I.T.I.S. “E. MAJORANA” Milazzo
A.S. 2010/2011
SEMINARIO DI AUTOAGGIORNAMENTO PER I DOCENTI
DI FISICA E CHIMICA
Relatore: Prof. Antonino Cucinotta
COME OFFRIRE AI GIOVANI UN PONTE CULTURALE-FORMATIVO
VERSO IL FUTURO
INNOVARE I PROGRAMMI DI FISICA E CHIMICA DEL PRIMO BIENNIO DEI NUOVI ISTITUTI
TECNICI E' UN' ESIGENZA DIDATTICO-FORMATIVA ORMAI IRRINUNCIABILE
PREMESSA
L' analisi dei contenuti degli attuali programmi di fisica e chimica del primo biennio
degli istituti tecnici evidenzia gravi carenze concernenti conoscenze elementari di
fisica moderna, che stanno alla base del funzionamento dei dispositivi e dei sistemi
elettronici, informatici e telematici di uso comune. E' sufficiente considerare che
l' unità fondamentale di tutti dispositivi microelettronici , sia analogici che digitali,
(amplificatori, porte logiche, memorie, microprocessori) è il transistor, le cui
caratteristiche strutturali e funzionali possono essere studiate adeguatamente soltanto
conoscendo elementi di base di fisica dei semiconduttori, che non è altro che una
branca della fisica quantistica. Considerazioni analoghe valgono per tutti i dispositivi
appartenenti al vasto settore dell' optoelettronica (pannelli fotovoltaici, diodi LED,
diodi LASER, sensori ottici CCD per fotocamere), il cui funzionamento richiede la
conoscenza delle modalità d' interazione tra fotoni e giunzioni semiconduttrici (al
silicio o all' arseniuro-fosfuro di gallio).
Si consideri inoltre il vastissimo settore delle nanoscienze e delle nanotecnologie,
concernente nanotubi, metamateriali e cristalli fotonici, le cui caratteristiche stanno
rivoluzionando, e lo faranno sempre più tra alcuni anni, settori tecnologici consolidati
da alcuni decenni, come quello dello microelettronica, che sarà sostituita dalla
nanoelettronica, con transistor superveloci realizzati con nanotubi al carbonio in
sostituzione del silicio. In prospettiva, si consideri infine, nell'arco di un decennio, lo
sviluppo di microchip logici fotonici in sostituzione degli attuali chip microelettronici.
Anche la chimica e la meccanica risentono sempre più dell' accelerazione impressa
dalle nanotecnologie. In ambito meccanico-biochimico si realizzano già nanomotori
che utilizzano particolari strutture molecolari dinamiche, da utilizzare come nanopompe (ricerca STMicroelectronics per l'infusione sottocutanea dell' insulina).
E la scuola italiana che cosa fa per essere all' altezza di questa marea montante di
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ricerca ed innovazione ? Tutto questo straordinario progresso tecnologico viene
semplicemente ignorato, creando un gap culturale-formativo abissale per i giovani,
come risulta dalla lettura del programma di fisica del primo biennio dei nuovi istituti
tecnici: i contenuti non vanno oltre la fisica classica della seconda metà del XIX
secolo (onde elettromagnetiche ed ottica classica, nella migliore delle ipotesi) ,
ignorando un secolo di fisica quantistica, le cui applicazioni hanno rivoluzionato e
continuano incessantemente a rivoluzionare, nel bene e nel male, il nostro modo di
vivere.
LINEE GUIDA PER L' INNOVAZIONE DIDATTICA
Si propone ai Docenti di Fisica e Chimica di impostare una trattazione interdisciplinare elementare, differenziata in funzione dell'indirizzo, dei seguenti argomenti di
fisica quantistica e di elementi di processi tecnologici chimico-fisici per la
microelettronica, in chiave propedeutica allo studio di tematiche specifiche del
secondo biennio e dell' ultimo anno dei singoli indirizzi:
1) INDIRIZZO ELETTRONICO-ELETTROTECNICO - secondo anno
Docenti di Fisica
- Spettro della radiazione elettromagnetica.
- Aspetti corpuscolari ed ondulatori della radiazione e della materia:
formula di Einstein per l' energia di un fotone, relazione di De Broglie per la
lunghezza d'onda associata ad una particella.
- Principio d' indeterminazione di Heisenberg.
- Quantizzazione dei livelli energetici atomici.
- Emissione ed assorbimento di un fotone da parte di un atomo.
- Principio di esclusione (Pauli) - Struttura atomica.
- Bande di energia nei cristalli - Metalli, semiconduttori ed isolanti.
- Struttura e funzionamento di una giunzione semiconduttrice PN.
- Emissione spontanea ed emissione stimolata della radiazione elettromagnetica.
- Principio di funzionamento dei LASER.
- Cenni teorico-pratici sulle nanotecnologie.
Docenti di Chimica
- Principio di esclusione (Pauli) - Struttura atomica e sistema periodico degli
elementi.
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- Bande di energia nei cristalli - Metalli, semiconduttori ed isolanti.
- Semiconduttori intrinseci e drogati. Donatori ed accettori.
- Tecniche di drogaggio dei semiconduttori.
- Processo planare-epitassiale per la produzione industriale dei dispositivi microelettronici.
- Cenni teorico-pratici sulle nanotecnologie.
2) INDIRIZZO MECCATRONICO - secondo anno
Docenti di Fisica
- Spettro della radiazione elettromagnetica.
- Quantizzazione dell' energia elettromagnetica: formula di Einstein per l' energia di
un fotone.
- Quantizzazione dei livelli energetici atomici.
- Emissione ed assorbimento di un fotone da parte di un atomo.
- Emissione spontanea ed emissione stimolata della radiazione elettromagnetica.
- Principio di funzionamento dei LASER.
- Cenni teorico-pratici sulle nanotecnologie.
Docenti di Chimica
- Principio di esclusione (Pauli) - Struttura atomica e sistema periodico degli
elementi.
- Bande di energia nei cristalli - Metalli, semiconduttori ed isolanti.
- Cenni teorico-pratici sulle nanotecnologie.
3) INDIRIZZO CHIMICO - secondo anno
Docenti di Fisica
- Spettro della radiazione elettromagnetica.
- Aspetti corpuscolari ed ondulatori della radiazione e della materia:
formula di Einstein per l' energia di un fotone, relazione di De Broglie per la
lunghezza d'onda associata ad una particella.
- Principio d' indeterminazione di Heisenberg.
- Quantizzazione dei livelli energetici atomici.
- Emissione ed assorbimento di un fotone da parte di un atomo.
- Principio di esclusione (Pauli) - Struttura atomica.
- Bande di energia nei cristalli - Metalli, semiconduttori ed isolanti.
- Principio di funzionamento dei LASER.
- Cenni teorico-pratici sulle nanotecnologie.
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Docenti di Chimica
- Principio di esclusione (Pauli) - Struttura atomica e sistema periodico degli
elementi.
- Bande di energia nei cristalli - Metalli, semiconduttori ed isolanti.
- Semiconduttori intrinseci e drogati. Donatori ed accettori.
- Tecniche di drogaggio dei semiconduttori.
- Processo planare-epitassiale per la produzione industriale dei dispositivi microelettronici.
- Cenni teorico-pratici sulle nanotecnologie.
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