Capitolo 7. La prima scuola estiva di Fisica Moderna per studenti · Fisica Moderna (SEN_FM) per...

Capitolo 7. La prima scuola estiva di Fisica Moderna per studenti

I WORKSHOP IN PRESENZA DI IDIFO E LA PRIMA SCUOLA ESTIVA NAZIONALE DI FISICA MODERNA PER STUDENTI

Marisa Michelini, Lorenzo Santi, Alberto StefanelUnità di Ricerca in Didattica della Fisica dell’Università di Udine

1. IntroduzioneIl Progetto IDIFO aveva tra i principali obiettivi una sperimentazione basata sulla ricerca per la for-mazione degli insegnanti in merito all’innovazione didattica sui temi della fisica moderna, come descritto alla pagina http://www.fisica.uniud.it/URDF/laurea/pls1.htmIDIFO ha messo in campo moduli di intervento formativo a distanza ed in presenza per insegnanti e studenti, in un complesso intreccio di proposte, offerte ed analisi di processi di apprendimento a diversi livelli e su diversi piani.L’impegno delle 15 sedi universitarie è stato grande ed ha prodotto risultati di diversa natura. Alla pagina http://www.fisica.uniud.it/URDF/laurea/idifo1/piano.htm sono pubblicati tutti i materiali usati per la formazione a distanza. Nel volume Formazione a distanza degli insegnanti all’innovazione didattica in fisica moderna e orientamento. Contributi di una comunità di ricerca in didattica della fisica a un progetto di formazione a distanza: strategie e metodi abbiamo pubblicato le discussioni di ricerca su alcuni principali moduli formativi a distanza del Master IDIFO.Le attività in presenza, tutte realizzate a Udine non sono state meno significative ed impegnative. Tra queste sono stati organizzati 3 workshop (WS1, WS2, WS3) e la prima Scuola Estiva Nazionale di Fisica Moderna (SEN_FM) per studenti degli ultimi due anni della scuola secondaria.Il WS1 (settembre 2006) è stato gestito come attività in presenza per gli iscritti al Master IDIFO, come occasione di approfondimento a metà percorso, in maniera autonoma da altre iniziative.Il WS2 è stato pensato come ricaduta del lavoro effettuato nell’ambito del Master sul territorio in cui opera l’Università di Udine: è stato organizzato in due sedi e due fasi: marzo a Udine ed aprile a Pordenone per 2 settimane. Attività formative per insegnanti e per studenti imperniate sull’esplo-razione sperimentale e l’attività di laboratorio hanno utilizzato i materiali prodotti per e nel Master : percorsi didattici ed esperimenti cruciali di fisica moderna, laboratori concettuali, documenti e studi. A Udine il WS2 è stato sinergico con le giornate di diffusione culturale del Progetto Lemi_Est orga-nizzato dall’Università di Udine nell’ambito della L6/2000. A Pordenone si è inserito nell’ambito dell’iniziativa Impara Sperimentando della Sezione AIF di Pordenone.Il WS3 e la Scuola Estiva – SEN_FM (luglio 2007) sono stati organizzati in maniera sinergica tra loro, offrendo da una parte agli studenti interessati un’introduzione ad argomenti di fisica moderna, con lezione, seminari ed attività di laboratorio, dall’altra ai corsisti la possibilità di sperimentare i materiali e percorsi sviluppati nell’ambito del Master.I Workshop intensivi in presenza (WS) hanno avuto un valore formativo autonomo per i corsisti del Master, e nello stesso tempo hanno potenziato enormemente la formazione a distanza. La possibi-lità di eseguire esperimenti significativi e confrontarsi sui risultati e sul loro ruolo, la discussione intorno a seminari di rassegna o analisi comparata di approcci didattici ed il confronto, in tale sede, sia delle proposte formative e didattiche degli insegnamenti, sia dei prodotti dei corsisti, ne ha fatto una palestra di formazione di comunità di professionisti riflessivi di tipo esemplare per la natura par-ticolarmente fertile.In questo lavoro presentiamo uno spaccato degli aspetti più significativi delle attività in presenza di IDIFO, che trovano documentazione esemplificativa nei lavori pubblicati in questo volume.

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2. Il WS1 del Master IDIFOÈ stato dedicato ai corsisti del Master IDIFO e realizzato nel periodo - 4-8 settembre 2006Esso è stato diretto da Lorenzo Santi e curato dall’Unità di Ricerca in Didattica della Fisica (URDF) dell’Università di Udine. È stato molto impegnativo: 10 ore al giorno di attività (5 al mattino e 5 al pomeriggio) per 5 giorni interi a cui si sono aggiunte due attività serali di 3 ore ciascuna. Sono stati svolti 18 esperimenti di cui 7 eseguiti direttamente dai corsisti e 11 effettuati dalla cattedra. Le rela-zioni generali sono state sempre seguite da ampia discussione di merito. Tutti i partecipanti al WS sono stati sempre presenti alle attività: le hanno trovate molto interessanti, anche se hanno lamen-tato l’eccessivo carico di lavoro.La struttura del WS1 prevedeva le seguenti attività:• Laboratorio ed esperimenti (20 ore)• Seminari e lavori di gruppo (18 ore)• Esperimenti di fisica quantistica: 12 + 6 sulla superconduttivitàUn intero giorno era dedicato a ciascuna delle seguenti tematiche: Relatività, Quantistica, Orienta-mento, con particolare riguardo all’orientamento formativo ed al problem solving.A tutti i corsisti sono stati distribuiti i kit per l’esplorazione della polarizzazione ottica ed altri mate-riali utili per la pianificazione di attività didattiche significative.Nella tabella 1 è indicato il piano di lavoro.

Fig. 1 -L'avvio del Workshop 1.

Sia per favorire i pochi assenti al WS1, sia per l’intrinseco interesse, le discussioni (30%tempo/atti-vità) e le attività principali del WS1 (seminari, attività di laboratorio) sono state riprese da una troupe di una ditta specializzata nella produzione di materiali didattici multimediali (MEDIA project) e sono disponibili sia sotto forma di DVD che direttamente visionabili sul sitohttp://dida.unile.it/DIDACenter/Le%20News/files/UDINE/index.htm

Progetto IDIFO - Fisica moderna per la scuola 289

Lunedì 4 Martedì 5 Mercoledì 6 Giovedì 7 Venerdì 8

8.30 10.30

Apertura Presentazione esperimenti di laboratorio:

Gr4, Gr6, R1, R7, R10

Gr 2° R1/3/7/10 B S. Bergia Dai fondamenti alle

proposte didattiche sulla Relatività

Discussione

MQ Percorso polarizzazione

(P5) (A. Stefanel)

M.Giliberti Misconcezioni di FQ G.L. Michelutti -Corpo nero: una proposta didattica

11.00 13.00

Presentazione esperimenti di laboratorio: Gr2, R3 I Sciarratta -P8 –

Esperimento dalla cattedra

Gr 2B R1/3/7/10 A Seminario (A. De Ambrosis, O Levrini) a) Discutendo in rete di Relatività: il punto

della situazione b) Verso la costruzione

di percorsi di Relatività

Lavori di Gruppo di MQ

(R.Giannitrapani, M Michelini, R Ragazzon, L. Santi, A. Stefanel)

C. Tarsitani FQ e prospettiva storica Lavori di Gruppo di MQ (R.Giannitrapani M Michelini, L. Santi, A. Stefanel)

Pausa

14.00 15.50

Gr 4B R1/3/7/10 A Gr 4° R1/3/7/10 B Lavoro di Gruppo (A. De Ambrosis, O Levrini) Verso la costruzione di

percorsi di Relatività G. Pegna – P11

-Velocità della luce

D. Cauz -P9 G. Pegna – P12 – Effetto Ramsauer: assorbimento quantistico risonante degli elettroni da parte di atomi di Ar e determinazione del loro raggio

M.Michelini Orientamento e PSO progettazioni didattiche

16.15 19.00

Gr-6B R1/3/7/10 A Gr 6° R1/3/7/10 B G. Pegna – P11 -Misura di indici di rifrazione e di

velocità di segnali elettrici M.Michelini Discussione attività del Master Progetti

PW. Tirocini.

Esperimenti Supercomet2 (6 esperimenti ) F Corni

Recuperi Laboratorio

21.00 23.00

L.Santi, A Stefanel, I Sciarratta Discussione esperimenti eseguiti in

laboratorio

M.Michelini Orientamento e PSO

Cena sociale

Tabella 1 - Piano di lavoro del WS1 del Master IDIFO. Legenda Gr – attività a gruppi (4 gruppi in parallelo sullo stesso esperi-mento) A e B attività a rotazione (rotazione dei gruppi su 4 tavoli sperimentali fissi) P – Esperimenti dalla cattedra Gr e A e B si svolgono a rotazione contemporaneamente.

Fig. 2 - I immagini dal DVD contenente le videoregistrazioni del WS1 di IDIFO.


3. I WS2 del Master IDIFOL’Università di Udine è stata fondata per volontà popolare: i friulani hanno rinunciato a gran parte dei finanziamenti per la ricostruzione a seguito del terremoto per fondare la loro università. Hanno fatto la ricostruzione in tempi record con le loro mani e hanno investito nella formazione e nella ricerca per lo sviluppo promuovendo la costituzione dell’Università di Udine con una vastissima rac-colta di firme. La collaborazione forte che l’Università di Udine ha con il territorio e in particolare con la scuola del territorio ha tre gambe principali: l’orientamento, la diffusione culturale e la for-mazione degli insegnanti primari e secondari. È stata promossa fin dal 1994 con la fondazione del Centro Orientamento e Tutorato (CORT), tra i primi in Italia ed il Centro Laboratorio per la Didat-tica della Fisica (CLDF) del CIRD. Il CLDF è ancor oggi l’unica struttura universitaria italiana che preveda la paritetica collaborazione di docenti universitari e del mondo della scuola per ricerche in didattica della fisica e per la formazione basata sulla ricerca di insegnanti di ogni ordine e grado. La diffusione culturale è pensata in questo contesto come un’attività per la scuola e con la scuola. Essa ha visto realizzare ogni anno dal 1994 iniziative per la diffusione della cultura scientifica sostenute dalla L.6/2000 e dall’Ateneo fiulano. Anche per questa ragione si è voluto che il progetto IDIFO avesse una ricaduta sul territorio per insegnanti e ragazzi soprattutto. Esso si è pertanto integrato con il Progetto LEMI_EST, approvato nell’ambito della citata L.6/2000, che ha prodotto una manifesta-zione a cui ha partecipato tutto l’Ateneo di Udine e la cui durata si è estesa ben oltre a quella previ-sta per le giornate di diffusione della cultura scientifica. Alle attività progettate in LEMI_EST, come l’esposizione della mostra Giochi Esperimenti Idee (GEI) ed attività di laboratorio didattico per la scuola di base, si sono aggiunte le attività per l’insegnamento della fisica moderna. Ricordiamo tra queste: a) le tavole rotonde: due sulla meccanica quantistica a cui hanno preso parte alcuni dei mag-

Fig. 3 - Immagini tratte dal DVD delle videregistrazioni del WS1 di IDIFO.


giori esperti nel mondo in questo campo, una sui rapporti tra indagine scientifica e riflessione umani-stica ed una sulla donna nella scienza con la partecipazione di esperti nazionali ed un nuovo sguardo al problema, b) un convegno su su modelli e modellizzazione. Immagini e rappresentazioni della scienza, c) seminari su filosofia e meccanica quantistica, scienza e cinema, i nodi di apprendimento in elettromagnetismo, ricerche di avanguardia nel campo delle alte energie d) laboratori sperimentali e laboratori didattici sulla fisica moderna, e) sfide ludiche di alto livello come Masterclass, f) illustra-zione da parte di studenti di scuola secondaria dei loro studi di meccanica quantistica.Alla pagina http://www.fisica.uniud.it/URDF/laurea/pls1.htm ed in particolare all’indirizzo http://www.fisica.uniud.it/~cabras/master/idifo/idifo-ws2-prog.pdf è riportato il calendario delle attività organizzate da IDIFO nella manifestazione, tenutasi a Udine dal 19 marzo al 3 aprile 2007. Partico-larmente apprezzate dagli oltre 2000 partecipanti sono state le gare di fisica e le proposte di esperi-menti per studenti con sensori per misure di ottica fisica: diffrazione, polarizzazione e con le attrez-zature e sui temi proposti agli insegnanti.Il Workshop 2 ha avuto un’edizione a Pordenone nell’ambito dell’iniziativa Imparare sperimentando – 2a edizione, realizzata nell’ex Convento, a cura sella Sezione di Pordenone dell’Associazione per l’Insegnamento della Fisica (AIF). Si tratta di una varietà di iniziative1 centrate su una mostra inte-rattiva di esperimenti, che si trova descritta in http://www.aifpn.it. Se ne riferisce in questa sede bre-

vemente, riportando i dati e le considerazioni di Isidoro Sciarratta, Segretario della Sezione AIF di Pordenone ed organizzatore dell’iniziativa, il cui successo è dimostrato in modo significativo dalla partecipazione. L’affluenza alla mostra interattiva di esperimenti è stata elevata: circa 2500 visita-tori che hanno partecipato attivamente effettuando gli esperimenti proposti. Hanno visitato la mostra: 5 classi della Scuola Elementare, 12 classi di scuola secondaria di I grado, 36 classi della Scuola Secondaria Superiore.

(1) Per portare alla conoscenza dell’evento il più vasto pubblico possibile, sono stati stampati ed affissi per un mese 7 cartelloni per 7 locazioni diverse all’interno della città (quattro 6mx2m in siti del Comune di Pordenone e tre 6mx3m a pagamento) stampati ed affissi 500 cartelloni 50x70 da interni, per scuole, negozi e altri luoghi pubblici. Sono state distribuite 10.000 cartoline e 2000 inviti per l’inaugurazione. Sono stati stampati 39 pannelli (90 cm x 100 cm) in materiale semiespanso da 1cm, per allestire la mostra.È stato stampato, inoltre, in 4.000 copie un catalogo della Mostra di 24 pagine che riprende tutti i pannelli esposti con le relative attività ed in ugual numero un righello da trenta centimetri, personalizzato.

Fig. 4 - Uno degli apparati di misura: le bobine di Helmoltz.


Si è registrata anche la presenza sia di scolaresche che di famiglie provenienti da fuori provincia di Pordenone, in particolare dalla Provincia di Belluno, da Portogruaro, Oderzo, Conegliano, Udine, ecc. Si sono registrati casi frequenti di bambini e ragazzi che, avendo visitato in un primo momento la mostra con i propri insegnanti, sono ritornati accompagnati da genitori e/o nonni con la voglia di farsi rispiegare taluni esperimenti che li avevano particolarmente affascinati oppure divenendo esse stessi comunicatori. Alcune scolaresche, almeno una decina, che non sono riuscite a venire in ora-rio scolastico, si sono organizzate in gruppi e sono venuti spontaneamente di pomeriggio facendosi talora accompagnare da un insegnante di riferimento. I numeri sopra citati sono davvero alti in rap-porto al fatto che si tratta di visite guidate ad attività interattive: ciascuno dei visitatori, infatti, ha ricevuto spiegazioni per oltre un’ora da esperti. Per rispondere alla massiccia partecipazione di pub-blico si sono alternati, nelle sale di esposizione, una ventina di esperti tra docenti e studenti (matu-randi ed universitari).Alcuni insegnanti sono tornati più volte, anche senza i propri alunni, talora forniti di macchine foto-grafiche e/o di videocamere per riprendere gli esperimenti ed utilizzarli nella loro attività didattica. Da questi elementi e dai commenti dei partecipanti emerge come l’evento abbia centrato l’obiettivo di essere propositivo di una pratica sperimentale finalizzata alle scuole al fine di accrescere la con-sapevolezza di un sapere scientifico oggi fondamentale nella vita di tutti i cittadini.Sono state organizzate e realizzate tre conferenze di divulgazione ad alto livello. Alle conferenze hanno partecipato, oltre al pubblico vario 25 classi della scuola secondaria superiore.Ogni visitatore ha lasciato la mostra ricevendo un righello con stampate le principali costanti uni-versali ed il quaderno della mostra. Quest’ultimo contiene l’elenco dettagliato degli espositori (28), delle scuole e degli Enti partecipanti (15) nonché di esperti e collaboratori (25). Il Progetto IDIFO ha messo a disposizione le apparecchiature per l’allestimento di alcuni principali esperimenti di Fisica Moderna, in particolare di:1. apparecchiatura per l’esperimento di Frank-Hertz;2. apparecchiatura per l’esperimento sulla carica specifica dell’elettrone.3. Effetto fotoelettrico con calcolo della costante di Plank,4. Effetto termoelettrico e5. misura della velocità della luce con il metodo di Guido Pegna.Tutti questi esperimenti sono stati proposti a tutte le scolaresche che si sono presentate, ovviamente con livelli di approfondimento diversificati a seconda dell’età scolare. Hanno riscontrato un grande interesse da parte di tutti gli studenti e dei docenti accompagnatori.È stato proposto nell’ambito di IDIFO anche Termocrono2, un sistema, hardware e software, atto a compiere contemporaneamente ed in tempo reale quattro misure di temperatura con i quali studiare moltissimi fenomeni connessi con la termologia e la termodinamica. Anche questo sistema ha riscon-trato un notevole successo sia da parte degli studenti che dal pubblico in genere.Dalle dichiarazioni formulate per scritto sul registro delle firme, si evince una richiesta forte, motivata, talmente ampia da suggerire ancora nuove edizioni nei prossimi anni, anche di durata maggiore.

4. Il WS3 del Master IDIFOIl WS3 del Master IDIFO per insegnanti è stato realizzato in concomitanza con la prima Scuola Estiva Nazionale di Fisica Moderna per studenti (SEN_FM), che ha intrecciato contenuti ed attività con esso. In tale sede le sperimentazioni didattiche dei corsisti sono state applicate a studenti di eccellenza della SEN_FM, con i docenti del Master che seguivano sul campo l’attuazione di proposte didattiche ela-borate dai corsisti a seguito degli insegnamenti e da loro stessi revisionate. Le attività sperimentali su cui erano stati formati i corsisti nel WS1 sono state proposte ai ragazzi, con due livelli di sostegno:

(2) Termocrono è un sistema per la misura della temperatura con 4 sensori, realizzato da Marisa Michelini e Mario Gervasio e brevettato dell’Università di Udine.


quello dei corsisti e quello dei docenti del Master. La straordinaria ricchezza di un simile contesto ha insegnato molto a tutti su molti livelli e ci ha dato un modello di formazione in presenza.

4.1 Le basi culturali della proposta di WS3 e scuola estiva per studentiLe carenze nelle competenze scientifiche di base degli studenti secondari (Euler 2001, 2004 a,b; Duit 2008) emerse nelle indagini OCSE - PISA (Beaton et al. 1996; OECD-PISA 2005; PISA 2006) sono coerenti con le difficoltà di apprendimento e i nodi concettuali, che le ricerche in didattica della fisica evidenziano (Duit 2007). Esse in parte spiegano il calo di motivazioni per gli studi scientifici (Sjø-berg, 2001; Mariano Longo 2003; Buldo et al 2004; Cammelli 2006), che ha fatto nascere il Progetto Lauree Scientifiche (PLS) ed al suo interno il Progetto IDIFO.Sul piano delle scelte per la didattica esse sono anche spesso assunte come argomentazione per limi-tare i contesti di studio nella scuola secondaria alla fisica classica nella logica di una propedeuticità che storicizza metodologie e contenuti didattici, portando la scuola ad essere lontana dal mondo in cui è inserita, soprattutto per effetto del dinamismo e della complessità, che lo sviluppo delle nuove tecnologie dell’informazione e della comunicazione introducono.Una scuola che non stimola le intelligenze e non attiva sfide per l’apprendimento perde occasioni di sviluppo delle motivazioni. Come Laurence Viennot ha dimostrato al Congresso internazionale GIREP-EPEC (Viennot 2007), quando i ragazzi sono stimolati sul piano cognitivo e del ragionamento si moti-vano allo studio e all’indagine anche affrontando tematiche difficili in modo brillante. Proprio gli stu-denti che avevano dimostrato maggior legame a procedure e processi ripetitivi si attivano di fronte a sfide nuove ed elaborano ragionamenti che ci indicano la strada per nuovi percorsi didattici.È chiaro che le tematiche di avanguardia, come nel caso di IDIFO, non hanno il ruolo di attrazione superficiale, ma si propongono come nuove occasioni di apprendimento e di formazione integrate con la fisica classica.Affrontare alla Dirac la meccanica quantistica significa formarsi al pensiero teoretico, confrontan-dosi con i nodi delle meccanica quantistica; significa rivisitare e chiarire le basi della fisica classica ed ampliare la propria capacità interpretativa. Parimenti applicare la conservazione della quantità di moto e dell’energia ad urti Coulombiani e non solo meccanici per interpretare spettri RBS, significa capire potenzialità e ruolo delle impostazioni semi classiche nello studio dei processi e nelle tecni-che di analisi.Accanto alla formazione degli insegnanti all’innovazione didattica basata sulla fisica moderna e le tecnologie dell’informazione e della comunicazione, abbiamo perciò deciso di cimentarci in un lavoro diretto con i ragazzi più bravi e motivati a livello nazionale per studiare come possono essere creati percorsi di eccellenza accanto a quelli ordinari su questi temi, peraltro da noi già ampiamente spe-rimentati nella scuola.Nel contesto internazionale gli studi per valutare, valorizzare e promuovere le eccellenze si interse-cano con i primi studi sull’efficacia dell’insegnamento come scoperta, sull’importanza di incentrare l’insegnamento sugli aspetti metodologici più che su quelli di contenuto, sull’importanza di diffe-renziare l’offerta formativa e valorizzare il ruolo attivo degli studenti (Foshay 1961). Si inseriscono nella ricca letteratura sviluppata in merito alla valutazione delle istituzioni universitarie e alla certifi-cazione della qualità dei programmi di insegnamento (Astin 1968; Astin, and Solomon 1979; Levine A.E. 1982). È stato in particolare messo in evidenza quali sono i criteri per la realizzazione di un pro-gramma di eccellenza per studenti secondari (college statunitensi):1) Scopo e obiettivi del programma devono essere chiaramente correlati ai bisogni e agli interessi

degli studenti e i curricoli devono essere coerenti con agli obiettivi2) Ci deve essere corrispondenza tra caratteristiche degli studenti e qualità e tipo di risorse essenziali

che vengono messe a disposizione degli studenti perché posano avere successo nel programma3) Il programma delle avere stretta correlazione con l’insegnamento, lo sviluppo del curricolo e la

sua implementazione4) Devono essere previste valutazioni interne ed esterne del processo formativo e dei progressi degli

studenti


5) Deve essere garantita la ricaduta del programma con ricerche e pubblicazioni6) Deve essere previsto un processo di revisione interno del programma con feedback per miglio-

rarlo. (da: Skinner, Tafel 1986)Tali criteri si integrano con quelli adottati nel promuovere azioni per la valorizzazione di attività in grado di rispondere a una formazione di eccellenza in diversi ambiti scientifici (Comer 2002) e i risultati di recenti ricerche sulla loro valutazione (Reston 2003). In particolare è stato evidenziato che l’eccellenza può essere garantita solo se vi è un processo di continuo rinnovamento, creatività e si pone gli studenti di fronte a nuove sfide (Bowers 2008). Questi criteri trovano riscontro nelle ricer-che, che hanno evidenziato il fondamentale ruolo del coinvolgimento personale nell’oggetto di stu-dio per l’apprendimento scientifico e l’orientamento formativo (Michelini, Cobal 2001).La prima Scuola Estiva Nazionale di Fisica Moderna (SEN_FM) è stata progettata su tali basi con i materiali messi a punto da percorsi di ricerca didattica. È stata realizzata presso l’Università di Udine nel luglio 2007 per studenti di IV-V classe di scuola secondaria superiore. È stata mirata a esplorare i nodi concettuali di meccanica quantistica e relatività, a proporre esperimenti e contesti rilevanti per la fisica moderna. Si è integrata nell’offerta del Progetto IDIFO del PLS e in particolare con il seminario in presenza del Mater IDIFO, realizzato in collaborazione con 14 università italiane, per insegnanti di scuola superiore sulle medesime tematiche (IDIFO 2008), di cui la scuola stessa è stata occasione di ricaduta e potenziamento.Pensata e realizzata prioritariamente da ricercatori dell’Unità di Ricerca in Didattica della Fisica (URDF) del Dipartimenti di Fisica dell’Università di Udine ha avuto come partner per un giorno di attività l’Università di Trieste ed il Sincrotrone.Nel presente contributo si presentano gli elementi di ricerca nell’impostazione della Scuola e le carat-teristiche delle principali attività svolte. La documentazione dei dati relativi alle domande di iscrizione pervenute in risposta al bando e agli studenti che sono stati ammessi alla scuola, offrono uno spac-cato della grande domanda da parte delle scuole, degli insegnanti, degli studenti di proposte organi-che per l’insegnamento/apprendimento della fisica e in particolare della fisica moderna.

4.2. Le problematiche affrontate nella progettazioneLe scelte di fondo nella organizzazione della Scuola hanno puntato all’integrazione di una molte-plicità di valenze. Rispondere ai bisogni effettivi degli studenti in interventi organici, strutturati e coerenti su temi effettivamente interessanti, perché attuali, culturalmente significativi, rilevanti sul piano applicativo è stato alla base di un’attenzione a fornire esemplificazione delle metodiche tipi-che dell’indagine fisica moderna. Sul piano metodologico si è deciso di integrare attività sperimen-tali ed esplorazioni concettuali, prevedendo il coinvolgimento attivo degli studenti nel loro processo formativo. Sono state preparate attività che impiegano strategie e strumenti differenziati didattici ed esplorano ambiti diversi, pur concorrendo alla realizzazione di una quadro concettuale e metodolo-gico unitario. Efficaci attività di orientamento formativo sono state un motivo di fondo reso espli-cito con strategie di problem solving.Una vera e propria sfida è stata l’integrare il Workshop in presenza di formazione degli insegnanti del Master IDIFO con la Scuola estiva per studenti. Una sfida che è stata affrontata in termini di ric-chezza di occasioni per il confronto, la riflessione e l’analisi di modi di guardare alla didattica della fisica moderna. Ciò ha portato ad offrire nuove situazioni formative per gli insegnanti del Master. Sono state particolarmente fertili le presentazioni e la relativa discussione dei progetti didattici elabo-rati dagli insegnanti su una stessa area: relatività ristretta e meccanica quantistica. Ancora più impor-tanti e formative sono state le occasioni di tirocinio, che hanno impegnato in prima persona i cor-sisti, valorizzando il ruolo della progettazione didattica e della riflessione operativa nel sottoporsi ad un’analisi a più livelli. Alcuni corsisti hanno lavorato direttamente con i ragazzi nella sperimen-tazione di proposte didattiche, preventivamente validate dal corpo docente e precisate con schede di lavoro. Gli insegnanti in formazione si sono sottoposti sia alla prova di efficacia con gli studenti sia alla valutazione di due esperti osservatori in veste di amici critici ed hanno offerto agli studenti occasioni di lavoro di alto livello. Non è stato semplice ricercare modalità organizzative e didatti-


che, che permettessero di massimizzare l’efficacia degli interventi in termini di tempo, spazi, attrez-zature, così come.rendere effettivo il monitoraggio dell’intero processo attraverso strumenti diversi, messi a punto dai ricercatori dell’URDF e dai docenti sperimentatori. La valutazione degli appren-dimenti degli studenti nei diversi moduli è stata fatta attraverso schede di lavoro PEC3 e test, inter-viste, osservazione delle diverse attività, discussioni intermedie e finali. È stato creato un contesto di ricerca in ciascuna delle attività svolte. Si sono così monitorate tutte le attività con strumenti di ricerca ed è stata effettuata la videoripresa delle attività più significative. Per ciascuna attività è stata realizzato un processo che ha coinvolto l’intero gruppo dei ricercatori dell’URDF ed anche quelli delle altre sedi IDIFO per le attività con gli insegnanti.Tale processo ha riguardato la fase di progettazione, quella di realizzazione, quella di riepilogo e infine di raccolta della documentazione e analisi del monitoraggio. La valutazione degli apprendi-menti è stata fatta invece a cura dei responsabili di diversi moduli. Tale processo ha previsto per cia-scuna attività: una preliminare individuazione degli obiettivi disciplinari e metodologici specifici e parallelamente di domande di ricerca a cui si voleva dare risposta; la messa a punto della proposta tematica e/o operativa (proponendo differenziate modalità di lavoro che garantissero la multidimen-sionalità richiamata e soddisfacessero ai vincoli di contesto); messa a punto degli strumenti didattici con cui far lavorare i ragazzi (esperimenti, schede, test, questionari), costruiti anche per poter rac-cogliere informazioni da cui estrarre risposta alle domande di ricerca che erano state individuate; la conduzione dell’attività da parte di uno o più ricercatori o un docente esperto; il monitoraggio di un tutor che da un lato fungeva da osservatore dell’attività, raccogliendo, in base a griglie aperte, indi-cazioni sulle modalità di lavoro del conduttore, sui nodi emersi e i processi cognitivi attivati dagli studenti, e dall’altro aveva il compito di coadiuvare il conduttore soprattutto nella fase riepilogativa del lavoro e in quelle in cui gli studenti svolgevano attività in gruppo; raccolta dei prodotti realizzati dagli studenti (schede, test e questionari lasciandone copia agli studenti); prima analisi di tali mate-riali per dare un feedback immediato agli studenti indirizzando la discussione riepilogativa di cia-scuna attività sui nodi che si sono riscontrati come maggiormente problematici.Per ogni attività pertanto è stato previsto che gli studenti: a) realizzassero un prodotto, che restasse loro come esito del lavoro svolto, ai ricercatori come documentazione da analizzare e ai corsisti spe-rimentatori come base per la loro tesi di Master; b) venissero valutati in merito ai loro apprendimenti su più livelli; ricevessero un feedback che poteva essere immediato, nella discussione dei nodi emersi al termine dell’attività, oppure parzialmente dilazionato, con eventuali ulteriori segmenti della scuola stessa e con la discussione seminariale che ha chiuso la scuola.

5. Il bando e le domande di iscrizione alla Scuola Estiva Nazionale di Fisica ModernaAlla scuola estiva gli studenti accedevano rispondendo al bando di iscrizione, aperto nella primavera del 2007 e chiuso il 30 giugno 2007.Per essere accettate le domande dovevano essere state fatte da studenti frequentanti il quarto o il quinto anno di una scuola superiore nell’a.s. 2006/2007. Alla domanda dovevano essere allegate le valutazioni riportate nelle discipline scientifiche nell’a.s. 2005/06 e al termine del I quadrimestre dell’anno 2006/07.Nel complesso delle 385 domande pervenute, 361 erano rispondenti ai requisiti del bando: 225 di studenti di classe quarta; 136 di classe quinta.

(3) Le schede PEC – Previsione Esperimento Confronto sono state messe a punto in ricerche di applicazione della strategia dell’Inquiry Learning a percorsi didattici basati sulla ricerca per il superamento dei nodi concettuali di apprendimento (Percorsi di Insegnamento / Apprendimento – I/A) basati sull’operatività manuale e concettuale degli studenti. Esempi di tali schede sono pubblicate in www.fisica.uniud.it/URDF.


Il numero di domande pervenute risulta particolarmente alto, se si considera che la scuola veniva organizzata in luglio ben dopo la chiusura delle scuole e lo svolgimento degli esami di maturità e non era stata particolarmente pubblicizzata essendo stata originariamente proposta come occasione per far svolgere le sperimentazioni del Master IDIFO sulle scuole correlate alle diverse sedi che hanno cooperato alla realizzazione del Master.

Fig. 5 - Depliant con il bando di iscrizione e la scheda di iscrizione.

Abbiamo così scoperto che vi è una domanda di proposte di qualità in particolare su tematiche di fisica moderna. Essa risulta ugualmente diffusa sul territorio come appare anche dai dati riportati nelle figure 6 e 7.

Distribuzione regionale domande

ABRUZZI

BASILICATA

CALABRIA

CAMPANIA

EMILIA R

FRIULI VG

LAZIO

LIGURIA

LOMBARDIA

MARCHE

MOLISE

PIEMONTE

PUGLIA

SARDEGNA

SICILIA

TOSCANA

TRENTINO AA

UMBRIA

VENETO

REGIONE Domande/Ammessi TotaleClassi 4 Classi 5 Dom Amm

ABRUZZI 3 7 10

BASILICATA 3 3 6

CALABRIA 3 0 3

CAMPANIA 13 1 5 2 18 3

EMILIA R 8 1 11 1 19 2

FRIULI VG 16 3 12 7 28 10

LAZIO 33 6 23 2 56 8

LIGURIA 3 3 6

LOMBARDIA 31 4 11 5 42 9

MARCHE 3 0 3

MOLISE 4 1 5

PIEMONTE 17 3 12 3 29 6

PUGLIA 12 4 10 5 22 9

SARDEGNA 2 3 5

SICILIA 23 2 12 35 2

TOSCANA 3 0 3

TRENTINO AA 0 1 1

UMBRIA 6 3 9

VENETO 42 19 1 61 1

Totale 225 24 136 26 361 50

Fig. 6 - Numero di domande valutate e di ammessi alla scuola suddivise per regione.


Nelle domande regolari prevenute risultano rappresentate tutte le regioni, con l’eccezione della Valle d’Aosta. La distribuzione ovviamente privilegia le regione geograficamente più vicine a Udine, ma vede ben rappresentate anche le altre regioni sia del nord che del sud Italia, con particolare rilevanza in quest’ultimo caso della Sicilia e della Puglia. Nel complesso sono pervenute domande di studenti da 76 provincia di 19 regioni italiane. In Appendice sono riportati i dati scorporati per provincia.

Fig. 7 - Distribuzione geografica delle domande e degli ammessi alla Scuola (in parentesi).

Come previsto dal bando e in conformità alla connessione della scuola con il master IDIFO, i criteri per la selezione delle domande erano il profitto nelle discipline scientifiche, l’essere iscritti a una delle scuole dei docenti iscritti al master IDIFO ovvero delle province delle sedi universitarie col-laboranti del Master, l’età anagrafica. Per la formulazione della graduatoria delle domande e indi-viduazione dei 50 studenti ammessi alla scuola è stata istituita una commissione di valutazione che ha provveduto alla definizione delle modalità di valutazione del profitto e dei pesi da assegnare ai diversi criteri di selezione. Tale processo di valutazione ha consentito una adeguata presenza di stu-denti delle scuole degli insegnanti iscritti al master, garantendo al tempo stesso un adeguato filtro di qualità degli studenti selezionati.In tabella 2 e nei diagrammi delle figure 8 e 9, sono riportate le medie delle valutazioni ottenute nelle materie scientifiche dagli studenti che hanno fatto pervenire regolare domanda.


Medie Classe 4 Classe 5 TOTALE

M<6.0 0 7 7

6.0 M<6.5 0 9 9

6.5 M<7.0 7 17 24

7.0 M<7.5 14 26 40

7.5 M<8.0 35 36 71

8.0 M<8.5 55 31 86

8.5 M<9.0 66 9 75

9.0 M<9.5 40 1 41

M=10.0 8 0 8

Tot 225 136 361

Tabella 2 - Distribuzione delle valutazioni degli studenti che ano presentato regolare domanda.

Le distribuzione delle valutazioni, come si vede sia per le classi quarte sia per le classi quinte sono chiaramente asimmetriche con una prevalenza di valutazioni medie che si attestano intorno agli 8÷8.5/10. Per la precisione la distribuzione relativa alle classi quarte ha media 8.8 e = 0.7, quella relativa alle classi quinte ha media 7.9 e = 0.8.

La differenza tra le due medie non risulta statisticamente significativa, anche se le distribuzioni sono solo qualitativamente simili. Il confronto tra le due distribuzioni può essere meglio apprezzato nel diagramma di figura 18, in cui sono riportati i dati complessivi per classi di valutazione con indica-zione di come ciascuno dei due gruppi interviene a comporre la distribuzione complessiva.

Fig. 8 - Valutazioni medie finali dell’a.s.2005/06 e del primo quadrimestre dell’a.s 2006/2007 rispettivamente per gli studenti delle classi quarte e per quelli delle classi quinte.


Dall’analisi delle distribuzioni riportate emerge in modo evidente il livello decisamente elevato degli studenti che hanno inviato la loro domanda di partecipazione alla scuola. Aspetto rilevante da osser-vare qui è che le valutazioni non sono particolarmente differenziate sul piano regionale. Da que-sti dati emerge che la scuola estiva di fisica ha dato risposta a un bisogno fortemente espresso dagli studenti di medio-alto livello di un campione che rappresenta in modo significativo la quasi totalità delle regioni italiane e la gran parte delle loro province.Nelle figure 10 e 11 sono riportate le distribuzioni delle valutazioni medie dei soli studenti selezio-nati per l’iscrizione alla scuola, che risultano in entrambi i casi con media complessiva di oltre 9/10 (9.2 con = 0.5 per le classi quarte, 9.4 con = 0.4 per le classi quinte).Come è evidente la modalità di valutazione delle domande che è stata attuata ha garantito la sele-zione di studenti di alto livello.

Fig. 10 - Distribuzione delle valutazioni medie riportate dagli studenti ammessi alla scuola estiva per le classi quarte e per le classi quinte.

Fig. 9 - Distribuzione totale delle valutazioni medie in cui in colore diverso sono riportati i dati per le classi quinte e le classi quarte rispettivamente.


Tutti gli studenti ammessi con media M: 8.5 M<9 sono di classi quarte, mentre nelle altre tre cate-gorie rappresentate, con medie M: 9 M<9.5, 9.5 M<10, M=10, sono prevalenti gli studenti delle classi quinte. Questo evidentemente è una conseguenza delle maggiore peso che hanno avuto i cri-teri territoriali nella definizione della graduatoria nel caso delle classi quarte rispetto a quanto hanno influito nel caso delle classi quinte.

6. Il programma di WS3 e della SEN_FMLa realizzazione attuativa del progetto si è concretizzata nel programma schematizzato all’indirizzo http://www.fisica.uniud.it/URDF/laurea/pls1.htm ed in particolare in http://agenda.fisica.uniud.it/difa/getFile.py/access?resId=0&materialId=13&confId=4

Molteplici attività differenziate sia per contenuti sia per metodologie attuate hanno costituito il pro-gramma del WS3 e della SE_FM. Si sintetizzano qui le tipologie di attività, indicando tra parentesi il numero di ore complessivamente dedicato ad ognuna di esse, lasciando ai paragrafi successivi la loro discussione e documentazione:- Laboratori a gruppi per condurre attività sperimentali di fisica moderna con proposte realizzato

con TIC – sensori on-line – prototipi innovativi (8 ore)- Laboratori didattici partecipati condotti alternando fasi collettive, fasi di lavoro individuale o a pic-

coli gruppi utilizzando proposte operative, schede di lavoro (7 ore)

Fig. 11 - Home page della scuola estiva di fisica moderna SEN_FM.


- Laboratori didattici per l’esplorazione di percorsi didattici (8+8ore)- Laboratori di simulazione (2 ore)- Seminari formativi di: • discussione partecipata dei dati sperimentali (2 ore) • presentazione e discussione di esperimenti con esecuzione dell’esperimento dalla cattedra e ana-

lisi di dati campione (4 ore) • presentazione e discussione di nodi concettuali (6 ore) • panoramica su tematiche specifiche (4 ore)- Seminari finali: report degli studenti in merito ai nodi disciplinari affrontati nelle principali atti-

vità laboratoriali (2 ore)Il totale delle attività organizzate ha comportato un impegno di oltre 50 ore.Il programma attuato per la scuola estiva ha previsto quattro diverse modalità di intersezione con il programma del WS3.La prima modalità costituisce un completamento della formazione in rete telematica del Master IDIFO mediante la sperimentazione di percorsi didattici sulla relatività e sulla meccanica quantistica, che trasformano la preparazione in competenza professionale. Sono state realizzate nei laboratori per l’esplorazione di percorsi organizzando macro-gruppi paralleli di studenti. I 4 percorsi sperimentati erano stati messi a punto, sulla base dei progetti di ricerca proposti nei corsi del Master.Una seconda modalità di integrazione è stata nelle attività di laboratorio sperimentale. Hanno ope-rato assieme su esperimenti sulla fisica moderna gruppi misti composti da studenti partecipanti alla scuola estiva e docenti iscritti al master, che avevano già avuto modo di avvicinarsi a quegli stessi esperimenti nel primo workshop in presenza svoltosi nel settembre 2006. Ogni gruppo compren-deva un ricercatore con il compito di tutor. L’ipotesi di lavoro era che gli insegnanti iscritti al master facessero da tutor agli studenti nella conduzione degli esperimenti, ciò si è realizzato soltanto con il forte sostegno del ricercatore-tutor.La terza modalità è consistita nei seminari conclusivi: singoli studenti hanno presentato brevi comu-nicazioni su che cosa avevano imparato nei tre ambiti principali della meccanica quantistica, della relatività, dell’analisi degli spettri RBS, discutendo poi in forma collegiale i nodi affrontati, ponendo domande su quelli lasciati aperti.La quarta modalità è stata la fruizione di seminari congiuntamente: i seminari di carattere generale: Philosophical aspects of quantum theory tenuto dalla prof. G. Pospiech, dell’Università di Brema e How does an atom look like?-Come appare un atomo? Tenuto dal prof. F. Herman, dell’Università di Karlsruhe; Gravità e meccanica quantistica al lavoro: l’espansione dell’Universo. tenuto dal prof. De Angelis, preside del corso di laurea in fisica computazionale dell’Università di Udine; RBS-Ruther-ford Backscattering Spectroscopy. Cimentarsi in una tecnica di analisi della ricerca nella fisica dei solidi, attività coordinata dal prof. Corni dell’Università di Modena Reggio; la parte sociale svoltasi il venerdì pomeriggio, che comprendeva la vista al sincrotrone di TS e la visita alla SISSA presso il centro di Miramare di fisica teorica, la cena sociale.

7. Tipologie di attività e strategie di lavoroLe caratteristiche delle principali attività offerte ai partecipanti della scuola sono state le seguenti.

A - Laboratori didattici partecipatiQuesti laboratori didattici sono stati condotti alternando a fasi collettive condotte da ricercatori, fasi di lavoro individuale e/o a piccoli gruppi utilizzando proposte operative e schede di lavoro di tipo Inquiry learning. A seconda delle fasi e della tematica considerata, sono state impiegate strategie tipo Previsione Esperimento Confronto (PEC)4 e di problem solving.

(4) La strategia PEC è stata messa a punto con le ricerche PRIN, che la comunità IDIFO ha svolto e di cui vi sono esemplificazioni nel progetto EspB del sito www.fisica.uniud.it/URDF/


Sono di questa tipologia generale laboratori didattici sulla tecnica di analisi RBS e di introduzione alla polarizzazione5.

Costruita la teoria dell’urto colombiano e applicata alla specifico caso delle particelle retro diffuse da multistrati atomici, come si ha nel caso della RBS, agli studenti è stata proposta l’analisi di spettri mirata alla determinazione di composizione di campioni incogniti. L’esito del laboratorio sono state le schede di lavoro compilate e gli spettri RBS analizzati. La valutazione dell’apprendimento è stata effettuata con uno specifico test. Il laboratorio RBS è stato il test di fattibilità su una proposta innova-tiva e la validazione dei materiali e della proposta messa a punto e mai sperimentata in precedenza.Il laboratorio partecipato Introduzione ai concetti di base della meccanica quantistica con esperimenti di polarizzazione ottica ha fornito agli studenti una base fenomenologica comune di riferimento, per affrontare i percorsi sulla MQ progettati dai corsisti del Mater con approccio alla Dirac (Ghirardi et al. 1997; Michelini et al. 2000). Il percorso esplorativo ha portato alla costruzione della polarizza-zione come proprietà della luce, che si riconosce attraverso una variazione di intensità della luce, ma che è distinta dall’intensità stessa. La strategia di lavoro è stata quella di alternare l’esplorazione gui-data dalla cattedra, utilizzando una lavagna luminosa su cui appoggiare i polaroid e creare le diverse situazioni da analizzare, e l’esplorazione libera seguendo le proposte di schede di lavoro. Gli studenti hanno utilizzato i kit sulla polarizzazione della luce appositamente predisposti. Tali kit contengono una serie di polaroid, filtri rifrangenti ordinari, un cristallo birifrangente, un puntatore laser, supporti in legno grazie ai quali si possono realizzare le diverse situazioni sperimentali del percorso didattico. Tutti i materiali sono facilmente reperibili oppure facilmente riproducibili. Le schede di lavoro com-pilate durante l’attività costituiscono hanno evidenziato per i ricercatori le rappresentazioni iconiche degli studenti per la rappresentazione contemporanea di polarizzazione e intensità della luce.Caratteristiche di problem solving ha avuto anche il laboratorio di simulazione sul caos, condotto da Maria Peressi e Giorgio Pastore, della SISSA, Università di Trieste.

B - Laboratori di esplorazione di percorsi concettualiIn questi laboratori sono state svolte le sperimentazioni di 4 insegnanti iscritti al Master. Essi hanno proposto percorsi di ragionamenti fondati sulle attività esplorative sperimentali o multimediali. Le attività hanno previsto pre-test/post-test, schede di lavoro, attività sperimentali o di simulazione con il coinvolgimento attivo degli studenti, per un totale di 8 unità orarie. Un ricercatore e un esperto hanno monitorato silenti l’attività in ciascuna sperimentazione. Sono state attuate due sperimenta-zioni di relatività in parallelo in laboratori diversi con gruppi composti da metà degli studenti iscritti alla scuola estiva. I contenuti erano stati progettati a partire dallo stesso percorso di formazione incen-trato prevalentemente sulla proposta di Taylor e Wheleer (1992)6.

(5) Il laboratorio RBS e quello sulla polarizzazione ottica sono presentati in questo stesso volume. (6) Si tratta dei lavori presentati in questo volume da V Giuliani e M Caporusso.

Fig. 12 - Gli studenti discutono spettri di Rutherford Backscattering Spectroscopy (RBS).


Anche sulla meccanica quantistica sono state progettate e condotte, a cura di due docenti iscritti al master, due sperimentazioni ciascuna realizzata sempre con metà degli iscritti alla scuola. In questo caso i moduli sono stati svolti in parallelo con i laboratori sperimentali. Si è trattato di due percorsi coerenti con l’ap-proccio alla meccanica quantistica di Dirac (Ghirardi et al 1997; Michelini et al. 2000), uno prioritaria-mente centrato sull’introduzione del formalismo a partire dalla base sperimentale della polarizzazione e il secondo focalizzato sulla discussione del principio di sovrapposizione esplorando la fenomenolo-gia dell’esperimento di Stern e Gerlach. Entrambi i percorsi sono finalizzati a far riconoscere il ruolo fondante del principio di sovrapposizione nella costruzione della meccanica quantistica7.Le schede di lavoro, i test e i questionari compilati dagli studenti, messe a punto dai tirocinanti con la supervisione di ricercatori dell’URDF, sono stati i principali prodotti di questi laboratori. Significa-tivo esito di questo lavoro è stato anche il seminario conclusivo della scuola in cui gli studenti hanno presentato e discusso con sorprendente competenza i concetti esplorati in questi laboratori.

C - Laboratorio SperimentaleParticolarmente qualificante è stato il laboratorio sperimentale in cui gli studenti e gli insegnanti del Master hanno effettuato a rotazione i seguenti esperimenti, disponibili in 2 copie:• Frank e Hertz, per la misura delle energie di transizione atomica del mercurio,• Diffrazione ottica: acquisizione on-line di pattern di diffrazione da singola fenditura ed individua-

zione delle leggi fenomenologiche che li descrivono (Corni, Michelini 1993),• Effetto Hall per misura della costante Hall per materiali diversi (Michelini 2001);• Misura della velocità della luce, in aria e in materiali diversi (Pegna 2007).

(7) I corrispondenti lavori sono presentati in questo volume a cura di A Casellato e F Ciralli.

Fig. 7 - Alcuni studenti in laboratorio.

Fig. 8 - Studenti e insegnanti in laboratorio.


Le attività sono state condotte in gruppi misti ciascuno composto da 3-4 studenti 1-2 insegnanti par-tecipanti al WS3 del Master (a volte insegnanti e studenti provenivano dalla stessa scuola) e un ricer-catore dell’URDF. Dopo una breve presentazione da parte del tutor della misura, i componenti di ciascun gruppo hanno eseguito la misura, raccolto i dati, utilizzando le schede appositamente pre-disposte ed discusso i dati. Ciascun gruppo ha prodotto una breve relazione su ciascun esperimento con presentazione e discussione dei dati. La discussione degli esiti principali delle misure effettuate è stata fatta nel seminario conclusivo.

D - Laboratori dimostrativiL’obiettivo di offrire lo spettro più ampio possibile di attività sperimentali sulla fisica moderna ci ha fatto differenziare le attività sperimentali. È stato previsto pertanto anche un laboratorio dimostra-tivo, in cui in tempi brevi un ricercatore o docente esperto eseguiva un singolo esperimento effet-tuando alcune misure sul campo e documentando e discutendo l’intera misura con dati campione. In questo modo sono stati proposti i seguenti esperimenti:• Effetto fotoelettrico e termoionico• Risonanza di spin ed esperimento Ramsauer:• Misura del rapporto tra carica e massa (e/m) dell’elettroneIl ruolo attivo degli studenti è stato garantito dallo stile di presentazione, che non si riduceva a una semplice lezione frontale ma prevedeva continui stimoli agli interventi degli studenti con domande, o con sollecitazioni a porre domande.

Fig. 9 - Discussione dei dati raccolti e loro analisi.

Fig. 10 - Dati campione e apparato utilizzato per lo studio dell’effetto fotoelettrico.


E - Seminari conclusiviIl seminario conclusivo si è svolto il sabato mattina in cui si è conclusa la scuola. Per quanto tutti i moduli proposti nella scuola abbiano previsto sistematiche valutazioni, si è scelto di creare un ambito generale di confronto tra i diversi attori presenti a Udine in occasione della scuola: gli studenti iscritti, gli insegnanti partecipanti al WS3, i docenti di diverse sedi presenti a Udine per l’occasione, i ricer-catori dell’URDF che come docenti oppure osservatori/tutor hanno collaborato alla scuola. Agli stu-denti è stato dato il ruolo di attori principali, facendo loro presentare delle relazioni di 15-20 minuti l’una, in cui presentare i nodi principali dei percorsi che avevano esplorato nei laboratori in merito al percorso di meccanica quantistica, a quello di relatività, a quello sull’analisi degli spettri RBS.I ragazzi che si sono assunti volontariamente il compito di riferire per i gruppi hanno in autonomia preparato i loro brevi interventi.Essi hanno anche risposto alle domande che venivano loro rivolte dai partecipanti all’assemblea. In merito alla relatività la discussione si è incentrata su come cambi la concezione dello spazio tempo relativistico. In merito alla meccanica quantistica il dibattito è stato più acceso, lungo e partecipato. Dato l’alto numero di persone presenti e per garantire a tutti di poter dare un contributo, agli studenti è stato richiesto di formulare delle domande scritte da presentare a compagni, insegnanti, ricercatori, in modo che potessero essere date risposte sintetiche su più quesiti correlati. Alcune tra le domande formulate evidenziano l’alto livello raggiunto dagli studenti nell’entrare nel cuore dei nodi concet-tuali della meccanica quantistica:• ”in che cosa consiste esattamente uno stato entanglement?”, aspetto non trattato nei percorsi, ma

citato nel seminario iniziale della prof. Pospiech.• macrosistemi-microsistemi: “come mai mondo macro e mondo micro sono uguali se nel macro-

mondo non abbiamo bisogno di fare una misura per sapere che il sistema ha certe proprietà?”• “È perché nei sistemi macroscopici di fatto facciamo continuamente misure?”• “Quali conferme sperimentali ci sono della meccanica quantistica?”

Fig. 11 - Le presentazioni al seminario finale di relatività e di meccanica quantistica.

Fig. 12 - La replica di un ricercatore dell’URDF; le domande sulle relazioni degli studenti; la partecipazione congiunta di studenti, insegnanti e docenti del Master al seminario conclusivo.


8. ConclusioniLa formazione degli insegnanti all’innovazione didattica è un problema intrigante per tutta la ricerca. Abbiamo accolto tale sfida proprio con lo spirito di ricerca e con il vantaggio di essere una comu-nità che studia insieme da anni tali problemi. Per questo motivo le domande di ricerca e le azioni per rispondere non si sono risparmiate.I Workshop in presenza del Progetto IDIFO hanno arricchito sia il ruolo formativo del Progetto per gli insegnanti sia le prospettive di integrazione di attività sul campo con la formazione di professio-nalità per l’innovazione didattica.Il primo WS1 ci ha fornito importanti elementi per un modello di attività intensiva integrata con atti-vità a distanza nella formazione degli insegnanti.Il secondo WS2 ha svolto un ruolo di ricaduta e messa a punto di strumenti didattici con studenti.Il terzo WS3 associato alla Scuola Estiva per studenti è stato un’esperienza modello, che ci ha fatto scoprire il valore e i bisogni dei giovani motivati nella scuola.Tutti i 50 studenti che sono stati ammessi alla scuola si sono iscritti e hanno partecipato attivamente alle 51 ore di attività organizzate, sia giornaliere sia serali, come documentano i fogli presenza, da cui emerge la sola defezione di uno studente a una mattinata di lavoro per indisposizione. I prodotti sono stati moltissimi: le schede di lavoro e i test compilati da tutti i corsisti nei diversi moduli didat-tici, i questionari riepilogativi, compilati dalla quasi totalità degli studenti, questionari di monitorag-gio riconsegnati da 45 studenti e da quelli sui punti di forza e punti deboli della scuola riconsegnati da 31 studenti, i filmati delle parti che è stato possibile video riprendere e disponibili in rete.Alle ore di lavoro ufficiali vanno aggiunte diverse ore serali e notturne in cui molti dei ragazzi che hanno partecipato alla scuola hanno analizzato i problemi posti, compilato schede di valutazione e test, preparato relazioni e presentazioni, come in particolare hanno fatto i rapporteur del seminario conclusivo, che hanno preparato tra venerdì pomeriggio e sabato mattina le loro brevi presentazioni di sintesi, facendosi in qualche caso aiutare dai compagni il venerdì pomeriggio durante il viaggio verso Trieste. Vi sono state inoltre aggiunte per una trentina di studenti altre 2-3 ore di incontri di orientamento, di tipo informale, con il preside della facoltà di scienze, e il prorettore per la didat-tica e l’orientamento.Il clima di lavoro è stato sempre sereno, collaborativo, grazie al comportamento degli studenti che definire esemplare sembra quasi riduttivo:• Gli studenti hanno sempre affrontato le attività che venivano loro proposte con entusiasmo, anche

quando erano gravose• Il clima di rispetto per i docenti (universitari o insegnanti di scuola) e per i compagni è stato esem-

plare• Gli interventi sono sempre stati pertinenti, orientati a cercare di capire meglio gli obiettivi propo-

sti e mai finalizzati a mettere in difficoltà l’interlocutore – in questo senso i corsisti Master che hanno sperimentato i percorsi, all’inizio un po’ timorosi di trovarsi di fronte degli studenti di così alto livello, hanno potuto lavorare molto serenamente e raccogliere ottimi risiltati dalle loro speri-mentazioni.

• Sia nella sede di lavoro, sia nel collegio, sia nell’attività sociale non hanno mai fatto sorgere alcun problema, rispettando gli orari di lavoro, adeguandosi ai ritmi che erano stati programmati, man-tenendo un livello di attenzione fuori dal comune

Queste considerazioni acquistano anche maggiore peso se si considera, che le diverse attività non hanno ricevuto le stesse valutazioni come emerge dai dati di monitoraggio, discussi in un articolo di questo volume.Le indicazioni che emergono dalla ricerca didattica, in merito alla valorizzazione della qualità delle azioni formative hanno indirizzato alla realizzazione di una complessa struttura organizzativa in cui modalità e strategie diverse di lavoro si sono integrate e alternate.Le tematiche sviluppate hanno riguardato prioritariamente la fisica quantistica, la relatività, le tec-niche di analisi sperimentale e in particolare la tecnica RBS. Ciascuna proposta didattica offerta è stata progettata come ricaduta e contesto di ricerca didattica. Diversi tipi di laboratori sono stati atti-


vati: laboratori sperimentali, in cui a gruppi misti studenti e insegnati iscritti al Master effettuavano gli esperimenti, laboratori didattici per l’esplorazione di percorsi,in cui insegnanti iscritti al Master effettuavano sperimentazioni didattiche, laboratori partecipati condotti da ricercatori per l’esplora-zione di fenomenologie e la costruzione di concetti. Contributi di ospiti internazionali e italiani hanno arricchito le proposte locali.Alcune elementi hanno prodotto risonanza rispetto agli obiettivi: la presenza contemporanea in aula di docenti del master, insegnanti iscritti al master e studenti iscritti alla scuola, l’integrazione di atti-vità sperimentali, ludiche esplorative di calcolo e studio.Il monitoraggio delle attività e della scuola, svolto contestualmente a sistematiche valutazioni degli apprendimenti, ha consentito di evidenziare l’importanza di proporre agli studenti tematiche che risul-tano culturalmente significative e quindi stimolanti per loro, come sono in particolare quelle sui nodi cruciali dello sviluppo della fisica del ‘900 come la meccanica quantistica e la relatività. Accanto a queste indicazioni è emerso fortemente il ruolo del laboratorio come privilegiato contesto d’appren-dimento, l’alto valore dei docenti e le modalità di lavoro, il positivo e stimolante clima creatosi nella scuola. L’operare con studenti motivati prima ancora che di livello eccellente, è stata una opportunità per attuare analisi di fattibilità di proposte didattiche innovative, sperimentare strategie formative. Tali esperienze anche se non generalizzabili proprio perché condotte sull’eccellenza hanno consen-tito di tracciare un limite superiore alla percorribilità delle proposte. Hanno permesso inoltre di evi-denziare come anche operando con studenti di alto livello si riscontrino difficoltà di apprendimento anche su aspetti d base. Hanno inoltre costituito un laboratorio in cui condurre ricerche su proposte innovative sulla fisica contemporanea, già sperimentate in altri contesti, come nel caso dei percorsi di meccanica quantistica e relatività, sia mai offerti a studenti, come è il caso del percorso di pro-blem solving sulla tecnica RBS.I risultati dell’analisi degli strumenti di monitoraggio hanno fornito indicazione per effettuare una revisione del progetto IDIFO da attuare nel PLS2.

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APPENDICE

Dati relativi alle domande regolari pervenute e agli ammessi alla scuola estiva disaggregate per provincia

REGIONE PROVINCIA

Domande Ammessi Non ammessi TOTALI

CL

4

CL

5

CL

4

CL

5

CL

4

CL

5

Reg

ione

AM

M

NO

N

AM

M

ABRUZZI Chieti 2 6 2 6

L’Aquila 1 1

Pescara 1 1

3 7 3 7 10 0 10

BASILICATA Matera 2 2 2 2

Potenza 1 1 1 1

3 3 3 3 6 0 6

CALABRIA Crotone 1 1

Reggio C 2 2

3 0 3 0 3 0 3

CAMPANIA Avellino 1 1

Benevento 3 3

Caserta 1 1

Napoli 8 3 1 1 7 2

Salerno 2 2

13 5 1 1 12 4 18 2 16

EMILIA R Bologna 1 3 1 3

Ferrara 2 3 2 3

Forlì-Cesena 1 1

Modena 1 2 1 0 2

Parma 1 1

Reggio-E. 2 1 2 1

Rimini 1 1 1 1 0

8 11 1 1 7 10 19 2 17

FRIULI VG Udine 13 8 1 5 12 3

Trieste 1 1 1 1 0 0

Pordenone 2 2 1 1 1 1

Gorizia 1 1

16 12 3 7 13 5 28 10 18

LAZIO Frosinone 5 3 5 3

Latina 11 4 11 4

Rieti 2 2

Roma 17 14 6 2 11 12

33 23 6 2 27 21 56 8 48

LIGURIA Genova 1 1

Imperia 1 2 1 2

La Spezia 1 1 1 1

3 3 0 0 3 3 6 0 6

LOMBARDIA Bergamo 3 1 3 1

Brescia 7 7


LOMBARDIA Cremona 1 3 1 3Lecco 4 2 2 2 2Lodi 2 2Mantova 3 1 1 3 0Milano 3 3 2 2 1 1Pavia 4 1 4 1Varese 4 4 31 11 4 5 27 6 42 9 33

MARCHE Ancona 2 2Macerata 1 1 3 0 0 0 3 0 3 0 3

MOLISE Campobasso 3 3Isernia 1 1 1 1 4 1 0 0 4 1 5 0 5

Alessandria 2 2

Biella 4 4

Cuneo 4 4

Novara 1 1 1 1

Torino 4 6 3 3 1 3

Verbano-Cusio-Ossola 3 3 3 3

Vercelli 1 1

PIEMONTE 17 12 3 3 14 9 29 6 23

PUGLIA Bari 4 8 1 5 3 3Brindisi 1 1Foggia 2 2Lecce 6 1 3 3 1 12 10 4 5 8 5 22 9 13

SARDEGNA Nuoro 2 2Sassari 3 3 2 3 0 0 2 3 5 0 5

SICILIA Agrigento 2 0 2 0Caltanissetta 0 1 0 1Catania 0 2 0 2Messina 0 1 0 1Palermo 14 4 2 12 4Ragusa 2 1 2 1Siracusa 2 3 2 3Trapani 3 0 3 0 23 12 2 0 21 12 35 2 33

TOSCANA Firenze 1 1Lucca 1 1Siena 1 1 3 0 0 0 3 0 3 0 3

TRENTINO AA Trento 1 1 0 1 0 1 1 0 1

UMB Perugia 6 3 6 3 6 3 0 0 6 3 9 0 9

VENETO Belluno 6 2 6 2Padova 6 2 6 2Treviso 16 9 1 16 8Venezia 8 3 8 3Verona 1 1Vicenza 5 3 5 3 42 19 0 1 42 18 61 1 60


I MATERIALI IDIFO DELLE ATTIVITÀ IN PRESENZA

Alessandra Mossenta, Alberto StefanelUnità di Ricerca in Didattica della Fisica, Università di Udine

1. IntroduzioneLe diverse attività dei tre workshop in presenza organizzati nel contesto di IDIFO (WS1 nel settem-bre 2006; WS2 nel marzo 2007; WS3 nel luglio 2007) hanno avuto come elemento caratterizzante e qualificante i materiali di lavoro, su cui è stato effettuato un particolare studio e lavoro di proget-tazione, valutazione, successiva rielaborazione e focalizzazione su obiettivi e destinatari differen-ziati. Questi materiali sono stati strettamente funzionali alle attività per le quali sono stati proposti e ne hanno molto spesso rispecchiato e anche determinato le caratteristiche.Nel primo workshop è stata dedicata particolare attenzione da un lato ai materiali che hanno permesso di realizzare un laboratorio didattico su quindici esperimenti di fisica moderna, unico nel panorama italiano, dall’altro il set di materiali (kit sperimentali, libretti, schede di lavoro) per la progettazione degli insegnanti sul percorso didattico di meccanica quantistica.Per il secondo work-shop è stato arricchito il set sperimentale, soprattutto grazie agli esperimenti di elettromagnetismo e superconduttività del progetto europeo Supercoment2, e sono stati studiati e validati i materiali relativi alle diverse tipologie di laboratori didattici messi a punto e in particolare CLOE, problem solving (Moschetta et al. 2002; Fedele at al. 2005).Le attività seminariali in entrambi i workshop sono state preparate e tutorate con documenti e pre-sentazioni di supporto.In occasione del terzo work-shop i mate-riali messi a punto per i primi due sono stati riprogettati, ricalibrati e ampiamente arric-chiti per essere proposti agli studenti della scuola estiva come strumenti di lavoro e forniti ai corsisti come materiali da utiliz-zare per sviluppare i personali progetti di percorsi didattici (fig. 1 e tab. 1) (Miche-lini, Santi, Stefanel 2008, 2010).

Fig. 1 - Le borse con i materiali di studio e tutorato pro-gettati per il WS3 e la Scuola Estiva di Fisica Moderna (libretto con le schede di presentazione delle attività sperimentali; schede operative e schede stimolo del tipo PEC/Inquiry; libretti e documenti di illustrazioni dei percorsi) e materiali di supporto ai partecipanti (invito alla Scuola Estiva, lettera di benvenuto, programma, informazioni turistiche sul territorio friulano), materiale illustrativo della Scuola Superiore dell’Università di Udine.

Tali materiali sono delle seguenti tipologie principali:A) materiali per i laboratori di esplorazione di percorsi didattici: A1) materiali introduttivi e di sup-

porto ai contenuti; A2) kit sperimentali per le attività hands-on/minds-on;B) Materiali di supporto per i percorsi di esplorazione sugli esperimenti di fisica avanzata: B1)

schede esperienze; B2) schede operative; B3) schede per presa dati.


C) Materiali di presentazione delle attività seminariali;Le loro caratteristiche vengono discusse nei paragrafi successivi.

Materiali di supporto e preparazione ai laboratori didattici :Michelini M., Stefanel A., Avvicinarsi alla teoria della Fisica Quantistica. Una proposta per la didat-

tica, Università degli Studi di Udine – Unità di Ricerca in Didattica della Fisica, 2004.! Michelini M., Stefanel A., Esplorare con gli oggetti di ogni giorno i Fenomeni Elettromagnetici,

Università degli Studi di Udine – Unità di Ricerca in Didattica della Fisica, 2004.Michelini M., Stefanel A., La polarizzazione della luce. Catalogo di esperimenti, Università degli Studi

di Udine – Unità di Ricerca in Didattica della Fisica, Forum, 2006.Santi L., Schede Esperienze con relative schede di lavoro.Michelini M., Stefanel A., L’esplorazione dei fenomeni di polarizzazione della luce come sÞ da per avvi-

cinarsi alla teoria della Meccanica Quantistica.

Materiali di tutorato e studio relativi ai seminariIl prevedibile e innovativo impatto tecnologico della Meccanica Quantistica, Giancarlo Ghirardi, Dipar-

timento di Fisica Teorica, Università di Trieste.A1) Philosophical aspects of quantum theory, A2) Experiments concerning quantum information, A3)

Teaching quantum physics: the goals, the core of a course and possible ways, Gesche Pospiech, Uni-versity of Dresden.

B1) Cimentarsi in una tecnica di analisi della ricerca nella Þ sica dei solidi; B2) Discussione del signi-Þ cato di: Sezione d’urto; sezione di stopping. B3) Dentro la ricerca con un problem solving: Analisi dati RBS, Federico Corni, Università di Modena e Reggio Emilia.

C1) The energy-mass equivalence for beginners (L‘equivalenza energia-massa per principianti); C2) A uniÞ ed approach to nuclear physics (Un approccio uniÞ cato alla Þ sica nucleare); C3) How does an atom look like? (Come appare un atomo?), Friedrich Herrmann, University of Karlsruhe.

Michelini M., Stefanel A., L’esplorazione dei fenomeni di polarizzazione della luce come sÞ da per avvi-

cinarsi alla teoria della Meccanica Quantistica.

Tabella 1 - Materiali di tutorato e studio del WS3 e della scuola estiva 2007

2. Materiali per i laboratori di esplorazione di percorsi didatticiVengono qui discusse le caratteristiche generali dei materiali progettati per i laboratori di esplora-zione di percorsi didattici, facendo riferimento per esemplificazioni, in particolare, con quelli che costituiscono parte integrante dei percorsi sperimentati nella scuola estiva su meccanica quantistica e RBS.

A1) Materiali introduttivi e di supporto ai contenuti dei laboratori didattici sull’esplorazione di percorsi e di riferimento per la progettazione di sperimentazione in classePer le sperimentazioni di percorsi in laboratorio didattico proposte nella scuola estiva e per fornire agli insegnanti materiali di riferimento per la loro progettazione e sperimentazione, sono stati pro-posti documenti che ne riepilogassero il filo, offrissero supporti per approfondimenti e riferimenti bibliografici. Tali documenti sono stati inoltre, in molti casi, esplicitati in attività preliminari ai veri e propri laboratori didattici in seminari introduttivi e lezioni partecipate.Come base e riferimento per il percorso sulla meccanica quantistica sono state proposte le due pub-blicazioni Avvicinarsi alla teoria della Fisica quantistica (Michelini, Stefanel 2004) e il catalogo di esperimenti su La Polarizzazione della luce (Michelini, Stefanel 2006a) (fig. 2).La prima costituisce la presentazione del percorso didattico, basato sulla ricerca, progettato dall’URDF sull’insegnamento/apprendimento della meccanica quantistica con approccio alla Dirac (Ghirardi et al. 1995,1997; Michelini et al. 2000, 2001), che ha costituito il riferimento per una laboratorio par-tecipato con gli insegnanti nel WS3 e dei due moduli sulla meccanica quantistica progettati da due corsisti IDIFO e sperimentati con gli studenti della scuola estiva. Si tratta di un agile libretto stu-diato appositamente per la formazione insegnanti, che è stato proposto agli studenti della scuola in


quanto presenta il filo del percorso didattico in forma accessibile, fornendo un quadro coerente dei concetti quantistici fondanti, mostrando come sia possibile: costruirli nella semplice fenomenologia della polarizzazione; generalizzarli facilmente a situazioni quali l’interferenza ottica; sintetizzarli e formalizzarli con una rappresentazione vettoriale degli stati e con operatori lineari delle osservabili fisiche. Illustrazioni delle diverse situazioni analizzate favoriscono la comprensione dei singoli pas-saggi in cui si articola il filo. Schemi di riepilogo aiutano a focalizzare sugli aspetti rilevanti e a favo-rire la costruzione del legame tra le diverse parti.È completato, per il suo utilizzo nella formazione insegnanti, da: una presentazione generale; rife-rimenti bibliografici; indicazioni su obiettivi, motivazioni delle scelte, impostazione concettuale, approccio, strategia, prerequisiti; una parte in cui si illustra il punte concettuale tra un approccio alla meccanica quantistica alla Dirac e uno basato sui cammini di Feynman; la base fenomenologica e sperimentale della polarizzazione su cui si fonda la proposta.

Fig. 2 - I libretti di esperimenti sulla Polarizzazione della Luce e sul percorso didattico di meccanica quantistica.

La seconda pubblicazione riguarda la collezione di oltre quaranta semplici esperimenti osservativi e misure, realizzate con sensori collegati in linea con il computer, sulla interazione di luce con pola-roid e cristalli birifrangenti. Le proposte didattiche sottese a tale collezione da un lato suggeriscono una esplorazione operativa della polarizzazione, efficace anche come proposta hand-on/minds-on (Michelini, Stefanel 2006b), dall’altro offrono gli spunti per una selezione dei contesti fenomenolo-gici di riferimento, la palestra concettuale in cui aprire la strada verso il mondo quantistico (Michelini 2008). Ciascun esperimento viene presentato con una foto, a volte affiancata da uno schema in modo da esemplificare la situazione considerata, una sintetica presentazione del nodo problematico affron-tato, una descrizione di ciò che l’esperimento evidenzia e di quali conclusioni permette di trarre.Il percorso didattico sulla Rutherford Backscattering Spectrometry (RBS) è stato proposto avendo come riferimento un documento appositamente redatto per gli studenti della scuola estiva, che costi-tuisce una rielaborazione degli articoli di ricerca in cui è stata presentata la proposta didattica (Corni 1996; Corni et al 1996). Tale documento propone le basi teoriche (classiche) della tecnica RBS e i principali concetti (sezione d’urto, fattore cinematico, stopping power) che vengono poi impiegati nell’analisi degli spettri RBS proposta con una approccio tipico del problem solving.Ulteriori documenti che sono stati forniti sono stati gli appunti sul percorso di relatività, predisposti dai corsisti del master IDIFO che hanno condotto le sperimentazioni con gli studenti e il documento


Fare scienza con il computer: il moto browniano, fornito a supporto del laboratorio di simulazione svolto presso l’Università di Trieste.

A2) Kit sperimentaliI docenti nel WS1 e gli studenti nella scuola estiva hanno potuto realizzare laboratori di esplorazione sperimentale hands-on/mins-on sui percorsi didattici proposti utilizzando kit di semplici esperimenti appositamente progettati, messi a punto e validati.Questi kit consentono un coinvolgimento diretto degli studenti nella esplorazione delle specifiche situazioni proposte per affrontare i nodi concettuali intorno a cui si sviluppano i percorsi. Sono stati progettati e messi a punto con un insieme di oggetti e apparati semplici, piccoli strumenti di misura, che possono essere variamente assemblati. Consentono quindi agli studenti di stabilire autonoma-mente quali aspetti variare, su quali soffermare maggiormente l’attenzione, quali ulteriori prove fare seguendo personali percorsi concettuali e di apprendimento, mettendo alla prova ipotesi e confron-tando fra loro diverse ipotesi interpretative della fenomenologia.Le attività esplorative, descritte nei due libretti sul percorsi di meccanica quantistica e polarizza-zione di fig. 2 sono state proposte operativamente agli insegnanti del WS1 con i trenta kit di sem-plici esperimenti sulla polarizzazione, appositamente studiati per esplorazioni mirate con approccio di tipo inquiry (McDermot et al. 1998, 2000; Abd-ElKhalick 2004; Lawson 2008) e PEC (Thornton, Sokoloff 1999; Martongelli et al 2001; Michelini et al 2002; Sokoloff et al. 2004; Theodorakis 2010) nella formazione insegnanti e nella sperimentazione con gli studenti.

Tali kit sono stati riprodotti in ottanta copie per essere utilizzati anche con gli studenti della scuola estiva in occasione del WS3. Sono costituiti da: filtri polaroid; filtri rifrangenti; cristalli birifrangente; foglio da lucido con una lettera; foglio bianco con una lettera e pagina di un libro; puntatore laser; supporti per puntatore, cristalli, polaroid (fig.3). È piuttosto ampia la gamma delle esplorazioni che si possono effettuare, di cui qui se ne richiamano tre su nodi concettuali: l’analisi della trasmissione della luce da due polaroid, per introdurre operativamente la polarizzazione come proprietà della luce distinta dalla sua intensità, ma che pure si riconosce attraverso una sua variazione; l’analisi della tra-smissione della luce da tre polaroid (due incrociati e uno inserito in mezzo a 45°), per riconoscere il ruolo attivo del polaroid nell’interazione con la luce; l’analisi della interazione della luce con due cristalli birifrangenti allineati, uno diretto e uno inverso, per riconoscere la ricombinazione dei fasci e studiare la correlazione tra percorso di propagazione della luce e sua polarizzazione. Per l’esplo-razione delle analoghe situazioni a singolo fotone, è stata messa punto una strategia basata sull’uti-lizzando della simulazione JQM, che costituisce un ambiente di simulazione delle stesse situazioni sperimentali realizzabili con i kit sperimenta (Michelini et al. 2002).

Fig. 3 - I kit di Polarizzazione con cui ciascuno studente ha potuto esplorare gli specifici aspetti indagati della fenomenologia della polarizzazione della luce nel percorso di meccanica quantistica.


L’introduzione alla superconduttività è stata proposta in occasione di WS2 e WS3 supportandola con kit sperimentali realizzati come esito primario del progetto europeo LLL del programma Leonardo Da Vinci Supercomet 2 (AAVV 2007; Engstrom et al 2009a,b; Michelini, Viola 2009). Tali kit sono costituiti da materiali che possono essere diversamente assemblati per esplorare una vasta gamma di proposte sperimentali su: fenomeni magnetici (esplorazioni dell’interazioni tra magneti, interazioni tra magneti e oggetti di materiali diversi, esplorazione di campi magnetici con bussole, limatura di ferro, oggetti ferromagnetici), interazioni campi e correnti elettriche (esperimento di Oersted, inte-razioni magnete-bobine percorse da corrente, la forza di Lorentz con la bilancia Elettro-dinamica e la bilancia di Cotton), fenomeni di induzione elettromagnetica (L’anello che salta, in cui tre anelli di diverso materiale (rame alluminio e plastic) a temperature ambiente o pre-riscaldati/pre-raffreddati vengono sottoposti a un’improvvisa ed intensa variazione di flusso di campo magnetico. L’altezza del salto viene analizzata in termini dei diversi materiali e temperature; il magnete che cade in un tubo di rame); proprietà elettriche dei materiali (misura della resistività in funzione della temperatura per metalli, semiconduttori e superconduttori; proprietà magnetiche dei superconduttori (Effetto Meis-sner e Penning, comportamento dei superconduttori di I e II tipo).Il percorso sulla tecnica RBS, presentato ai docenti nel WS3 e sperimentato con gli studenti nella scuola estiva è stato proposto a partire da un laboratorio di problem solving sperimentale sugli urti con l’obiettivo di ottenere in un esperimento d’urto proiettile-sagoma la distribuzione angolare di retrodiffusione (Produrre un istogramma della probabilità di retrodiffusione in funzione dell’angolo di scattering). Allo scopo, oltre allo studio di urti centrali con carrelli su rotaia, sono stati utilizzati tre kit completi di sagome di forma diversa (disco, triangolo, ellisse) e sfere d’acciaio inviate sulle sagome con velocità e direzione d’impatto fissata facendole scendere lungo una guida a scivolo (Fig. 4).

4. Materiali di supporto per i percorsi di esperimenti di fisica avanzataUn’ampia proposta di quindici contesti sperimentali di fisica avanzata, rilevanti per le progettazioni di percorsi didattici richieste ai corsisti IDIFO (Michelini, Santi, Stefanel 2008, 2010), ha caratte-rizzato le attività di laboratorio esperienziale degli insegnanti nei WS1 e WS3 e degli studenti nella scuola estiva. I materiali didattici che fanno parte integrante della proposta di laboratorio esperien-ziale hanno consentito la realizzazione di micro percorsi sperimentali di problem solving focalizzati su aspetti interpretativi cruciali.Tale materiale è stato proposto sia per quello che riguarda gli esperimento condotti in piccolo gruppo, con presa diretta di dati da parte degli studenti, sia per quegli esperimenti proposti dalla cattedra all’intero gruppo di studenti.Ciascun esperimento è stato messo a punto in almeno due copie, eccetto in un paio di casi di esperimenti proposti a grande gruppo, per i quali è stati possibile mettere a punto un unico apparato prototipale.

Fig. 4 - Apparato per lo studio della sezione d’urto di diffusione di palline che incidono su una sagoma bersaglio.


Ogni isola sperimentale è stata proposta con:A) Scheda esperimento - In 1-2 pagine veniva presentato sinteticamente un esperimento, con indica-

zione delle fasi e dei principali risultati attesi. Ne è stata realizzata una per ciascuno degli esperi-menti che gli studenti hanno o realizzato direttamente o hanno potuto osservare nei seminari dimo-strativi. Avevano il principale obiettivo di fornire una base di riferimento, nelle fasi di lavoro di gruppo e di rimanere in copia agli studenti come documentazione. Comprende la presentazione del contesto problematico e dell’approccio didattico, descrizione dei materiali e discussione degli aspetti teorici, che riguardano il processo esplorato, documentazione con dati campioni e loro ela-borazioni le misure significative che l’esperimento proposto permette di effettuare e soprattutto le conclusioni che se ne potessero trarre; una scheda operativa che, con poche indicazioni, met-tesse in grado i corsisti di condurre autonomamente l’esperimento e stimolasse un atteggiamento di esplorazione sperimentale di ipotesi, piuttosto che di semplice presa dati e loro elaborazione predefinita; scheda per raccolta dati.

B) Schede raccolta dati – Sono state preparate solo per i quattro esperimenti offerti come laborato-rio realizzato a rotazione a gruppi e prevedevano indicazioni su quali misure effettuare, quali dati raccogliere, come effettuare le prime rielaborazioni, pur lasciando ampia libertà nella gestione della misura e nella possibilità di ampliare l’esplorazione.

L’attività nel laboratorio sperimentale è stata preparata con presentazioni effettuate dai ricercatori dell’Unità di Ricerca in Didattica della Fisica dell’Università di Udine (URDF) mettendo a disposi-zioni dei corsisti le relative slide di presentazione e filmati, che anno costituito ulteriore materiale a supporto.Un libretto ha raccolto questi materiali costituendo un compatto e prezioso strumento di lavoro per la realizzazione di un laboratorio di fisica avanzata sulla fisica moderna presumibilmente unico nei laboratori didattici in Italia (fig. 4).

5. Materiali di introduzione ai seminariI materiali di introduzione alle tematiche trattate nei seminari proposte nei tre WS e nella scuola estiva sono stati sviluppati specificamente. In particolare per i ragazzi della scuola estiva sono stati propo-sti materiali appositamente studiati, realizzati ex-novo o più spesso riprogettati a partire dai mate-riali sviluppati per la formazione insegnanti del master IDIFO. Sono stati forniti ai corsisti IDIFO e agli studenti della scuola estiva prima delle attività e sono restati a loro al termine della scuola. Sono serviti, pertanto, come materiale sia di preparazione, sia di tutoraggio durante la scuola, sia di docu-mentazione e consultazione successivamente alla scuola. La presentazione scritta di ciascun semi-nario ha fornito una traccia esauriente del tema affrontato, pur delineandolo in forma problematica e suggerendo più stimoli per le discussioni e gli approfondimenti che si sono svolti al termine di ogni seminario, che risultati conclusivi.

Fig. 5 - Frontespizio del fascicoletto che raccoglie le schede esperienze sugli esperimenti di fisica moderna.


Un primo gruppo di tali agili documenti ha proposto una problematizzazione dei fondamenti storico-filosofici della meccanica quantistica da un lato e della relatività speciale dall’altro, seguendo lo stile delle discussioni-stimolo e affiancando anche articoli e documenti storici.Nei contributi relativi ai seminari sulla meccanica quantistica (Seminari: Il prevedibile e innovativo impatto tecnologico della Meccanica Quantistica, Phylosophical aspects of quantum theory; Il pro-blema del corpo nero: entrare nel merito per capire; How does an atom look like?-Come appare un atomo?) sono stati delineati i problemi interpretativi alla base della teoria quantistica, gli elementi peculiari che la caratterizzano rispetto alla fisica classica come l’entanglement e la non località, sono stati discussi aspetti rilevanti basati sulla meccanica quantistica come la fisica atomica, la computa-zione quantistica, la teoria dell’informazione quantistica.Per quello che riguarda la teoria della relatività ne sono state discusse le basi concettuali anche in una prospettiva storica, delineando il quadro di rottura rispetto alla concezione del tempo assoluto della fisica classica e i nodi concettuali relativi alla teoria relativistica (Seminari: The energy-mass equivalence for beginners- L‘equivalenza energia-massa per principianti; I problemi della relati-vità visti dal punto di vista storico).Un secondo gruppo di documenti ha riguardato la fisica delle alte energia, con la presentazione delle ricerche di punta condotte in particolare presso il Dipartimento di Fisica dell’Università di Udine con i grandi acceleratori e realizzate in ambito astrofisico e cosmologico (L’acceleratore LHC e l’espe-rimento ATLAS al CERN: alle frontiere della fisica moderna; Gravità e meccanica quantistica al lavoro: l’espansione dell’Universo; Osservazioni ai confini dell’universo).La videoregistrazione di tutti i seminari proposti nella scuola e loro messa in rete costituisce un ulte-riore materiale messo a disposizione dei corsisti e di quanti vogliano valersene (http://agenda.fisica.uniud.it/difa/conferenceDisplay.py?confId=45).

7. ConclusioniI materiali messi a punto e validati nei workshop 1-2-3 del master IDIFO e utilizzati nella Scuola Estiva di Fisica Moderna sono stati progettati sulla base ai criteri che emergono dalla ricerca. Sono stati essi stessi oggetto di uno studio di ricerca e sviluppo. Fanno in particolar modo riferimento alle metodologie di tipo inquiry e sono di diverse tipologie. I materiali per gli esperimenti dei percorsi didattici sono stati studiati per attivare il coinvolgendo diretto degli studenti in attività esplorative su singoli step concettuali legati in percorso.Le attività di laboratorio avanzato, hanno potuto valersi di apparati appositamente messi a punto e sono state supportate con schede descrittive del contesto problematico a cui l’esperimento dà risposta, schede operative e schede per raccolta dati. La presa dati non è stata proposta come attività fine a se stessa, ma è sempre stata mirata a dare risposta a problemi interpretativi della fenomenologia fornendo parallela-mente rilevanti elementi che caratterizzano la metodologia di indagine della fisica moderna. In questo senso si è trattato non di semplici esperimenti, ma piuttosto di percorsi sperimentali. I seminari sono stati preparati con materiali di presentazione in grado di stimolare la discussione e l’approfondimento al termine di ciascun seminario e risultare al tempo stesso utile traccia del lavoro svolto.L’insieme degli apparati, dei kit e delle schede che li accompagnano costituiscono uno dei principali prodotti del progetto IDIFO, che costituiscono un patrimonio offerto alle scuole del territorio che vogliano sperimentare modalità e percorsi innovativi sulla fisica moderna.

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based laboratory tools, Am. J. Phys. 58 (9), pp. 858-867.

Progetto IDIFO

Fisica modernaper la scuolaMateriali, aspetti e proposte per l’innovazione didattica e l’orientamento.

Il Progetto IDIFO, presentato al Progetto Lauree ScientiÞ che nel 2006 dall’Unità di Ricerca in Didattica della Fisica dell’Uni-versità degli Studi di Udine, con partner le Università degli Studi di Bologna, Milano, Milano Bicocca, Napoli, Palermo, Pavia, Roma La Sapienza, Torino e la collaborazione delle Università degli Studi di Bari, Bolzano, Lecce, Modena e Reggio Emilia, Trento, Trieste, ha visto coinvolte nella sua realizzazione anche le Università della Basilicata e della Calabria, soprattutto nella sua prosecuzione nell’ambito del Progetto Lauree ScientiÞ che 2. Il Progetto IDIFO ha realizzato dal 2006 al 2009, oltre ad un Master biennale per insegnanti in rete telematica, una Scuola Estiva nazionale di Fisica Moderna per studenti e tre Workshop in presenza a Udine. Il primo di essi è stato tutto dedicato agli insegnanti del Master (WS1). Il secondo si è proposto di realizzare la ricaduta sul territorio del Progetto IDIFO per studenti ed insegnanti del Friuli Venezia Giulia (WS2). Il terzo è stato dedicato agli insegnanti del Master ed agli studenti selezionati per la partecipazione alla Scuola Estiva di Fisica Moderna, tenutasi a Udine nel luglio 2007 (WS3). Questo volume raccoglie i contributi più signiÞ cativi delle attività in presenza a Udine nei Workshop.

CuratoreMarisa Michelini, Università degli Studi di Udine

Comitato scientiÞ coBocchicchio Mario, DIDA, Università degli Studi del Salento

Bonanno Assunta, Università degli Studi della Calabria

Comelli Giovanni, Direttore del Sincrotrone ELETTRA di Trieste

Compagno Cristiana, Rettore dell’Università di Udine

Corni Federico, Università degli Studi di Bolzano e di Modena e Reggio Emilia

Corvaja Pietro, Direttore del Dottorato di Ricerca in matematica e Þ sica, Università degli Studi di Udine

De Ambrosis Anna, Università degli Studi di Pavia

Fabbro Franco, Preside della Facoltà di Scienze della Formazione, Università degli Studi di Udine

Fazio Claudio, Università degli Studi di Palermo

Ferraro Speranzina, Direzione Generale dello Studente, MIUR

Gagliardi Maria Paola Francesca, Università degli Studi di Bologna

Giliberti Marco Alessandro, Università degli Studi di Milano

Honsell Furio, Sindaco di Udine

Levrini Olivia, Università degli Studi di Bologna

Marcolini Lorenzo, Segretario Sezione AIF di Udine

Michelini Marisa, Università degli Studi di Udine

Monroy Gabriella, Università degli Studi di Napoli Federico II

Oss Stefano, Università degli Studi di Trento

Ottaviani Giampiero, Università degli Studi di Modena e Reggio Emilia

Pastore Giorgio, Università degli Studi di Trieste

Peressi Maria, Università degli Studi di Trieste

Picciarelli Vittorio, Università degli Studi di Bari

Piccinini Livio Clemente, Direttore della Scuola Superiore, Università degli Studi di Udine

Rinaudo Giuseppina, Università degli Studi di Torino

Rocca Filomena, Direzione Generale degli Ordinamenti Scolastici, MIUR

Santi Lorenzo, Università degli Studi di Udine

Sciarratta Isidoro, Segretario Sezione AIF di Pordenone

Sperandeo Rosa Maria, Università degli Studi di Palermo

Stefanel Alberto, Università degli Studi di Udine

Stella Rosa, Università degli Studi di Bari

Tarantino Giovanni, ANSAS Palermo

Tarsitani Carlo, Università degli Studi di Roma La Sapienza

Tasso Carlo, Preside della Facoltà di Scienze Matematiche Fisiche e Naturali, Università degli Studi di Udine

Toppano Elio, Responsabile PLS – Matematica, Università degli Studi di Udine

Segreteria redazionaleCristina Cassan

Donatella Ceccolin

Chiara Geretti

© Copyright Università degli Studi di Udine

ISBN 978-88-97311-02-7

Università degli Studi di UdineDipartimento di Fisica

M.I.U.R.Ministero dell’Istruzionedell’Università e della Ricerca

PLSProgetto LaureeScientifi che

Capitolo 7. La prima scuola estiva di Fisica Moderna per studenti · Fisica Moderna (SEN_FM) per...

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