b, c).
Il suo scopo è stato offrire ai migliori studenti italiani interessati alla fisica una base per lo studio di
argomenti di Fisica Moderna, quali Meccanica Quantistica, Superconduttività, Massa e energia, a
partire da una ricostruzione concettuale dei contenuti di elettromagnetismo ed elettrodinamica e
dagli strumenti formali che le consentono di inquadrarle teoricamente.
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Il Bando e la selezione
Il bando della scuola SEEFM (All. 1) è stato pubblicato in rete all’indirizzo
http://www.fisica.uniud.it/URDF/laurea/idifo5/sefms2014.html, unitamente la modulo per la
domanda di partecipazione (all.2) e diffuso a tutte le scuole d’Italia.
In risposta al bando della scuola SpS, sono pervenute 281 domande, di studenti di classi quarta di
scuole secondarie superiori di 18 regioni italiane.
Sul totale delle domande complessivamente pervenute, hanno prevalso le domande provenienti
dalle regioni del centro-nord Italia (112 e 114 rispettivamente), rispetto a quelle provenienti dalle
regioni del sud Italia (56), a differenza di quanto avvenuto nelle edizioni precedente in cui le
domande provenienti dal sud Italia erano state prevalenti.
In fig. 1 è riportato il dettaglio per regione delle domande.
PUGLIA
CAMPANIA
LAZIO
LOMBARDIA
VENETO
SICILIA
PIEMONTE
UMBRIA
CALABRIA
ABRUZZO
EMILIA ROMAGNA
MOLISE
TRENTINO ALTO ADIGE
TOSCANA
FRIULI VENEZIA GIULIA
LIGURIA
MARCHE
SARDEGNA
BASILICATA
VALLE D'AOSTA
0
10
20
30
40
50
60
70
80
Fig.1 Distribuzione delle domande per regione.
Le domande pervenute sono state esaminate da un’apposita commissione, come da verbali allegati
(allegati3-4): 275 sono state le domande ammesse alla selezione, presentate entro il termine della
scadenza del 16 maggio 2014 e complete delle valutazioni scolastiche. Sei domande sono state
escluse in quanto pervenute in ritardo.
Questo il dettaglio per quello che riguarda la scuola di provenienza degli ammessi alla selezione:
Licei Scientifici (232); Liceo delle Scienze applicate (4); Liceo Classico (32); Istituto Tecnico
Industriale (5), Altre scuole (2).
Fino ad un massimo di 4 posti sui 30 previsti da bando (15%) è stata data priorità alle domande di
residenti in Regione FVG.
La graduatoria di selezione è stata stilata, in base ai criteri riportati in dettaglio in allegato (All,3)
sommando i punteggi attribuiti a: curriculum scolastici nelle materie scientifiche (fisica,
matematica, scienze, discipline dell’ambito scientifico-tecnologico degli istituti tecnici o di altro
tipo di istituto), nello scrutinio finale dell’anno scolastico 2012/13 e in quello relativo al primo
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periodo dell’a.s. 2013/14, tipologia di corso di studi seguito, titoli presentati dai candidati (stage e
laboratori formativi; gare di ambito scientifico). La graduatoria delle domande, congiuntamente alla
lista degli ammessi alla scuola e ai verbali della commissione di selezione, è stata pubblicata
all’indirizzo: http://www.fisica.uniud.it/URDF/laurea/idifo5/sefms2014.html
In fig.2 sono riportate le distribuzioni delle valutazioni ottenute dagli studenti ammessi alla
selezione. La media delle valutazioni (su base 20) ottenute dagli studenti nei due anni considerati
per l’ammissione è stata 16.91.6, senza differenze statisticamente significative tra macroaree
geografiche (Nord: 17.01.6; Centro+Sardegna; 16.81.7; Sud: 17.81.5). Omogeneità del
campione e alto livello della prestazione scolastica, degli studenti che hanno presentato la domanda,
sono aspetti che hanno sempre caratterizzato gli studenti che hanno presentato le domande di
partecipazione delle scuole estive di Udine.
Sono aspetti che sono coerenti precedenti con l’attenzione e l’interesse che la scuola SpS stimola
negli studenti di eccellenza delle scuole italiane e della risposta che essa costituisce alla richiesta di
valorizzazione e di opportunità di conoscere e/o approfondire la fisica moderna degli studenti di
talento delle scuole italiane.
Fig.2 Distribuzioni delle classi di valutazione riportate dagli studenti che hanno fatto regolare domanda di
partecipazione alla scuola SpS.
La commissione di ammissione ha stilato la graduatoria delle domande traducendo in punteggio i
criteri prima richiamati. La base del punteggio è stata data dalla media delle valutazioni sui due anni
indicati e dalla scuola di provenienza. Ad eventuali altri titoli documentati sono stati attribuiti
ulteriori punteggi a scalare per: presentazione della scuola; partecipazione alle prove internazionali,
nazionali, regionali, locali delle olimpiadi della fisica, della matematica, delle scienze, della
chimica; superamento di esami di ammissione all’accademia militare; frequenza documentata a
corsi universitari di non meno di 25 ore (All.3-4).
I criteri per l’ammissione sono stati: il migliore di ogni Regione, che avessero ottenuto un punteggio
superiore al terzo quartile, in base al punteggio conseguito; i migliori studenti del Friuli Venezia
Giulia fino ad un massimo di 4 (15% sul totale ammessi alla scuola); gli studenti con il punteggio
più alto fino al trentesimo posto e quindi a scalare in caso di eventuali rinunciatari.
Nella tabella 1 sono riepilogati per ogni regione: il numero di domande e il numero di studenti
ammessi.
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REGIONE
SARDEGNA
MARCHE
LIGURIA
FRIULI VENEZIA G.
TOSCANA
TRENTINO A. A.
MOLISE
EMILIA ROMAGNA
ABRUZZO
CALABRIA
UMBRIA
PIEMONTE
SICILIA
VENETO
LOMBARDIA
LAZIO
CAMPANIA
PUGLIA
Totale
Piano Lauree Scientifiche PLS
Progetto IDIFO5
N Dom
6
19
1
25
9
10
3
5
8
4
5
22
14
39
12
72
19
2
Ammessi
1
3
0
4
0
1
2
1
3
1
1
3
2
1
1
2
1
1
275
30
Tabella 1. Riepilogo del numero di domande pervenute per regione e studenti ammessi per
regione
In fig. 3 è raffigurata la distribuzione geografica delle domande e dei partecipanti alla scuola.
Fig. 3. Distribuzione regionali delle domande suddivise per regione e numero partecipanti alla scuola SPS.
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STRUTTURA ORGANIZZATIVA
La struttura organizzativa della Scuola è descritta dalle seguenti strutture di responsabilità.
Responsabile del Progetto IDIFO5
Marisa Michelini, Responsabile IDIFO4, UniUD
Direttore della Scuola SEEFM
Lorenzo Santi, URDF, UniUD
Comitato Scientifico della Scuola SpS di IDIFO5
Alberto Felice De Toni, Magnifico Rettore dell’Università di Udine
Pietro Corvaja, Vice-Direttore della Scuola Superiore, UniUD
Alessandro Trovarelli, Direttore DCFA, UniUD
Marisa Michelini, Responsabile IDIFO5, UniUD
Maria Peressi, Responsabile PLS – Fisica UniTS
Lorenzo Santi, URDF UniUD
Alberto Stefanel, URDF UniUD
Direzione Scientifica della Scuola SpS
Marisa Michelini, Lorenzo Santi, Alberto Stefanel
Responsabile dei Laboratori della Scuola SpS
Lorenzo Santi
Tutor Didattici della Scuola SpS
Lorenzo Marcolini, Emanuele Pugliese e Rossana Vio
Comitato di Valutazione
Anna Brancaccio, MIUR, Direzione Generale degli Ordinamenti Scolastici
Rossana Viola, LS Bari
Marcolini Lorenzo, AIF Udine
Supporto Tecnico
Domelio Darù, DCFA, UniUD; Filippo Pascolo, AINF, UniUD; Alberto Sabatini, DCFA, UniUD; Mauro Sabbadini, CIRD, UniUD; Giorgio
Salemi, DCFA, UniUD, Giuseppe
Cabras, DCFA UniUD.
Supporto Amministrativo Organizzativo
Donatella Ceccolin, CIRD,
Daniel Bucovaz, DCFA, UniUD; UniUD; Lucia Denaro, DCFA, UniUD; Sandra Muzzin, DCFA, UniUD; Fiorella Zanini, DCFA, UniUD;
Valentina Zufferli, DCFA, UniUD ,
Manuela Croatto – ASTU, Cristina Disint – Resp. del CORT
Francesca Rinaldis – Resp. della SUPE
Gino Capellari UniUD – Resp. AMCE SPEP
Collegio Docenti e Tutor
Ilario Boscolo, URDF, UniUD
Sidharth Burra Gautam, B.M. Birla Science Centre Director, India
Gino Cappellari, Responsabile Servizi integrati di prevenzione e protezione d’Ateneo dell’Università di Udine
Pietro Corvaja, URDF, UniUD
Riccardo Cucini, Laboratori Sincrotrone Elettra
Giuseppe Fera, URDF, UniUD
Maria Lucia Gallo, URDF, UniUD
Mario Gervasio, URDF, UniUD
Andrea Lausi, Laboratori Sincrotrone Elettra
Lorenzo Marcolini, AIF Udine, URDF UniUD
Marisa Michelini, Responsabile IDIFO3, UniUD
Giorgio Pastore, Università di Trieste
Maria Peressi, Università di Trieste
Emanuele Pugliese, URDF, UniUD
Lorenzo Santi, Direttore della SEEFM, UniUD
Alberto Stefanel, URDF, UniUD
Stefano Vercellati, URDF, UniUD
Giacomo Zuccarini, URDF, UniUD
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LE CARATERISTICHE PROGETTUALI E INNOVATIVE DELLA SCUOLA SEEFM
La Scuola Estiva per Studenti di eccellenza in Fisica Moderna (SpS) è stata organizzata come parte
del progetto IDIFO5 (http://www.fisica.uniud.it/URDF/laurea/idifo5/sefms2014.html) nell’ambito del
Piano Nazionale Lauree Scientifiche. Le attività della Scuola sono progettate come ricaduta di anni
di ricerca in didattica della fisica: molti dei materiali sono stati studiati e spesso validati in contesti
di ricerca internazionale [Michelini 2010 a,b,c; Pospiech et al 2008; Michelini, Viola 2010;
Pugliese, Santi 2012].
L’impianto progettuale della Scuola Estiva SpS 2014 è stato sviluppato avendo come base il
modello messo a punto e già sperimentato nelle precedenti edizioni. Tale modello prevede
l’integrazione di diversi tipi di laboratorio PLS, attuata con uno studiato bilanciamento per garantire
una formazione compiuta su un ampio spettro di contenuti fondanti della fisica moderna [Cassan et
al. 2010; Gervasio et al. 2010; Michelini, Santi, Stefanel 2010 a,b,c; Michelini 2010c].
Gli elementi caratterizzanti della progettazione della scuola e del suo programma attuativo sono
stati: la tipologia delle attività; gli ospiti stranieri che hanno offerto alla scuola seminari formativi di
alto livello; l’organicità e dei percorsi didattici proposti; il ruolo che la ricerca didattica ha avuto su
diversi piani: dei percorsi didattici, progettati e messi a punto secondo i criteri del Design Based
Research (Anderson e Shattuck 2012) basati sulla ricerca e validati da sperimentazioni di ricerca
secondo la Model of Educational reconstruction (Duit 2006); degli apparati utilizzati per le
esplorazioni e gli esperimenti che i ragazzi hanno potuto utilizzare e frutto di studi nell’ambito della
Ricerca e Sviluppo (Lijnse 1995; Beichner 2006; Wang & Hannafin 2005); degli strumenti di
monitoraggio utilizzati anche come materiali di lavoro dai ragazzi, oggetto di specifici studi e messa
a punt, nella prospettiva dell’Inquiry Based Learning (Abd-El-Khalick et al. 2004; McDermott et al.
2000; Michelini et al 2010; Michelini, santi Sperandeo 2002) per costituire efficaci strumenti da cui
estrarre informazioni sui processi di apprendimento degli studenti.
Se ne discutono le peculiarità.
Le tipologie di attività sono state cinque:
1) percorsi di esplorazione attiva per mettersi in gioco analizzando fenomeni e possibili
interpretazioni sui temi dell’elettromagnetismo, della meccanica quantistica, della
superconduttività, della relazione massa-energia in fisica moderna;
2) laboratorio sperimentale a gruppi su esperimenti di avanguardia e cruciali per la fondazione delle
due nuove teorie dell’ultimo secolo, come la meccanica quantistica e la relatività, con modalità in
presenza e diretta conduzione delle misure a gruppi nei Laboratori di Fisica dell’Università di
Udine;
3) laboratorio di calcolo numerico per cimentarsi nella fisica computazionale, in particolare presso
l’Università di Trieste per lo studio dei sistemi caotici, nel contesto del percorso di Meccanica
Quantistica per l’esplorazione delle fenomenologie della polarizzazione della luce e dello spin
dell’elettrone;
4) problem solving, test, sfide e gare sui concetti affrontati;
5) seminari su temi di avanguardia della ricerca in matematica ed in fisica, tenuti da alcuni dei più
illustri esponenti della ricerca in tali ambiti a livello internazionale: particolarmente significativo è
il contributo dei docenti della Sezione di Fisica del Dipartimento di Chimica, Fisica ed Ambiente e
della Scuola Superiore dell’Università di Udine, del Dipartimento di Fisica dell’Università di
Trieste e del Centro di simulazione numerica Democritos dello IOM-CNR.Ospiti speciali sono stati
i professori:
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- Burra G Sidharth, Direttore del Birla Science Centre in Hyderabad, India, che ha offrto alla
Scuola un seminario (in inglese) sul concetto di tempo, che è un problema ancora aperto dalla fisica
classica nell’attuale fisica moderna, con riflessione sugli aspetti cosmologici;
- Josip Slisko, docente di chiara fama dell’Università di Puebla in Messico, che ha proposto un
originale contributo su esempi di problem solving, ampiamenti apprezzati in congressi
internazionali e tra le attività che sono emerse come più motivanti per gli studenti.
A tali attività si sono integrate quelle di visita alle strutture dell’Area di Ricerca e del Sincrotrone di
Trieste-Basovizza, il laboratorio IOM-CNR, il Centro Internazionale di Fisica Teoria (ICTP) di
Trieste in cui si è svolta la cena sociale della scuola nella forma di “Cena con gli Scienziati”.
Ogni attività è stata parte di un percorso organico di formazione sui principali temi della fisica
moderna: uno stretto coordinamento tra tutti i docenti ha permesso di mettere a punto i materiali
utilizzati, che sono la ricaduta in chiave di proposta e materiali didattici di anni di ricerca. Gli
esperimenti proposti costituiscono spesso prototipi o esemplari unici di esperimenti di fisica
moderna a livello europeo.
La dimensione di ricerca caratterizza la formazione nella Scuola Estiva. Sono stati utilizzati e
validati materiali di riferimento e schede di lavoro, che dovranno essere compilate come nei campus
di eccellenza inglesi e americani, per consentirci di analizzare il processo di apprendimento, che
verrà certificato in termini di competenze specifiche acquisite, secondo metodi di valutazione
validati a livello internazionale. Attestazioni specifiche verranno rilasciate anche per le gare.
L’insieme delle tipologie di attività previste ha consentito di attuare una didattica laboratoriale in
cui gli studenti hanno avuto ruolo attivo nella costruzione del proprio percorso formativo e del
processo di orientamento in particolare agli studi futuri, avendo potuto avere esperienza delle
metodologie e modalità tipiche dell’analisi fisica dei fenomeni naturali e nella costruzione del
pensiero formale.
Il peso percentuale delle diverse attività è stato ripartito nel modo seguente: 1) Laboratori didattici
32%; 2) Laboratorio sperimentale 17%; 3-4) Laboratori di calcolo e matematica 11%; 5) Gare,
preparazione, svolgimento relazioni e prove finali 16%; 6) Seminari 9%; 7) Visite 16%.
Il programma dettagliato, allegato alla presente relazione (All. 5), è stato pubblicato all’indirizzo
http://www.fisica.uniud.it/URDF/laurea/idifo5/sefms2014.html, in cui si trova anche il materiale
didattico sviluppato dall’Unità di Ricerca in Didattica della Fisica dell’Università di Udine (URDF)
utilizzato nella Scuola, e accessibile in rete agli indirizzi:
http://www.fisica.uniud.it/URDF/laurea/materiali/index.htm
http://www.fisica.uniud.it/URDF/secif/mec_q/mq.htm
http://www.fisica.uniud.it/mosem/indice.htm
e disponibili anche su supporti cartacei, forniti anche ai corsisti tra i materiali di lavoro per quello che
riguarda gli specifici aspetti trattati nella scuola.,
Si è scelto di offrire il massimo in contenuti innovativi, qualità della proposta formativa,
metodologie e materiali didattici utilizzati per rispetto di chi è venuto a Udine per imparare, per
giunta in un periodo tipicamente dedicato alle vacanze estive. La convinzione dei promotori della
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scuola, maturata da una riflessione basata sui dati del monitoraggio di ricerca effettuato nelle scorse
edizioni [Mossenta, Stefanel 2010], è che la proposta progettuale della scuola dia effettiva risposta
alla stessa scelta dei partecipanti sia nel breve periodo, richiedendo un carico di lavoro intenso ma
al tempo stesso gratificante dal punto di vista concettuale e delle interazioni personali, sia
soprattutto nel lungo periodo come esperienza culturale e sociale significativa per la propria
formazione e sicuramente unica sul piano dei contenuti per coloro che non avranno scelto di
proseguire studi in fisica.
Fig.4 Fasi di laboratorio didattico della scuola estiva SEEFM.
Si è previsto che ciascuno potesse avere personale e diretta esperienza di costruzione del pensiero
formale a partire dallo studio fenomenologico di tipo esplorativo o di laboratorio avanzato,
utilizzando strumenti e metodi attuali nella ricerca scientifica: sia in percorsi tematici che in
laboratori sperimentali e multimediali.
Esperimenti avanzati di fisica moderna, effettuati direttamente a piccoli gruppi dagli studenti, sono
tra le attività caratterizzanti la scuola. È stato possibile proporli agli studenti della SpS grazie alla
disponibilità di una raccolta, unica nel panorama italiano, di esperimenti su contesti particolarmente
rilevanti per raccordare fisica classica e fisica moderna, ovvero per porre in evidenza i limiti
interpretativi della fisica classica e porre le basi per la costruzione di nuovi modi di pensare in fisica
(Michelini 2010c, cap. 3; Gervasio et al. 2010). Tali esperimenti utilizzano sistemi tradizionali,
sistemi interfacciati con il computer, prototipi innovativi progettati e sviluppati dall’URDF
dell’Università di Udine e sono stati approntati nei laboratori didattici della Sezione di Fisica e
Matematica del DCFA dell’Università di Udine, oggi dotati di tutti i principali sistemi esistenti per
la didattica di misure con sensori on-line e modellizzazione al computer. Nella scuola estiva SpS
2014 è stata proposta la seguente selezione di esperimenti nei laboratori a rotazione: A) misura della
velocità della luce con il metodo dello spostamento di fase, realizzata in due postazioni grazie alla
disponibilità di due attrezzature prototipali (Santi, Vercellati 2010); B) misura con un sistema online di acquisizione dati interfacciato via USB all’elaboratore della resistenza in funzione della
temperatura di campioni di metalli, semiconduttori, superconduttori (Michelini, Santi 2010); C)
misura e analisi della distribuzione di intensità in figure di diffrazione da singola fenditura
(Michelini 2010d); D) Analisi sperimentale della legge di Malus (Stefanel 2010); E) misura del
rapporto e/m per l’elettrone con il metodo delle bobine di Helmotz e analisi dell’esperimento di
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Franck-Hetz, entrambi realizzati postazioni uniche con apparati di tipo commerciale; F) misura di
coefficiente Hall per conduttori e semiconduttori (Gervasio, Michleini, Santi 2010). Gli apparati di
rilevazione interfacciati via USB con l’elaboratore utilizzati negli esperimenti B), C), F) sono esito
del lavoro di ricerca e sviluppo dell’URDF (Gervasio Michelini 2009).
La Scuola Estiva di Fisica Moderna SpS ha offerto coerenti percorsi operativi partecipati con
modalità ludiche e sfide per la costruzione del pensiero formale su rilevanti aspetti di fisica
moderna. Ha offerto percorsi di ragionamento a partire da attività sperimentali e situazioni
problematiche su cui il personale coinvolgimento dei ragazzi riguarda non solo attività sperimentali,
analisi e discussione dei dati, ma anche l’interpretazione di fenomeni, che sono stati cruciali per
costruire le nuove teorie della fisica del novecento. Ha offerto attività sperimentali avanzate
realizzate ed analizzate direttamente dai ragazzi nel laboratorio didattico. Ha fornito quadri
concettuali di rifermento attraverso attività seminariali partecipate. Hanno arricchito il fecondo
clima già sperimentato, le gare proposte come sfide interpretative su problemi concettuali sia come
attività collaborative a gruppi sia come problem solving da affrontare individualmente.
Ogni attività si è sviluppata come parte di un percorso organico di formazione sui principali temi
della fisica moderna: uno stretto coordinamento tra tutti i docenti ha permesso di mettere a punto i
materiali utilizzati, che sono la ricaduta didattica di anni di ricerca.
L’intero percorso formativo della scuola si configura come proposta organica, che può essere
ricostruito ripercorrendone il programma (allegato 5).
Nelle tre sessioni del laboratorio didattico della scuola SpS:
Sessione I - Laboratorio di polarizzazione ottica per avvicinarsi alla teoria della Meccanica Quantistica;
Sessione II - Dalla fenomenologia al formalismo della meccanica quantistica;
Sessione III - Cristalli birifrangenti e conseguenze del principio di sovrapposizione lineare;
Sessione IV – Riguardare la Meccanica Quantistica con lo spin: analisi con simulazioni dell’esperimento di
Stern e Gerlach
gli studenti hanno potuto esplorare i concetti fondanti della teoria quantistica nel contesto specifico
della polarizzazione lineare dei fotoni e costruire il significato concettuale del formalismo
quantistico di base. L’analisi del contesto dello spin, che può essere formalizzato in uno spazio di
Hilbert bidimensionale come per la polarizzazione, ha permesso di rendere conto in modo diretto
della differenza tra spazio reale e spazio degli stati, tra proprietà vettoriali dei sistemi quantistici
come lo spin e vettori di stato.
Parallelamente allo sviluppo del percorso di meccanica quantistica, la ricostruzione in termini
operativi dei concetti base del magnetismo ed elettromagnetismo, proposta, nel laboratorio
didattico “Laboratorio interattivo di elettromagnetismo: dalle proprietà del campo magnetico all’induzione
elettromagnetica”, ha costituito per gli studenti lo sfondo concettuale e contesto integratore su cui si
sono innestate via via le diverse proposte di percorsi didattici e laboratoriali sviluppati. I concetti di
campo magnetico, flusso del campo magnetico e la sua variazione, vettore di magnetizzazione
costruiti operativamente con semplici esplorazioni sperimentali hanno costituito i referenti
concettuali che gli studenti hanno potuto utilizzare per analizzare la fenomenologia dei
superconduttori, proposta nelle due sessioni di laboratorio:
Sessione I - Esplorazione sperimentale di proprietà magnetiche dei superconduttori
Sessione II - Interpretare fenomeni superconduttivi con modelli fenomenologici
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A partire dallo studio di situazioni di sospensioni magnetiche e dall’analisi dei processi alla base di
fenomeni quali la caduta a velocità costante di un magnete all’interno di un tubo di materiale
conduttore, gli studenti hanno analizzare l’effetto Meissner per riconoscere la natura di diamagneti
perfetti dei superconduttori. L’analisi qualitativa del processo di formazione delle coppie di Cooper
ha permesso di attivare un ponte concettuale verso la meccanica quantistica.
Fig.6 Gli studenti esplorano la levitazione Meissner
Il legame tra proprietà magnetiche e di conduzione elettrica dei superconduttori, attivata dal
riconoscimento del ruolo dei processi di induzione elettromagnetica è stata studiata
sperimentalmente nel “Laboratorio Sperimentale a Gruppi”, attraverso l’esplorazione sperimentale
del breakdown della resistività nei superconduttori, integrandola con misure di coefficiente Hall.
Altri contesti ed esperimenti cruciali che hanno portato al riconoscimento della natura atomica e
quantizzata della materia sono stati esplorati dagli studenti nel laboratorio sperimentale:
Esperimento di Franck e Hertz, misura del rapporto e/m. È stata inoltre approfondita l’analisi della
fenomenologia dell’ottica fisica come contesto in cui costruire un ponte verso la meccanica
quantistica, attraverso l’analisi sperimentale della distribuzione dell’intensità luminosa prodotta
dalla diffrazione di un fascio di luce laser da singola fenditura e della luce trasmessa da polaroid
(legge di Malus).
Il raccordo tra le due principali teorie della fisica del XX secolo, la teoria quantistica e la teoria
relativistica, è stato affrontato andando ad esplorare sperimentalmente la velocità della luce nel
“Laboratorio Sperimentale a Gruppi” e nella prospettiva della relazione tra massa e energia nel
laboratorio didattico: Percorso Massa-Energia: Difetto di massa nei decadimenti β: modellizzazione.
Quantità di moto ed energia cinetica nell’ambito della cinematica e dinamica relativistica a partire dai
due postulati, Percorso di Massa ed Energia: fotone come particella relativistica. La massa in relatività
con esperimenti mentali. La teoria relativistica riguarda in un modo del tutto innovativo rispetto alla
fisica classica e trova nell’analisi delle reazioni nucleari e dei decadimenti radioattivi un contesto
privilegiato oltre che di applicazione anche e soprattutto di comprensione del concetto di massa.
Infine nel Laboratorio di simulazione numerica, gli studenti hanno potuto cimentarsi con un altro
contributo della fisica del ‘900 “Sistemi dinamici regolari e caotici”.
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Fig. 7 Studenti della scuola in una fase seminariale della scuola
Le strategie, adottate in particolare nei laboratori didattici e sperimentali sono quelle tipiche di:
inquiry base learning (McDermott 1997, 1998; McDermott et al. 2000; Abd-El-Khalick et
al. 2004; Michelini 2006; Bell et al. 2010; DeJong 2010; Endorf RJ, et al. 2009)
popular problem solving (Munson 1988; Watts 1991; Bosio et al. 1998)
P.E.C. (previsione, esperimento, confronto) (Lawson 2009; Sokoloff, Lawson, Thornton
2004, Thornton, Sokoloff 1999; Michelini, Santi, Sperandeo 2002)
analisi di artefatti (Bartolini Bussi et al. 2005; Michelini, Viola 2010)
Una particolare cura e attenzione è stata posta alla sicurezza nel laboratorio, in merito alla quale è
stato dedicato uno specifico corso di 4 ore svolto attraverso formazione a distanza, con software di
tracciamento, che comprende tutti i contenuti richiesti dall’art. 37, comma 1 lettera a) del decreto
legislativo 81/2008, e s.m.i. Il vademecum sulla sicurezza è stato reso disponibile in rete
all’indirizzo: http://www.fisica.uniud.it/URDF/laurea/idifo5/sefms2014.html. L’attestazione viene
automaticamente visualizzabile in rete.
Tutti i materiali di lavoro sono stati corredati dalla indicazioni sui principali rischi, le principali
sorgenti di rischio, i comportamenti da tenere per garantire la sicurezza. Ogni sessione che
prevedeva attività laboratoriali è stata aperta con richiami a tali indicazioni, riportate anche sui
banchi di lavoro.
I materiali.
I materiali forniti agli studenti come supporto all’attività svolta durante la scuola SpS,
completamento alle attività svolte in presenza e occasione per riprendere in futuro temi e approcci
seguiti, monitoraggio su diversi piani dei percorsi formativi degli studenti sono stati in parte frutto
di precedenti ricerche condotte sia a livello internazionale sia italiano primo fra tutti quello delle
precedenti edizioni del progetto IDIFO, in parte esito di uno specifico lavoro di progettazione in
vista della scuola estiva SpS.
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Figura 8. Lo zainetto della scuola e i materiali in esso contenuti.
Nello zainetto della scuola (fig. 8) sono stati raccolti due tipi di materiali:
materiali informativi per le attività della scuola SpS; informazioni universitarie e turistiche
di Udine e del Friuli VG:
- Lettera di Benvenuto del direttore di IDIFO e di SpS prof.ssa Marisa Michelini
- Tabella delle attività di Laboratorio avanzato e della relativa organizzazione in 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 Turistico dell’Azienda Turismo Friuli Venezia Giulia
- Depliant informativo sulla Sicurezza in laboratorio
materiali di approfondimento
- Michelini M, Stefanel S., Fisica quantistica, LithoStampa, 2004
- Michelini M., Stefanel A., La polarizzazione della luce. Catalogo di esperimenti, Forum,
2006
- Michelini M, Proposte didattiche sulla fisica moderna. Strumenti per una didattica
laboratoriale, LithoStampa, 2010
dispense:
- Introduzione al percorso Massa Energia, E. Pugliese, URDF
- Esperimenti in laboratorio, L. Santi, URDF
A tali materiali si sono aggiunti nel corso della settimana di attività:
le due dispense:
- Riguardare la Meccanica Quantistica con lo spin, G. Zuccarini, URDF
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- Laboratorio di simulazione numerica, M. Peressi e S. Pastore, Università di Trieste
i tutorial di lavoro, Inquiri Based (McDermott 1008, 1999; Michelini 2010 c) e
monitoraggio:
- Percorso di Meccanica Quantistica, M. Michelini, A. Stefanel e G. Zuccarini, URDF
- Equivalenza Massa-Energia, E. Pugliese e L. Santi, URDF
- Percorso sull’Elettromagnetismo, S. Vercellati, URDF
- Percorso sui fenomeni superconduttivi, M. Michelini e A. Stefanel, URDF
- Laboratorio di simulazione numerica, M. Peressi e G. Pastore, Università di Trieste
- Scheda di valutazione (da riconsegnare alla conclusione della Scuola), A. Stefanel,
URDF
Grazie all’utilizzo di tali strumenti gli studenti hanno potuto consolidare la comprensione di un
consistente spettro di concetti inerenti alla fisica moderna, è stato possibile certificare il
raggiungimento delle competenze effettivamente raggiunte dagli studenti, monitorare i processi di
costruzione concettuale degli studenti.
ASPETTI ATTUATIVI DELLA SCUOLA
Tutta l’attività della Scuola Estiva, oltre che dagli studenti ammessi, è stata seguita a tre livelli:
studenti universitari, insegnanti di fisica esperti e in formazione, ricercatori universitari. Ogni
attività, infatti è stata realizzata con due docenti-ricercatori, due dottorandi di ricerca in didattica
della fisica, due post-doc, tre insegnanti di scuola secondaria e quattro tecnici, oltre al personale di
segreteria.
L’avvio e attuazione della Scuola Estiva sono state seguite con interesse da autorità locali e
nazionali.
All’apertura sono intervenuti: Prof.ssa Anna Brancaccio – in rappresentanza del Dipartimento per
l’Istruzione del MIUR; Dott.ssa Cremaschi – in rappresentanza del presidente della Regione FVG Dott.ssa
Seracchiani; Prof.ssa Maria Peressi – Responsabile del PLS UniTs; Prof. Furio Honsell – Sindaco di Udine;
Prof. Pietro Corvaja – vice-direttore della Scuola Superiore; Prof. Giancarlo Verardo – Vice Direttore del
Dipartimento di Chimica Fisica e Ambiente; Prof. Paolo Giannozzi – Responsabile della Sez. di Fisica e
Matematica del DCFA; Prof.ssa Anna Maria Zilli – Dirigente scolastico dell’Ist. “Stringher” di Udine.
Hanno inviato uno specifico saluto in occasione dell’apertura: Prof.ssa Speranzina Ferraro – in
rappresentanza della Direzione Generale, dott.ssa Giovanna Boda; Quevedo Fernando – Direttore ICTP; dot
Martinelli – Direttore SISSA TS; Enzo Moi e Roberto Della Marina – Direttore e vice-direttore dell’AREA
Science Park; Gaetano Senatore – Direttore del Dipartimento di Fisica UniTS; Panariti Loredana – Assessore
all’istruzione della Regione FVG; Govetto Beppino – Assessore all’istruzione Provincia di Udine; Mazzolini
Aldo Roberto – Direttore Servizio interventi per il Diritto agli Studi Superiori ARDISS; Kovatsch Claudio –
Direttore Generale ARDISS (ERDISU); Prof. Isidoro Sciarratta – Segretario AIF Sez. PN; Prof. Lorenzo
Marcolini - Segretario AIF Sez. UD; Daniela Beltrame – Direttore dell’USR del FVG
Alla giornata conclusiva non ha voluto mancare invece il Magnifico Rettore dell’Università di
Udine che ha sottolineato l’importanza e il valore della scuola SpS sia per chi vi ha partecipato, sia
per l’Università di Udine, come evento di rilievo.
Tutte le attività, sia di laboratorio didattico, sia di Laboratorio sperimentale avanzato (LSG in
programma) sono state organizzate per gruppi di 4-5 studenti, differenziati per area geografica di
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provenienza e valutazione scolastica. Le turnazioni hanno permesso a tutti di effettuare in prima
persona gli esperimenti..
La scuola ha occupato quattro giornate intere e due mezze giornate (il pomeriggio del primo giorno
e la mattina dell’ultimo), oltre a tre serate, dedicate a gare, seminari di approfondimento, cena con
gli scienziati (proiezione del film-documentario “The dream of symmetry”, su Abdus Salam e cena
con gli scienziati all’ICTP). L’esperienza di visitare importanti centri di ricerca presenti sul
territorio è stata considerata particolarmente importante dagli studenti per conoscere il mondo della
ricerca e in particolare gli ambienti internazionali, i grandi macchinari della fisica, il lavoro del
ricercatore.
Figura.9 . Gli studenti relazionano sulle attività della Scuola.
Monitoraggio e valutazione
Monitoraggio e valutazione della Scuola SpS sono stati effettuati su diversi piani e livelli.
Diversi valutatori hanno seguito le attività in presenza della Scuola SpS: un rappresentante del
ministero, (prof.ssa Anna Brancaccio, MIUR, Direzione Generale degli Ordinamenti Scolastici);
l’insegnante esperta Rossana Viola, di cui si riporta in allegato la relazione (All. 7).
Per la valutazione sono state svolte interviste ed effettuati i seguenti quattro tipi di indagine con
questionari e tutorial:
‐ gli specifici apprendimenti con le schede IBL , da consegnare al termine di ogni attività,
‐ i fattori motivanti verso la fisica con il questionario PLS nazionale da effettuare in rete
telematica al termine di ogni attività e al termine della Scuola; il questionario internazionale
HOPE;
‐ i pareri degli studenti sulle specifiche attività svolte, da compilare autonomamente giorno
per giorno in formato cartaceo e consegnare sabato mattina 28 giugno, al momento di
ritirare gli attestati di partecipazione;
Sono stati inoltre importanti strumenti di valutazione le presentazioni degli studenti il sabato
mattina
sui compiti assegnati.
Nella scuola SpS è stata monitorata la presenza degli studenti ad ogni attività, il loro percorso
formativo e sono state valutati gli apprendimenti degli studenti con diversi strumenti e a diversi
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livelli utilizzando metodologie e strumenti messi a punto nelle passate eduzioni (Mossenta, Stefanel
2010; Michelini, Mossenta, Santi, Stefanel 2010).
I ragazzi hanno valutato ogni percorso esplorativo e le attività di laboratorio, così come l’intera
Scuola, che si è configurata come stage PLS utilizzando gli strumenti di valutazione standard
nazionali PLS in rete telematica presso il CINECA. In aula multimediale sono stati dedicati
momenti specifici per questa valutazione. Oltre a ciò gli studenti hanno compilato una scheda
(allegato 6) con valutazione giornaliera delle singole attività svolte e indicazione, a conclusione
della scuola, delle tre attività ritenute più significative per contenuto, contributo alla formazione,
interesse, degli aspetti di criticità della scuola, di commenti ed osservazioni liberi.
Per la valutazione delle competenze acquisite sono state svolte interviste ed effettuati i seguenti
quattro tipi di analisi:
- quella nel merito degli apprendimenti con le schede tutorial IBL, da consegnare al termine di ogni
attività,
- quella del questionario PLS effettuata in rete telematica al termine di ogni attività e al
termine della Scuola, effettuata in rete venerdì pomeriggio 26 luglio, non avendo potuto disporre di
aule computer la mattinata conclusiva della scuola.
- quella dettagliata in merito ai pareri degli studenti sulle attività svolte, compilata in
formato cartaceo e consegnata sabato mattina 27 luglio, al momento di ritirare gli attestati di
partecipazione;
- Quella delle presentazioni degli studenti l’ultimo giorno sui compiti assegnati.
Nell’istogramma di fig. 10 sono riportati i dati di sintesi della valutazione effettuata in rete (sito
CINECA) dell’intera scuola dai 29 studenti partecipanti alla scuola SPS, che riflette senza
differenze statisticamente significative anche le valutazioni che gli studenti hanno effettuato in
cartaceo (fig. 11).
Spiccano le valutazioni sulle voci “interesse degli argomenti trattati” (anche per capire
problematiche e metodologie delle discipline coinvolte e per le scelte degli studi futuri), “valeva la
pena partecipare all’intera attività”.
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Fig. 10. Sintesi delle valutazioni degli studenti elaborate dai dati dei questionari CINECA compilati
dagli studenti la sera del penultimo giorno della scuola.
Queste stesse voci hanno ricevuto tra le valutazioni più alte anche nelle schede di monitoraggio
giornaliero (all. 8), che includeva oltre a tutti i quesiti della scheda in rete, anche la richiesta se
l’attività specifica “è stata di stimolo per una riflessione/approfondimento?”. Agli studenti è stato
richiesto di esprimere una valutazione per ogni elemento richiesto da 1 a 5: ove 1 corrisponde a
insufficiente, 2 SUFFICIENTE, 3 buono, 4 ottimo.
In fig. 11, sono riportati i valori medi per l’intero set di attività della scuola ottenuti dalle attività
svolte nella scuola SEEFM.
Tutte le voci hanno ricevuto valutazioni superiori a 3, con l’eccezione della voce “La tua
preparazione scolastica era sufficiente per seguire l'attività?”, il cui punteggio di 2,7 è motivato
dalla presenza di metà studenti di classe quarta. Se da un lato può essere scontato che soprattutto gli
studenti di quarta non sentano di avere una formazione scolastica sufficiente ad affrontare la scuola,
non è per nulla scontato il fatto che il livello di competenza raggiunto dai ragazzi nei diversi ambiti
non è stato differente per gli studenti di classe quarta rispetto a quelli di quinta, come è emerso dalla
valutazione delle competenze, oltre che dagli esiti delle gare che hanno visto primeggiare
indistintamente ragazzi di entrambe le classi. Ulteriore conferma, seppure indiretta, di questo
aspetto emerge dagli alti e uniformi punteggi ottenuti dalle voci dell’interesse, stimolo alla
riflessione teorica, e della significatività della partecipazione alla scuola.
Figura 11. Sintesi delle valutazioni medie date sulle singole attività nella scheda compilata
giornalmente dagli studenti durante la scuola estiva.
Questo secondo grafico se conferma la valutazione espressa secondo la scala di Likert proposta
nella scheda di valutazione in rete, esprime più chiaramente l’interesse e il contributo alla stimolo
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per una riflessione teorica oltre che l’importanza delle attività svolte per comprendere meglio che
cosa è la fisica.
Sembra in particolare qui rilevante sintetizzare le motivazioni che hanno portato gli studenti a
segnalare le attività come particolarmente significative, rimandando alla sintesi dell’analisi delle
valutazioni degli studenti riportata in appendice (all.8):
- Il laboratorio sulla SC è stato indicato da 17 studenti come l’attività maggiormente: motivante per
lo studio della fisica; interessante per l’argomento trattato; livello di apprendimento raggiunto. Le
principali motivazioni sono state rispettivamente: Interesse per l’esplorazione sperimentale delle
proprietà dei SC e l’integrazione tra teoria ed esperimenti (“Ho potuto osservare le caratteristiche
proprietà di tali materiali con esperimenti che noi stessi abbiamo potuto effettuare”); interesse
del tema sia sul piano concettuale, sia applicativo e in particolare per l’ampio spazio
dedicato alla esplorazione sperimentale che ha caratterizzato l’approccio didattico seguito
(“Percorso molto interessante e coinvolgente per l'analisi di un fenomeno fisico non
ordinario e dalle potenzialità molto elevate. Inoltre l'attività sperimentale ha consentito una
comprensione maggiore del fenomeno”)
-
-
-
-
Il laboratorio Massa- Energia è stato indicato da 15 studenti come laboratorio motivante per lo
studio della fisica e come attività interessante sia nel suo complesso, sia per singoli aspetti: Fisica
particelle/decadimento beta, Relatività), a seconda dell’aspetto focalizzato che è stato considerato
di maggiore interesse
Il laboratorio di MQ è stato citato complessivamente da 12 studenti per l’interesse della tematica
trattata e le modalità di lavoro (“campo di cui sapevo meno e che perciò mi ha invogliato a capirlo
meglio”, “Mi piacciono le teorie relative al microscopico ed in particolare il comportamento degli
elementi fondamentali”, “Mi ha dato delle basi formali che non avevo”; “Ho trovato molto
interessante l'approccio alla MQ”)
Il laboratorio sperimentale è stato indicato da 17 studenti come modalità privilegiata per
apprendere (“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”.
Il Laboratorio di Elettromagnetismo è stato indicato da 10 studenti come attività in cui hanno
appreso maggiormente per il particolare approccio laboratoriale seguito.
Gli aspetti più critici segnalati sono stati: i tempi troppo ristretti (16), le troppo e troppo dettagliate schede
di lavoro (13); la complessiva Mole di lavoro/contenuti (7)
La frequenza e le competenze raggiunte dagli studenti sono state certificate, basandosi sulla
valutazione dei materiali via via compilati dagli studenti durante le singole attività e a conclusione
della scuola. In fig. 12 è riportata la distribuzione delle valutazioni assegnate agli studenti della
scuola nelle diverse attività e in media.
La media delle valutazioni è stata complessivamente di 28/30 e nel dettaglio per i diversi laboratori:
30 per il laboratorio di elettro-magnetismo (aspetto che conferma quanto gli stessi studenti hanno
segnalato in merito alle attività in cui hanno appreso maggiormente); 29 nel laboratorio di
Superconduttività; 28 in quello di Meccanica quantistica; 26 nel laboratorio sperimentale; 25 nel
laboratorio Massa-Energia.
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Fig. 12. Distribuzione delle valutazioni assegnate agli studenti per le diverse attività e in media.
Nella giornata conclusiva una specifica sessione è stata dedicata alla consegna dei diplomi di
partecipazione, delle certificazioni di competenze, oltre che i premi ai vincitori delle competizioni
scientifiche che si sono svolte nell’ambito della scuola stessa.
Tutta l’attività della scuola è stata documentata con foto e filmati.
Fig. 12. Foto di gruppo della scuola estiva con tutti gli studenti che hanno partecipato alla scuola, i
docenti della scuola, il magnifico Rettore dell’Università di Udine, prof. Alberto Felice De Toni, il
prof. Josip Slisko dell’ Universidad Autónoma de Puebla, Messico
Ringraziamenti
La scuola SpS si è potuta realizzare con la collaborazione e il contributo di diversi soggetti che qui
si vogliono esplicitamente ringraziare: il PLS e i suoi responsabili nazionali prof. Nicola Vittorio e
Josette Immè, il MIUR- Direzione Generale dello Studente ed in particolare Speranzina Ferraro,
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instancabile sostenitrice dell’orientamento formativo dei giovani. Grazie alla Direzione MIUR
degli Ordinamenti Scolastici all’Università di Udine ed in particolare alla Scuola Superiore, al
CIRD ed al DCFA, all’Università di Trieste e in particolare il Dipartimento di Fisica, ai colleghi
dell’ICTP di Trieste, del Sincrotrone e dell’Istituto per l'Officina dei Materiali (IOM) del CNR, al
Consorzio per l’Incremento degli Studi e delle Ricerche dei Dipartimenti di Fisica dell’Università di
Trieste, all’ARDISS di Udine, alla Ditta Friul Service, ai colleghi ed il personale del CIRD e del
Dipartimento di Chimica Fisica e Ambiente, all’Unità di Ricerca in Didattica della Fisica, ai tecnici
Domelio Da Rù, Filippo Pascolo, Alberto Sabatini e Giorgio Salemi dell’Università di Udine.
Ringrazio tutti coloro che ci hanno sostenuto, oltre ai colleghi delle 20 Università che sostengono il
Progetto IDIFO5 e che ci hanno aiutato in molti: non riusciamo a nominarli tutti, scusateci. Non
posso tuttavia mancare di ricordare i colleghi di matematica ed in particolare il prof. Pietro Corvaja.
Siamo grati ai colleghi dell’AIF e quelli del nostro Gruppo di Ricerca (URDF): Ilario Boscolo,
Mario Gervasio, Emanuele Pugliese, Alberto Stefanel, Stefano Vercellati, Giacomo Zuccarini, che
nelle ultime settimane hanno lavorato giorno e notte tutti assieme per dividersi la grande mole di
lavoro preparatorio alla Scuola.
Un ringraziamento particolare va infine alla segreteria del DCFA e all’instancabile Donatella
Ceccolin del CIRD senza la cui passione, dedizione ed impegno non saremmo riusciti nell’impresa.
Siamo molto grati a Gino Capellari del servizio prevenzione e sicurezza di Ateneo, che ci ha
organizzato la formazione per noi stessi e gli studenti partecipanti. Ringraziamo l’anonimo
Comitato di Valutazione della Scuola.
Il più grande ringraziamento va infine agli studenti partecipanti che con il proprio interesse ed
impegno hanno motivato l’impegno e l’entusiasmo di tutto il corpo docente della scuolaSpS.
Fig. L’applauso degli studenti a conclusione della scuola
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Ministero dell’Istruzione,
dell’Università della Ricerca
Università degli Studi di Udine
Dipartimento di Chimica, Fisica e Ambiente
Centro Interdipartimentale per la Ricerca Didattica
Piano Lauree Scientifiche PLS
Progetto IDIFO5
Via delle Scienze, 206 – 33100 Udine
Tel 043255-8211 Fax -8230
Michelini M, Santi L, Stefanel A (2010 b) La Scuola estiva per studenti di scuola superiore sulla fisica
moderno a Udine, Frascati Physics Series – Italian Collection, Collana: Scienza Aperta Vol. II (2010)
– ComunicareFisica2010, Atti 3° Convegno “Comunicare Fisica e altre Scienze", Frascati, 12-16
Aprile 201
Michelini M, Santi L, Stefanel A (2010 c) I Workshop in presenza di IDIFO e la prima Scuola Estiva
Nazionale di Fisica Moderna per studenti, in Progetto IDIFO. Fisica Moderna per la Scuola. Materiali,
aspetti e proposte per l’innovazione didattica e l’orientamento, Michelini M ed., MIUR-PLS-UniUD,
Udine [ISBN: 978-88-97311-02-7]. pp.287-310
Michelini M, Stefanel A (2004) Avvicinarsi alla teoria della FISICA QUANTISTICA — una proposta per la
didattica, Università di Udine, Litho Stampa, Pasian di Parto, Udin
Michelini M, Stefanel A (2004) Esplorare con gli oggetti di ogni giorno I FENOMENI ELETTROMAGNETICI,
Università di Udine, Litho Stampa, Pasian di Parto, Udine
Michelini M, Stefanel A (2006) La polarizzazione della luce: catalogo di esperimenti, Forum, Udine, Italy
[ISBN: 88-8420-381-3]
Michelini M, Viola R (2010) Un percorso hand-on sulla superconduttività con gli studenti della scuola
estiva di fisica moderna a Udine, La Fisica nella Scuola, XLIII, sup.4, pp.155-160
Michelini M, Viola R (2011) Research-oriented training for Italian teachers involved in European MOSEM
Project, Communications: SIF Congress 2009, Il Nuovo Cimento, 34 (5), ANNO 2011, DOI
10.1393/ncc/i2011-10997-3, pp. 255-275
Mossenta A, Stefanel A (2010) I materiali IDIFO delle attività in presenza, in Progetto IDIFO. Fisica
moderna per la scuola, Michelini M ed., MIUR-PLS-UniUD, Udine [ISBN:978-88-97311-02-7], pp. 311
– 318
Munson P. (1988) Some thoughts on problem solving, in "Problem Solving: ideas and approaches from the
secondary science curriculum review, J Heaney & D M Watts eds., Harlow, Longman.
Pospiech G, Michelini M, Stefanel A, Santi L, (2008) Central features of quantum theory in physics
education, in Frontiers of Physics Education, Rajka Jurdana-Sepic et al eds., selected papers in GirepEpec book, Zlatni, Rijeka (CRO) [ISBN 978-953-55066-1-4], pp.85-87
Pugliese E, Santi L (2012) La massa dal contesto classico a quello relativistico. Una proposta di
unificazione concettuale sperimentata nella scuola estiva nazionale IDIFO3 per studenti, La Fisica
nella scuola
Santi L, Vercellati S (2010). Misura della velocità della luce: metodo dello spostamento di fase, in Proposte
didattiche sulla fisica moderna, Strumenti per una didattica laboratoriale, M. Michelini ed., MIURPLS-UniUD, Udine [ISBN 978-88-97311-04-1], pp. 122-126.
Sokoloff , D.R.., Lawson, P.W., Thornton, R.K. (2004) Real Time Physics, Wiley, New York.
Stefanel (2010) La legge di Malus, Strumenti per una didattica laboratoriale, M. Michelini ed., MIUR-PLSUniUD, Udine [ISBN 978-88-97311-04-1], pp. 142-146.
Thornton, R.K., Sokoloff, D.R. (1999) Learning motion concepts using real-time microcomputer-based
laboratory tools, Am. J. Phys. 58 (9), p. 858-867.
Viola R, Michelini M, Santi L, Corni F (2008) The secondary school experimentation of Supercomet in Italy,
in Frontiers of Physics Education, Rajka Jurdana-Sepic et al eds., Girep-Epec book of selected
contributions, Rijeka (CRO) p. 392-398 [ISBN 978-953-55066-1-4] p.190-196
Wang, F. & Hannafin, M.J. (2005). Educational Technology Research and Development, 53(4), 5-23.
Watts M. (1991) The Science of Problern Solving -A Practical Guide for Science Teachers, ed. Cassell
Educational Limited, Londra
Ministero dell’Istruzione,
dell’Università della Ricerca
Università degli Studi di Udine
Dipartimento di Chimica, Fisica e Ambiente
Centro Interdipartimentale per la Ricerca Didattica
ALLEGATO 1: Bando della scuola.
Via delle Scienze, 206 – 33100 Udine
Tel 043255-8211 Fax -8230
Piano Lauree Scientifiche PLS
Progetto IDIFO5
Ministero dell’Istruzione,
dell’Università della Ricerca
Università degli Studi di Udine
Dipartimento di Chimica, Fisica e Ambiente
Centro Interdipartimentale per la Ricerca Didattica
ALLEGATO 2: Modulo Iscrizione
Via delle Scienze, 206 – 33100 Udine
Tel 043255-8211 Fax -8230
Piano Lauree Scientifiche PLS
Progetto IDIFO5
Ministero dell’Istruzione,
dell’Università della Ricerca
Università degli Studi di Udine
Dipartimento di Chimica, Fisica e Ambiente
Centro Interdipartimentale per la Ricerca Didattica
Via delle Scienze, 206 – 33100 Udine
Tel 043255-8211 Fax -8230
Allegato 3 – Verbale 1 commissione giudicatrice
Piano Lauree Scientifiche PLS
Progetto IDIFO5
Ministero dell’Istruzione,
dell’Università della Ricerca
Università degli Studi di Udine
Dipartimento di Chimica, Fisica e Ambiente
Centro Interdipartimentale per la Ricerca Didattica
Via delle Scienze, 206 – 33100 Udine
Tel 043255-8211 Fax -8230
Piano Lauree Scientifiche PLS
Progetto IDIFO5
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Università degli Studi di Udine
Dipartimento di Chimica, Fisica e Ambiente
Centro Interdipartimentale per la Ricerca Didattica
Via delle Scienze, 206 – 33100 Udine
Tel 043255-8211 Fax -8230
Piano Lauree Scientifiche PLS
Progetto IDIFO5
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dell’Università della Ricerca
Università degli Studi di Udine
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Via delle Scienze, 206 – 33100 Udine
Tel 043255-8211 Fax -8230
Piano Lauree Scientifiche PLS
Progetto IDIFO5
Ministero dell’Istruzione,
dell’Università della Ricerca
Università degli Studi di Udine
Dipartimento di Chimica, Fisica e Ambiente
Centro Interdipartimentale per la Ricerca Didattica
Via delle Scienze, 206 – 33100 Udine
Tel 043255-8211 Fax -8230
Allegato 4. verbale 2 Commissione giudicatrice.
Piano Lauree Scientifiche PLS
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Tel 043255-8211 Fax -8230
Piano Lauree Scientifiche PLS
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Università degli Studi di Udine
Dipartimento di Chimica, Fisica e Ambiente
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Via delle Scienze, 206 – 33100 Udine
Tel 043255-8211 Fax -8230
Allegato5- Programma della Scuola
In collaborazione con la Scuola Superiore e il PLS di Trieste
Scuola Estiva per Studenti di eccellenza in Fisica Moderna IDIFO5
Campus Universitario RIZZI - Via delle Scienze 206 - 33100 Udine
23-28 giugno 2014
Programma
Lunedì 23 giugno 2014
Ore 11.00-13.00 (Aula 15)
Accoglienza
Registrazione e verifica degli adempimenti assicurativi, di sicurezza e privacy.
Ore 14.00-14.45 (Aula 12)
Apertura della Scuola e saluto delle autorità.
Presentazione delle attività.
Prof. Marisa Michelini e prof. Lorenzo Santi, URDF dell’Università di Udine
Ore 14.45-15.00 (Bar): Pausa – Ristoro
Ore 15.00-18.45 (Aula 50) *
Laboratorio interattivo di elettromagnetismo: dalle proprietà del campo magnetico
all’induzione elettromagnetica, Prof. Marisa Michelini, Dr. Stefano Vercellati, URDF
dell’Università di Udine
Ore 18.44 – 19.14
Spostamento con autobus di linea 10 dal Campus universitario dei Rizzi al Collegio Bertoni –
Viale Cadore 59, Udine
Ore 19.30 – 20.30 Cena presso il Collegio Bertoni
Martedì 24 giugno 2014
Ore 8.05 Spostamento con autobus di linea 10 dal Collegio Bertoni al Campus universitario dei Rizzi
(partenza dalla fermata di Via della Faula)
Ore 8.30 – 10.30 (Aula 50)*
Laboratorio di polarizzazione ottica per avvicinarsi alla teoria della Meccanica Quantistica.
Prof. Marisa Michelini, dr. Alberto Stefanel, dr. Giacomo Zuccarini, URDF dell’Università di Udine
Ore 10.30 – 10.45 (Bar) – Pausa Ristoro
Ore 10.45 – 13.00 (Aula 5 e Laboratorio Informatico P) *
Dalla fenomenologia al formalismo della meccanica quantistica, prof. Marisa Michelini, dr.
Alberto Stefanel, dr. Giacomo Zuccarini, URDF dell’Università di Udine
Ministero dell’Istruzione,
dell’Università della Ricerca
Università degli Studi di Udine
Dipartimento di Chimica, Fisica e Ambiente
Centro Interdipartimentale per la Ricerca Didattica
Piano Lauree Scientifiche PLS
Progetto IDIFO5
Via delle Scienze, 206 – 33100 Udine
Tel 043255-8211 Fax -8230
Ore 13.00 – 14.00 Pranzo alla mensa universitaria dei Rizzi – Via delle Scienze 208, Udine
Ore 14.00 – 14.45 (Aula 12):
Seminario: “Evolution of theory of time and its cosmological manifestations”, prof. Burra
Gautam Sidharth, B.M. Birla Science Centre Director, India
Ore 14.45 – 16.30 (Laboratori di Fisica I e II):
LSG1 – Laboratorio Sperimentale a Gruppi:
- Misura della velocità della luce, prof. Lorenzo Santi e dr. Emanuele Pugliese, URDF
dell’Università di Udine
- Diffrazione e polarizzazione ottica, prof. Marisa Michelini, dr. Alberto Stefanel e dr.
Giacomo Zuccarini, URDF dell’Università di Udine
- Esperimento di Frank ed Hertz, prof. Ilario Boscolo, URDF dell’Università di Udine
- Misura del rapporto carica / massa dell’elettrone, dr. Stefano Vercellati, URDF
dell’Università di Udine
- Misura della resistività in funzione della temperatura in metalli, semiconduttori e
superconduttori, dr. Alberto Stefanel, URDF dell’Università di Udine
- Misura del coefficiente di Hall in metalli e semiconduttori, ing. Mario Gervasio, URDF
dell’Università di Udine
Ore 16.30 – 16.45 (Bar): Pausa – Ristoro
Ore 16.45-18.45 (Laboratori di Fisica I e II)*:
LSG2 – Laboratorio Sperimentale a Gruppi:
- Misura della velocità della luce, prof. Lorenzo Santi e dr. Emanuele Pugliese, URDF
dell’Università di Udine
- Diffrazione e polarizzazione ottica, dr. Alberto Stefanel, dr. Giacomo Zuccarini, URDF
dell’Università di Udine
- Esperimento di Frank ed Hertz, prof. Ilario Boscolo, URDF dell’Università di Udine
- Misura del rapporto carica / massa dell’elettrone, dr. Stefano Vercellati, URDF
dell’Università di Udine
- Misura della resistività in funzione della temperatura in metalli, semiconduttori e
superconduttori, dr. Alberto Stefanel, URDF dell’Università di Udine
- Misura del coefficiente di Hall in metalli e semiconduttori, ing. Mario Gervasio, URDF
dell’Università di Udine
Ore 18.44 – 19.14
Spostamento con autobus di linea 10 dal Campus universitario dei Rizzi al Collegio Bertoni
Ore 19.30 – 20.30 Cena presso il Collegio Bertoni
Ore 21.00 – 23.00
Gare Scientifiche (Presso il Collegio Bertoni)
Ministero dell’Istruzione,
dell’Università della Ricerca
Università degli Studi di Udine
Dipartimento di Chimica, Fisica e Ambiente
Centro Interdipartimentale per la Ricerca Didattica
Piano Lauree Scientifiche PLS
Progetto IDIFO5
Via delle Scienze, 206 – 33100 Udine
Tel 043255-8211 Fax -8230
Mercoledì 25 giugno 2014
Ore 8.05 Spostamento con autobus di linea 10 dal Collegio Bertoni al Campus universitario dei Rizzi
(partenza dalla fermata di Via della Faula)
Ore 8.30 – 10.30 (Aula 5)
Cristalli birifrangenti e conseguenze del principio di sovrapposizione lineare, dr. Maria Lucia
Gallo, prof. Marisa Michelini, dr. Alberto Stefanel, dr. Giacomo Zuccarini, URDF dell’Università di
Udine
Ore 10.30 – 10.45 (Bar) – Pausa Ristoro
Ore 10.45 – 13.00 (Aula 5) *
Riguardare la Meccanica Quantistica con lo spin: analisi con simulazioni dell’esperimento di
Stern e Gerlach, dr. Giacomo Zuccarini, URDF dell’Università di Udine
Ore 13.00 – 14.00 Pranzo alla mensa universitaria dei Rizzi
Ore 14.00 – 14.45 (Aula 12):
Esplorazione fenomenologica dei decadimenti β, prof. Lorenzo Santi e dr. Emanuele Pugliese,
URDF dell’Università di Udine
Ore 14.45 – 16.30 (Laboratori di Fisica I e II)*:
LSG3 – Laboratorio Sperimentale a Gruppi:
- Misura della velocità della luce, prof. Lorenzo Santi e dr. Emanuele Pugliese, URDF
dell’Università di Udine
- Diffrazione e polarizzazione ottica, dr. Alberto Stefanel, dr. Giacomo Zuccarini, URDF
dell’Università di Udine
- Esperimento di Frank ed Hertz, prof. Ilario Boscolo, URDF dell’Università di Udine
- Misura del rapporto carica / massa dell’elettrone, dr. Stefano Vercellati, URDF
dell’Università di Udine
- Misura della resistività in funzione della temperatura in metalli, semiconduttori e
superconduttori, dr. Alberto Stefanel, URDF dell’Università di Udine
- Misura del coefficiente di Hall in metalli e semiconduttori, ing. Mario Gervasio, URDF
dell’Università di Udine
Ore 16.30 – 16.45 (Aula): Pausa – Ristoro
Ore 16.45-18.45 (Laboratori di Fisica I e II)*:
LSG4 – Laboratorio Sperimentale a Gruppi:
- Misura della velocità della luce, prof. Lorenzo Santi e dr. Emanuele Pugliese, URDF
dell’Università di Udine
- Diffrazione e polarizzazione ottica, dr. Alberto Stefanel, dr Giacomo Zuccarini, URDF
dell’Università di Udine
- Esperimento di Frank ed Hertz, prof. Ilario Boscolo, URDF dell’Università di Udine
- Misura del rapporto carica / massa dell’elettrone, dr. Stefano Vercellati, URDF
dell’Università di Udine
Ministero dell’Istruzione,
dell’Università della Ricerca
-
Università degli Studi di Udine
Dipartimento di Chimica, Fisica e Ambiente
Centro Interdipartimentale per la Ricerca Didattica
Piano Lauree Scientifiche PLS
Progetto IDIFO5
Via delle Scienze, 206 – 33100 Udine
Tel 043255-8211 Fax -8230
Misura della resistività in funzione della temperatura in metalli, semiconduttori e
superconduttori, dr. Alberto Stefanel, URDF dell’Università di Udine
Misura del coefficiente di Hall in metalli e semiconduttori, ing. Mario Gervasio, URDF
dell’Università di Udine
Ore 18.44 – 19.14
Spostamento con autobus di linea 10 dal Campus universitario dei Rizzi al Collegio Bertoni
Ore 19.30 – 20.30 Cena presso il Collegio Bertoni
Giovedì 26 giugno 2014
(Trasferta a Trieste - autobus riservato)
Ore 7.30 - 7.45
Partenza dal Convitto Bertoni di Udine per il Sincrotrone di Basovizza
Ore 9.15 – 10.30
Visita guidata al Sincrotrone (Basovizza) da parte dei dott. Andrea Lausi e Riccardo Cucini,
ricercatori presso il Sincrotrone
Ore 10.30 – 10.45
Trasferimento all’Università di Trieste, Dip. di Fisica, Edificio F via Valerio 2 – Aula A
Ore 11.00 – 11.15
Accoglienza e saluti istituzionali presso il Dipartimento di Fisica dell’Università di Trieste
(Ateneo, Dipartimento, Consorzio per la Fisica)
Ore 11.30 – 13.00 (Laboratorio Informatico Poropat, II piano)
Laboratorio di simulazione numerica: “Sistemi dinamici regolari e caotici” - Parte I, prof. Maria
Peressi e prof. Giorgio Pastore, Università di Trieste e IOM-CNR
Ore 13.00 – 14.00 Pranzo presso la Mensa dell’Università di Trieste (offerto da Dip. Fisica Trieste - PLS)
Ore 14.00 – 16.00
Laboratorio di simulazione numerica: “Sistemi dinamici regolari e caotici” - Parte II, prof. Maria
Peressi e prof. Giorgio Pastore, Università di Trieste e IOM-CNR
Ore 16.00 – 17.45 Trasferimento a S. Giusto e visita al Centro Storico di Trieste
Ore 17.45 – 18.15 Trasferimento da piazza Unità all’Abdus Salam International Centre for Theoretical
Physics (ICTP)
Ore 18.30 – 19.45 Accoglienza e saluti da parte dei proff. Matteo Marsili e/o Giovanni Villadoro;
proiezione di “The dream of symmetry”, documentario su Abdus Salam e l’ICTP
Ore 19.45 – 21.00 Cena a buffet con gli scienziati dell’ICTP
Ore 21.00 – 22.30 Rientro a Udine con autobus riservato
Ministero dell’Istruzione,
dell’Università della Ricerca
Università degli Studi di Udine
Dipartimento di Chimica, Fisica e Ambiente
Centro Interdipartimentale per la Ricerca Didattica
Piano Lauree Scientifiche PLS
Progetto IDIFO5
Via delle Scienze, 206 – 33100 Udine
Tel 043255-8211 Fax -8230
Venerdì 27 giugno 2014
Ore 8.05 Spostamento con autobus di linea 10 dal Collegio Bertoni al Campus universitario dei Rizzi
(partenza dalla fermata di Via della Faula)
Ore 8.30 – 10.30 (Aula 12 o 5)*
Percorso Massa-Energia: Difetto di massa nei decadimenti β: modellizzazione. Quantità di
moto ed energia cinetica nell’ambito della cinematica e dinamica relativistica a partire dai due
postulati, Dr. Emanuele Pugliese e prof. Lorenzo Santi, URDF dell’Università di Udine
Ore 10.30 – 10.45 (Bar) – Pausa Ristoro
Ore 10.45 – 13.00 (Aula CAD)*
Percorso di Massa ed Energia: fotone come particella relativistica. La massa in relatività con
esperimenti mentali, Dr. Emanuele Pugliese e prof. Lorenzo Santi, URDF dell’Università di Udine
Ore 13.00 – 14.00 Pranzo alla mensa universitaria dei Rizzi
Ore 14.00 – 14.45 (Aula 12)*
Seminario : “Critical thinking in physics problem solving”, prof. Josip Slisko, Benemérita
Universidad Autónoma de Puebla, Messico
Ore 14.45 – 16.30 (Aula 5)*
Esplorazione sperimentale di proprietà magnetiche dei superconduttori, prof. Marisa Michelini
e dr. Alberto Stefanel, URDF dell’Università di Udine
Ore 16.30 – 16.45 (Aula): Pausa – Ristoro
Ore 16.45
Saluto del Magnifico Rettore dell’Università di Udine, prof. Alberto Felice De Toni
Ore 16.45 – 17.45 (Aula 5)*
Interpretare fenomeni superconduttivi con modelli fenomenologici, prof. Marisa Michelini e
dr. Alberto Stefanel, URDF dell’Università di Udine
Ore 17.45 – 18.45 (Aula CAD)
Valutazione
Ore 18.44 – 19.14
Spostamento con autobus di linea 10 dal Campus universitario dei Rizzi al Collegio Bertoni
Ore 19.30 – 20.30 Cena presso il Collegio Bertoni
Sabato 28 giugno 2014
Ministero dell’Istruzione,
dell’Università della Ricerca
Università degli Studi di Udine
Dipartimento di Chimica, Fisica e Ambiente
Centro Interdipartimentale per la Ricerca Didattica
Piano Lauree Scientifiche PLS
Progetto IDIFO5
Via delle Scienze, 206 – 33100 Udine
Tel 043255-8211 Fax -8230
Ore 8.05 Spostamento con autobus di linea 5 dal Collegio Bertoni all’Auditorium Palazzo Toppo
Wassermann – Sede della Scuola Superiore in via Gemona, 92
Ore 8.30 – 9.30 (Auditorium – aula T4)*
Seminario: “Le coniche: un viaggio dalla matematica antica alla scienza moderna”, prof. Pietro
Corvaja, vice-direttore della Scuola Superiore, Università di Udine
Ore 9.30 – 10.30 (Auditorium – aula T4) *
Test sui percorsi
Ore 10.30 – 11.45 (Auditorium – aula T4)*
Gli studenti relazionano e raccontano la scuola
Ore 11.45 – 13.00 (Auditorium – aula T4)
Attestati e foto
Ore 13.00 – 19.00
Visita alla città di Udine in autonomia e partenze
Comitato Scientifico della Scuola SpS di IDIFO5
Alberto Felice De Toni, Magnifico Rettore dell’Università di Udine
Pietro Corvaja, Vice-Direttore della Scuola Superiore, UniUD
Alessandro Trovarelli, Direttore DCFA, UniUD
Marisa Michelini, Responsabile IDIFO5, UniUD
Maria Peressi, Responsabile PLS – Fisica UniTS
Lorenzo Santi, URDF UniUD
Alberto Stefanel, URDF UniUD
Direzione Scientifica della Scuola SpS
Marisa Michelini, Lorenzo Santi, Alberto Stefanel
Responsabile dei Laboratori della Scuola SpS
Lorenzo Santi
Tutor Didattico della Scuola SpS
Lorenzo Marcolini, Emanuele Pugliese e Rossana Viola
Ministero dell’Istruzione,
dell’Università della Ricerca
Università degli Studi di Udine
Dipartimento di Chimica, Fisica e Ambiente
Centro Interdipartimentale per la Ricerca Didattica
Piano Lauree Scientifiche PLS
Progetto IDIFO5
Via delle Scienze, 206 – 33100 Udine
Tel 043255-8211 Fax -8230
Allegato 6 – Scheda analitica di valutazione giornaliera delle singole attività e di valutazione finale del
complesso delle attività e della scuola.
Ministero dell’Istruzione,
dell’Università della Ricerca
Università degli Studi di Udine
Dipartimento di Chimica, Fisica e Ambiente
Centro Interdipartimentale per la Ricerca Didattica
Via delle Scienze, 206 – 33100 Udine
Tel 043255-8211 Fax -8230
Piano Lauree Scientifiche PLS
Progetto IDIFO5
Ministero dell’Istruzione,
dell’Università della Ricerca
Università degli Studi di Udine
Dipartimento di Chimica, Fisica e Ambiente
Centro Interdipartimentale per la Ricerca Didattica
Via delle Scienze, 206 – 33100 Udine
Tel 043255-8211 Fax -8230
Piano Lauree Scientifiche PLS
Progetto IDIFO5
Ministero dell’Istruzione,
dell’Università della Ricerca
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Dipartimento di Chimica, Fisica e Ambiente
Centro Interdipartimentale per la Ricerca Didattica
Via delle Scienze, 206 – 33100 Udine
Tel 043255-8211 Fax -8230
Piano Lauree Scientifiche PLS
Progetto IDIFO5
Ministero dell’Istruzione,
dell’Università della Ricerca
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Progetto IDIFO5
Via delle Scienze, 206 – 33100 Udine
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Allegato 7.
REPORT FINALE del valutatore esterno
Scuola Estiva per Studenti di eccellenza in Fisica Moderna IDIFO5
Udine 23-28 giugno 2014
Nell’ambito del Progetto IDIFO5 – Innovazione Didattica in Fisica e Orientamento –
del Piano Lauree Scientifiche (PLS), il Centro Interdipartimentale per la Ricerca
Didattica del Dipartimento di Chimica, Fisica e Ambiente dell’Università di Udine ha
organizzato la settima edizione della Scuola Estiva per Studenti di eccellenza in Fisica
Moderna IDIFO5.
Essa si è svolta dal 23 al 28 giugno 2014 presso il Campus Universitario RIZZI di
Udine e vi hanno preso parte 29 dei 30 studenti ammessi alla Scuola, tutti
frequentanti il quarto anno della Scuola Secondaria di Secondo Grado e selezionati
in base a criteri di merito legati al curriculum scolastico.
Dei 29 studenti partecipanti, 27 frequentano il Liceo Scientifico, 1 il Liceo delle
Scienze Applicate e 1 il Liceo Classico. Essi provengono da tutto il territorio
nazionale: Abruzzo (3), Basilicata (1), Calabria (1), Campania (1), Emilia Romagna (1),
Friuli Venezia Giulia (4), Lazio (2), Lombardia (1), Marche (3), Molise (2), Piemonte
(3), Puglia (1), Sardegna (1), Sicilia (2), Trentino Alto Adige (1), Umbria (1), Veneto
(1).
Per quanto riguarda la progettazione della Scuola, il manifesto e il bando hanno
fornito una adeguata informazione sulla scuola e tutti gli strumenti per compilare la
domanda di partecipazione. La scheda di ammissione era chiara e ben strutturata, i
criteri di selezione adottati coerenti col bando e la scelta di accogliere studenti di
quarta è in perfetto accordo con gli obiettivi di orientamento formativo che il
progetto si propone.
L’iscrizione al corso richiedeva la sottoscrizione di una polizza assicurativa a carico
delle famiglie degli studenti per eventuali infortuni accidentali e la frequenza di un
corso su aspetti legati alla sicurezza nei laboratori.
La struttura della scuola nel suo complesso è risultata coerente con gli obiettivi del
Progetto IDIFO5 e ha mirato a fornire un quadro coerente dei temi di fisica moderna
trattati.
Gli strumenti e le strategie didattiche proposti durante la Scuola si basano sui
risultati di ricerca di sperimentazioni atte alla messa a punto di sequenze innovative
di Insegnamento/Apprendimento su temi specifici di Fisica. Questo contribuisce a
connotare la Scuola Estiva come un’offerta formativa di alto livello. Il framework
Ministero dell’Istruzione,
dell’Università della Ricerca
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Dipartimento di Chimica, Fisica e Ambiente
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Piano Lauree Scientifiche PLS
Progetto IDIFO5
Via delle Scienze, 206 – 33100 Udine
Tel 043255-8211 Fax -8230
concettuale della progettazione didattica dei percorsi proposti è quello del MER
(Kattman at al., 1995), ovvero la ricostruzione didattica dei contenuti disciplinari,
mettendo in relazione la loro analisi con i risultati di ricerca sui processi di
insegnamento e apprendimento e con la messa a punto di sequenze sperimentali
atte a promuovere il cambiamento concettuale.
Si sottolinea, inoltre, l’uso delle tecnologie informatiche nelle attività laboratoriali,
che ha permesso l’attuazione di sezioni di laboratorio sia reali che virtuali, con
l’obiettivo di introdurre o ridefinire concetti e contenuti e superare alcune difficoltà
di apprendimento note in letteratura.
Dal punto di vista degli aspetti organizzativi, gli spazi utilizzati per le attività erano
adeguati, idonei e sicuri, facilmente raggiungibili grazie ad indicazioni e informazioni
chiare.
Gli alloggi – stanze singole presso il Collegio Bertoni di Udine – erano confortevoli e
gli studenti avevano, inoltre, a loro disposizione, ampi spazi che sono stati utilizzati
sia per le sessioni serali (gare interpretative), che per lavori di gruppo.
I pasti e i coffee break offerti erano di buona qualità e abbondanti.
Impeccabile il delicato lavoro del settore amministrativo.
Le attività proposte hanno coinvolto temi di Fisica Moderna. In particolare, le varie
tipologie formative possono essere schematizzate in:
1. Seminari condotti da docenti universitari sui seguenti temi:
- Evoluzione della teoria del tempo e sue manifestazioni cosmologiche;
- Problem Solving in Fisica;
- Le coniche dalla matematica antica alla scienza moderna;
2. Laboratori didattici centrati sui seguenti temi:
- Elettromagnetismo: proprietà del campo magnetico e induzione elettromagnetica;
- Polarizzazione ottica e Meccanica Quantistica;
- Fenomenlogia e formalismo della Meccanica Quantistica;
- Cristalli birifrangenti e conseguenze del principio di sovrapposizione lineare,
- Meccanica Quantistica e spin: analisi con simulazioni dell’esperimento di Stern e
Gerlach;
- Fenomenologia dei decadimenti β;
- Simulazione numerica di sistemi dinamici regolari e caotici;
- Massa ed Energia: difetto di massa nei decadimenti β. Modellizzazione. Quantità di
moto ed energia cinetica nell’ambito della cinematica e dinamica relativistica a
partire dai due postulati. Il fotone come particella relativistica. La massa in relatività;
- Proprietà magnetiche dei superconduttori;
- Interpretazione dei fenomeni superconduttivi con modelli fenomenologici;
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3. Percorsi sperimentali sui seguenti argomenti:
- Misura della velocità della luce;
- Diffrazione e polarizzazione ottica;
- Esperimento di Frank ed hertz;
- Misura del rapporto carica/massa dell’elettrone;
- Misura della resistività in funzione della temperatura in metalli, semiconduttori e
superconduttori;
- Misura del coefficiente di Hall in metalli e semiconduttori;
Nella giornata del 26 giugno si è svolta una visita guidata al Sincrotrone di Basovizza
e all’Abdus Salam International Centre for Theoretical Physics (ICTP) di Trieste, dove
gli studenti hanno assistito alla proiezione del documentario “The dream of
symmetry” su Abdus Salam e l’ICTP.
Nella giornata del 27 giugno si è svolta una sessione di valutazione.
Nell’ultima giornata, 28 giugno, gli studenti hanno svolto un test sui percorsi e
hanno relazionato e raccontato la scuola.
Dal punto di vista della metodologia, nelle attività laboratoriali gli studenti hanno
lavorato in piccoli gruppi con schede-stimolo individuali basate sulle fasi operative di
osservazione, previsione, sperimentazione, modellizzazione e feed-back.
Ogni attività è stata supportata da materiale didattico che ha, inoltre, consentito agli
studenti di rendersi conto dei loro livelli di apprendimento.
Il docente ha avuto il ruolo di tutor dell’apprendimento e della costruzione della
conoscenza e dello scaffolding.
Le metodologie utilizzate erano basate sul ciclo PEC (Previsione-EsperimentoControllo) e sul Problem Solving.
Gli studenti hanno avuto generalmente la possibilità di usare personalmente la
strumentazione di laboratorio e i materiali per le attività: il coinvolgimento attivo del
soggetto nell’oggetto di studio è imprescindibile in quanto aiuta a produrre il
cambiamento concettuale.
Si esprime un giudizio di eccellenza sia sulle singole professionalità impegnate nella
Scuola, che sul gruppo dei referenti scientifici.
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
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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.
A conclusione dei lavori, tenendo in conto tutti gli aspetti valutati, sulla Scuola Estiva
per Studenti in Fisica Moderna IDIFO5 2014 si esprime un giudizio di eccellenza.
Prof.ssa Rossana Viola
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ALLEGATO 8
Sintesi della valutazione della Scuola estiva SpS effettuata dagli studenti partecipanti sulla base della
scheda di valutazione compilata in presenza prima della conclusione della scuola stessa.
Si riporta in sintesi, l’analisi dei dati emersi dal questionario che gli studenti hanno compilato in formato
cartaceo nella giornata conclusiva della scuola estiva.
Dopo una prima sezione di dati generali vengono presentati gli aspetti principali emersi in relazione ai
diversi quesiti proposti agli studenti, che vengono riportato in neretto come titoli delle diverse parti del
report.
Dati generali.
29 studenti, di cui 19 Maschi e 10 femmine.
23 di età 17 anni e 6 di età 18 anni.
Provenienti da 17 regioni italiane [Nord Italia: PIEMONTE (3); EMILIA ROMAGNA (1); LOMBARDIA (1);
VENETO (1); TRENTINO ALTO ADIGE (1); FRIULI VENEZIA GIULIA (4) – Centro Italia: MARCHE (3); LAZIO (2);
UMBRIA (1); SARDEGNA (1) – Sud Italia: MOLISE (2); CAMPANIA (1); ABRUZZO (3); PUGLIA (1); BASILICATA
(1); CALABRIA (1); SICILIA (2)]
D1. Attività più motivanti per lo studio della fisica
In figura 1 è riportata la distribuzione delle citazioni dei laboratori didattici e sperimentali, in fig.1 è
riepilogata la distribuzione delle citazioni delle att
Fig. 1 Distribuzione delle citazioni (in ordine di priorità) dei Laboratori didattici nell’ordine più motivanti per
lo studio della fisica.
Come si vede i laboratori che hanno ottenuto complessivamente il maggior numero di citazioni (15) sono:
- Il laboratorio didattico di Superconduttività
- il laboratorio didattico su Massa-Energia .
Il laboratorio sulla SC è stato indicato per tre ordini di motivi in cui, giocano un ruolo importante sia
l’approccio didattico, sia le implicazioni in ambito tecnologico dei SC:
A) Interesse per l’esplorazione sperimentale delle proprietà dei SC e l’integrazione tra reoria 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”).
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B) Coinvolgimento e interesse della fenomenologia della SC (5 - “Attività interessante e poco trattata di
solito e che ha facilmente catturato la mia attenzione”).
C) Interesse per le applicazioni tecnologiche dei SC (3-“In particolare interesse per i fenomeni
superconduttivi con particolare attenzione alle applicazioni tecnologiche”).
Il laboratorio M-E è stato indicato da due gruppi nettamente distinti: chi ha dato una indicazione
focalizzata sul laboratorio in sé (5/15); chi ha espresso la propria indicazione riferendosi al tema trattato
della relatività (10/15).
Il laboratorio di MQ è stato citato complessivamente da 12 studenti per l’interesse della tematica trattata,
nel complesso e/o per suoi specifici aspetti:
- La MQ è un argomento prima poco conosciuto (3- “Sono campi di cui sapevo meno e che perciò mi
hanno invogliato a capirli meglio”)
- La MQ è interessante per le sue specifiche caratteristiche (5-“Mi piacciono le teorie relative al
microscopico ed in particolare il comportamento degli elementi fondamentali”)
- 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”)
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.
Tra le altre attività spiccano le 15 citazioni per il seminario del prof. Slisko sul problem solving in fisica, per:
A) Coinvolgimento, interesse, diversa dalle altre (6/15)
B) Strumenti che il seminario ha fornito per capire meglio la fisica (7 /15)
C) Ruolo del PS in ambiti diversi (2/15)
Anche la visita al sincrotrone e all’ICTP sono state spesso citate (da 7 e 3 studenti rispettivamente) , come
attività interessante per conoscere il mondo della ricerca, i grandi “macchinari” per esperimenti in fisica, il
lavoro del ricercatore.
E1. Indica in ordine di priorità i tre contenuti più interessanti
Le indicazioni degli studenti dei contenuti considerati più interessanti sono riepilogate in Fig. 2
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Fig.2 Contenuti indicati come più interessanti. legenda: SC – Superconduttività; E-M: Massa e energia; MQ:
Meccanica quantistica; LSIM: Laboratorio di simulazione numerica su sistemi caotici; EM: contenuti di
elettromagnetismo; S2: Problem solving; VS: Visita al sincrotrone; S1: tempo; ICTP: visita all’ICTP di TS.
Il tema della Superconduttività emerge sugli altri, perché meglio identificato dagli studenti come tematica e
ambito laboratoriale. È stato citata da 17 studenti come contenuto interessante sulla base di quattro
tipologie di motivazioni:
- proprietà insolite, nuove, esplorabili effettivamente in laboratorio attraverso interessanti
esperimenti (10/17 - “Ho potuto osservare le caratteristiche proprietà di tale materiali attraverso
degli esperimenti che noi stessi studenti abbiamo potuto effettuare”)
- Interesse per le applicazioni (5/17 “Superconduttività le proprietà e finestra sull'innovazione
tecnologica futura”).
- Livello di apprendimento (2/17 - “Per avere imparato nuovi concetti mediante previsioni e "giochi”
e poi analizzati scientificamente”)
Gli altri laboratori sono citati complessivamente con frequenze molto simili, ma citandone più spesso
specifici contenuti trattati.
I temi trattati nel laboratorio Massa-Energia sono stati citati complessivamente da 17 studenti distribuiti in
tre voci (E-M, Fisica particelle/decadimento beta, Relatività), a seconda dell’aspetto focalizzato che è stato
considerato di maggiore interesse (3 studenti hanno indicato due aspetti diversi di detto laboratorio).
i temi trattati nel laboratorio di MQ sono anch’essi differenziati in tre ambiti diversi (MQ in generale,
Polarizzazione come approccio alla MQ, natura fotonica della luce e proprietà dei fotoni) per un totale di
17 citazioni di 16 studenti (uno studente ha citato due aspetti diversi affrontati nel laboratorio).
Le indicazioni fornite dagli studenti solo in 5 casi differiscono totalmente da quelle fornite al punto
precedente e solo in 5 casi coincidono con quelle fornite nel punto precedente. Più spesso si hanno
segnalazioni concordi su un solo tema (9 casi) o due temi (10 casi). Questo sembra suggerire che a parte
una minoranza del 13%, gli studenti abbiano effettivamente differenziato le risposte, per quanto comunque
adducendo motivazioni prioritariamente focalizzate sull’interesse suscitato delle tematiche citate in
entrambi i casi.
Il laboratorio sperimentale come contenuto è stato indicato solo in 4 casi, per l’importanza dell’interazione
diretta con gli apparati (“LSG1/2 interazione diretta con l'apparato sperimentale”), spesso non possibile a
scuola (“Laboratorio. Non fattibile a casa”.
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E2. Indica le tre attività in cui ritieni di aver imparato di più e perché
Nelle citazioni delle attività in cui gli studenti hanno dichiarato di aver imparato di più emerge il Laboratorio
di Elettro-magnetismo, in precedenza citato piuttosto sporadicamente, mentre hanno un ruolo marginale i
seminari, incluso quello sul PS citato invece come attività più interessante e motivante evidentemente per
la metodologia ma non per i contenuti specificamente trattati.
Fig.3 Distribuzione delle citazioni delle attività in cui gli studenti ritengono di aver imparato di più.
Come nelle precedenti voci la Superconduttività è stata identificata in modo univoco come contenuto e
laboratorio e risulta prevalere. I contenuti dei lab di MQ e M-E sono stati citati in modo differenziato.
E3. Indica le tre modalità di studio che trovi migliori, perché
Laboratorio-Esperimenti. Tra le modalità di studio ritenute migliori spicca il laboratorio e gli esperimenti
condotti direttamente dagli studenti (17 su 39 studenti e su un complesso di 81 citazioni) con le seguenti
motivazioni:
A) in prevalenza per l’approccio pratico, diretto e con il coinvolgimento personale (9/17 “Laboratorio: fornisce una metodologia di studio attiva e coinvolgente”. “studio sperimentale
(pratico e sensibile)”. “Attività lab -->molto coinvolgenti”. “Analisi diretta dei dati con gli
esperimenti - Esperimenti eseguiti in prima persona”)
B) Esperimento come verifica di ipotesi (3/17 - “esperimenti: verificate ipotesi previsione”.
“Esperimenti da noi effettuati: verifica pratica delle conoscenze”)
C) Esperimenti come conferma di una teoria (4/17 - “Esperimenti: per capire come la teoria possa
trovare conferma”. “tramite esperimenti, perché si esplora la fisica”)
D) Esperimenti in combinazione con altre modalità (1/17 – “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”)
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Fig.4 Modalità di studio ritenute migliori almeno da 2 studenti.
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”)
D3: Si indichino tre elementi critici dell’attività proposta e le rispettive motivazioni
Fig. 5 Elementi di criticità indicati
Gli aspetti più critici segnalati sono stati:
A) Tempi troppo ristretti (16 - per ampliare alcune parti, per compilare le schede con calma)
B) Schede di lavoro (13 - numero eccessivo )
C) Mole lavoro/contenuti (7)
D) Aspetti scontati o lasciati aperti (6)
E) Aspetti da modificare (7 – “Eccessiva attività sperimentale - Poca teoria”. “Il fare gli esperimenti con
un unico professore con due gruppi diversi”)
Commenti liberi (12 su 39)
Dodici studenti sui 39 partecipanti hanno indicato commenti liberi, sui seguenti quattro ambiti:
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Apprendimento di numerosi concetti con modalità laboratoriale innovativa (4 – “La settimana
trascorsa ha consentito di approfondire nuovi concetti seguendo un'ottica nuova ed approccio di
tipo laboratoriale: un ottimo modo per appassionarsi alla fisica”)
Attività interessante, coinvolgente, stimolante (4 – “Attività proposte interessanti e nuove”. “È
stato certamente un'esperienza molto interessante e stimolante”)
Soddisfatto di aver partecipato (1 - Sono veramente soddisfatto e contento di aver partecipato ”).
Macchina organizzativa perfetta (1 – “Ritengo che la macchina organizzativa dell'intera scuola abbia
funzionato in modo a dir poco perfetto. Accanto a questo, lo sforzo profuso dai professori e dei
relatori è stato enorme e perfettamente adeguato agli scopi”).
“Bellissimi gli esperimenti con il computer (1).
E – Pensi di iscriverti a fisica
Parte F. – Punteggi singole attività
Si riportano gli istogrammi dei punteggi medi assegnati a ciascun aspetto (scala da 1 a 5 (dove 1
corrisponde a insufficiente, 2 SUFFICIENTE, 3 buono, 4 ottimo, 5 eccellente). La linea rossa continua indica il
valore medio sull’intero insieme di attività proposte, le due linee rosse tratteggiate indicano l’intervallo di
una deviazione standard.
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