Scheda progetto Formazione - Omnicomprensivo Guardiagrele
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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.