LA SCUOLA ESTIVA PER STUDENTI DI SCUOLA SUPERIORE SULLA FISICA MODERNA A UDINE

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1 Frascati Physics Series Italian Collection Collana: Scienza Aperta Vol. II (2010) ComunicareFisica2010 Atti 3 Convegno Comunicare Fisica e altre Scienze", Frascati, Aprile 2010 LA SCUOLA ESTIVA PER STUDENTI DI SCUOLA SUPERIORE SULLA FISICA MODERNA A UDINE 1 Dipartimento di Fisica, Università di Udine, via delle Scienze 206, Udine Sommario La scuola estiva per studenti degli ultimi due anni di scuola secondaria svoltasi a Udine nel 2009 (seconda edizione dopo quella del 2007) ha proposto percorsi di meccanica quantistica e superconduttività, accanto a tecniche di analisi (RBS) di ricerca proponendo di esplorare i nodi concettuali ed esperimenti cruciali di fisica moderna. L impostazione basata sul personale coinvolgimento in laboratori ha dato risposta a una vasta richiesta degli studenti (300 domande circa per 50 posti) interessati a cimentarsi in sfide concettuali su temi culturalmente rilevanti ed innovativi. 1 Introduzione La Scuola Estiva di Fisica Moderna, progettata e messa a punto dall Unità di Ricerca in Didattica della Fisica (URDF) dell Università di Udine, è stata offerta come percorso formativo basato su ricerche in didattica della fisica a studenti degli ultimi anni delle scuole superiori italiane. Tra le principali finalità vi sono offrire: a) percorsi operativi per la costruzione del pensiero formale su rilevanti aspetti di fisica moderna, b) sfide ludiche sui nodi concettuali della meccanica quantistica, della 1 In collaborazione con: Marisa Michelini e Alberto Stefanel

2 fisica degli stati condensati e della superconduttività;c) esperimenti a piccolo gruppo su fenomeni cruciali per la fondazione delle moderne teorie; d) quadri concettuali di rifermento per interpretare i fenomeni. Proposta in una prima edizione nel luglio 2007 è stata riproposta e riprogettata nel luglio 2009 nell ambito del progetto IDIFO2 del PLS2 2. È stata attuata in collaborazione con la Scuola Superiore, la Facoltà di Scienze Matematiche Fisiche Naturali, la Facoltà di Scienze della Formazione dell Università di Udine, il Dipartimento di Fisica dell Università di Trieste, il progetto Democritos, l Area di Ricerca del Sincrotrone di Trieste, il MIUR - Direzione Generale dello studente e Ordinamenti Scolastici. 2 Il bando e la selezione Il numero di studenti ammessi, inizialmente fissato in 30 unità, è stato successivamente portato a 40 grazie ai contributi del MIUR e dei diversi enti locali collaboratori. Le domande pervenute sono state 290 di studenti di 168 scuole. La selezione è stata effettuata, da un apposita commissione in base al profitto riportato nelle materie scientifiche negli ultimi due anni, alla regione di residenza per la miglior distribuzione nazionale, alla tipologia di Scuola, altri titoli eventuali (gare di materie scientifiche) e la maggiore età anagrafica. L alto profilo degli studenti che hanno partecipato al bando è ben descritta dalla media delle valutazioni µ= 16,2/20 (8,1 per anno; σ = 1,6). 3 Modello attuativo Il modello attuativo della Scuola Estiva integra: A) Laboratorio didattico per l esplorazione operativa con metodologie tipiche dell inquiry learning (1-3) e del problem solving (4) su tematiche di fisica moderna; B) Laboratorio sperimentale a gruppi; C) Laboratorio dimostrativo; D) relazioni di studenti; E) gare; F) Laboratorio 2 PLS2 Piano Nazionale Lauree Scientifiche del MIUR aa

3 di simulazione; G) Seminari; H) Visite a laboratori scientifici, attività complementari, attività sociali. Tre sono stati i percorsi di tipo A: 1) Mettersi in gioco nell esplorare e interpretare fenomeni di superconduttività; 2) Esplorazione dei fenomeni di polarizzazione della luce come sfida per avvicinarsi alla teoria della Meccanica Quantistica; 3) Rutherford Backscattering Spectroscopy (RBS): cimentarsi in una tecnica di analisi della ricerca nella fisica dei solidi. Sono state utilizzate strategie PEC (5,6), nell esplorazione di contesti fenomenologici per riconoscere operativamente concetti e grandezze; utilizzando schede di lavoro aperte e questionari di valutazione è stata effettuata l analisi di simulazioni che propongono situazioni ideali, per la costruzione di ipotesi interpretative ed il confronto con gli esiti sperimentali. Una delle attività più apprezzate della scuola è il laboratorio sperimentale (B) proposto a gruppi di 4-5 studenti a rotazione su sei moduli: Diffrazione ottica con sensori on-line, Misura della velocità della luce, Misure di resistività ed effetto Hall in materiali diversi, Esperimento di Franck ed Hertz, rapporto e/m. Altri esperimenti sono stati proposti a grande gruppo o inseriti nei percorsi didattici. L obiettivo della scuola è quello di offrire occasioni formative in cui non solo gli studenti hanno un coinvolgimento attivo, ma diventano essi stessi protagonisti e relazionano esplicitando i loro apprendimenti (D). In un seminario finale gli studenti hanno relazionato a piccoli gruppi su: analisi di spettri RBS, i concetti di Meccanica Quantistica, le attività di laboratorio. Un aspetto che ha caratterizzato la scuola estiva del 2009 è stata la proposta di competizioni (E) come attività di sintesi e valutazione assieme alle citate relazioni finali. Sono state proposte competizioni sui diversi temi: Laboratorio, Meccanica quantistica, Superconduttività, RBS. Sono stati di riferimento per gli studenti diversi tipi di materiali: presentazione delle attività sperimentali; schede operative; schede studente; schede sintetiche e libretto di presentazione dei percorsi didattici; documentazioni informative sulla scuola; lo zainetto ricordo. 5 Il monitoraggio e la valutazione

4 Tutte le attività della scuola sono state videoregistrate. In particolare l ultima giornata è stata interamente ripresa dalla troupe di RAI-EDUCATIONAL che ha realizzato una trasmissione appositamente dedicata alla scuola estiva. Gli apprendimenti sono stati valutati e certificati sulla base di differenziati strumenti e metodi: le schede di lavoro che hanno accompagnato le diverse fasi del lavoro; le brevi relazioni e i questionari con domande aperte utilizzati come strumenti di riepilogo e quelli di problem solving delle gare; le relazioni finali presentate dai ragazzi stessi; le sintesi dei valutatori esterni. In base agli esiti di tale monitoraggio e solo laddove fossero stati riconsegnanti i materiali compilati sono stati rilasciati gli attestati con documentazione degli apprendimenti dei diversi moduli. Sia le singole attività sia l intera scuola sono state valutate dagli studenti sulla base di schede di monitoraggio che prevedevano per ciascun seminario, modulo formativo, attività sperimentale, le voci previste nel monitoraggio REQUS del PLS. L analisi degli apprendimenti, documentata in altri lavoro (7-9), e gli esiti del monitoraggio interno ed esterno sono coerenti sia per quello che riguarda gli aspetti organizzativi che di apprendimento di qualità, con la sintesi del valutatore esterno in merito al giudizio altamente positivo sia sulle singole professionalità impegnate nella Scuola, sia sull impegno davvero eccezionale profuso dal gruppo dei referenti scientifici. Le attività sono state sempre dense e costruttive, i metodi e le tecniche scelte in tutte le fasi sono stati sempre strettamente funzionali agli obiettivi della Scuola e singolarmente efficaci. Il gruppo di Progetto ha inoltre dato prova di intelligente duttilità nell adattare le soluzioni via via ipotizzate alle condizioni operative riscontrate sul terreno, senza mai perdere di vista gli obiettivi del progetto, garantendone un alta validità scientifica. Bibliografica 1) F. Abd-El-Khalick et al., Science Education, 88(3), (2004). 2) L. McDermott, American Journal of Physics, 69, (2001). 3) M. Michelini, in Informal Learning (ed. G. Planinsic, A. Mohoric), (Girep, Ljubijana, 2006). 4) M. Watts, The Science of Problem Solving, (Cassell, London, 1991).

5 5) M. Michelini, L. Santi, R.M. Sperandeo, Proposte didattiche su forze e moti (Udine, Forum (2002). 6) P. Lawson (2008), LivePhoto physics, in Physics Curriculum Design, Girep-Cyprus 2008 (ed. C. P. Constantinou), (Girep, Nicosia, 2008). 7) M. Gervasio et al., La Fisica nella Scuola (2010) 8) M. Michelini, R. Viola, La Fisica nella Scuola (2010) 9) Mossenta M., Michelini, La Fisica nella Scuola (2010)