Marisa Michelini, Alessandra Mossenta, Lorenzo Santi, Alberto Stefanel Unità di Ricerca in Didattica della Fisica, Università di Udine

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1 Progetto IDIFO - Fisica moderna per la scuola 319 MONITORAGGIO E VALUTAZIONE DEI WORKSHOP IN PRESENZA DI IDIFO E DELLA SCUOLA ESTIVA Marisa Michelini, Alessandra Mossenta, Lorenzo Santi, Alberto Stefanel Unità di Ricerca in Didattica della Fisica, Università di Udine 1. Introduzione Le diverse dimensioni su cui si è sviluppato il progetto IDIFO sono state oggetto e obiettivo di monitoraggio e valutazione. In particolare i tre workshop in presenza per i corsisti di IDIFO (WS1, WS2 e WS3) e la scuola estiva, svolta in parallelo a WS3 e con esso integrata, sono stati occasione per sviluppare una ampia gamma di strumenti per la valutazione dei percorsi formativi sugli specifici contesti disciplinari esplorati dai corsisti, sulle competenze professionali da essi sviluppate, sui processi formativi degli studenti, sugli aspetti organizzativi e di formazione generale dei WS e della Scuola Estiva svolti in presenza. Tali materiali sono di due tipologie principali: A) Materiali per il monitoraggio degli apprendimenti, relativi ai contenuti disciplinari relativi ai laboratori di esplorazione di percorsi didattici: A1) schede studente basate su inquiry method, che stimolano l operatività pratica e concettuale attivando il ciclo PEC, basate sul problem solving; A2) test e questionari specificamente rivolti alla valutazione degli apprendimenti degli studenti (e utilizzati accanto alle schede di lavoro); B) Schede di valutazione standard PLS e materiali specificamente progettati per il monitoraggio dei WS, della Scuola Estiva e delle rispettive singole attività. Tutte le schede, i test e i questionari delle tipologie A) sono nominali. Sulla base degli esiti della valutazione effettuata è stato possibile certificare le competenze acquisite dagli studenti sui diversi aspetti trattati nella scuola estiva. Le schede di monitoraggio B) sono state compilate dagli studenti in forma anonima e dagli insegnanti in parte in forma anonima (le schede standard PLS e di valutazione del Master) e in forma nominale quelle specificamente predisposte per il monitoraggio dei WS e delle specifiche attività in essi svolte. Le loro caratteristiche vengono discusse nei paragrafi successivi. 2. Schede di monitoraggio dei percorsi di apprendimento Una differenziata gamma di schede di lavoro è stata sviluppata per i diversi laboratori didattici proposti in particolare in WS2 e nella scuola estiva. Tutorial per i percorsi didattici I nodi centrali dei percorsi didattici esplorati sono stati proposti utilizzando schede stimolo o tutorial, che sono basate sull inquiry method (McDermott et al 1998, 2000; Abd-El-Khalick 2004; Lawson 2008) e attivano il ciclo PEC (Thornton, Sokoloff 1999; Martongelli et al 2001; Michelini et al 2002; Sokoloff, et al. 2004; Thedorakos et al. 2010). Mirano alla costruzione del pensiero teoretico, stimolando all esplorazione di fenomeni per dare risposta a problemi interpretativi. Suggeriscono agli studenti l utilizzo di strumenti formali (che possono essere iconici, grafici, matematici), che risuonano con i modi con cui essi costruiscono ipotesi a partire dalla realtà e che gli consentono di tradurre tali ipotesi in previsioni su specifici fenomeni da confrontare con gli esiti di esperimenti. Seppure con diversa struttura e obiettivi disciplinari, tutte le schede fanno riferimento a un modello generale: A) Il problema Viene presentato brevemente, come aspetto problematico, domanda che emerge dall esplorazione precedente a cui dare risposta, il nodo concettuale che si vuole affrontare nella scheda; B) la situazione- il problema viene contestualizzato in una o due situazioni sperimentali, ciascuna delle quali consente di superare un definito microstep concettuale;

2 320 Capitolo 7. La prima scuola estiva di Fisica Moderna per studenti C) la previsione - per ciascuna situazione gli studenti prevedono l esito dell esperimento, sia esso reale o ideale, in merito a un ben identificato aspetto qualitativo o quantitativo che sia; D) l esperimento - gli studenti effettuano l esperimento, che può consistere anche nell osservazione della presenza/assenza di un fenomeno ovvero nella sua rilevazione qualitativa, e, mirando al particolare aspetto selezionato, ne descrivono gli aspetti essenziali, per esempio il grafico acquisito in tempo reale; E) il confronto - previsioni ed esiti sperimentali vengono confrontati per riconoscerne analogie e differenze, stimolando in particolare all analisi delle motivazioni alla base delle differenze; F) analisi e approfondimento- lettura e analisi ad esempio dei grafici per correlarli ai processi, approfondimento di aspetti specifici; G) le conclusioni - l elaborazione dei dati acquisiti e il confronto con le previsioni portano a un quadro che consente di generalizzare i risultati ottenuti, porsi nuove domande ossia indirizzare verso lo studio di nuovi problemi. La maggior parte delle schede è di 1-2 facciate, in quanto focalizzata su un singolo microstep concettuale, e solo in qualche caso, quando si vuole favorire lo sviluppo di una visione d insieme su più aspetti, è di 4-6 facciate. Considerate più in dettaglio rispetto all obiettivo a cui mirano si possono distinguere in tre gruppi: - schede per l esplorazione fenomenologia, propriamente basate sul ciclo PEC (previsione, esperimento confronto) (Thornton, Sokoloff, 1999; Martongelli et al. 2001; Sperandeo et al 2002; Laws 2009), stimolano lo studente a costruire un quadro di riferimento coerenti con i fatti sperimentali su specifiche fenomenologie, come ad esempio quelle della polarizzazione o dell interazione di fasci atomici con apparati Stern-Gerlach, dei processi d urto; - schede concettuali, prettamente basate sull inquiring method (McDermott, Shaffer 1998; McDermott et al. 2000), che a partire dai risultati delle esplorazioni fenomenologiche, stimolano lo studente a formulare ipotesi interpretative, da porre al vaglio degli esiti sperimentali per la costruzione del pensiero teoretico, ossia la costruzione di segmenti teorici coerenti in grado di interpretare fenomenologie sempre più ampie; tali schede attivano anche il processo di formalizzazione utilizzando modalità iconiche, grafiche, geometriche: - schede per la formalizzazione, che avviano alla costruzione degli elementi formali-matematici in grado di dare sistematizzazione e sintesi dei concetti sviluppati con le altre schede. Si possono esemplificare per il percorso sulla meccanica quantistica. Come base per i percorsi sperimentai nella scuola estiva sono state proposte cinque schede di lavoro base, selezionate dall insieme delle quattordici schede del percorso didattico completo presentate in altro lavoro a cui si rimanda per la discussione delle caratteristiche specifiche (Michelini et al. 2008a). Esse sono state rielaborate dai docenti che hanno sperimentato i percorsi didattici progettati nella scuola estiva. I nodi esplorati sono stati: la caratterizzazione operativa della polarizzazione della luce con polaroid, descrivendola formalmente con una rappresentazione vettoriale; la fenomenologia in termini di singoli fotoni, dando una descrizione probabilistica dei processi analizzati; esplorazione di ipotesi interpretative in merito a situazioni in cui sono presenti sistemi (fotoni) in stati di sovrapposizione; il nodo dell impossibilità di associare una traiettoria ai fotoni, suggerendo di esplorare l interazione di fotoni con due cristalli birifrangenti inversi; rappresentazione vettoriale degli stati quantistici e rappresentazione delle osservabili fisiche con operatori lineari. Le schede di esplorazione della fenomenologia della polarizzazione, impiegate nel Percorso sulla polarizzazione come introduzione alla meccanica quantistica costituiscono una selezione e in parte adattamento di un insieme di quasi trenta schede stimolo per l analisi dei processi di produzione di luce polarizzata, delle proprietà della luce polarizzata, della polarizzazione nella quotidianità e in alcune sue principali applicazioni. Ciascuna delle schede sulla polarizzazione ottica analizza uno specifico aspetto della luce polarizzata, ovvero della sua interazione con la materia, attivando tipicamente il ciclo PEC. Favorisce lo sviluppo di una rappresentazione vettoriale della polarizzazione, che lascia comunque aperto il quadro interpretativo in cui dare significato a tale rappresentazione. (Michelini, Stefanel 2006a,b; Stefanel 2006).

3 Progetto IDIFO - Fisica moderna per la scuola 321 Schede Problem Solving. Questo tipo di schede sono state progettate e utilizzate in modo sistematico soprattutto nel percorso sulla tecnica RBS. L attività di Problem Solving legata all RBS ha richiesto schede che ponessero, sotto forma di sfida, problemi interpretativi, che sottintendessero il passaggio dalla teoria dei fenomeni di diffusione, alla espressione grafica costituita dalla misura spettrale. In particolare le schede progettate mirano da un lato alla costruzione operativa di concetti impiegati nella interpretazione degli spettri, quali la sezione d urto, il fattore cinematico, lo stopping power. Dall altro permettono di attivare il vero e proprio contesto di problem solving nella sfida di analizzare e interpretare spettri RBS incogniti, differenti per composizione, spessore degli strati, disposizione degli strati, oppure costruire spettri a partire dalle caratteristiche note del campione. Singole schede delle tipologie descritte in precedenza come tutorial hanno caratteristiche analoghe alle schede problem solving qui descritte. Schede CLOE Schede di tipo più aperto sono state progettate e sperimentate, in particolare nel WS2, per l attuazione di laboratori didattici di tipo CLOE (Moschetta et al. 2002; Fedele et al 2005). Tra le diverse tipologie di schede messe a punto per i laboratori CLOE se ne richiamano qui tre principali: A) Schede suddivise in tre parti per la rappresentazione di grafici di evoluzione di grandezze descrittive di fenomeni previsti, osservati e analizzati in tempo reale (es. posizione in funzione del tempo per un corpo in moto; temperatura in funzione del tempo per un processo termico; tensione in funzione del tempo per un processo di induzione), descrizione di tali grafici, loro spiegazione; B) Schede con richiesta di illustrare o completare una illustrazione abbozzata di una situazione osservata/esplorata, breve didascalia esplicativa del fenomeno rappresentato, interpretazione del processo che lo determina, anche utilizzando rappresentazioni iconiche o grafiche; C) schede di riepilogo delle attività svolte e degli apprendimenti in cui agli studenti viene richiesto il riepilogo del filo del percorso di apprendimento ripercorrendo la sequenza delle esplorazioni fatte in termini di azione/osservazione/spiegazione dei fenomeni analizzati. Schede operative e presa dati Le attività di laboratorio sono state proposte con schede, che da un lato hanno costituito uno stimolo per percorsi di esplorazione di problem solving sperimentale, dall altro hanno fornito supporto al lavoro autonomo degli studenti nella messa a punto di ciascun esperimento, nella presa dati, nella loro analisi ed elaborazione. Ne è stata realizzata una per ciascuno degli esperimenti che gli studenti hanno o realizzato direttamente o hanno potuto osservare nei seminari dimostrativi. In particolare le schede raccolta dati sono state predisposte per gli esperimenti realizzati a rotazione a gruppi. Esse propongono un contesto problematico, all interno del quale gli studenti definiscano lo specifico problema a cui vogliono dare risposta; suggeriscono possibili misure significative ed elaborazioni dati attraverso cui dare risposte ai problemi individuati. Più che indicare procedure, stimolano alla messa a punto dell esperimento, alla gestione autonoma della misura come metodica per un esplorazione dei fenomeni mirata alla costruzione di interpretazioni. 3. Test, questionari di valutazione, certificazione di competenze Accanto alle schede descritte nel paragrafo precedente, che costituiscono strumenti privilegiati per il monitoraggio dei percorsi di apprendimento, sono stati messi a punto diversi test, utilizzati come pretest e post-test dei moduli di tirocinio, e questionari, utilizzati a posteriori per la valutazione dell impatto formativo, in merito alle diverse attività svolte e da affiancare ai materiali prodotti dagli studenti a seguito di ogni attività. La valutazione dei percorsi di apprendimento dei ragazzi sono stati documentati in altri lavori per quello che riguarda la meccanica quantistica (Ciralli 2008; Michelini, Stefanel 2008b, 2010; Michelini, Santi, Stefanel 2008a), la relatività (Bisesi, Michelini 2008), il laboratorio di RBS (Mossenta 2008), l insieme delle attività formative (Michelini et al 2010, Cassan 2011). Vengono qui richiamare alcuni elementi comuni e caratterizzanti dei test e questionari utilizzati nella valutazione.

4 322 Capitolo 7. La prima scuola estiva di Fisica Moderna per studenti Test Per ogni percorso didattico è stato previsto uno o più test/questionari composti di tanti quesiti quanti sono i principali nodi concettuali su cui si è sviluppato il percorso e sui principali obiettivi metodologici a cui il percorso stesso mirava. Sono tipicamente composti di 12 e 15 quesiti con: domande a scelta multipla e motivazione della risposta; domande a risposta aperte. Ciascun quesito mira a valutare l apprendimento di uno specifico nodo concettuale centrale del percorso didattico, tipicamente individuati a partire da quelli noti in letteratura (Duit 2009). Tali test utilizzano lo stile dei questionari utilizzati nella ricerca sui processi d apprendimento integrando alcuni quesiti tratti dalla letteratura (Hestenes 1992; Beichner 1994; Ambrose et al 1999; Thornton, Sokoloff 1999; Singh 2001; McDermott et al. 1998, 2000), altri messi a punto nelle ricerche su insegnamento/apprendimento in sperimentazioni pilota (Michelini, Stefanel 2008, 2010), altri sviluppati ex-novo. Solitamente lo stesso test è stato utilizzato sia come pre-test, sia come post-test, per misurare in termini variazionali l esito della sperimentazione a cui si riferisce. Nel dettaglio delle diverse tematiche sono stati progettati i seguenti test. - Test sugli apprendimenti di meccanica quantistica Sono stati costruiti due test dai docenti sperimentatori con la collaborazione dei ricercatori dell URDF. Prevedevano: una parte generale, con domande a scelta multipla che raccogliesse le idee degli studenti in merito al ruolo del principio di sovrapposizione in MQ, al significato del principio di indeterminazione, al ruolo e significato della probabilità in MQ, alla impossibilità di associare traiettorie ai sistemi quantistici; una parte specifica mirata sugli obiettivi di ciascuno dei percorsi, riferite quindi alle differenti fenomenologie indagate e ai modi con cui è stata costruita l idea di incompatibilità e la formalizzazione. - Test sugli apprendimento in relatività Ciascuno dei due insegnanti, che ha condotto le sperimentazioni di tirocinio sulla relatività, ha progettato un test anche in questo caso somministrato come pre-test/post-test. Tali test sono stati realizzati con la collaborazione di ricercatori dell URDF e la supervisione dei docenti dei corsi IDIFO sulla relatività. Erano centrati soprattutto sul riconoscimento della costanza di c e il suo ruolo nel ridefinire i concetti d spazio e tempo, sul concetto di simultaneità, sul ruolo dei sistemi di riferimento nella descrizione dei processi fisici, sulle trasformazioni di Lorentz. Questionari sui nodi concettuali Sono stati messi a punto due questionari, come strumenti per stimolare la riflessione sui nodi fondati della meccanica quantistica e della relatività, che servissero per la discussione in presenza e parallelamente costituire strumento in grado di raccogliere indicazioni sulle concezioni sviluppate in merito a tali nodi. La struttura agile in 6-8 quesiti aperti, proposti in quattro facciate, richiede brevi commenti appunto su questioni fondanti di meccanica quantistica e relatività ristretta rispettivamente. - Questionari sulla meccanica quantistica. Per monitorare l apprendimento in meccanica quantistica sono stati sviluppati due tipi di questionario. Un primo riguarda la descrizione quantistica dei processi, come l interazione di fotoni con polaroid, cristalli birifrangenti, apparati Stern e Gerlach. L obiettivo era di riconoscere quali categorie quantistiche e quali categorie classiche gli studenti utilizzassero nella descrizione degli stessi processi che erano stati analizzati durante i tirocini e come trasformassero tali descrizioni affrontando situazioni formalmente analoghe, ma relative ad altri contesti fenomenologici. Un secondo questionario, descritto nel dettaglio in altro lavoro di questo volume, si incentra sui Fondamenti della Meccanica Quantistica: quali sono i concetti base della MQ, il significato probabilistico delle previsioni, l indeterminismo non epistemico, gli aspetti didattici della MQ.. Esso emerge come lavoro di analisi e riflessione basata sulla ricerca di un gruppo di lavoro dell Unità di Ricerca in Didattica della Fisica dell Università di Udine (M. Michlini, L. Santi, A. Stefanel, L. Marinatto, R. Giannitrapani) a cui e di Dresda (G. Pospiech) (Pospiech et al. 2008). È stato proposto, nella sua prima parte, anche come strumento di valutazione delle competenze sviluppate dagli studenti della scuola estiva. - Questionario per la valutazione del superamento dei nodi concettuali dei percorsi di relatività. Messo a punto dai ricercatori URDF, il questionario mirava a sondare il riconoscimento dei nodi su cui

5 Progetto IDIFO - Fisica moderna per la scuola 323 si incentra il conflitto tra concezione di tempo assoluto e tempo relativo; il modo in cui la teoria della relatività modifica la visione dello spazio tempo; i concetti di invarianza e covarianza; moti relativi; come cambia l analisi dei processi ondulatori; differenze tra trasformazioni di Lorentz e trasformazioni di Galileo; come cambia il concetto di simultaneità; velocità della luce e causalità; struttura dello spazio quadrimensionale della relatività e percezione dello spazio come tridimensionale (Bisesi, Michelini 2008). In altro lavoro del presente volume viene discusso tale questionario e analizzati gli esiti. Questionari sfida Una ulteriore modalità di valutazione, utilizzata nella scuola estiva e che coniuga lo stimolo motivazionale con il rigore della ricerca, è quella di proporre ai ragazzi dei quesiti in forma di sfida, gara non competitiva mirata alla interpretazione di un processo. Esemplificativa di questa modalità di lavoro sono i problem solving finali del percorso sulla RBS con richiesta di interpretare spettri incogniti o costruire spettri attesi a partire dalle caratteristiche del campione. L obiettivo principale era la valutazione di quale competenza era stata sviluppata degli studenti nell utilizzare gli strumenti concettuali che tipicamente la ricerca nella fisica dei materiali impiega per estrarre informazioni dagli spettri RBS, come sezione d urto e stopping power. 6. Materiali di monitoraggio dei WS1-2-3, della scuola e delle sue diverse attività Le attività di WS1-2-3 e della Scuola Estiva sono state valutate oltre che sul piano degli apprendimenti, anche su quello della valenza formativa e organizzativa generale (Cassan et al. 2011; Michelini, Santi 2009; Michelini, Santi, Stefanel 2008a; 2010). Una prima scheda di monitoraggio e valutazione degli insegnanti è stata messa a punto in occasione del WS1, progettandola a partire della scheda di monitoraggio del PLS di requs e la scheda di valutazione per i corsi di master proposta dal nucleo di valutazione dell Università di Udine. La scheda è stata proposta a tutti i corsisti presenti al WS1 ed è stata riferita alla sola attività del Workshop. Essa comprendeva le seguenti parti: A) valutazione complessiva dell intero work-shop, con 5 livelli (5-Ottimo, 4-Buono, 3-Discreto, 2-Sufficiente, 1-Insufficiente) e motivazione della valutazione; B) Valutazione analitica, sempre con la stessa scala, di: aspetti formativi (Interesse suscitato dal WS in presenza; Giudizio complessivo sulla chiarezza e l efficacia espositiva dei docenti; Ricaduta nella didattica dei contenuti trattati; Utilità culturale e personale generale; Utilità alla formazione professionale sulle specifiche tematiche; Durata degli interventi; Stimolo per una riflessione teorica; Ricavo di indicazioni operative; Possibilità di confronto; Occasione di sentire esperienze diverse e diversificate; Supporti tecnici); aspetti organizzativi (Orari; Ubicazione sale; Servizio di assistenza; Impegno richiesto ai corsisti); C) Indicazioni e suggerimenti per il WS del 2007; D) Indicazione dei 3 interventi ritenuti MIGLIORI per contenuto, contributo alla professionalità docente, interesse ecc e le rispettive motivazioni; E) Indicazione dei tre contributi ritenuti MENO UTILI e le rispettive motivazioni; F) indicazione degli argomenti che si sono rivelato più utili e caratterizzanti per questo Master nelle tre aree: Area 1- tecnologie dell informatica e della comunicazione per l innovazione didattica; Area 2- orientamento formativo; Area 3- documentazione nella scuola; G) Eventuali osservazioni. Per il monitoraggio del WS3 e della scuola estiva sono state progettate due apposite schede a partire da uno stesso schema, che nel caso degli studenti ha affiancato la scheda di monitoraggio standard del progetto PLS e una scheda aperta con richiesta di indicare punti di forza e punti di debolezza dell intera scuola (proposta dall ispettore ministeriale F. Rocca). I materiali, progettati e utilizzati in occasione del WS3 e della scuola e costituiti dalle schede di valutazione/monitoraggio delle singole attività e dell intera scuola, sono stati forniti all inizio della scuola e raccolti al termine di essa.

6 324 Capitolo 7. La prima scuola estiva di Fisica Moderna per studenti D/S D/S D/S D D CODICE ATTIVITÀ Interesse suscitato Chiarezza ed ef cacia espositiva Contributo alla ri essione teorica Utilità culturale e personale Contributo alla professionalità docente L1 Philosophical aspects of quantum theory (G. Pospiech) L2 Esperimenti dalla cattedra: Effetto fotoelettrico e termoionico (I. Sciarratta) L3 Un percorso sulla relatività basato sul ruolo attivo degli studenti con semplici simulazioni (M. Caporusso) L4 Un percorso sulla relatività basato su semplici esperimenti (V. M. Giuliani) L5 Gravità e meccanica quantistica al lavoro: l espansione dell Universo (A. De Angelis) L6 (D) Discussione di percorsi e sperimentazioni didattiche di relatività (A. De Ambrosis e O. Levrini) L7 (D) Experiments concerning quantum information (G. Pospiech) L8 (D) Il realismo in meccanica quantistica (L. Marinato) M1 Sperimentare a distanza in web: un telescopio ed un microscopio in remoto (M. Bochicchio) M2 Introduzione ai concetti di base della MQ con esperimenti di polarizzazione ottica (A. Stefanel) M3 (S) RBS-Rutherford Backscattering Spectroscopy. Cimentarsi in una tecnica di analisi della ricerca nella sica dei solidi (F. Corni) M4 Dentro la ricerca con un problem solving. Analisi a gruppi di spettri RBS (F. Corni) M5 Teaching quantum physics: the goals, the core of a course and possible ways (G. Pospiech) M6 Discussione di percorsi e sperimentazioni didattiche di relatività (A. De Ambrosis e O. Levrini) M7 Meccanica Quantistica: impostazioni a confronto per la didattica (Tavola Rotonda) M8 Meccanica Quantistica in classe (Tavola Rotonda) ME1 LSR Laboratorio Sperimentale per Rotazione a gruppi sugli esperimenti R1 ME2 LSR Laboratorio Sperimentale per Rotazione a gruppi sugli esperimenti R2 ME3 (S) Un percorso di meccanica quantistica basato sugli stati di spin (F. Ciralli) ME4 (S) ME5 ME6 G1 G2 G3 (D) Un percorso di MQ mirato centrato sul concetto di stato e il formalismo di Dirac (A. Casellato) Presentazione ed esecuzione di esperimenti in modo partecipato LSS - Laboratorio di Strumenti di Simulazione (C. Fazio e I. Guastella) LSR Laboratorio Sperimentale per Rotazione a gruppi sugli esperimenti R3 LSR Laboratorio Sperimentale per Rotazione a gruppi sugli esperimenti R4 MQ-CS. Meccanica Quantistica. Approfondimenti: Casi di Studio

7 Progetto IDIFO - Fisica moderna per la scuola 325 D/S D/S D/S D D CODICE ATTIVITÀ Interesse suscitato Chiarezza ed ef cacia espositiva Contributo alla ri essione teorica Utilità culturale e personale Contributo alla professionalità docente G4 (D) MQ-CS. Meccanica Quantistica. Approfondimenti: Casi di Studio - lavori di gruppo V1 The energy-mass equivalence for beginners (F. Herrmann) V2 (D) A uni ed approach to nuclear physics (F. Herrmann) V3 (D) How does an atom look like? (F. Herrmann) V4 (S) Il problema del corpo nero: entrare nel merito per capire (G.L. Michelutti) V5 (S) Risonanza di spin ed esperimento Ramsauer: misure a grande gruppo (I. Sciarratta) V6 (S) Misura del rapporto tra carica e massa (e/m) dell elettrone: misure a grande gruppo (I. Sciarratta) V7 (S) Laboratorio di calcolo a gruppi Fisica dei biliardi e caos (M. Peressi e G. Pastore) V8 (D) Presentazione delle ricerche di avanguardia alla SISSA (S. Fantoni) V9 (D) Presentazione delle ricerche del Progetto di eccellenza Democritos (P. Giannozzi) S1 (S) Responsabili di gruppo studenti (report sulle attività di laboratorio) S2 (S) Responsabili di gruppo studenti (report e discussione dei nodi concettuali di MQ) S3 (D) Responsabili di gruppo iscritti Master (report sulle discussioni MQ-CS) S4 (D) Report e discussione delle proposte di sperimentazione della Fisica Quantistica degli Iscritti al Master S5 Le proposte sperimentali. Discussione degli esperimenti e del loro ruolo nell insegnamento della sica moderna (l. Santi) Fig. 1 - Parte A della scheda di monitoraggio. Le prime tre voci della valutazione, contrassegnate con D/S sono comuni alle schede per studenti e docenti. Le ultime due, contrassegnate con D, sono per i soli docenti. Per ciascuna voce viene assegnato un punteggio da 1 a 5: 1 insufficiente; 2 sufficiente; 3 buono; 4 molto buono; 5 ottimo. Le schede originali comprendevano solo le attività e le voci pertinenti al destinatario. Le schede di monitoraggio delle singole attività del WS3 per docenti e della scuola estiva per studenti sono composte di due facciate. Nella prima, riportata in figura 1, oltre ai dati dello studente o del docente e alla presentazione della scheda, sono riepilogate le diverse attività svolte nella scuola ordinate per ordine cronologico d inizio. Per ciascuna attività è stato richiesto di indicare un punteggio da 1 a 5 (1: insufficiente; 2 sufficiente; 3 buono; 4 molto buono; 5 ottimo) sulle seguenti voci: A) Interesse suscitato; B) Chiarezza ed efficacia espositiva; C) Stimolo per una riflessione teorica. Per i soli docenti sono state previste anche le ulteriori due voci: D) Utilità culturale e personale; E) Contributo alla professionalità docente. Nella seconda facciata della scheda di monitoraggio per gli studenti, viene richiesto di indicare in formato libero: A) le tre attività ritenute più significative, efficaci e utili per contenuto, contributo alla propria formazione, interesse ecc. e per ciascuna illustrare le rispettive motivazioni; B) i tre elementi critici dell intera attività proposta e le rispettive motivazioni; C) Eventuali commenti ed osservazioni generali in forma aperta.

8 326 Capitolo 7. La prima scuola estiva di Fisica Moderna per studenti 7. L analisi dei dati del monitoraggio sul WS3 da parte dei corsisti IDIFO In questo paragrafo vengono analizzati i dati emersi dalle schede di monitoraggio compilate da 15 corsisti IDIFO in merito alle attività in presenza di WS3. COD. ATTIVITÀ N (15) Interesse suscitato Chiarezza ed ef cacia espositiva Contributo alla ri essione teorica Utilità culturale e personale Contributo alla professionalità docente Media L1 Philosophical aspects of quantum theory 15 4,1 3,3 3,9 3,9 3,7 3,8 L5 Gravità e meccanica quantistica al lavoro: l espansione dell Universo 13 4,3 4,1 3,6 3,6 3,6 3,9 L6 Discussione di percorsi e sperimentazioni didattiche di relatività 15 4,5 4,5 4,3 4,6 4,6 4,5 L7 Experiments concerning quantum information 15 3,9 3,2 3,7 3,8 3,7 3,7 L8 Il realismo in meccanica quantistica 15 4,6 4,6 4,5 4,1 4,1 4,4 M1 Sperimentare a distanza in web: telescopio e microscopio in remoto 13 3,5 3,9 2,8 3,5 3,5 3,5 M5 Teaching quantum physics: the goals, the core of a course and possible ways 15 4,3 3,7 4,1 4,1 4,3 4,1 M6 Discussione di percorsi e sperimentazioni didattiche di relatività 15 4,6 4,6 4,3 4,4 4,6 4,5 M7 Meccanica Quantistica: impostazioni a confronto per la didattica (Tavola Rotonda) 15 4,7 4,3 4,4 4,4 4,3 4,4 M8 Meccanica Quantistica in classe (Tavola Rotonda) 15 4,5 4,1 4,3 4,2 4,4 4,3 ME1 ME2 LSR Laboratorio Sperimentale per Rotazione a gruppi sugli esperimenti R1 LSR Laboratorio Sperimentale per Rotazione a gruppi sugli esperimenti R2 13 4,1 4,3 4,0 4,2 4,2 4,2 13 3,8 4,1 3,8 4,0 4,2 4,0 ME5 Presentazione ed esecuzione di esperimenti in modo partecipato 15 3,3 2,9 2,8 3,2 3,3 3,1 ME6 LSS - Laboratorio di Strumenti di Simulazione 14 2,9 3,4 3,0 2,7 2,5 2,9 G1 G2 LSR Laboratorio Sperimentale per Rotazione a gruppi sugli esperimenti R3 LSR Laboratorio Sperimentale per Rotazione a gruppi sugli esperimenti R4 13 4,1 4,2 3,8 4,1 4,2 4,1 13 4,2 4,2 3,9 4,2 4,3 4,2 G3 MQ-CS. Meccanica Quantistica. Approfondimenti: Casi di Studio 15 4,7 4,7 4,5 4,5 4,5 4,6 G4 MQ-CS. Meccanica Quantistica. Approfondimenti: Casi di Studio - lavori di gruppo 13 4,5 4,2 3,8 4,1 4,2 4,2

9 Progetto IDIFO - Fisica moderna per la scuola 327 COD. ATTIVITÀ N (15) Interesse suscitato Chiarezza ed ef cacia espositiva Contributo alla ri essione teorica Utilità culturale e personale Contributo alla professionalità docente Media V2 A uni ed approach to nuclear physics 15 4,5 4,4 3,9 4,1 4,3 4,2 V3 How does an atom look like? 15 4,7 4,5 4,3 4,4 4,4 4,4 V8 Presentazione delle ricerche di avanguardia alla SISSA 14 3,6 3,9 2,8 2,9 2,8 3,2 V9 Presentazione delle ricerche del Progetto di eccellenza Democritos 14 3,4 3,6 2,8 2,9 2,8 3,1 S3 Responsabili di gruppo (report sulle discussioni MQ-CS) 13 4,8 4,5 4,5 4,6 4,7 4,6 S4 Iscritti al Master (Report e discussione delle proposte di sperimentazione della Fisica Quantistica) 12 4,4 4,0 4,1 4,1 4,3 4,2 Media 4,2 4,1 3,8 3,9 4,0 Dev.St 0,5 0,5 0,6 0,5 0,6 Tabella 1 - Valutazioni medie date da 15 corsisti IDIFO alle diverse attività di WS3, per le diverse voci. In tabella 1 è riportato il dettaglio degli esiti dell analisi delle valutazioni date dai corsisti alle diverse attività di WS3, escludendo le attività per i soli studenti e le tre attività L4, M4, V1 seguite solo da pochi corsisti (6 o meno). La media dei punteggi per le diverse voci, come riportato nelle ultime righe della tabella 1, sono le seguenti: - Interesse suscitato: 4,2 ( =0,5); - Chiarezza ed efficacia espositiva 4,1 ( =0,5); - Contributo alla riflessione teorica 3,8 ( =0,6); - Utilità culturale e personale 3,9 ( =0,5); - Contributo alla professionalità docente 4,0 ( =0,6). Tali valutazioni non differiscono significativamente l una dall altra, seppure si può rilevare con una flessione in merito al contributo alla riflessione teorica. Evidenziano uno standard omogeneo delle proposte in merito a tutte le voci considerate. Tutte le attività hanno ricevuto una valutazione media uguale o superiore a 2,9 e a parte 4 attività, che, per alcune voci hanno riportato valutazioni comprese tra 2,5 e 2,8, tutte hanno ricevuto valutazioni superiori a 3.0 per ciascuna voce. Le attività che hanno ottenuto i punteggi più bassi hanno anche ottenuto valutazioni con la maggiore dispersione possibile (da 1 a 5). Oltre 1/3 delle attività ha ottenuto valutazioni comprese tra 3 e 5 e circa un ulteriore terzo ha ottenuto valutazioni comprese tra 2 e 5 per ciascuna delle diverse voci previste. Le attività che hanno ricevuto le valutazioni medie più alte sono state nell ordine: G3 (4,6)- S3 (4,6)- M6 e L6 (4,5), L8-V3-M7 (4,4), M8 (4,3). Tutte queste attività hanno ricevuto valutazioni comprese tra il 4 e il 5 per ciascuna voce. Si tratta in 6 casi di attività in cui la partecipazione dei corsisti è stata diretta, o nella discussione dei nodi e dei percorsi didattici o nella presentazione discussione dei per-

10 328 Capitolo 7. La prima scuola estiva di Fisica Moderna per studenti corsi effettuati e dei risultati ottenuti. I due casi di seminari inclusi tra le attività segnalate costituiscono esempi da un lato di analisi sui fondamenti specificamente mirate al target di insegnanti e dall altro di un approccio particolarmente intuitivo alla fisica atomica. È significativo osservare che: riguardo alle segnalazioni esplicite dei contributi ritenuti migliori, come richiesto nella seconda parte del questionario, l attività G3 risulta anche in questo caso la più segnalata (10 casi su 15); seguono l attività L6 (9 su 15) e le attività L8 e M7 (8 su 15); non viene più segnalata l attività V3. Emerge in modo chiaro in questo caso la focalizzazione dei docenti su quelle attività che hanno previsto il loro stesso coinvolgimento nel confronto sui nodi fondanti, avendo sempre di mira concezioni, idee e approcci didattici. Le principali motivazioni per la segnalazione dell attività G3- MQ-CS. Meccanica Quantistica. Approfondimenti: Casi di Studio, infatti fanno riferimento a: A) utilità per la formazione culturale e professionale ( L ho trovato molto utile per la mia formazione culturale ; I corsi indicati forniscono indicazioni utili all insegnamento e chiariscono aspetti importanti di MQ ); B) interesse per la riflessione epistemologica e filosofica ( Molto interessante la discussione sia quella storico-epistemologica e il confronto sulle differenti visioni di fisica e sui conseguenti obiettivi e scelte rispetto a un percorso di MQ ; Riflessione sul piano epistemico particolarmente interessante ); C) focalizzazione sui nuclei centrali della MQ in prospettiva didattica ( a) chiarimento sul realismo, il problema della misura; impostazione di Bohm, b) sottolineatura di importanti nodi concettuali di cui tener conto nella progettazione ; focalizzato le modalità di presenza di ogni proposta, dei nuclei fondanti la MQ nonché i limiti da tener presente. Un quadro di sintesi era necessario a prescindere dai gusti personali per spingerci ad una visione didattica e obiettiva ; L8-G3 hanno focalizzato in modo chiaro e preciso i nodi concettuali di FQ, permettendomi di chiarire alcuni punti importanti, in vista di percorsi didattici coerenti e significativi ). In modo analogo riguardo a L6-Discussione di percorsi e sperimentazioni didattiche di relatività e M1- Discussione di percorsi e sperimentazioni didattiche di relatività, le principali motivazioni riguardano: A) la possibilità offerta di confrontare le sperimentazioni fatte dai colleghi e la discussione degli esiti ( I contributi dei colleghi sono stati molto interessanti ; Ho trovato particolarmente interessanti i percorsi sperimentati dai colleghi e il confronto con il mio ; È stato particolarmente utile vedere e discutere sulle scelte fatte per la costruzione di un percorso (alla luce dei moduli svolti); e sulle risposte degli studenti ; Il confronto e la discussione sulle attività di sperimentazione dei colleghi mi serve a valutare in modo più efficace la fattibilità e la coerenza del mio per l esposizione che ha arricchito a livello culturale ; conoscenza di percorsi diversi e sperimentati in classe; conoscenza di materiali e di strumenti spendibili ; L6 ha permesso un confronto di posizioni sulle sperimentazioni di relatività, che ha arricchito le mie conoscenze e possibilità didattiche ); B) chiarimento/ approfondimento sui nodi concettuali di relatività per la didattica ( I corsi indicati forniscono indicazioni utili all insegnamento e chiariscono aspetti importanti di relatività ; contenuto: riflessione e sistematizzazione fondanti della disciplina ; Ulteriori riflessioni sul significato di diverse impostazioni; ulteriori riflessioni sul modo diversi di guardare a categorie come spazio e tempo ; Sono stati rivisti e discussi i principali nodi emersi durante le discussioni in forum ) In relazione all attività L8- Il realismo in meccanica quantistica, hanno riguardato l interesse e utilità di prevedere un analisi critica dei nuclei concettuali, chiara e profonda ( Ho particolarmente apprezzato la profondità e la chiarezza con cui sono stati proposti gli argomenti ; L8 e G3 hanno focalizzato le problematiche e i nuclei concettuali teorici in modo eccellente ; Aspetti fisici e filosofici interessantissimi; non località e realismo importanti in didattica; ; chiarimento sul realismo, il problema della misura; impostazione di Bohm; sottolineatura di importanti nodi concettuali di cui tener conto nella progettazione ). In relazione alla tavola rotonda M7- Meccanica Quantistica: impostazioni a confronto per la didattica è emersa chiaramente l importanza del confronto di impostazioni diverse e diverse sperimentazioni come utili aspetti per la didattica ( Ho trovato particolarmente interessanti i percorsi sperimentati dai colleghi e il confronto con il mio ; Utile riflessione sulle proposte studiate ; Discussione significativa sui nodi di MQ e su punti critici delle varie proposte ; contenuti in grado di miglio-

11 Progetto IDIFO - Fisica moderna per la scuola 329 rare la mia riflessione; implicazioni didattiche assai complesse e utili ; L analisi delle diverse proposte per l introduzione della MQ ha messo in evidenza vantaggi e limiti di ciascuna impostazione; Ha consentito di analizzare, in modo chiaro e puntuale, vantaggi e svantaggi delle diverse impostazioni e di riflettere criticamente all eventuale impostazione didattica ). Riguardo alle attività su cui sono stati rilevati i principali aspetti critici i corsisti hanno sottolineato il valore culturale delle attività svolte, segnalando spesso la mancanza della parte didattica, ovvero l integrazione con il resto della scuola. Più in dettaglio in merito all attività ME8-Laboratorio di Strumenti di Simulazione i corsisti hanno riconosciuto il valore culturale della proposta, ma non ne hanno colto l utilità didattica, ovvero hanno evidenziato la presenza di un gap troppo grande tra ciò che è stato proposto e ciò che è effettivamente fattibile in classe ( Il lavoro di per sé è pregevole ed è stato esposto in modo chiaro, ma non ritengo che sia fruibile e con valenze didattiche significative ; Lavoro ben presentato, ma troppo specialistico e difficilmente spendibile ; la trattazione è stata impostata in modo molto tecnico e il problema dell inserimento delle attività in contesto didattico non è stato affrontato ; Pregevole lavoro, ma contenuti non facili da seguire ; La complessità matematica necessaria per la discussione teorica della statistica rende la proposta non utilizzabile nella pratica didattica ; Presentazione esclusivamente tecnica, che presuppone troppi concetti ). Delle altre attività sono state in genere segnalati gli elementi di non applicabilità in classe come specificato da un corsista Non sono in grado di dire quali reputo meno utili. Sento il bisogno di ripensare un attimo tutto il percorso e metabolizzarlo. Non posso escludere di utilizzare prossimamente un contributo che oggi mi sembra superfluo. Forse meno utili sono i contributi che hanno avuto poca possibilità di essere poi discussi e dibattuti. Tale sintesi trova esplicitazione nelle indicazioni dei colleghi in relazione a specifiche attività ( L8 - Interessante ma non utile per l insegnamento: mette in guardia su alcune superficialità in ambito scientifico ; L5 - L argomento è stato sviluppato in modo accattivante e divertente ma di scarsa utilizzabilità nella pratica didattica ; M1 - è stata forse una presentazione dal contenuto più tecnico e meno funzionale sul piano della discussione teorica ; M1 - Il tema sviluppato è lontano dai miei interessi e difficilmente sviluppabile in classe ; M1 - poco interessante ; M5 - Impossibile in classe. Esageratamente faticoso da comprendere. L applet finale risulta rozzo e poco espressivo ; M5 - La conoscenza dettagliata dei metodi di calcolo del software è indispensabile per il suo utilizzi nella didattica ; ME5 - Gli esperimenti sono solo stati eseguiti, senza introduzione, raccolta dati (il tipo di esperimenti non lo consentiva in quella sede) né esame di dati raccolti in precedenza ; ME5 - Presentazioni di esperimenti più o meno noti, realizzate in modo approssimativo ; G 4 -Non vi è stato sufficiente tempo a mio avviso anche per ridiscutere gli input ricevuti ; G4 - Il contenuto era interessante, ma il tempo era troppo limitato rispetto alle ricchezze di tematiche trattate ; V8-V9 - mi sfugge la finalità degli incontri; Contenuto già noto, dunque le ricadute nella formazione è stata scarsa ). In merito alle considerazioni conclusive libere emerge in molti casi l alto livello culturale delle attività proposte ( Tutte le attività proposte sono state, come nel WS1, di altissimo livello formativo ; Il livello culturale è stato molto alto ) e la capacità di stimolare interesse e crescita professionale ( Sono rimasta molto colpita dall interesse che hanno anche argomenti che tradizionalmente si ritiene di non poter affrontare nella secondaria ; Le attività proposte sono state numerose, molto stimolanti ed utili per la professione docente ). È stata anche segnalata l eccessiva densità e impegno anche serale, e richiesta di avere tempo per una riflessione personale ( L intensità delle giornate (che prevedevano attività dal mattino alla sera) non mi ha consentito di riflettere sugli spunti emersi ed i concetti discussi e di rielaborare personalmente ; Questo anno i ritmi sono stati migliori; ma credo che almeno le serate debbano essere libere, per fare una passeggiata e magari riflettere in modo spontaneo e informale delle questioni trattate ). Sono stati forniti il suggerimento di prevedere un programma meno denso e dare più spazio per la discussione ( Un programma così denso non favorisce la discussione fra pari che deve essere parte fondante di un WS ), evitare interventi tecnici e magari proporli in rete ( Alcuni lavori per esempio quello della Pospiech e di Hermann si potevano proporre in rete e probabilmente sarebbero stati valo-

12 330 Capitolo 7. La prima scuola estiva di Fisica Moderna per studenti rizzati di più proporre ; Molte attività troppo tecniche e specialistiche potevano essere evitate ). Infine un corsista ha concluso evidenziando che il WS svolto doveva considerarsi come un punto di partenza per lo sviluppo delle progettazioni didattiche ( Siamo ancora in una fase di esposizione ricca e stimolante di contenuti, anche di confronto. Forse bisogna partire da questo WS non solo con l intento di far maturare questa esperienza soggettiva, ma anche di cominciare a pensare a strumenti oggettivi per rendere confrontabili presentabili i singoli percorsi individuali ). 8. L analisi dei dati del monitoraggio ella scuola estiva per studenti In questo paragrafo vengono analizzati i dati relativi al monitoraggio raccolti con le schede compilate e riconsegnate prima della fine della scuola estiva: le 45 schede di monitoraggio di fig. 1 e le schede di riepilogo dei pro e contro. Nelle figure 2 e 3 vengono riportati i dati raggruppati per classi di valutazioni (1: insufficiente; 2 sufficiente; 3 buono; 4 molto buono; 5 ottimo) relativamente alle tre voci della parte A della scheda. Questi dati riepilogano quelli riportati in tabella 4, in cui sono specificate le valutazioni per ciascuna delle attività svolte. La valutazione media dell interesse è stata di 3.8 ( = 0.4). La moda della distribuzione asimmetrica è su valutazioni molto buone. Per tutti gli studenti le attività proposte hanno suscita un interesse più che buono. Fig. 2 - Valutazioni date dagli studenti alle diverse attività in merito all interesse suscitato dai vari interventi (a sinistra) e all efficacia espositiva (a destra). In merito alla chiarezza espositiva la valutazione risulta con uguale media, ma con una dispersione leggermente maggiore (media 3,8 e = 0,6). In particolare alcune attività hanno ricevuto valutazioni di semplice sufficienza per questa voce. Ha ricevuto una simile valutazione la relazione d apertura tenuta in lingua inglese, che invece ha ricevuto un ottima valutazione da ricercatori e insegnanti. Anche se questo singolo dato non autorizza a trarre alcuna conclusione, costituisce comunque un campanello d allarme in merito alla competenza in lingua inglese anche degli studenti italiani più bravi. In relazione alla terza voce valutata, la capacità dei diversi interventi di stimolare una riflessione teorica, la valutazione media degli studenti è stata leggermente inferiore a quella delle due prime voci (media 3.6 e = 0.4). La distribuzione delle valutazioni è simmetrica, centrata su un giudizio più che buono. Mentre per le precedenti voci una attività aveva ricevuto da tutti una valutazione ottima, per questa voce nessuna attività è stata valutata da tutti gli studenti come ottima. Fig. 3 - Valutazioni date dagli studenti alle diverse attività in merito alla stimolo alla riflessione teorica.

13 Progetto IDIFO - Fisica moderna per la scuola 331 ATTIVITÀ Interesse suscitato (media) dev.st. Chiarezza ed ef cacia espositiva (media) dev.st. Stimolazione di una ri essione teorica dev.st. valutazione media L1 Philosophical aspects of quantum theory 3,1 2,3 0,7 3,1 2,8 Esperimenti dalla cattedra: Effetto fotoelettrico e L2 termoionico Un percorso sulla relatività basato sul ruolo attivo degli L3 studenti con semplici simulazioni Un percorso sulla relatività basato su semplici L4 esperimenti Gravità e meccanica quantistica al lavoro: l espansione L5 dell Universo Sperimentare a distanza in web: un telescopio ed un M1 microscopio in remoto Introduzione ai concetti di base della meccanica M2 quantistica con esperimenti di polarizzazione ottica RBS-Rutherford Backscattering Spectroscopy. M3 Cimentarsi in una tecnica di analisi della ricerca nella sica dei solidi Dentro la ricerca con un problem solving. Analisi a M4 gruppi di spettri RBS LSR Laboratorio Sperimentale per Rotazione a gruppi ME1 sugli esperimenti R1 LSR Laboratorio Sperimentale per Rotazione a gruppi ME2 sugli esperimenti R2 Un percorso di meccanica quantistica basato sugli stati ME3 di spin Un percorso di meccanica quantistica mirato centrato sul ME4 concetto di stato e il formalismo di Dirac Presentazione ed esecuzione di esperimenti in modo ME5 partecipato LSR Laboratorio Sperimentale per Rotazione a gruppi G1 sugli esperimenti R3 LSR Laboratorio Sperimentale per Rotazione a gruppi G2 sugli esperimenti R4 3,7 3,7 3,3 3,6 3,6 3,2 3,5 3,4 4,4 4,3 0,7 4,2 4,3 4,7 0,5 4,8 0,4 4,3 0,7 4,6 3,0 1,2 3,7 0,8 2,6 1,2 3,1 4,1 0,8 4,3 0,8 3,8 4,1 4,1 4,1 4,1 4,1 4,1 4,0 3,7 3,9 4,0 3,8 3,5 3,8 3,9 3,9 3,5 3,7 4,0 3,7 0,8 4,1 3,9 3,5 1,2 2,5 1,2 3,5 3,2 3,5 3,0 3,1 3,2 4,1 4,0 3,8 4,0 4,2 4,1 3,7 4,0 V1 The energy-mass equivalence for beginners 3,8 3,6 3,7 3,7 V4 Il problema del corpo nero: entrare nel merito per capire 4,0 4,2 3,8 0,8 4,0 V5 V6 V7 S1 S2 Risonanza di spin ed esperimento Ramsauer: misure a 3,4 3,8 3,3 grande gruppo 0,8 0,8 3,5 Misura del rapporto tra carica e massa (e/m) 4,0 4,0 3,9 dell elettrone: misure a grande gruppo 4,0 Laboratorio di calcolo a gruppi Fisica dei biliardi e 3,0 3,6 3,0 caos 3,2 Responsabili di gruppo (report sulle attività di 3,7 4,1 3,7 laboratorio) 0,8 0,8 3,8 Responsabili di gruppo (report e discussione dei nodi 4,1 4,3 4,2 concettuali di MQ) 4,2 Medie 3,8 0,4 3,8 0,6 3,6 0,4 3,7 Tabella 2 - Valutazioni medie delle diverse attività della scuola estiva (scala crescente da 1 a 5).

14 332 Capitolo 7. La prima scuola estiva di Fisica Moderna per studenti La media delle medie di tutte le valutazioni date dagli studenti risulta 3.7, con = 0.4, evidenziando un giudizio complessivo più che buono. Tutte le attività eccetto, quella condotta in lingua inglese, per la quale la comprensione è stata decisiva, e il laboratorio di simulazione, hanno ricevuto una valutazione media superiore a 3.1 e una valutazione complessiva massima di 4.6. Se si entra nel dettaglio delle valutazioni delle diverse attività, riportate in tabella 2, si osserva che ben sette attività hanno ricevuto una valutazione pari o superiore a 4, tra le quali tutte le attività laboratoriali su cui è stata incentrata la scuola. La valutazione delle attività ritenute migliori sulla base dei punteggi assegnati alle diverse voci è perfettamente coerente con le indicazioni che emergono dall analisi della parte B della scheda. Tutti gli studenti hanno indicato 3 o più attività (media 3.3 a testa), per un totale di 242 citazioni. 142 sono le citazioni di migliore attività, vale a dire che gli studenti stessi hanno posto sullo stesso piano diverse attività ritenute migliori. Le attività maggiormente citate, sono riportate in tabella, ordinate in base al maggior numero di prime citazioni. L4 Un percorso sulla relatività basato su semplici esperimenti 17 L5 Gravità e meccanica quantistica al lavoro: l espansione dell Universo 18 M2 M3 Introduzione ai concetti di base della meccanica quantistica con esperimenti di polarizzazione ottica RBS-Rutherford Backscattering Spectroscopy. Cimentarsi in una tecnica di analisi della ricerca nella sica dei solidi V4 Il problema del corpo nero: entrare nel merito per capire 12 Tabella 3 - Attività con maggior numero di citazioni ordinate in base al numero di prime citazioni Le motivazioni degli studenti che hanno segnalato l attività L4: Un percorso sulla relatività basato su semplici esperimenti, sono state: Esempi e relazioni con la quotidianità, semplici ed efficaci Sempre coinvolgente. Grande interesse contributo culturale Aspetti concreti della relatività È più semplice capire certi problemi osservandoli Efficace chiarezza espositiva, descrizione dei principi della relatività, stimolando un adeguata riflessione teorica Grazie al suo contenuto d ottimo livello ha contribuito al consolidamento delle conoscenze e al loro approfondimento Da queste motivazioni emerge: da un lato, in modo esplicito, il grande valore concettuale che riveste l esperimento anche in esplorazioni concettuali come quelle concernenti la relatività, il cui approccio è per lo più proposto in modo unicamente teorico; dall altro, in modo implicito, la mancanza di un esplicito elemento d apprendimento Le motivazioni dell indicazione del seminario L: - Gravità e meccanica quantistica al lavoro: l espansione dell Universo sono state delle seguenti tipologie: Coinvolgente, molto concreto, curiosità suscitata Grande efficacia comunicativa e temi trattati in modo stimolante Chiarezza espositiva unita a capacità di intrattenere il pubblico e argomento affascinante Interessante l argomento e semplicità/brillante il modo con cui lo ha spiegato Dalle motivazioni si riconosce il grande fascino, come ben noto, che suscitano le tematiche cosmologiche, l importanza di una comunicazione brillante e chiara, ma anche la mancanza di una esplicita indicazione di quali sono stati gli effettivi apprendimenti maturati. Le motivazioni riportate a supporto dell indicazione del seminario V4 - Il problema del corpo nero:

15 Progetto IDIFO - Fisica moderna per la scuola 333 entrare nel merito per capire, risultano più significative in quanto oltre a sottolineare la chiarezza dell esposizione, hanno anche segnalato rilevanti aspetti metodologici (l integrazione teoria-esperimento, il ruolo della storia nell evoluzione della fisica e l importanza che può avere nell apprendimento) e, nel primo caso, di uno specifico elemento di apprendimento: Molto ben spiegato e stimolante (ho scoperto che una stella è un corpo nero!) Completo: analisi non solo dal punto di vista fisico ma anche storico e filosofico Grande chiarezza espositiva, Buona spiegazione Molto interessante l analisi della formula in funzione alla spiegazione del fenomeno Interessante a causa del metodo di spiegazione sperimentale supportato dalle formule teoriche L aver scoperto i fatto che la MQ sia nata dalla ricerca di una spiegazione per un fenomeno singolo In merito alle attività di laboratorio partecipato, i commenti sono stati ben più articolati dei precedenti e molto più espliciti appaiono gli apprendimenti. Queste le motivazioni in merito al laboratorio: M2 - Introduzione ai concetti di base della meccanica quantistica con esperimenti di polarizzazione ottica: Non conoscevo l argomento. È stato spiegato molto chiaramente e per quanto possibile, nella sua interezza Approccio operativo, diretto ai fenomeni, chiarezza espositiva, metodo di lavoro coinvolgente e interessante basato su ipotesi e studio del fenomeno Un modo semplice e coinvolgente per avvicinarsi in modo pratico e creativo ai concetti (a volte complicati) di MQ Molto chiara e fondamentale come premessa a ME3 (percorso MQ con Stern e Gerlach) Sono state rese visibili proprietà simili, ad esempio, a quelle di spin non facilmente ricollegabile alla percezione comune Formulazione di domande aperte e curiosità suscitata. Problematiche che si intrecciano con altre discipline. Maggiori stimoli Buona descrizione, a piccoli passi, di concetti fondamentali, utili per l intero percorso È un modello molto adatto a introdurre concetti portanti della fisica moderna Conduzione in prima persona di esperimenti che non sarebbero possibili in una normale scuola Mi ha chiarito quasi del tutto i concetti di indeterminazione e sovrapposizione nella MQ È stata l attività che mi ha permesso di comprendere il maggior numero di informazioni utili sulla MQ Le motivazioni risultano molto più variegate e ricche, riguardano sia l efficacia espositiva, sia le modalità di conduzione dell attività capace di produrre progresso su aspetti metodologici rilevanti, sia su significativi elementi di apprendimento. Analoghe considerazioni possono essere fatte in merito alle motivazioni a supporto del laboratorio: M3 - RBS. Cimentarsi in una tecnica di analisi della ricerca nella fisica dei solidi: Molto interessante soprattutto per capire i principi classici di base e cimentarsi in prima persona nel provare ad analizzare gli spettri Quest argomento unisce aspetti di fisica classica e fisica quantistica, concetti di fisica e matematici e risulta molto interessante È una tecnica molto semplice di come poche regole permettono di estrapolare uno spettro (bidimensionale) che rappresenta qualcosa di solido. L interpretazione è stata per me come un gioco, una sfida Ci si è approcciati in modo chiaro e semplice alla realtà degli spettri. Collegamento tra segnali misurabili e proprietà microscopiche Un modo interessante in cui entrare nella ricerca della fisica dei solidi Molto buono il professore (bene la sua passione) interessante e utile l argomento Ha fornito un esempio concreto di ricerca applicata

16 334 Capitolo 7. La prima scuola estiva di Fisica Moderna per studenti È stato interessante acquisire una tecnica di interpretazione degli spettri dei materiali in così poco tempo Dopo aver ascoltato una buona spiegazione teorica sull argomento è stato interessante imparare il comportamento sperimentale e grafico degli elementi colpiti da un fascio di energia e del variare di questi dati col variare dei fenomeni. Tra le ricche e differenziate motivazioni si possono qui rimarcare il significativo ruolo del problem solving nel suscitare interesse, la rilevanza di proporre una tecnica di analisi dei materiali come tematica di confine tra fisica classica e fisica moderna, tra fisica del macromondo e fisica del micro mondo. Dai dati riportatati in grafici e tabelle di questa sezione e dalle motivazioni portate dai ragazzi a supporto delle proprie segnalazioni emerge in modo evidente l importanza di proporgli tematiche che li interessino, come notoriamente sono quelle di cosmologia e fisica del micro mondo, ma anche l importanza di proporgli in modo innovativo vecchie tematiche, come gli elementi di fisica classica che vengono utilizzati nell interpretazione degli spettri RBS. Dalle indicazioni degli studenti emerge oltre a suscitare interesse e coinvolgere emotivamente è necessario anche coinvolgere direttamente nell attività e nell oggetto di studio e in sfide reali. Il laboratorio è il luogo centrale in cui costruire questo, proponendolo con modalità differenziate, che possono essere la misura in un esperimento effettivamente significativo, come esplorazioni di fenomenologie per costruire interpretazioni con strategie attive come quelle PEC, del problem solving, dell inquiring method. Riguardo ai contributi ritenuti meno utili, le segnalazioni, effettuate in numero decisamente inferiore (106 nel complesso con 6 studenti che hanno eluso la richiesta), si sono incentrate sulle quattro attività riportate in tabella 4. Le pochissime motivazioni portate sono state essenzialmente: difficoltà di comprendere la tematica trattata nel seminario introduttivo in lingua inglese, soprattutto essendo stata loro proposta al primo giorno e non all ultimo. Motivi organizzativi hanno costretto alla scelta fatta che non era chiaramente adeguata come giustamente hanno indicato alcuni studenti. Il secondo e terzo contributo non erano centrati rispetto al resto della scuola, risultavano delle appendici; la quarta attività ha sofferto soprattutto a causa della difficoltà a riprendere in modo efficace apparati di piccole dimensioni. L1 Philosophical aspects of quantum theory 20 M1 Sperimentare a distanza in web: un telescopio ed un microscopio in remoto 21 V7 Laboratorio di calcolo a gruppi Fisica dei biliardi e caos 19 ME5 Presentazione ed esecuzione di esperimenti in modo partecipato 10 Tabella 4 - Contributi ritenuti meno utili. In merito all ultimo punto aperto della scheda di monitoraggio, gli studenti hanno fornito poche e telegrafiche indicazioni in merito al grado complessivo di soddisfazione e apprezzamento per la scuola, lamentando in qualche caso il carico eccessivo di impegno e lavoro cui erano stati sottoposti. Tali indicazioni sono state meglio raccolte dalla scheda dei Pro e contro, che, proprio perché meno strutturata, ha dato a ragazzi l opportunità di esprimersi più liberamente, e quindi di fornire utili informazioni, anche se compilata solo da 31 studenti. Riguardo ai punti di forza, nonostante la richiesta fosse di segnalare due aspetti, sono stati indicato in tutto 82 aspetti (con una media di quasi tre indicazioni a testa). I sette ambiti più frequentemente indicati dagli studenti come punti di forza sono riepilogati in tabella 5.

17 Progetto IDIFO - Fisica moderna per la scuola 335 Ambito indicato Numero indicazioni I temi trattati 23 I docenti del corso 18 Gli esperimenti del laboratorio 10 L ambiente generale 9 Le modalità di lavoro 9 Alcune singole attività 7 Gli aspetti organizzativi 6 Tabella 5 - Ambiti maggiormente indicati come punti di forza. Più in dettaglio queste sono state le segnalazioni con relative esplicitazioni: i temi affrontati (23 segnalazioni), di elevato interesse (13), moderni e non scolastici (5), di alto livello (3), intergrati con gli esperimenti (2) i docenti del corso (18 segnalazioni) competenti (9), disponibili al chiarimento anche al di fuori dell aula (6), chiari (2), esperti esteri (1) gli esperimenti di laboratorio (10 segnalazioni) non banali/scolastici (3), condotti con strumenti adeguati (3), con il coinvolgimento personale/attivo (3) in grande numero (1). Il clima della scuola (9 segnalazioni), giudicato entusiasmante/collaborativo (7), le attività ben organizzate (2), l ospitalità cordiale (3) e i coffee break (3), sia come momenti di pausa sia come momenti di chiarimento, scambio di idee, incontro le modalità di lavoro (9 segnalazioni) positive per la possibilità di lavorare in gruppi (2), collaborando tra pari (2) e con i docenti (2), alternando esperimenti e attività teoriche (2) ponendo problemi (1) singole attività: Le attività di laboratorio sono state anche citate (3) tra le singole attività indicate come punti di forza anche l RBS (2), la Polarizzazione (1), la visita al sincrotrone (1) Riguardo ai punti deboli, sono state date complessivamente 59 indicazioni, con una media appena inferiore a due. I sei ambiti toccati sono stati riepilogati in tabella 6. Ambiti segnalati Numero indicazioni Il programma e i tempi di lavoro 35 I test 8 Gli argomenti trattati 3 I docenti 3 Gli esperimenti 3 Aspetti speci ci 5 Tabella 6 - Ambiti indicati come punti deboli della scuola. Sembra rilevante soffermarsi sui primi due aspetti, dettagliando meglio le risposte. In merito al programma e ai tempi di lavoro le specificazioni degli studenti hanno riguardato soprattutto l eccessiva intensità del programma, il poco tempo libero, l impegno extralezione: Il programma è stato troppo intenso (22) poco tempo libero (5);

18 336 Capitolo 7. La prima scuola estiva di Fisica Moderna per studenti troppo lavoro extralezione (4); poco tempo per riposare (2); poco tempo per rielaborare (2) Riguardo all intensità del programma, non si può che esser d accordo con le osservazioni degli studenti, come del resto era già chiaro in fase di progettazione che il programma fosse eccessivamente poderoso. D altro canto vanno fatte anche le seguenti considerazioni: i temi e i contributi inseriti in programma sono stati offerti sulla base di un preliminare vaglio di qualità ed erano già stati compattati per poter essere fruiti nei tempi brevi della scuola; l intera proposta della scuola costituisce un occasione veramente unica di affrontare tematiche rilevanti e culturalmente significative per tutti gli studenti, ma soprattutto per quelli che poi non avrebbero seguito studi fisici; la capacità di lavoro ad altissimo livello che i ragazzi hanno dimostrato indica che almeno per tempi brevi possono lavorare molto intensamente, avendo un guadagno altissimo in termini di apprendimento come è stato testimoniato dal seminario conclusivo della scuola e dagli esiti del monitoraggio. In una prospettiva di riprogettazione della scuola un ridimensionamento va senza dubbio fatto, eliminano qualche contributo seminariale, ma soprattutto snellendo alcune attività e riuscendo quindi a ritagliare maggiori tempi liberi, magari estendendo la scuola anche alla domenica e quindi dilazionando un po i tempi tra laboratori e report finali. Riguardo ai test sono stati giudicati in numero eccessivo (4) difficili (2) senza tempo per compilarli (2). Anche in merito a questo punto considerazioni emergono contraddittorie, in quanto se è vero che attività condotte con strumenti di lavoro da compilare continuamente rischiano di essere piuttosto faticose, d altro canto sono anche quelle che garantiscono il miglior successo formativo, come è chiaramente emerso anche nei pochi risultati qui presentati. La sfida pertanto è quella di riprogettare attività e strumenti di monitoraggio per renderli più snelli, facilmente fruibili, ma non per questo meno significativi per l apprendimento degli studenti e indicativi per i ricercatori. Per completezza si indicano anche gli altri aspetti segnalati: argomenti sconosciuti (1) introdotti dando per scontate le basi (2); docenti non sempre all altezza (2) che a volte davano per scontati alcuni aspetti (1); esperimenti fatti troppo in fretta (2) e mal spiegati (2); aula inadeguate (2); esperimento termoelettronico ; qualche lezione dispersiva ; confronto con studenti universitari (1 a testa). Queste singole segnalazioni sembrano riferirsi a casistiche e situazioni singole, essendo in contrasto con le indicazioni della maggioranza di ragazzi, sulla qualità di esperimenti e docenti. A conclusione di questo paragrafo di analisi dati vanno riportate ancora un paio di rilievi su aspetti significativi anche se raccolti in modo non strutturato. Il primo riguarda il ruolo orientante che questa scuola ha avuto per molti studenti, in particolare per quelli che avevano scelto di frequentarla proprio come occasione di orientamento formativo, indipendentemente dalla successiva scelta di studio. Questo è emerso particolarmente nel colloquio informale condotto in appendice alla scuola subito dopo la sua chiusura ufficiale. Il guadagno che i ragazzi hanno maggiormente indicato in merito a questo è stato nel fatto che la scuola gli ha aperto uno spiraglio di conoscenze su tematiche che altrimenti non avrebbero mai più avuto modo di avvicinare, di avergli fornito competenze di tipo metodologico, di averli messi di fronte a sfide significative che sono stati in grado per lo più di affrontare e superare. Il secondo e ultimo rilievo è sintetizzabile con la foto di figura 4 estratta dal filmato del seminario finale in cui è fissato l attimo conclusivo della scuola quando studenti, insegnanti e ricercatori si applaudivano reciprocamente e calorosamente, a testimonianza di una settimana di collaborazione e arricchimento reciproco a tutti i livelli. Fig. 4 - L applauso finale alla chiusura della scuola.