Scheda progetto Formazione - Omnicomprensivo Guardiagrele

Ministero dell’Istruzione, dell’Università e della Ricerca
Ufficio Scolastico Regionale per l’Abruzzo
LICEO SCIENTIFICO STATALE “A. EINSTEIN” TERAMO
Via L. Sturzo, 5 – 64100 Teramo - Centralino 0861/413747- Presidenza 0861/212175 – Fax:
0861/413741
C.F. 80005670676 – C.M. TEPS010003
e-mail: [email protected] - p.e.c: [email protected]
Piano Lauree Scientifiche a.s. 2014/15
Formazione docenti – FISICA
Scheda di progettazione
Titolo modulo formativo 03:
“La Fisica come metodo per capire la Natura”
Modalità di erogazione: 4 incontri pomeridiani (ora inizio fra le 15:00 e le 16:00), della
durata di 3 ore ciascuno.
Luogo: Sede scolastica di Teramo (Scuola Polo) o presso la sede di Coppito del
Dipartimento di Scienze Fisiche e Chimiche dell'Università degli Studi dell'Aquila.
Utenza sostenibile: L'utenza ottimale è compresa fra i 15 e i 30 insegnanti. L'erogazione
presso sedi scolastiche è giustificata se la partecipazione fosse maggiore e comunque
non inferiore ai 12 insegnanti. In caso di richieste eccedenti i 40 partecipanti il modulo può
essere ripetuto presso la sede dell'Aquila senza ulteriori compensi per il docente.
Contenuti e Obiettivi:
Il presente Modulo è focalizzato sull'approccio sperimentale all'insegnamento della Fisica
con elementi di Fisica Moderna. Queste attività hanno lo scopo di stimolare la
collaborazione fra docenti universitari e insegnanti di Matematica e Fisica delle scuole
secondarie attraverso la progettazione congiunta di iniziative volte al potenziamento e
aggiornamento dell'insegnamento della Fisica, anche avvalendosi di attività sperimentali
(esperienze didattiche) utilizzabili a supporto del percorso formativo scolastico.
L'obiettivo di questo modulo è quello di affrontare, assieme agli insegnanti, una riflessione
sulle possibili motivazioni alla base della limitata cultura nelle scienze Fisiche presente
nella popolazione studentesca. Viene proposto un percorso didattico che si avvale del
supporto di semplici esperimenti per stimolare le capacità di schematizzazione dei
fenomeni e far comprendere la necessità di utilizzare una formalizzazione adeguata. Il
percorso si conclude con due esempi più avanzati che affrontano aspetti di Fisica
Moderna nei quali viene proposta anche una prospettiva storica. Gli incontri di questo
modulo verteranno su argomenti monografici consequenziali che saranno sviluppati in una
prima fase comunicativa e una seconda fase rielaborativa e riflessiva con un peso relativo
che potrà dipendere dalla natura dell'argomento. La prima fase sarà dedicata agli
approfondimenti contenutistici con l'obiettivo di definire il problema fisico affrontato, il
linguaggio descrittivo utilizzato, e di illustrare gli strumenti di modellizzazione e
formalizzazione teorica con particolare attenzione al significato interpretativo
eventualmente in una prospettiva storica. Nella seconda fase verrà sollecitato il feedback
degli insegnati partecipanti relativamente alle modalità di presentazione degli argomenti
agli studenti. Verranno proposti metodi didattici che si avvalgono di attività pratiche
sperimentali e dimostrative, strumenti informatici, e sarà valutata la potenziale efficacia
delle strategie didattiche adottabili.
Incontri
Argomenti
Docente
1
Ignoranza e misconcezioni persistenti: cosa si sbaglia
nell'insegnamento della Fisica? Un approccio euristico alle
leggi della meccanica: il ruolo della massa nella caduta dei
gravi e nel rotolamento dei corpi su un piano inclinato.
Evidenza empirica e formalizzazione del moto
uniformemente accelerato.
Prof. Adriano Filipponi
2
Il ruolo delle forze nella meccanica dei sistemi/fluidi in
equilibrio. L'utilizzazione di una bilancia come sensore di
forza: perché non siamo in grado di rispondere ad alcune
domande banali? I risultati empirici e la schematizzazione
fisica di un sistema meccanico in equilibrio. Il caso delle
forze agenti in condizioni dinamiche.
Prof. Adriano Filipponi
3
Analogie e differenze fra gli autostati di un sistema
quantistico e i modi normali di vibrazione di una
corda/membrana.Un esempio di fenomeno naturale
relativamente comune di cui pochi conoscono la
spiegazione fisica: l'arcobaleno. La schematizzazione
come fenomeno di scattering nell'ambito dell'ottica
geometrica. Il successo e i limiti di questa descrizione.
Prof. Adriano Filipponi
4
Esperimento dimostrativo sul moto Browniano: la prima
evidenza inconfutabile dell'esistenza degli atomi.
Prof. Adriano Filipponi
Descrizione:
Nei primi due incontri si partirà dalle considerazioni sulle risposte a domande, a prima vista
banali, che vengono date da studenti del primo anno dei corsi universitari al termine del
semestre con insegnamenti di Fisica Generale su argomenti di meccanica. La percentuale
elevata di risposte errate e l'evidente persistenza di misconcezioni obbliga ad una seria
riflessione sulle modalità didattiche e di apprendimento. Appare evidente che per una
frazione consistente di studenti la Fisica non serve a spiegare quello che si vede e, pertanto,
risposte in palese contrasto con l'evidenza empirica sono accettabili. Probabilmente la
modalità della didattica universitaria, che predilige (anche a causa dei tempi limitati) lezioni
frontali ed esercitazioni numeriche volte alla risoluzione di problemi codificati che hanno il
solo scopo di preparare allo svolgimento delle prove di esame scritte, non aiuta a risolvere il
problema. Peraltro l'abitudine ad utilizzare strumenti ad elevata tecnologia senza conoscerne
assolutamente nemmeno il principio di funzionamento ha assuefatto la popolazione alla
sopravvivenza senza conoscenza e dunque molti giovani non hanno nemmeno chiaro il
significato di cosa voglia dire "capire come funziona" (uno strumento o) un fenomeno
naturale. Nei due incontri si cercherà di mostrare come argomenti di meccanica possano
essere introdotti in maniera euristica induttiva attraverso dei "discovery experiments" che,
sebbene richiedano un impegno temporale maggiore, dovrebbero poi consentire di
cristallizzare le conoscenze fondanti e consolidare un approccio corretto verso la disciplina.
Negli incontri verranno proposte agli insegnanti varie attività di tipo laboratoriale che possono
essere proposte agli studenti, avvalendosi di sistemi informatici di acquisizione dati o di
materiali poveri replicabili a basso costo, e le modalità di interpretazione dei risultati in
relazione alla formalizzazione della disciplina.
Nel terzo incontro si vuole applicare questa metodologia al fenomeno dell'arcobaleno la cui
spiegazione dettagliata (che al livello dell'ottica geometrica, come peraltro inizialmente
sviluppata da Cartesio e Newton, è perfettamente comprensibile a partire dalle scuole
secondarie) è paradossalmente ignorata nei testi scolastici e universitari. La comprensione
del fenomeno, con l'ausilio di apparati dimostrativi che utilizzano dielettrici a simmetria
cilindrica, consente anche di comprendere la strategia sperimentale di realizzare l'interazione
di una sonda con un bersaglio (potenzialmente) ignoto per studiarne la natura, ampiamente
applicata in numerosi contesti di Fisica Moderna.
Nell'ultimo incontro viene illustrato il fenomeno del moto Browniano a partire dalla sua
osservazione e descrizione empirica e dal percorso che ha portato alla sua comprensione in
una prospettiva storica. Il fenomeno è rimasto infatti per quasi due secoli senza una
spiegazione fisica per poi risultare invece la prima evidenza inconfutabile della teoria
atomica. Verrà mostrato come il fenomeno possa essere messo in evidenza con un semplice
apparato sperimentale e come la sua interpretazione, seguendo i risultati di Einstein,
Langevin e Perrin, possa arricchire la comprensione della transizione dalla descrizione
termodinamica alla meccanica statistica che è alla base di alcuni dei progressi della Fisica
Moderna.