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

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1 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 Stefanel Unità di Ricerca in Didattica della Fisica dell Università di Udine 1. Introduzione Il Progetto IDIFO aveva tra i principali obiettivi una sperimentazione basata sulla ricerca per la formazione degli insegnanti in merito all innovazione didattica sui temi della fisica moderna, come descritto alla pagina IDIFO 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 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 esplorazione 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 organizzato 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 possibilità 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 particolarmente 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.

2 288 Capitolo 7. La prima scuola estiva di Fisica Moderna per studenti 2. Il WS1 del Master IDIFO È stato dedicato ai corsisti del Master IDIFO e realizzato nel periodo settembre 2006 Esso 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 relazioni 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 lamentato 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: sulla superconduttività Un intero giorno era dedicato a ciascuna delle seguenti tematiche: Relatività, Quantistica, Orientamento, 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 materiali 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/attività) 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 sito

3 Progetto IDIFO - Fisica moderna per la scuola 289 Fig. 2 - I immagini dal DVD contenente le videoregistrazioni del WS1 di IDIFO Pausa Lunedì 4 Martedì 5 Mercoledì 6 Giovedì 7 Venerdì 8 Apertura Presentazione esperimenti di laboratorio: Gr4, Gr6, R1, R7, R10 Presentazione esperimenti di laboratorio: Gr2, R3 I Sciarratta -P8 Esperimento dalla cattedra Gr 2 R1/3/7/10 B S. Bergia Dai fondamenti alle proposte didattiche sulla Relatività Discussione 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 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 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. L.Santi, A Stefanel, I Sciarratta Discussione esperimenti eseguiti in laboratorio M.Michelini Orientamento e PSO MQ Percorso polarizzazione (P5) (A. Stefanel) Lavori di Gruppo di MQ (R.Giannitrapani, M Michelini, R Ragazzon, L. Santi, A. Stefanel) D. Cauz -P9 G. Pegna P12 Effetto Ramsauer: assorbimento quantistico risonante degli elettroni da parte di atomi di Ar e determinazione del loro raggio Esperimenti Supercomet2 (6 esperimenti ) F Corni Cena sociale M.Giliberti Misconcezioni di FQ G.L. Michelutti -Corpo nero: una proposta didattica C. Tarsitani FQ e prospettiva storica Lavori di Gruppo di MQ (R.Giannitrapani M Michelini, L. Santi, A. Stefanel) M.Michelini Orientamento e PSO progettazioni didattiche Recuperi Laboratorio Tabella 1 - Piano di lavoro del WS1 del Master IDIFO. Legenda Gr attività a gruppi (4 gruppi in parallelo sullo stesso esperimento) 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.

4 290 Capitolo 7. La prima scuola estiva di Fisica Moderna per studenti Fig. 3 - Immagini tratte dal DVD delle videregistrazioni del WS1 di IDIFO. 3. I WS2 del Master IDIFO L 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 raccolta 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 formazione 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 Didattica 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 manifestazione a cui ha partecipato tutto l Ateneo di Udine e la cui durata si è estesa ben oltre a quella prevista 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-

5 Progetto IDIFO - Fisica moderna per la scuola 291 Fig. 4 - Uno degli apparati di misura: le bobine di Helmoltz. giori esperti nel mondo in questo campo, una sui rapporti tra indagine scientifica e riflessione umanistica 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) illustrazione da parte di studenti di scuola secondaria dei loro studi di meccanica quantistica. Alla pagina ed in particolare all indirizzo è riportato il calendario delle attività organizzate da IDIFO nella manifestazione, tenutasi a Udine dal 19 marzo al 3 aprile Particolarmente apprezzate dagli oltre 2000 partecipanti sono state le gare di fisica e le proposte di esperimenti per studenti con sensori per misure di ottica fisica: diffrazione, polarizzazione e con le attrezzature 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 iniziative 1 centrate su una mostra interattiva di esperimenti, che si trova descritta in Se ne riferisce in questa sede brevemente, 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 visitatori 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 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 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.

6 292 Capitolo 7. La prima scuola estiva di Fisica Moderna per studenti 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 orario 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 rapporto 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 pubblico si sono alternati, nelle sale di esposizione, una ventina di esperti tra docenti e studenti (maturandi ed universitari). Alcuni insegnanti sono tornati più volte, anche senza i propri alunni, talora forniti di macchine fotografiche 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 consapevolezza 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 universali 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 e 5. 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 Termocrono 2, 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 riscontrato 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 IDIFO Il 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 elaborate 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.

7 Progetto IDIFO - Fisica moderna per la scuola 293 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 studenti Le 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 (Sjøberg, 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 limitare 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 motivano allo studio e all indagine anche affrontando tematiche difficili in modo brillante. Proprio gli studenti 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, confrontandosi 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 tecniche 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 sperimentati nella scuola. Nel contesto internazionale gli studi per valutare, valorizzare e promuovere le eccellenze si intersecano 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 differenziare 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 certificazione 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 programma 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 obiettivi 2) 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 programma 3) Il programma delle avere stretta correlazione con l insegnamento, lo sviluppo del curricolo e la sua implementazione 4) Devono essere previste valutazioni interne ed esterne del processo formativo e dei progressi degli studenti

8 294 Capitolo 7. La prima scuola estiva di Fisica Moderna per studenti 5) Deve essere garantita la ricaduta del programma con ricerche e pubblicazioni 6) Deve essere previsto un processo di revisione interno del programma con feedback per migliorarlo. (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 ricerche, che hanno evidenziato il fondamentale ruolo del coinvolgimento personale nell oggetto di studio 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 caratteristiche 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 spaccato della grande domanda da parte delle scuole, degli insegnanti, degli studenti di proposte organiche per l insegnamento/apprendimento della fisica e in particolare della fisica moderna Le problematiche affrontate nella progettazione Le scelte di fondo nella organizzazione della Scuola hanno puntato all integrazione di una molteplicità 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 tipiche dell indagine fisica moderna. Sul piano metodologico si è deciso di integrare attività sperimentali 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 metodologico unitario. Efficaci attività di orientamento formativo sono state un motivo di fondo reso esplicito 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 ricchezza 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 elaborati dagli insegnanti su una stessa area: relatività ristretta e meccanica quantistica. Ancora più importanti e formative sono state le occasioni di tirocinio, che hanno impegnato in prima persona i corsisti, 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 sperimentazione 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-

9 Progetto IDIFO - Fisica moderna per la scuola 295 che, che permettessero di massimizzare l efficacia degli interventi in termini di tempo, spazi, attrezzature, 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 apprendimenti degli studenti nei diversi moduli è stata fatta attraverso schede di lavoro PEC 3 e test, interviste, 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 apprendimenti è stata fatta invece a cura dei responsabili di diversi moduli. Tale processo ha previsto per ciascuna 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 multidimensionalità 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 raccogliere 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, 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; raccolta dei prodotti realizzati dagli studenti (schede, test e questionari lasciandone copia agli studenti); 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. 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 sperimentatori 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 Moderna Alla scuola estiva gli studenti accedevano rispondendo al bando di iscrizione, aperto nella primavera del 2007 e chiuso il 30 giugno 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

10 296 Capitolo 7. La prima scuola estiva di Fisica Moderna per studenti 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. REGIONE Domande/Ammessi Totale Classi 4 Classi 5 Dom Amm ABRUZZI BASILICATA CALABRIA CAMPANIA EMILIA R FRIULI VG LAZIO LIGURIA LOMBARDIA MARCHE MOLISE PIEMONTE PUGLIA SARDEGNA SICILIA TOSCANA TRENTINO AA UMBRIA VENETO Totale Distribuzione regionale domande ABRUZZI BASILICATA CALABRIA VENETO CAMPANIA EMILIA R UMBRIA TRENTINO AA FRIULI VG TOSCANA SICILIA SARDEGNA LAZIO PUGLIA LIGURIA PIEMONTE LOMBARDIA MOLISE MARCHE Fig. 6 - Numero di domande valutate e di ammessi alla scuola suddivise per regione.

11 Progetto IDIFO - Fisica moderna per la scuola 297 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 collaboranti del Master, l età anagrafica. Per la formulazione della graduatoria delle domande e individuazione 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 studenti 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.

12 298 Capitolo 7. La prima scuola estiva di Fisica Moderna per studenti Medie Classe 4 Classe 5 TOTALE M< M< M< M< M< M< M< M< M= Tot 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. 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. 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 indicazione di come ciascuno dei due gruppi interviene a comporre la distribuzione complessiva.

13 Progetto IDIFO - Fisica moderna per la scuola 299 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. 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 osservare qui è che le valutazioni non sono particolarmente differenziate sul piano regionale. Da questi 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 selezionati 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 selezione di studenti di alto livello. Fig Distribuzione delle valutazioni medie riportate dagli studenti ammessi alla scuola estiva per le classi quarte e per le classi quinte.

14 300 Capitolo 7. La prima scuola estiva di Fisica Moderna per studenti Tutti gli studenti ammessi con media M: 8.5 M<9 sono di classi quarte, mentre nelle altre tre categorie 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 criteri 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_FM La realizzazione attuativa del progetto si è concretizzata nel programma schematizzato all indirizzo ed in particolare in difa/getfile.py/access?resid=0&materialid=13&confid=4 Fig Home page della scuola estiva di fisica moderna SEN_FM. Molteplici attività differenziate sia per contenuti sia per metodologie attuate hanno costituito il programma 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 piccoli gruppi utilizzando proposte operative, schede di lavoro (7 ore)

15 Progetto IDIFO - Fisica moderna per la scuola 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 analisi 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 attività 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 operato 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 Ogni gruppo comprendeva 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 comunicazioni 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-Rutherford 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 lavoro Le caratteristiche delle principali attività offerte ai partecipanti della scuola sono state le seguenti. A - Laboratori didattici partecipati Questi 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

16 302 Capitolo 7. La prima scuola estiva di Fisica Moderna per studenti Sono di questa tipologia generale laboratori didattici sulla tecnica di analisi RBS e di introduzione alla polarizzazione 5. Fig Gli studenti discutono spettri di Rutherford Backscattering Spectroscopy (RBS). 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 innovativa 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 polarizzazione 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 guidata 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 compilate 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 concettuali In 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 sperimentazioni 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 incentrato 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.

17 Progetto IDIFO - Fisica moderna per la scuola 303 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 approccio alla meccanica quantistica di Dirac (Ghirardi et al 1997; Michelini et al. 2000), uno prioritariamente centrato sull introduzione del formalismo a partire dalla base sperimentale della polarizzazione e il secondo focalizzato sulla discussione del principio di sovrapposizione esplorando la fenomenologia 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 quantistica 7. 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. Significativo 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 Sperimentale Particolarmente 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 individuazione 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). Fig. 7 - Alcuni studenti in laboratorio. Fig. 8 - Studenti e insegnanti in laboratorio. (7) I corrispondenti lavori sono presentati in questo volume a cura di A Casellato e F Ciralli.

18 304 Capitolo 7. La prima scuola estiva di Fisica Moderna per studenti Le attività sono state condotte in gruppi misti ciascuno composto da 3-4 studenti 1-2 insegnanti partecipanti al WS3 del Master (a volte insegnanti e studenti provenivano dalla stessa scuola) e un ricercatore 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 predisposte 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. Fig. 9 - Discussione dei dati raccolti e loro analisi. D - Laboratori dimostrativi L 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 dimostrativo, in cui in tempi brevi un ricercatore o docente esperto eseguiva un singolo esperimento effettuando 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 elettrone Il 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 Dati campione e apparato utilizzato per lo studio dell effetto fotoelettrico.

19 Progetto IDIFO - Fisica moderna per la scuola 305 E - Seminari conclusivi Il 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 ricercatori dell URDF che come docenti oppure osservatori/tutor hanno collaborato alla scuola. Agli studenti è stato dato il ruolo di attori principali, facendo loro presentare delle relazioni di 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 concettuali 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 macromondo 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 Le presentazioni al seminario finale di relatività e di meccanica quantistica. Fig 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.

20 306 Capitolo 7. La prima scuola estiva di Fisica Moderna per studenti 8. Conclusioni La 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 comunità 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 professionalità per l innovazione didattica. Il primo WS1 ci ha fornito importanti elementi per un modello di attività intensiva integrata con attività 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 didattici, i questionari riepilogativi, compilati dalla quasi totalità degli studenti, questionari di monitoraggio 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 didattica 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 esemplare Gli interventi sono sempre stati pertinenti, orientati a cercare di capire meglio gli obiettivi proposti 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 sperimentazioni. 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, mantenendo 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 tecniche 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-

21 Progetto IDIFO - Fisica moderna per la scuola 307 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 esplorazione 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 attività 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 risultano 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 apprendimento, 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 consentito di tracciare un limite superiore alla percorribilità delle proposte. Hanno permesso inoltre di evidenziare 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 problem 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. Bibliografia Astin A.W. (1968) Undergraduate Achievement and Institutional Excellence, Science, 161, pp Astin A.W., and Solomon L.C. (1979) Measuring Academic Quality: An Interim Report, Change, 11, pp Beaton A. E., Martin M. O., Mullis I.V.S., Gonzalez, E.J., Smith, T.A., & Kelly D.A. (1996) Science achievement in the Middle School Years. In IEA s Third International Mathematics and Science Study. Chestnut Hill, MA: Boston College, in (ultimo accesso gennaio 2009) Bowers A.J. (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), pp Cammelli A. (2006) Dinamiche della scelta universitaria in Italia, Fondazione Agnelli. Cammelli A., Buldo B., Busetta A., Di Francia A. (2004) Stato ed evoluzione delle statistiche dell istruzione in Italia, Presidenza del Consiglio dei Ministri, Commissione per la Garanzia dell Informazione Statistica, Rapporo di ricerca (accessibile al sito ultimo accesso gennaio 2009). DL 262 (2007) D.L. 29 dicembre 2007, n. 262, Disposizioni per incentivare l eccellenza degli studenti nei percorsi di istruzione ; Duit R. (2006), Science Education Research An Indispensable Prerequisite for Improving Instructional Practice, ESERA Summer School, Braga, July 2006 ( summerschool2006.html). Duit R. (2008) Physics education research indispensable for improving teaching and learning, in Girep-EPEC Conf. 2007, sel. Contrib., Jurdana et al. Eds, Rijeka, Zlatni, pp Duit R. (2007) Bibliography STCSE Full Version March 2007,

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23 Progetto IDIFO - Fisica moderna per la scuola 309 APPENDICE Dati relativi alle domande regolari pervenute e agli ammessi alla scuola estiva disaggregate per provincia Domande Ammessi Non ammessi TOTALI REGIONE PROVINCIA CL 4 CL 5 CL 4 CL 5 CL 4 CL 5 Regione AMM NON AMM ABRUZZI Chieti L Aquila 1 1 Pescara BASILICATA Matera Potenza CALABRIA Crotone 1 1 Reggio C CAMPANIA Avellino 1 1 Benevento 3 3 Caserta 1 1 Napoli Salerno EMILIA R Bologna Ferrara Forlì-Cesena 1 1 Modena Parma 1 1 Reggio-E Rimini FRIULI VG Udine Trieste Pordenone Gorizia LAZIO Frosinone Latina Rieti 2 2 Roma LIGURIA Genova 1 1 Imperia La Spezia LOMBARDIA Bergamo Brescia 7 7

24 310 Capitolo 7. La prima scuola estiva di Fisica Moderna per studenti LOMBARDIA Cremona Lecco Lodi 2 2 Mantova Milano Pavia Varese MARCHE Ancona 2 2 Macerata MOLISE Campobasso 3 3 Isernia Alessandria 2 2 Biella 4 4 Cuneo 4 4 Novara Torino Verbano-Cusio-Ossola Vercelli 1 1 PIEMONTE PUGLIA Bari Brindisi 1 1 Foggia 2 2 Lecce SARDEGNA Nuoro 2 2 Sassari SICILIA Agrigento Caltanissetta Catania Messina Palermo Ragusa Siracusa Trapani TOSCANA Firenze 1 1 Lucca 1 1 Siena TRENTINO AA Trento UMB Perugia VENETO Belluno Padova Treviso Venezia Verona 1 1 Vicenza

25 Progetto IDIFO - Fisica moderna per la scuola 311 I MATERIALI IDIFO DELLE ATTIVITÀ IN PRESENZA Alessandra Mossenta, Alberto Stefanel Unità di Ricerca in Didattica della Fisica, Università di Udine 1. Introduzione Le diverse attività dei tre workshop in presenza organizzati nel contesto di IDIFO (WS1 nel settembre 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 progettazione, valutazione, successiva rielaborazione e focalizzazione su obiettivi e destinatari differenziati. 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 presentazioni di supporto. In occasione del terzo work-shop i materiali messi a punto per i primi due sono stati riprogettati, ricalibrati e ampiamente arricchiti per essere proposti agli studenti della scuola estiva come strumenti di lavoro e forniti ai corsisti come materiali da utilizzare per sviluppare i personali progetti di percorsi didattici (fig. 1 e tab. 1) (Michelini, Santi, Stefanel 2008, 2010). Fig. 1 - Le borse con i materiali di studio e tutorato progettati 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 supporto 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.

26 312 Capitolo 7. La prima scuola estiva di Fisica Moderna per studenti 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 didattica, Università degli Studi di Udine Unità di Ricerca in Didattica della Fisica, 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, Michelini M., Stefanel A., La polarizzazione della luce. Catalogo di esperimenti, Università degli Studi di Udine Unità di Ricerca in Didattica della Fisica, Forum, Santi L., Schede Esperienze con relative schede di lavoro. Michelini M., Stefanel A., L esplorazione dei fenomeni di polarizzazione della luce come s da per avvicinarsi alla teoria della Meccanica Quantistica. Materiali di tutorato e studio relativi ai seminari Il prevedibile e innovativo impatto tecnologico della Meccanica Quantistica, Giancarlo Ghirardi, Dipartimento 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, University of Dresden. B1) Cimentarsi in una tecnica di analisi della ricerca nella sica dei solidi; B2) Discussione del signi- 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 uni ed approach to nuclear physics (Un approccio uni cato alla 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 s da per avvicinarsi alla teoria della Meccanica Quantistica. Tabella 1 - Materiali di tutorato e studio del WS3 e della scuola estiva Materiali per i laboratori di esplorazione di percorsi didattici Vengono qui discusse le caratteristiche generali dei materiali progettati per i laboratori di esplorazione 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 classe Per 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 proposti 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 pubblicazioni 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 partecipato 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 studiato appositamente per la formazione insegnanti, che è stato proposto agli studenti della scuola in

27 Progetto IDIFO - Fisica moderna per la scuola 313 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 passaggi in cui si articola il filo. Schemi di riepilogo aiutano a focalizzare sugli aspetti rilevanti e a favorire la costruzione del legame tra le diverse parti. È completato, per il suo utilizzo nella formazione insegnanti, da: una presentazione generale; riferimenti 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 polaroid 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 fenomenologici 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 affrontato, 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 costituisce 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

28 314 Capitolo 7. La prima scuola estiva di Fisica Moderna per studenti Fare scienza con il computer: il moto browniano, fornito a supporto del laboratorio di simulazione svolto presso l Università di Trieste. A2) Kit sperimentali I 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 autonomamente 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 confrontando fra loro diverse ipotesi interpretative della fenomenologia. Le attività esplorative, descritte nei due libretti sul percorsi di meccanica quantistica e polarizzazione di fig. 2 sono state proposte operativamente agli insegnanti del WS1 con i trenta kit di semplici 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. 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. 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 trasmissione 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 esplorazione delle analoghe situazioni a singolo fotone, è stata messa punto una strategia basata sull utilizzando della simulazione JQM, che costituisce un ambiente di simulazione delle stesse situazioni sperimentali realizzabili con i kit sperimenta (Michelini et al. 2002).

29 Progetto IDIFO - Fisica moderna per la scuola 315 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, interazioni 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 Meissner 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). Fig. 4 - Apparato per lo studio della sezione d urto di diffusione di palline che incidono su una sagoma bersaglio. 4. Materiali di supporto per i percorsi di esperimenti di fisica avanzata Un 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 caratterizzato 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 esperienziale 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.