Dal l a po l a r i z zaz i one de l l a l uc e ag l i s t a t i quan t i c i de l l a mater ia “pas sando” per i f o ton i in un ITIS d i Scampia

Maria Moretti Master IDIFO

La comunicazione riguardaLa comunicazione riguarda

Risultat i di una Risultat i di una

sperimentazione sperimentazione

didatt icadidatt ica

Esito Esito

del l ’esperienza del l ’esperienza

di formazione di formazione

come insegnante come insegnante

borsista borsista

Master IDIFOMaster IDIFO

Condotta come Condotta come

studio di studio di

fatt ibi l i tàfatt ibi l i tà

Sull ’ insegnamentSul l ’ insegnament

o o

del la MQ del la MQ

in in un un ITIS ITIS

XCVIIXCVII

II

CC

OO

NN

GG

RR

EE

SS

SS

OO

NN

AA

ZZ

II

OO

NN

AA

LL

EE

SIFSIF

Master MMaster M--IDIFOIDIFO Corso di formazione per insegnanti su

Innovazione Didattica in Fisica

e Orientamento

Coordinamento Università di

Udine

18 atenei cooperanti

Corsi in rete e/o in presenza

OFFerta didattica di 60

cfu/135 cfu

9 cfu di Meccanica

Quantistica

3 corsi di 3cfu ciascuno

Aspetti epistemologici (FM)

Analisi critica su nodi

concettuali

Percorsi didattici

basati sulla ricerca

Innovazione e progettazione

didattica

Sperimentazione in classe

Validare le proposte e

indagare su processi

d’apprendimento

XCVIIXCVII

II

CC

OO

NN

GG

RR

EE

SS

SS

OO

NN

AA

ZZ

II

OO

NN

AA

LL

EE

SIFSIF

Formazione scelta su MQFormazione scelta su MQ

Michel iniMichel ini M M -- Stefanel AStefanel A

1.1. IL NUOVO MODO DI PENSARE DELLA IL NUOVO MODO DI PENSARE DELLA

FISICA QUANTISTICA E IL FORMALISMO FISICA QUANTISTICA E IL FORMALISMO

DI DIRACDI DIRAC

2.2. NODI CONCETTUALI DELLA MQ NODI CONCETTUALI DELLA MQ

3.3. PROPOSTE DIDATTICHE DI FISICA PROPOSTE DIDATTICHE DI FISICA

QUANTISTICA: ANALISI COMPARATA QUANTISTICA: ANALISI COMPARATA

4.4. SCUOLA ESTIVA NAZIONALE DI FISICA SCUOLA ESTIVA NAZIONALE DI FISICA

MODERNA PER TALENTI Udine 2011MODERNA PER TALENTI Udine 2011

XCVIIXCVII

II

CC

OO

NN

GG

RR

EE

SS

SS

OO

NN

AA

ZZ

II

OO

NN

AA

LL

EE

SIFSIF

Le scelte di fondo Approccio alla Dirac

Fotoni polar izzat i l inearmente con

f i l t r i polaroid, possono essere

descri t t i quantist icamente

associando, a stat i di polar izzazione

ortogonali , del le proprietà che ne

definiscono lo stato quantico, e

introducendo i l pr incipio di

sovrapposizione l ineare per

descrivere i l fotone in un qualunque

altro stato di polar izzazione

La La proposta didatt ica al la base proposta didatt ica al la base

del la del la formazione in formazione in MQMQ

Affrontare i nuclei concettuali Affrontare i nuclei concettuali

piuttosto che raccontare

passi storici della MQ

Ricorrere alla rappresentazione

iconografica

per introdurre il formalismo

Esplorare come

contesto fenomenologico

la polarizzazione della luce

Focalizzare la trattazione teorica

concetto di stato quantico

principio di sovrapposizione lineare

XCVIIXCVII

II

CC

OO

NN

GG

RR

EE

SS

SS

OO

NN

AA

ZZ

II

OO

NN

AA

LL

EE

SIFSIF

Click per

continuare

PassaggiPassaggi--chiave del chiave del

percorsopercorso esperimenti esplorativi su

interazione luce - polaroid

legge di Malus

esperimenti ideali a singolo

fotone

linguaggio iconografico

nell’analisi di esperimenti

ideali

analisi di situazioni con

esiti certi e aleatori

analisi di ipotesi interpretative

sui fotoni polarizzati a 45°

costruzione operativa della

polarizzazione

legge di Malus

stato di polarizzazione e proprietà

fisica fotone

interpretazione probabilistica

della legge di Malus

concetto di stato quantico

polarizzazione - proprietà

dinamica

sistema quantistico

proprietà mutuamente esclusive

proprietà incompatibili

misura come transizione di stato

principio di sovrapposizione

lineare

indeterminismo non epistemico

identità dei sistemi quantistici

principio d’indeterminazione

XCVIIXCVII

II

CC

OO

NN

GG

RR

EE

SS

SS

OO

NN

AA

ZZ

II

OO

NN

AA

LL

EE

SIFSIF

Il contestoIl contesto Istituto Tecnico Industriale ″Galileo Ferraris″di

Scampia

Classe V - 12 studenti (2 ragazze e 10 ragazzi)

Indirizzo Elettronica e Telecomunicazioni

Sperimentazione effettuata nel corso di

Telecomunicazioni

doc. acc. Prof. Giovanni Ciardo 10 ore in orario curricolare

2 h X 5 settimane (febbraio/marzo 2012)

8 incontri laboratorio attivo - 1 di

riepilogo/restituzione finale Prerequisiti

Fisica di base (primo biennio)

Cenni su argomenti di FM non sistematici

(motivazione)

Prerequisiti

Fisica di base (primo biennio)

Cenni su argomenti di FM non sistematici

(motivazione)

XCVIIXCVII

II

CC

OO

NN

GG

RR

EE

SS

SS

OO

NN

AA

ZZ

II

OO

NN

AA

LL

EE

SIFSIF

I l lavoro in classeIl lavoro in classe fasi fasi -- strategie strategie -- metodimetodi

A N A L I S I D I S I T U A Z I O N I I D E A L IA N A L I S I D I S I T U A Z I O N I I D E A L I

i n t r o d u z i o n e a i p r o b l e m i c o n c e t t u a l i

a t t i v i t à i n d i v i d u a l e e / o a p i c c o l i g r u p p i b a s a t e

s u s t i m o l i e s u g g e r i m e n t i d e i t u t o r i a l

R I E P I L O G O E R E S T I T U Z I O N E D E I R I S U LTAT I AG L I R I E P I L O G O E R E S T I T U Z I O N E D E I R I S U LTAT I AG L I

S T U D E N T I S T U D E N T I

I N T R O D U Z I O N E I N T R O D U Z I O N E

• l e 6 i d e e c h i a ve n e l l ’ e vo l u z i o n e s t o r i c a d e l l a M Q

• p r e s e n t a z i o n e d e l l a s p e r i m e n t a z i o n e e c o n c e t t i

c a r d i n e

E S P L O R A Z I O N E D E L L A F E N O M E N O L O G I A E S P L O R A Z I O N E D E L L A F E N O M E N O L O G I A

D E L L A L U C E P O L A R I Z Z ATAD E L L A L U C E P O L A R I Z Z ATA

- s u l l a l a va g n a l u m i n o s a a g r a n d e g r u p p o

- a p i c c o l i g r u p p i c o n k i t d i d a t t i c o e u s o d i t u t o r i a l

- r i e p i l o g o a g r a n d e g r u p p o

XCVIIXCVII

II

CC

OO

NN

GG

RR

EE

SS

SS

OO

NN

AA

ZZ

II

OO

NN

AA

LL

EE

TestimonianzeTestimonianze

La classeLa classe

Esplorazione Esplorazione

fenomenologicafenomenologica

CompilazioCompilazio

ne tutorialne tutorial

La lezioneLa lezione

Esempio di tutorialEsempio di tutorial

XCVIIXCVII

II

CC

OO

NN

GG

RR

EE

SS

SS

OO

NN

AA

ZZ

II

OO

NN

AA

LL

EE

SIFSIF

Strumenti Strumenti

e metodi per l’analisi dati e metodi per l’analisi dati

StrumentiStrumenti

•• Script degli studentiScript degli studenti

•• IntervisteInterviste

•• Video analisi dei lavori di gruppo e delle Video analisi dei lavori di gruppo e delle

discussioni collettivediscussioni collettive

Analisi con metodologie della ricerca

qualitativa

Creazione di un DB di tutte le risposteCreazione di un DB di tutte le risposte

Identificazione di classi di risposteIdentificazione di classi di risposte

Strutturazione degli esiti in ciascuna Strutturazione degli esiti in ciascuna

classeclasse

Discussione e risultatiDiscussione e risultati

XCVIIXCVII

II

CC

OO

NN

GG

RR

EE

SS

SS

OO

NN

AA

ZZ

II

OO

NN

AA

LL

EE

SIFSIF

Analisi Scheda 5 - Dall'esperimento di Malus alla

situazione ideale

Un fascio di luce polarizzata di intensità Io incide su un Polaroid, il cui

coefficiente di trasmissione é T. Sperimentalmente si è trovato che

l'intensità della luce trasmessa è data da:

A1. Quali aspetti della fenomenologia sono descritti dal coefficiente T (il

significato fisico di T)?

intensità della trasmissione 1

indice di trasmissione 1

Diminuzione IT [intensità luce trasmessa] È una costante che varia con cos2

10

IT()=Io T cos2

XCVIIXCVII

II

CC

OO

NN

GG

RR

EE

SS

SS

OO

NN

AA

ZZ

II

OO

NN

AA

LL

EE

SIFSIF

• Tutti rinunciano a un’analisi della grandezza fisica a

favore dell’assunzione di un suo valore in condizioni

ideali

• La semplificazione di calcolo è il solo punto di vista

degli studenti

• Il contesto ideale è esplicitamente privilegiato da molti

A1.2 Il suo (T) valore sperimentale è sempre: > 1; < 1; = 1? Motiva

la risposta

• Il fattore cos2 ha per gli studenti un ruolo

funzionale (di probabilità)

• Non viene associato alla specifica fenomenologia

della polarizzazione

Analisi Scheda 5 - Dall'esperimento di Malus alla

situazione ideale

A2 Quale aspetto della fenomenologia è descritto dal fattore cos2?

T=1 perché … "il calcolo viene semplificato" … per … 12

"ragionare sull'esperimento ideale" 7

"ragionare sulla formula" 5

il fattore cos2 descrive una "probabilità di passaggio" dei singoli enti microscopici coinvolti nel processo

9

non risponde 3

XCVIIXCVII

II

CC

OO

NN

GG

RR

EE

SS

SS

OO

NN

AA

ZZ

II

OO

NN

AA

LL

EE

SIFSIF

C2.. Nel caso di polaroid reali (es. T=0.7) è possibile avere

una probabilità di trasmissione:

C2.1 uguale a 1? Spiegare.

C2.2. uguale a 0? Spiegare

Analisi Scheda 5 - Dall'esperimento di Malus

alla situazione ideale

A) P=1 "solo nel caso ideale"; P=0 "nel caso quando i fotoni sono di proprietà ∆"

3

B) P=1 "solo nel caso ideale"; P=0 "nel caso in cui i fotoni sono di proprietà ∆ (con T=0,7 ad esempio) e il polaroid con proprietà

3

C) P=1 "Solo nel caso ideale"; P=0 "nel caso quando i fotoni sono di proprietà 1

3

D) P=1 e P=0 solo nel caso ideale quando T=1 2

Quattro tipologie di risposte, da cui rileviamo un solo

aspetto importante:

I polaroid con definita direzione di trasmissione vengono

indicati come polaroid cha hanno la proprietà dei fotoni che

XCVIIXCVII

II

CC

OO

NN

GG

RR

EE

SS

SS

OO

NN

AA

ZZ

II

OO

NN

AA

LL

EE

SIFSIF

B1. N fotoni filtrati da un Polaroid V,

incidono su un polaroid ideale (T=1)

F2 a 45°.

B1.1 Qual è il numero NT dei fotoni

che vengono trasmessi da F2? NT

=

….. gli studenti riportano i valori attesi, da cui emerge la comprensione

operativa della fenomenologia e del contesto ideale/reale considerato

C.1.1 Qual è la

probabilità che un

fotone del fascio venga

trasmesso dal Polaroid

reale (T=0,7):

con direzione permessa

V? O? a 45°? L'analisi del caso reale viene gestito coerentemente (1

solo caso di difficoltà)

alle domande sulla fenomenologia (N fotoni trasmessi) e sulla probabilità

di trasmissione dei fotoni

Risposte: N/2

Risposte: 70-0-35 % (11/12); 70-0-70 % (1/12);

Analisi Scheda 5- Dall'esperimento di Malus alla situazione ideale XCVIIXCVII

II

CC

OO

NN

GG

RR

EE

SS

SS

OO

NN

AA

ZZ

II

OO

NN

AA

LL

EE

SIFSIF

N

F1 F2

V 45°

N

V 45°

Analisi Scheda 9- IPOTESI INTERPRETATIVE. Analisi Scheda 9- IPOTESI INTERPRETATIVE.

Proprietà incompatibili. Proprietà mutuamente esclusive.

Le previsioni

degli esiti

sperimentali

dell’interazione

con un polaroid

a 45° di un

fascio di fotoni

polarizzati a

45° ….

….e di una

miscela

statistica

formata da due

sottoinsiemi

disgiunti (metà

di fotoni V e

metà di fotoni

H) ….

…..sono tutte N e N/2 rispettivamente, aspetto che ancora

una volta indica la padronanza della fenomenologia.

XCVIIXCVII

II

CC

OO

NN

GG

RR

EE

SS

SS

OO

NN

AA

ZZ

II

OO

NN

AA

LL

EE

SIFSIF

Sintesi sui dati Sintesi sui dati

sperimentalisperimentali raggiungimento degli

obiettivi conoscitivi

insistere sulla costruzione significato fisico

delle grandezze e il legame della

formalizzazione con la fenomenologia per farli

emergere come referenti concettuali

manca il riconoscimento

del ruolo fisico delle

grandezze

operatori di

trasformazione

corretta gestione

della fenomenologia

in termini di

operatori funzionali

sicurezza acquisita

nel fare previsioni

ma non in termini di

significati fisici

degli enti formali

con cui rappresentare i

concetti

XCVIIXCVII

II

CC

OO

NN

GG

RR

EE

SS

SS

OO

NN

AA

ZZ

II

OO

NN

AA

LL

EE

SIFSIF

In particolareIn particolare

T cos2 come unico fattore di modulazione dell’intensità

analisi sistemica dei processi input/output e ″scatola nera″

formale che determina la modificazione

e m e r g e f o r m a z i o n e p r o f e s s i o n a l e i n t e r m i n i d i

c o m p e t e n z a e p r o s p e t t i v a i n c u i s i p o n g o n o g l i s t u d e n t i

l’attribuzione delle proprietà

indistintamente a

polaroid e fotoni

nasconde un passaggio incompleto dall'operatività

dell’esplorazione fenomenologica al piano interpretativo

e m e r g e c o m e b i s o g n o u n m a g g i o r e s o s t e g n o p e r f a v o r i r e i l r a c c o r d o

t r a i l p i a n o d e s c r i t t i v o e q u e l l o i n t e r p r e t a t i v o

XCVIIXCVII

II

CC

OO

NN

GG

RR

EE

SS

SS

OO

NN

AA

ZZ

II

OO

NN

AA

LL

EE

SIFSIF

Conclusioni

sperimentazione •• RRealizzabile con materiale facilmente reperibile (CIRD ealizzabile con materiale facilmente reperibile (CIRD

-- Udine) Udine)

•• Spendibile in ogni tipo di scuola superiore di II grado Spendibile in ogni tipo di scuola superiore di II grado

•• Consente diConsente di

•• Affrontare temi coinvolgenti per i ragazziAffrontare temi coinvolgenti per i ragazzi

•• Fare da ponte tra fenomenologia e mondo Fare da ponte tra fenomenologia e mondo

microscopicomicroscopico

•• Preparare alla trattazione formale della MQPreparare alla trattazione formale della MQ

•• Introdurre la FM Introdurre la FM prima di aver completato tutta la prima di aver completato tutta la

FCFC

•• Approcciare Approcciare micromondomicromondo esplorando esplorando

fenomenologia riproducibilefenomenologia riproducibile

•• Andare oltre l’approccio discorsivo poco efficace Andare oltre l’approccio discorsivo poco efficace

XCVIIXCVII

II

CC

OO

NN

GG

RR

EE

SS

SS

OO

NN

AA

ZZ

II

OO

NN

AA

LL

EE

SIFSIF

Master come Master come

opportunitàopportunità • Percorso formativo personalizzato e

specializzato

• Esigenze formative (contenuti/metodi)

• Acquisizione competenze spendibili nella

pratica didattica

• Formazione in rete

• Facilità di accesso a materiale selezionato

(approfondimento/aggiornamento)

• Partecipazione a un dibattito aperto e costruttivo

su aspetti critici e nodi concettuali della MQ (in

funzione di progettazione e sperimentazione)

• Sviluppo di maggiori capacità critiche

• Rischio di dispersione nell’organizzazione del

materiale

• Limitato dall’azione di tutoring da parte del

XCVIIXCVII

II

CC

OO

NN

GG

RR

EE

SS

SS

OO

NN

AA

ZZ

II

OO

NN

AA

LL

EE

SIFSIF

GRAZIE Maria Moretti

Liceo Scientifico Statale ″Vincenzo Cuoco″ - Napoli

mariamoretti@libero.it

XCVIIXCVII

II

CC

OO

NN

GG

RR

EE

SS

SS

OO

NN

AA

ZZ

II

OO

NN

AA

LL

EE

SIFSIF