scuola estiva di fisica moderna per studenti di scuole … · 2010-01-12 · il percorso mq...

Progetto IDIFO 2 del PLS – responsabile: Marisa Michelini - Dipartimento di Fisica dell’Università degli Studi di Udine

IDIFO del PLS: http://www.fisica.uniud.it/URDF/laurea/index.htm 1

SCUOLA ESTIVA DI FISICA MODERNA

PER STUDENTI DI SCUOLE SECONDARIE SUPERIORI.

UDINE, 27-31 LUGLIO 2009

La Scuola Estiva è stata organizzata nell‘ambito del Progetto Lauree Scientifiche (PLS) ed in

particolare nel contesto del Progetto IDIFO, meglio illustrato all‘indirizzo

http://www.fisica.uniud.it/URDF/laurea/index.htm

Si tratta della seconda edizione (la prima è stata realizzata nel 2007), prevista nell‘ambito del

progetto IDIFO2, descritto alla pagina

http://www.fisica.uniud.it/URDF/laurea/ftp/pls2/idifo2.pdf

Le attività di IDIFO2 sono illustrate in dettaglio alla pagina

http://www.fisica.uniud.it/URDF/laurea/pls2.htm

La presente è una relazione sintetica.

L‘ambiente web di gestione della Scuola estiva è

http://agenda.fisica.uniud.it/difa/conferenceDisplay.py?confId=45

Una documentazione dettagliata della scuola è in corso di pubblicazione nel sito del Progetto

IDIFO.

Introduzione

La valorizzazione dell‘eccellenza nella scuola è una

delle problematiche più importanti oggi affrontata

anche dalla ricerca didattica.

Uno degli elementi sottolineati dalla ricerca è

l‘importanza di porre gli studenti di fronte a nuove

sfide (Bowers 2008).

Da un lato pertanto è rilevante proporre temi che

siano di forte impatto e interesse per i ragazzi, come

quelli di fisica del ‗900 purtroppo non ancora entrati

nella pratica didattica delle scuole, e dall‘altro è

prioritario prevedere un forte coinvolgimento

personale degli studenti con l‘oggetto di studio,

condizione necessaria per garantire un effettivo

apprendimento scientifico (Bednar, et al 1991;

Merrill 1992; Michelini, Cobal 2002) e per

l‘orientamento formativo (La porta 1996; Bosio 1996;

Burba et al 2004; Honsel et la 2004; Disint et al 2005)

La Scuola Estiva di Fisica Moderna, progettata e

messa a punto dall‘Unità di Ricerca in Didattica della

Fisica dell‘Università di Udine (URDF), è nata come

proposta che traduce operativamente questi esiti di

ricerca ed esito essa stessa di ricerca in termini di

percorso formativo di eccellenza per studenti degli

ultimi anni delle scuole superiori italiane, con le

seguenti finalità generali: offrire come sfide, in

contesti ludici, significative proposte di percorsi

operativi, per la costruzione del pensiero formale su

rilevanti aspetti di fisica moderna; offrire esempi di

attività sperimentali realizzabili direttamente dai

ragazzi in laboratorio didattico; fornire quadri

concettuali di rifermento attraverso attività Figura 1. Il frontespizio del depliant della scuola estiva

http://www.fisica.uniud.it/URDF/laurea/index.htm

http://www.fisica.uniud.it/URDF/laurea/ftp/pls2/idifo2.pdf

http://agenda.fisica.uniud.it/difa/conferenceDisplay.py?confId=45



seminariali; prevedere un equilibrato bilanciamento tra le diverse attività.

La prima scuola estiva nazionale di eccellenza è stata realizzata nel luglio 2007, come ricaduta del

master IDIFO per insegnanti di scuola secondaria superiore sulla fisica moderna. È stata riproposta

e rinnovata nel luglio 2009 nell‘ambito del progetto IDIFO2 del PLS2. È stata attuata in

collaborazione con la Scuola Superiore, la Facoltà di Scienze Matematiche Fisiche Naturali, la

Facoltà di Scienze della Formazione dell‘Università di Udine, il Dipartimento di Fisica

dell‘Università di Trieste, l‘Area di Ricerca del Sincrotrone di Trieste, il MIUR - Direzione

Generale dello studente e degli Ordinamenti Scolastici.

Se ne presentano e discutono le principali caratteristiche progettuali, modalità attuative, fornendo

alcuni primi elementi sui suoi esisti, tuttora in corso di analisi.

Il bando

La Scuola Estiva è stata offerta a studenti del IV e V anno delle Scuole Secondarie di II grado

nell‘a.s. 2008/2009, diffondendo sull‘intero territorio nazionale il pieghevole con la presentazione

della scuola e la scheda da compilare per la domanda di ammissione alla scuola (fig1) e attivando il

sito web della scuola (http://agenda.fisica.uniud.it/difa/conferenceDisplay.py?confId=45). Il numero

massimo di studenti ammessi, inizialmente fissato in 30 unità, è stato successivamente portato a 40

grazie ai contributi del MIUR e dei diversi enti locali collaboratori (l‘Università di Udine,

L‘Università di Trieste, L‘ERDISU, la Fondazione CRUP, Il centro di simulazione numerica

Democritos).

La selezione è stata effettuata, da un‘apposita commissione, sulla base dei seguenti criteri di

priorità: a) certificazione del profitto riportato dallo studente nelle materie scientifiche nell‘anno

scolastico 2007-2008 e al termine del primo quadrimestre dell‘anno scolastico 2008-2009, rilasciata

dall‘Istituto di appartenenza; b) regione di residenza per la miglior distribuzione nazionale (ai sensi

del Progetto IDIFO2 il 20% dei posti è riservato a studenti residenti in Friuli Venezia Giulia); c)

tipologia di Scuola Secondaria; d) altri titoli eventuali (in particolare partecipazione a gare di fisica

e altre materie scientifiche); e) maggiore età anagrafica.

La selezione

La selezione è stata effettuata sulle domande di iscrizione presentate da 290 studenti di 168 scuole

distribuite su tutto il territorio nazionale, come illustrato in tabella 1. In tale tabella si evidenza che

il maggior numero di domande si è avuto nell‘ordine da: Veneto, Friuli VG, Puglia, Lombardia,

Lazio. REGIONE Domande REGIONE Domande

ABRUZZO 7 MOLISE 2

BASILICATA 3 PIEMONTE 12

CALABRIA 9 PUGLIA 32

CAMPANIA 19 SARDEGNA 3

EMILIA ROMAGNA 8 SICILIA 11

FRIULI VENEZIA GIULIA 40 TOSCANA 9

LAZIO 26 TRENTINO ALTO ADIGE 1

LIGURIA 6 UMBRIA 12

LOMBARDIA 28 VALLE D-AOSTA 1

MARCHE 8 VENETO 53

Tabella. 1. Domande presentate da studenti iscritti a scuole delle regioni indicate

La commissione di ammissione ha stilato la graduatoria delle domande traducendo in punteggio i

criteri prima richiamati. La base del punteggio è stata data dalla media delle valutazioni sui due anni

indicati e dalla scuola di provenienza. Ad eventuali altri titoli documentati sono stati attribuiti

ulteriori punteggi a scalare per: partecipazione alle prove internazionali, nazionali, regionali, locali

delle olimpiadi della fisica, della matematica, delle scienze, della chimica; superamento di esami di

ammissione all‘accademia militare; frequenza a corsi universitari di non meno di 25 ore. Sono stati

infine tenuti in conto i criteri territoriali, da un lato per garantire la presenza del 20% di studenti del



Friuli VG come da bando, e dall‘altro per garantire la più ampia rappresentanza delle diverse

regioni italiane, compatibilmente con una elevata soglia di punteggio.

In figura 2 è illustrata la distribuzione geografica delle domande e dei 40 studenti ammessi alla

scuola di Fisica Moderna dell‘Università di Udine 2009. I due studenti, che pure ammessi hanno

dovuto rinunciare alla partecipazione, sono stati integrati con i primi due studenti tra gli esclusi.

Un quadro della tipologia di studenti che hanno partecipato al bando è illustrata nella figura 3 dove

é stata rappresentata la distribuzione della somma delle valutazioni medie riportate dagli studenti

alla fine dell‘a.s. 2007/08 e al termine del primo periodo di valutazione del 2008/2009. Tale

distribuzione ha una media sui due anni di valutazione di = 16,2/20 (8,1 per anno) con una

deviazione standard = 1,6. Essa evidenzia un livello decisamente alto della prestazione scolastica

degli studenti accompagnata da una notevole omogeneità del campione.

Il numero di domande pervenute, relativamente alto nonostante il breve tempo in cui è stato aperto

il bando, l‘alto livello degli studenti che hanno fatto domanda, l‘elevata aspettativa dimostrata

attraverso vari canali comunicativi da moltissimi dei partecipanti al bando, sono tutti indicatori del

fatto che la Scuola Estiva proposta dall‘Università di Udine risponde ad un ben preciso bisogno di

alta formazione su temi di fisica moderna espresso da studenti di tutta Italia.

Fig 2. Distribuzione geografica delle domande pervenute e tra parentesi delle 40 domande accettate. In Friuli VG ai 6 studenti in

graduatoria, sono stati ammessi in soprannumero in qualità di valutatori due degli studenti che pur avendo fatto domanda non erano

rientrati tra i 40 ammessi. Alla scuola è stato inoltre ammesso di diritto uno studente della Scuola Superiore dell‘Università di Udine

che ne aveva fatto domanda.



Figura. 3 Distribuzione della somma delle medie delle valutazioni sui due anni considerati nel bando. Tale distribuzione ha una

media di = 16,2/20 (8,1 per anno) con una deviazione standard = 1,6 . Tale distribuzione è statisticamente simile a quelle

scorporate per gli studenti del 4 e del 5 anno.

Modello attuativo

Il modello attuativo della Scuola Estiva di fisica moderna è caratterizzato dall‘integrazione delle

seguenti attività:

A. Percorsi esplorativi di apprendimento basati su attività di esplorazione operativa di contesti, con

metodologie tipiche dell‘inquiry learning (McDermott 2001; Abd-El-Khalick et al. 2004;

Michelini 2006) e del problem solving (Munson 1988; Watts 1991) su tematiche di fisica

moderna;

B. Laboratorio sperimentale per gruppi a rotazione;

C. Esperimenti a grande gruppo;

D. Laboratori di simulazione;

E. Seminari formativi di esperti;

F. Gli studenti relazionano;

G. Gare;

H. Visite, attività complementari, attività sociali.

Esse vengono qui brevemente illustrate.

A.Percorsi esplorativi.

Sono stati proposti i tre percorsi:

MQ- L‘esplorazione dei fenomeni di

polarizzazione della luce come sfida per avvicinarsi

alla teoria della Meccanica Quantistica;

SC - Mettersi in gioco nell‘esplorare e interpretare

fenomeni di superconduttività;

RBS - Rutherford Backscattering Spectroscopy - Cimentarsi in una tecnica di analisi della ricerca

nella fisica dei solidi.

Si tratta di laboratori didattici che hanno in comune i seguenti elementi:

1) utilizzo di strategie PEC (Michelini, Santi, Sperandeo 2002; Lawson 2008),

nell‘esplorazione di contesti fenomenologici semplici per riconoscere operativamente

concetti e grandezze, pianificando ed effettuando misure significative spesso con sensori on-

line con il computer;

Figura 4. Il kit per l‘esplorazione della polarizzazione

messo a punto nell‘ambito del progetto IDIFO



2) analisi di dati per la costruzione di leggi fenomenologiche;

3) costruzione di ipotesi interpretative e confronto con gli esiti sperimentali, anche mediante

analisi di simulazioni che propongono situazioni ideali o effettuando attività di computer

modeling;

4) utilizzo di schede di lavoro aperte basate sul metodo dell‘inquiry learning (McDermott

2001; Martongelli et al. 2001; Michelini, Santi, Stefanel 2008);

5) questionari di valutazione, secondo le modalità di valutazione variazionale

dell‘apprendimento (Aiello et al 2000).

I tre percorsi attuati si caratterizzano per i seguenti aspetti:

Il percorso MQ (Ghirardi et al 1997; Michelini et al 200; Michelini, Stefanel 2004; Michelini 2008)

mira alla costruzione del pensiero formale a partire dall‘analisi della fenomenologia della

polarizzazione ottica (Michelini, Stefanel 2006), per la costruzione dei concetti fondanti della

meccanica quantistica: il concetto di stato quantico e il ruolo del principio di sovrapposizione, i

concetti di incompatibilità e indeterminismo, il ruolo giocato dal formalismo nell‘attribuire

significato agli enti fisici. In tale attività sono stati impiegati i kit sperimentali sulla polarizzazione

messi a punto nel contesto di IDIFO (fig. 4).

Il percorso SC sulla superconduttività, si

avvale delle proposte sviluppate

nell‘ambito del progetto MOSEM per

l‘introduzione dello studio della

superconduttività nella scuola secondaria

superiore a partire dal contesto

dell‘elettromagnetismo (Engstrom et al.

2008; Viola et al. 2008). Un‘attività

preliminare di esplorazione dei fenomeni

magnetici mira alla costruzione della

rappresentazione delle linee di campo magnetico come strumento per la descrizione e

identificazione della fenomenologia elettromagnetica. Lo studio dell‘induzione elettromagnetica

viene approfondito anche in termini interpretativi prima di affrontare i fenomeni tipici prodotti da

superconduttori coma la levitazione dovuta all‘effetto Meissner o all‘effetto pinning (fig. 5).

Il percorso RBS si propone come laboratorio di

preparazione ad un problem solving sperimentale per

l‘analisi di tipici spettri RBS (Corni et al. 1996)

Costruisce concetti di base per l‘analisi del processo

di interazione, come quello di sezione d‘urto, energie

di processo, coefficiente cinematico e potenza di

arresto (stopping power). Si affronta si esplorano

semplici esperimenti di urti meccanici per costruire

ponti analogici tra situazione esplorata in laboratorio e

processo di scattering colombiano. L‘analisi di spettri

RBS incogniti, proposta con modalità tipiche del

problem solving, diviene una sfida in cui la

dimensione ludica attiva il gioco interpretativo.

B. Laboratorio sperimentale per gruppi a rotazione.

Una delle attività qualificanti della scuola è il laboratorio sperimentale su esperimenti cruciali della

fisica moderna, proposto a gruppi di 4-5 studenti a rotazione. Per consentire a tutti i gruppi di

realizzare le esperienze sono stati proposti i sei percorsi di attività sperimentali realizzati a gruppi su

Figura 5. Levitazione di un magnete su un superconduttore

Figura 6. L‘interpretazione degli spettri RBS



due mezze giornate di lavoro: A) Diffrazione ottica con sensori on-line; B) Misura della velocità

della luce; C1) Misure di resistività ed C2) effetto Hall in semiconduttori, metalli, superconduttori;

D1) Esperimento di Franck & Hertz e D2) determinazione del rapporto e/m. Si tratta di una

selezione di esperimenti tra quelli messi a punto e proposti nel contesto di IDIFO e delle due scuole

estive e elencati in tabella 2. La maggior parte delle altre proposte sperimentali è stata presentata o a

grande gruppo o inserita nei percorsi didattici esplorativi come specificato nel seguito.

Titolo Descrizione

Frank e Hertz Misura delle energie di transizione atomica del mercurio

Spettri di emissione Analisi con reticolo di diffrazione di spettri di emissione di elementi diversi

Rapporto e/m per l‘elettrone Misura del rapporto tra la carica e la massa dell‘elettrone con il metodo delle

bobine di Helmoltz

Diffrazione ottica Acquisizione con sensori on line e analisi della distribuzione di intensità luminosa

Polarizzazione Introduzione operativa alla polarizzazione come proprietà della luce e suo ruolo

per comprendere lo stato quantico

Trasmissione ottica Sensori on line per leggi di Malus e trasmittività di polaroid

Effetto Hall Misura della costante di Hall per materiali diversi

Resistività Misura della resistività di metalli, semiconduttori e superconduttori in funzione

della temperatura.

Effetto fotoelettrico Esplorazione dell‘effetto fotoelettrico e misura di h

Avogadro Misura del numero di Avogadro

Effetto termoionico Esplorazione dell‘effetto termoionico con un diodo a vuoto

Velocità della luce Misura della velocità della luce in mezzi diversi

Effetto Ramsauer Assorbimento quantistico risonante degli elettroni da parte di atomi di Ar e

determinazione del raggio medio di tali atomi

Tabella 2. Esperimenti di fisica moderna messi a punto e proposti nel Master IDIFO e nelle scuole estive di Fisica

Moderna.

Per ciascun esperimento hanno operato due tutor, ciascuno seguiva un gruppo di studenti. Il tutor

aveva il compito di introdurre la fisica dell‘attività proposta, presentando il principio della misura,

le caratteristiche dell‘apparato, gli obiettivi della misura e fornire il supporto tecnico ai ragazzi

laddove si rendesse necessario. Effettuata l‘introduzione doveva però lasciare che ciascun gruppo

conducesse l‘esperimento in autonomia, basandosi sulle indicazioni delle schede proposte per la

raccolta dati. Le schede per l‘attività di laboratorio fornivano stimoli e indicazioni operative, più

che guidare i ragazzi nel lavoro.

C. Esperimenti a grande gruppo.

Per offrire un quadro completo degli esperimenti cruciali per le nuove teorie fisiche del Novecento

(Tabella 2) sono stati effettuati esperimenti dalla cattedra. Con particolare dettaglio sono stati

effettuati gli esperimenti sull‘effetto Ramsauer e l‘effetto fotoelettrico, con presa dati in tempo reale

e discussione di dati campione.

D. Laboratorio di simulazione.

Il laboratorio di simulazione ―Fare fisica con il computer (il moto browniano)‖ ha offerto

un‘occasione per vivere in prima persona un‘esperienza di fisica computazionale. Ha permesso di

esperire un modo di fare fisica, che si è sviluppato con l‘avvento dei computer: studiare fenomeni

basandosi su simulazioni numeriche, che riproducono situazioni sperimentali. Organizzato dal



Dipartimento di Fisica dell‘Università di Trieste (Peressi Maria e Pastore Giorgio), con la

collaborazione del Gruppo di Fisica Computazionale dell‘Università di Udine (Giannozzi P), tale

laboratorio si è incentrato sulla simulazione del moto browniano al computer. Esso ha consentito di

passare dall‘analisi di processi aleatori allo studio della distribuzione di Boltzmann, allo studio di

micro particelle in sospensione in un liquido introducendo in modo operativo il concetto di libero

cammino medio.

E. Seminari culturali.

Per offrire quadri culturali di ampio respiro, legati alle attività di ricerca in corso, sia nell‘ambito

della fisica, che in quello

dell‘informatica e della matematica,

sono stati integrati nella scuola estiva

seminari condotti da responsabili di

progetti di studio e ricerca.

Le ricerche di punta nel campo delle

alte energie condotte con i grandi

acceleratori o telescopi di nuova

concezione sono stati il cuore delle

prospettive di ricerca in fisica

illustrate. Sono state in particolare

illustrati gli esperimenti ATLAS, che

sta cominciando la raccolta dati al

grande acceleratore LHC al CERN e

l‘esperimento MAGIC che ormai da

alcuni anni a Las Palmas fa

osservazioni ai confini dell‘universo,

avendo il cosmo come laboratorio.

Altri seminari hanno riguardato tematiche di confine tra matematica e fisica su evoluzione e

complessità, modelli e ontologie, i gruppi di simmetrie sul piano. I problemi della relatività dal

punto di vista storico è stato un seminario di approfondimento alle misure, di completamento

all‘attenzione data nella Scuola alla fisica quantistica e della materia.

F. Gli studenti relazionano.

Uno degli obiettivi più importanti della scuola è quello di offrire occasioni formative in cui non solo

è previsto il coinvolgimento attivo degli studenti, ma è anche prevista l‘esplicitazione da parte degli

studenti di quali sono gli apprendimenti. È questo un obiettivo considerato centrale anche in termini

di valutazione della qualità dell‘offerta formativa con la Scuola. Sulla scorta di analoga esperienza

realizzata nella prima scuola, è stato effettuato un seminario finale in cui gli studenti hanno

relazionato a piccoli gruppi sull‘analisi di spettri RBS, i concetti di Meccanica Quantistica, le

attività di laboratorio.

I diversi gruppi in cui erano stati suddivisi gli studenti partecipanti alla scuola hanno relazionato sui

segmenti principali in cui erano suddivisi i percorsi esplorati. Due gruppi per ciascun segmento di

percorso hanno proposto presentazioni a confronto analizzate e valutate sia dai docenti della scuola

sia dai ragazzi partecipanti alla scuola.

Così si sono avuti due gruppi che hanno relazionato su ciascuno degli esperimenti proposti in

laboratorio evidenziando i problemi sperimentali e concettuali inerenti le misure, sottolineando

aspetti e prospettive diverse sugli esperimenti svolti. Nel caso della diffrazione in particolare in cui

sono stati proposti due diversi tipi di apparati, gli studenti si sono anche misurati in una gara di

analisi delle potenzialità dei rispettivi strumenti utilizzati.

Nel caso della MQ le coppie di gruppi a confronto hanno relazionato su: A) fenomenologia della

polarizzazione e sua interpretazione in termini di processi a singolo fotone; B) polarizzazione come

Figura 7. Una breve pausa durante le attività a grande gruppo



proprietà quantistica dinamica dei fotoni, proprietà mutuamente esclusive e incompatibili; C)

impossibilità di attribuire una traiettoria alle particelle quantistiche; D) introduzione del formalismo

vettoriale per la rappresentazione dello stato quanto- meccanico.

Per l‘RBS gli studenti a coppie di gruppi hanno ripercorso l‘introduzione dei concetti di stopping

power, sezione d‘urto e coefficiente cinematico e gli elementi di analisi degli spettri RBS.

G. Gare.

Un aspetto che ha caratterizzato la scuola estiva del 2009 rispetto alla prima edizione del 2007 è

stata la proposta di competizioni come attività di sintesi e valutazione affiancate alle citate relazioni

finali a confronto. Sono state proposte competizioni sui diversi temi: 1) Laboratorio; 2) Meccanica

quantistica; 3) Superconduttività; 4) RBS.

La gara relativa al laboratorio sperimentale si è svolta contestualmente alle presentazioni finali sui

diversi esperimenti degli studenti. I premi sono andati alle presentazioni migliori per: analisi e

presentazione della situazione sperimentale considerata; qualità dei dati presentati e loro

elaborazione; significatività delle considerazioni sviluppate in merito alla conduzione

dell‘esperimento.

La gara di MQ è stata proposta sempre nel contesto della presentazione a gruppi avendo

preventivamente specificato per ciascun gruppo il nodo da affrontare nello sviluppare il tema

assegnato: l‘analisi del passaggio tra gli esperimenti fenomenologici sulla polarizzazione e quelli

ideali a singolo fotone; l‘attribuzione di proprietà e il nodo dell‘indeterminismo non-epistemico

nella misura in MQ; la perdita di significato del concetto di traiettoria in MQ; il ruolo del

formalismo vettoriale nel definire il significato dello stato quantistico.

Figura 8. I gruppi premiati ai primi tre posti della gara

di laboratorio

Figura 9. Il gruppo delle ragazze vincitrici della gara di

Meccanica Quantistica



Figura10. Da sinistra a destra: Gli studenti premiati della gara sulla RBS e quelli della gara di SC con alcuni dei docenti.

La gara di SC ha riguardato ―Il treno MAGLEV a levitazione magnetica‖. Ai ragazzi è stato

richiesto di rispondere in forma aperta sui seguenti tre punti: 1) Descrivere il treno; 2) Descrivere il

suo funzionamento; 3) Spiegare il suo funzionamento. Per la valutazione sono stati considerati: la

significatività e completezza degli elementi descritti in merito ai punti 1) e 2); gli elementi

interpretativi messi in gioco nella spiegazione del punto 3.

La gara di RBS ha previsto l‘analisi di spettri di film sottili di 50 nm di Au, Ag, Cu e T, non

necessariamente di elementi puri. su un substrato di silicio. Agli studenti è stato dato il compito di

determinare per ciascun campione gli elementi costituenti e la stechiometria. La valutazione è stata

fatta in base al numero di analisi corrette effettuate.

H. Visite e attività sociali.

La presenza del sincrotrone Elettra nell‘area di ricerca situata nel carso triestino a poche decine di

chilometri da Udine, offre una interessante occasione di visita da parte degli studenti della scuola a

una rilevante struttura di ricerca dove si incontrano sia ricerche di ambito prettamente accademico,

sia ricerche di tipo applicativo e industriali.

La struttura di Elettra, il suo funzionamento, la caratteristica della luce da esso prodotta e i suoi

sviluppi appena attuati e futuri sono stati presentati agli studenti ella scuola estiva dal vicedirettore

di Elettra prof. G. Comelli e da M. Bertolo, project manager della rete fra i laboratori di luce di

sincrotrone e i free electron laser europei. Una breve rivista di alcune tra le principali ricerche

condotte con Elettra ha fornito una panoramica sull‘attività del centro costituendo una rilevante

attività di orientamento per i ragazzi.

Le attività sociali organizzate sono state poche, per l‘intenso impegno richiesto nelle numerose

attività formative, ma gli studenti le hanno apprezzate e vissute intensamente. Esse sono le seguenti:

la visita alla città di Trieste, abbinata alle attività formative condotte nel capoluogo giuliano e la

cena di fine scuola, alla sera dell‘ultima giornata.

Organizzazione e modalità attuative.

Il programma della scuola estiva è riepilogato in tabella 3. Le attività della scuola sono tutte state

organizzate presso il polo scientifico dell‘Università di Udine, eccetto che una conferenza serale

ospitata presso il prestigioso Centro Internazionale di Scienze Meccaniche (CISM) di Udine e la

giornata a Trieste svoltasi tra l‘area di ricerca del sincrotrone, i laboratori informatici del

Dipartimento di Matematica dell‘Università di Trieste, il centro cittadino.

Gli studenti sono stati alloggiati presso il collegio universitario dell‘ERDISU di Udine.

La struttura organizzativa della scuola ha bilanciato le diverse esigenze di fornire un contributo

culturale di alto profilo, prevedere il coinvolgimento personale degli studenti nelle attività di

laboratorio e nella esplorazione di percorsi di apprendimento mirati a precisi obiettivi, di garantire i



tempi per lo svolgimento delle attività in aula/laboratorio e per la rielaborazione personale o in

gruppo, in particolare in vista della giornata conclusiva dove i ragazzi stessi dovevano relazionare

sugli apprendimenti e consegnare gli esiti dei loro lavori sulle gare.

Tabella 3. Il programma della scuola estiva

Per questi motivi il programma della scuola ha previsto le seguenti scelte organizzative: i seminari

culturali nella prima e nell‘ultima mezza giornata di attività; le attività di laboratorio didattico e

sperimentale compattate nelle prime tre giornate della scuola, ciascun percorso inserito come

modulo compattato, con materiali di monitoraggio e valutazione interni al modulo stesso. Un

intervallo specifico di tempo è stato riservato alla libera preparazione delle presentazioni per

l‘ultimo giorno. Una serata di attività culturale e le altre libere non sono state sufficienti ai

partecipanti a conoscere veri momenti di svago, perché hanno dedicato di loro iniziativa intere

serate agli approfondimenti dei percorsi o alla soluzione dei problemi posti, anche se non assegnati.

Ogni attività di laboratorio didattico e sperimentale è stata coordinata da almeno due docenti

dell‘URDF. In particolare l‘incontro conclusivo ha visto la presenza di tutto lo staff dei docenti

Per ciascuna proposta di attività è stato creando un contesto di ricerca, che ha coinvolto l‘intero

gruppo dei ricercatori dell‘URDF, dalla fase di progettazione a quella di valutazione degli

apprendimenti, dalle diverse attività alla gestione delle gare e delle valutazioni.

Per ciascuna attività c‘è stata: 1) una preliminare discussione per individuazione degli obiettivi

disciplinari e metodologici specifici cui si mirava e parallelamente di domande di ricerca a cui si

voleva dare risposta; 2) la messa a punto della proposta tematica e/o operativa (proponendo

Programma Lunedì 27 luglio

8.30-10.30 Saluto Rettore Università di Udine e autorità. Presentazione delle attività 10.30-13.00 Seminari: Evoluzione e complessità, L. C. Piccinini, Dir. Scuola Superiore, Univ. Udine; Modelli e ontologie, E. Toppano, Resp. PLS Matematica, Univ. Udine; Osservazioni ai confini dell’universo, A. De Angelis, Resp. Naz. esperimento Magic, 14.00-18.30 Lab. Didattico: Mettersi in gioco nell’esplorare e interpretare fenomeni di superconduttività – Parte I e Parte II R. Viola, Università di Udine

Martedì 28 luglio 8.30-13.00 Lab. Didattico: L’esplorazione dei fenomeni di polarizzazione della luce come sfida per avvicinarsi alla teoria della Meccanica Quantistica – Parte I e Parte II, M. Michelini, A. Stefanel, Università di Udine 14.00-18.30 LSG – Laboratorio Sperimentale a Gruppi: A) Diffrazione ottica con sensori on-line, B) Misura della velocità della luce, C) Misure di resistività ed effetto Hall in semiconduttori, metalli, superconduttori; D) Esperimento di Franck & Hertz e determinazione del rapporto e/m, URDF

Mercoledì 29 luglio 8.30-13.00 LSG – Laboratorio Sperimentale a Gruppi: A) Diffrazione ottica con sensori on-line, B) Misura della velocità della luce, C) Misure di resistività ed effetto Hall in semiconduttori, metalli, superconduttori; D) Esperimento di Franck & Hertz e determinazione del rapporto e/m, URDF 14.00-18.30 lab Didattico: RBS-Rutherford Backscattering Spectroscopy. Cimentarsi in una tecnica di analisi della ricerca nella fisica dei solidi. Parte I –Parte II, M. Gervasio, A. Mossenta, Università di Udine 21.00-22.00 Fare fisica con il computer, M. Peressi e G.Pastore, Università di Trieste

Giovedì 30 luglio 9.15-10.45 Visita guidata al Sincrotrone a cura di G. Comelli, vicepresidente di Elettra, e M. Bertolo, project manager della rete fra i laboratori di luce di sincrotrone e i free electron laser europei 11.00-13.00/14.00-15.30 Fare fisica con il computer: il moto browniano. Parte I/Parte II Attività proposta da M. Peressi e G. Pastore, Università di Trieste, e P. Giannozzi, Università di Udine, e Centro Nazionale di Simulazione Numerica CNRINFM Democritos. 15.30-17.30 Visita a S. Giusto, Piazza della Borsa e Piazza Unità a Trieste

Venerdì 31 luglio 8.30-10.30 Seminari: I gruppi di simmetrie sul piano, P. Corvaja, Università di Udine; I problemi della relatività visti dal punto di vista storico, G.L. Michelutti, Università di Udine 11.00-13.00 Lab. Sperimentale a grande gruppo: Risonanza di spin ed esperimento Ramsauer, L. Santi, Università di Udine; Effetto fotoelettrico, I. Sciarratta, Sezione AIF di Pordenone 14.00-18.30 Gli studenti relazionano su: Analisi degli spettri RBS, Coordina: A. Mossenta, Università di Udine; i concetti di Meccanica Quantistica, Coordina: M. Michelini, Università di Udine; Attività di laboratorio, Coordina: L. Santi, Università di Udine



differenziate modalità di lavoro che garantissero la multidimensionalità richiamata e

soddisfacessero ai vincoli di contesto); 3) la preparazione degli strumenti didattici con cui far

lavorare i ragazzi (esperimenti, schede, test, questionari), costruiti anche per poter raccogliere

informazioni da cui estrarre risposta alle domande di ricerca che erano state individuate; 4) la

conduzione dell‘attività da parte di almeno due ricercatori o un docente esperto; 5) il monitoraggio

di un tutor che da un lato fungeva da osservatore dell‘attività, raccogliendo, in base a griglie aperte,

indicazioni 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; 6) raccolta dei

prodotti realizzati dagli studenti (schede, test e questionari lasciandone copia agli studenti); 7) prima

analisi di tali materiali per dare un feedback immediato agli studenti indirizzando la discussione

riepilogativa di ciascuna attività sui nodi che si sono riscontrati come maggiormente problematici.

I materiali

Agli studenti ammessi alla scuola, insieme allo zainetto della scuola contenete le documentazioni

informative (invito alla Scuola Estiva, lettera di benvenuto, programma, informazioni turistiche sul

territorio friulano) e il materiale illustrativo della Scuola Superiore, sono stati consegnati documenti

di studio e tutorato sulle attività: presentazione delle attività sperimentali; schede operative; schede

stimolo del tipo PEC; illustrazioni dei percorsi e relative schede di lavoro; libretto di presentazione

del la proposta di modulo. In tabella 4 sono elencati i materiali di studio forniti agli studenti.

Tabella 4. I materiali forniti agli studenti.

Rai – Educational

Il Ministero ha deciso di valorizzare l‘iniziativa, segnalandola alla RAI. Un regista di RAI-

Educational ha curato la videoregistrazione di tutte le attività della scuola, effettuate da ricercatori e

tecnici del Dipartimento di Fisica, del Centro Linguistico Audiovisivi dell‘Università di Udine.

L‘ultima giornata è stata interamente ripresa dalla troupe di RAI-Educational, in presenza del

regista con l‘obiettivo di realizzare una trasmissione appositamente dedicata alla scuola estiva in cui

venissero documentate sia le diverse attività sia soprattutto le relazioni effettuate dai ragazzi.

Materiali relativi ai laboratori didattici :

- Michelini M., Stefanel A., Avvicinarsi alla teoria della Fisica Quantistica. Una proposta per la didattica, 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

Asimmetrie – Rivista dell‘Istituto nazionale di Fisica, Anno 4, N. 8, 2009 - Il Bosone di Higgs

Viola R., La superconduttività – La fisica – La storia – Le applicazioni

Mossenta A., Rutherford Backscattering Spectrometry

Santi L., Schede Esperienze con le relative Schede di Lavoro:

Viola R., curatore, Mettersi in gioco nell’esplorare e interpretare fenomeni di superconduttività

Michelini M., Stefanel A., L’esplorazione dei fenomeni di polarizzazione della luce come sfida per avvicinarsi alla teoria

della Meccanica Quantistica

Mossenta A., RBS-Rutherford Backscattering Spectroscopy. Cimentarsi in una tecnica di analisi della ricerca nella fisica

dei solidi.

Materiali relativi ai seminari

Piccinini, Evoluzione e complessità

P. Corvaia, Simmetrie del Piano

Viola R., curatore, Mettersi in gioco nell’esplorare e interpretare fenomeni di superconduttività

Michelini M., Stefanel A., L’esplorazione dei fenomeni di polarizzazione della luce come sfida per avvicinarsi alla

teoria della Meccanica Quantistica

Mossenta A., RBS-Rutherford Backscattering Spectroscopy. Cimentarsi in una tecnica di analisi della ricerca nella

fisica dei solidi



Il monitoraggio e la valutazione

Per il monitoraggio e la valutazione sono state adottate sia modalità di autovalutazione

documentative, sia modalità di valutazione e monitoraggio standard, sia valutazione esterna.

Tutte le attività della scuola sono state videoregistrate.

La presenza di valutatori esterni, suggerita dal Ministero per garantire una valutazione il più

oggettiva e differenziata possibile, è stata ampia e differenziata. Sono stati valutatori esterni: 1

responsabile MIUR; 1 ricercatore ANSAS di Palermo; 1 segretario di Sezione dell‘Associazione per

l‘Insegnamento della Fisica; 2 studenti. Il gruppo di valutatori esterni ha dato un riscontro da più

punti di vista: quello organizzativo - istituzionale, quella della ricerca didattica, quello della scuola,

quello dei ragazzi.

Sul piano della valutazione degli apprendimenti con strumenti specifici, sono state utilizzati i

seguenti strumenti:

- le schede di lavoro che hanno accompagnato le diverse attività;

- questionari aperti utilizzati come strumenti di riepilogo di ogni modulo;

- i materiali prodotti dagli studenti a seguito di ogni attività;

- i documenti prodotti dagli studenti nelle gare;

- le relazioni finali presentate anche oralmente dai ragazzi.

In base agli esiti di tale monitoraggio e solo laddove fossero stati riconsegnanti i materiali compilati

sono stati rilasciati gli attestati con documentazione degli apprendimenti dei diversi moduli.

Le diverse attività della scuola sono state inoltre valutate dagli studenti sulla base di schede di

monitoraggio che prevedevano per ciascun seminario, modulo formativo, attività sperimentale,

visita le voci previste nel monitoraggio REQUS del PLS. Ulteriori richieste riguardavano le attività

considerate più efficaci e utili per la propria formazione e quelle che invece erano state reputate

meno significative e infine note finali, consigli, rimostranze. Accanto a questa scheda gli studenti al

termine della scuola hanno inoltre compilato la scheda di monitoraggio REQUS per l‘intera scuola.

Non potendo qui documentare per esteso quanto emerso dal monitoraggio, per evidenti motivi di

spazio, si riportano qui di seguito solo i commenti finali aperti da parte degli studenti:

• Complimenti a tutti

• è stata un'esperienza BELLISSIMA e i docenti sono preparatissimi! Forse il lavoro è stato

troppo intenso e andrebbe fatta più teoria, ma questi sono dettagli! Esperienza formativa

unica, davvero un privilegio!

• I materiali scritti sono stati probabilmente la cosa più utile di questo corso perché anche a

distanza di tempo potrò riguardare dettagliatamente le esperienze fatte. Bellissimi i coffee

breack!!!! SIMPATICISSIMI E DISPONIBILI I PROFESSORI !!!!!GRAZIE

• Ho apprezzato l'iniziativa per l'organizzazione precisa che ha permesso lo svolgimento di

un programma intenso e di altissimo valore, grazie anche soprattutto alla professionalità,

disponibilità e passione dei docenti, dei tutor e degli altri organizzatori

• Distendere le attività su più giorni. BELLISSIMA esperienza, complimenti!

• Molto interessante ma sarebbe necessario più tempo per svolgere al meglio le attività al di

fuori del laboratorio

• è stata davvero una bella esperienza, ne è veramente valsa la pena, non solo dal punto di

vista formativo, ma anche umano

• L'attività è stata bellissima, 10 e lode

Un ruolo importante è stato svolto dai due studenti-valutatori esterni. Essi hanno messo a punto

prima dell‘inizio della scuola un protocollo di monitoraggio delle attività ed un altro di intervista

dei partecipanti, hanno partecipato loro stessi alle attività ed hanno intervistato da pari gli altri

studenti partecipanti alla scuola.

Sul piano della ricerca didattica e della qualità di materiali ed attività è stata soprattutto la

valutazione esterna dell‘ANSAS. Si riportano qui solo alcune frasi del nutrito rapporto consegnato



dal ricercatore incaricato: ―…..A conclusione dei lavori, si esprime un giudizio altamente positivo

sia sulle singole professionalità impegnate nella Scuola, sia sull’impegno davvero eccezionale

profuso dal gruppo dei referenti scientifici. Le attività sono state sempre dense e costruttive, i

metodi e le tecniche scelte in tutte le fasi sono stati sempre strettamente funzionali agli obiettivi

della Scuola e singolarmente efficaci. Il gruppo di Progetto ha inoltre dato prova di intelligente

duttilità nell’adattare le soluzioni via via ipotizzate alle condizioni operative riscontrate sul

terreno, senza mai perdere di vista gli obiettivi del progetto, garantendone un’alta validità

scientifica. Perfetto, rapido ed efficiente il lavoro; fluida e funzionale la comunicazione, sia

orizzontale che verticale, all’interno del gruppo..”

Si riportano in allegato i rapporti completi dei valutatori esterni.

Conclusioni

La Scuola Estiva IDIFO2 progettata e realizzata dall‘URDF dell‘Università di Udine ha offerto agli

studenti degli ultimi due anni delle scuole secondarie superiori italiane una opportunità formativa di

alto livello, rivolta alla valorizzazione delle eccellenze nell‘ambito della fisica moderna. Essa ha

offerto ai giovani un ambiente stimolante di approfondimento scientifico e matematico, basato sul

personale coinvolgimento in sfide ludiche da vivere in cooperazione tra giovani e docenti

universitari. Un ambiente in cui l‘atmosfera, i metodi e gli strumenti della ricerca scientifica sono

direttamente esplorati da ciascun partecipante.

Essa ha costituito una risposta efficace a una esigenza delle scuole sia per quello che riguarda la

valorizzazione delle eccellenze sia per quello che riguarda i temi di fisica moderna, in generale

tuttora assenti dai programmi effettivamente svolti nelle classi. La risposta al bando da parte di un

elevato numero di studenti in entrambe le edizioni (nonostante i brevi tempi di apertura) testimonia

che c‘è una forte esigenza e richiesta sia di una formazione di qualità in particolare sulla fisica

moderna

I temi di fisica moderna scelti come proposte di esplorazione concettuale di 6 u.o. sono stati la

Meccanica Quantistica, data la sua rilevanza come teoria guida della fisica moderna e base per la

costruzione nel pensiero teoretico, la superconduttività, per la sua rilevanza sul piano applicativo e

la possibilità di proporla in termini esplorativi attraverso semplici proposte sperimentali; la

Rutherford Backscattering Spettroscopy (RBS) come esemplificazione di tecnica di analisi della

fisica dei materiali, che impiega essenzialmente apparati concettuali classici. Altre tematiche

rilevanti, come la relatività, le particelle elementari, ricerche di informatica e matematica di

raccordo con la fisica sono state oggetto di attività seminariali. Un nucleo di 6 proposte di attività di

laboratorio sperimentale su esperimenti cruciali della fisica moderna è stato effettuato a rotazione

dagli studenti per un totale di 8 ore. In questo modo è stato possibile offrire una proposta equilibrata

di piano orario che consentisse lo svolgimento dei micro percorsi garantendo adeguati tempi di

lavoro, prevedendo opportuni momenti e modalità di valutazione degli apprendimenti, fornendo

esemplificazione delle metodiche tipiche dell‘indagine fisica moderna. L‘integrazione di differenti

proposte e attività mirava anche a dare occasioni di orientamento formativo in fisica in particolare

con esemplificazioni di metodologie e modalità tipiche di lavoro della fisica.

Gli esiti degli apprendimenti, la cui analisi è tuttora in corso, verranno pubblicati successivamente

per le diverse tematiche. Il monitoraggio diretto e in particolare l‘alto livello riscontrato nelle

presentazioni effettuate dai diversi gruppi di studenti nella giornata conclusiva e riprese per essere

trasmesse su RAIEDUCATIONAL, oltre a confermare l‘eccellenza degli studenti selezionati hanno

fornito utili indicazioni sui possibili percorsi di apprendimento dei ragazzi e i nodi su cui anche

studenti di eccellenza trovano in merito ai temi trattati.

La valutazione effettuata dagli studenti partecipanti ha indicato che la scuola estiva ha risposto alle

loro attese, superandole in non pochi casi. Nei report dei valutatori esterni è stato rimarcato il ruolo

giocato dalla ricerca didattica nel progetto della scuola e nella sua attuazione.



Bibliografia

Abd-El-Khalick F, BouJaoude S, Duschl R, Lederman N G, Mamlok-Naaman R, Hofstein A, Niaz M, Treagust D &

Tuan H L (2004) Inquiry in science education: International perspectives. Science Education, 88(3), 397-419

Bednar A.K., Cunningam D., Duffy T.M., Perry J.D. (1991) Theory into practice. How do we link?, in Instructional

technology. Past, present and future, J.C. Angelin ed., Englewood, Colorado, Libraries Unlimited, 1991;

Bowers AJ (2008) Promoting Excellence: Good to Great, NYC's District 2, and the Case of a High-Performing School

District, Leadership and Policy in Schools, 7(2), 154 – 177

Burba G, Cibin L, Decio L, Iamiis E, Michelini M, Stefanel A, Problem Solving per / ‘orientamento nella formazione

degli insegnanti: parte I, Magellano, V, 20, 2004, p.l 1-18

Comer C.C. (2002) Preparing children, Promoting Excellence, Toyota Regional Collaboratives Partnership Leadership

Academy, Austin, Texas, September 20, 2002

Corni F., Michelini M., Santi L., Stefanel A. (1996) Rutherford Backscattering Spectrometry: A.Technique worth

introducing into pedagogy, in Teaching the Science of Condensed Matter and New Materials, edito da GIREP

presso FORUM, Udine; Corni F., Michelini M., Santi L., Soramel F., Stefanel A. (1996) The concept of cross

section, in Teaching the Science of Condensed Matter and New Materials, Udine: FORUM-GIREP.

Disint C, Michelini M, 2005, Dalle cattive alle buone pratiche per l’orientamento: idee ed esperienze, Magellano VI,

27, p.43-47

Engstrom V, Michelini M, Peeters W, Karbowaski A, Karwasz G (2008) Supercomet – Superconductivity made easy,

in Frontiers of Physics Education, Rajka Jurdana-Sepic et al eds., Girep-Epec book of selected contributions, Rijeka

(CRO), p. 392-398 [ISBN 978-953-55066-1-4] p.143

Ghirardi G. C., Grassi R., Michelini M. (1997) Introduzione delle idee della fisica quantistica e il ruolo del principio di

sovrapposizione lineare, La Fisica nella Scuola, XXX, 3 Sup., Q7, p.46-57

Honsell F, Michelini M eds (2004), Attività di orientamento formativo 2004, Università di Udine;

La Porta R (1996) L 'insegnante come orientatore. Un 'introduzione al problema, UeS,1,2/R.

Lawson (2008), ‖, Girep Conference, Proceedings to be published

Martongelli R, Michelini M, Santi S, Stefanel A (2001), Educational proposals using new technologies and telematic

net for physics, in Pinto R, Santiago S eds, Physics teacher education beyond 2000, Girep book of selected papers,

Elsevier, Paris, 615-620

McDermott L (2001). Oersted Medal Lecture 2001: Physics education research — the key to student learning.

American Journal of Physics, 69, 1127-1137

Merrill M.D. (1992) Constructivism and instructional design in T.M. Duffy, D.H.Jonassen ed., Constructivism and the

technology of instruction, Hillsdale, New Jersey, Erlbaum.

Figura10. Da sinistra a destra: I premiati della gara sulla RBS e quelli della gara di SC.



Michelini M (2006), The Learning Challenge: A Bridge Between Everyday Experience And Scientfìc Knowledge, in

Informai Learning And Public Understanding Of Physics, G Planinsic and A Mohoric eds., Girep book of selected

contributions, Ljubijana (SLO), p. 18-39

Michelini M (2008) Approaching the theory of quantum mechanics: the first steps towards a coherent synthesized

interpretation with a supporting formalism, in Frontiers of Physics Education, Rajka Jurdana-Sepic et al eds., Girep-

Epec book of selected contributions, Rijeka (CRO), p. 392-398 [ISBN 978-953-55066-1-4] p.93-101

Michelini M, Ragazzon R, Santi L, Stefanel A (2000) Proposal for quantum physics in secondary school, Phys. Educ.

35 (6) 406-410;

Michelini M, Santi L, Stefanel A (2008) Worksheets for pupils involvement in learning quantum mechanics, in

Frontiers of Physics Education, Rajka Jurdana-Sepic et al eds., Girep-Epec book of selected contributions, Rijeka

(CRO), p. 392-398 [ISBN 978-953-55066-1-4] p.102-111

Michelini M, Stefanel A. (2004) Avvicinarsi alla teoria della fisica quantistica, una proposta didattica, Università di

Udine, Udine

Michelini M., Cobal M. eds, (2002)Developing Formal Thinking, selected contribution of 1st International Girep

Seminar, Udine: Forum, Girep

Michelini M., Santi L., Sperandeo MR(2002) Proposte su forze e moti, Udine, Forum

Michelini M., Stefanel A. (2006) La polarizzazione della luce, catalogo di esperimenti, Udine, Forum. ISBN 88 8420

360 0

Munson P. (1988) Some thoughts on problem solving, in "Problem Solving: ideas and approaches from the secondary

science curriculum review, J Heaney & D M Watts eds., Harlow, Longman.

RestonV, (2003) Advancing excellence in technological literacy: Student assessment, professional development, and

program standards, International Technology Education Association.

Viola R, Michelini M, Santi L, Corni F (2008) The secondary school experimentation of Supercomet in Italy, in

Frontiers of Physics Education, Rajka Jurdana-Sepic et al eds., Girep-Epec book of selected contributions, Rijeka

(CRO) p. 392-398 [ISBN 978-953-55066-1-4] p.190-196

Watts M. (1991) The Science of Problern Solving -A Practical Guide for Science Teachers, ed. Cassell Educational

Limited, Londra.

scuola estiva di fisica moderna per studenti di scuole … · 2010-01-12 · il percorso mq...

Documents