Questionario di FISICA LS-OSA - Analisi preliminare e Report

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1 Questionario di FICA LS-OSA - Analisi preliminare e Report Comitato Scientifico: Alberto Conte presidente Accademia delle Scienze Torino Settimio Mobilio Direttore Dipartimento di Fisica ROMATRE predisposizione questionario: Anna Brancaccio DGO - MIUR raccolta dati: Federico Beghini Docente Informatica IS Carlo Anti Villafranca di Verona elaborazione dati e report: Claudio Pardini Dirigente IS Carlo Anti Villafranca di Verona N. Docenti che hanno risposto: 438 N. Risposte N significative: 15 (per percentuali non corrette o nulle) N. Risposte Elaborate: 423 Ripartizione Geografica REG_SCU N Abruzzo 15 Basilicata 5 Calabria 8 Campania 34 Emilia Romagna 32 Friuli 10 Lazio 27 Liguria 11 Lombardia 78 Marche 10 Molise 2 Piemonte 41 Puglia 35 Sardegna 6 Sicilia 18 Toscana 15 Trentino Alto Adige 13 Umbria 7 Veneto Sezione Risposte dei Docenti 1) Considerando il carico didattico totale della FICA per il V anno, si ritiene adeguata la percentuale di ore prevista per lo svolgimento dei seguenti moduli? Modulo A: Elettromagnetismo (40%) Modulo B: Relatività (20%) Modulo C: Fisica Quantistica (30%) Modulo D: Argomenti e approfondimenti di Fisica avanzata (10%)

2 Molti Docenti hanno risposto facendo riferimento alla ripartizione percentuale globale e cosìhanno risposto n (di non essere d'accordo) ma poi hanno proposto il medesimo valore Si è deciso pertanto di interpretare la volontà dei Docenti analizzando le risposte una per una, aggiungendo ai valori i numeri assoluti dei Docenti che hanno risposto s (sono d'accordo) n u m e r o D o c e n t i Modulo A: Elettromagnetismo (valore proposto: 40%) Percentuali proposte dai Docenti n 350 u m300 e r 250 o 200 D150 o c 100 e n 50 t 0 i Modulo B: Relatività (valore proposto: 20%) Percentuali proposte dai Docenti

3 n u 250 m e 200 r o 150 D o c 100 e n 50 t i 0 Modulo C: Fisica Quantistica (valore proposto: 30%) Percentuali proposte dai Docenti n u 300 m e 250 r o 200 D 150 o c 100 e n t 50 i 0 Modulo D: Argomenti e approfondimenti di Fisica avanzata (valore proposto: 10%) Percentuali proposte dai Docenti

4 Confronto Percentuale di Ripartizioneasse Elettromagnetismo Proposti 40 Rilevati 45,73 Relatività Fisica Quantistica ,49 26,3 Fisica Avanzata 10 8,48

5 2) Rispetto all unità didattica Induzione elettromagnetica indicare i contenuti considerati irrinunciabili: Forza elettromotrice indotta Legge di Faraday Legge di Neumann Legge di Lenz Autoinduzione, coefficienti di autoinduzione, l'induttanza Densità di energia del campo magnetico. Forza elettromotrice indotta Legge di Faraday 0% 100% 100% Legge di Neumann Legge di Lenz 4% 1% N 96% 99% Autoinduzione coefficienti di autoinduzione l'induttanza Densità di energia del campo magnetico. 22% 78% 39% 61%

6 Argomenti Irrinunciabili Densità di energia del campo magnetico Autoinduzione, coefficienti di autoinduzione, l'induttanza Legge di Lenz Legge di Neumann Legge di Faraday Forza elettromotrice indotta % 10% 20% 30% 40% 50% 60% 70% 80% 90% 100%

7 Argomenti Irrinunciabili (analisi per Regione) Argomenti Irrinunciabili Forza Elettromotrice Indotta Veneto Umbria Trentino Alto Adige Toscana Sicilia Sardegna Puglia Piemonte Molise Marche Lombardia Liguria Lazio Friuli Emilia Romagna Campania Calabria Basilicata Abruzzo s n 0% 10% 20% 30% 40% 50% 60% 70% 80% 90% 100% Argomenti Irrinunciabili Legge di Faraday Veneto Umbria Trentino Alto Adige Toscana Sicilia Sardegna Puglia Piemonte Molise Marche Lombardia Liguria Lazio Friuli Emilia Romagna Campania Calabria Basilicata Abruzzo s n 86% 88% 90% 92% 94% 96% 98% 100%

8 Argomenti Irrinunciabili Legge di Neumann Veneto Umbria Trentino Alto Adige Toscana Sicilia Sardegna Puglia Piemonte Molise Marche Lombardia Liguria Lazio Friuli Emilia Romagna Campania Calabria Basilicata Abruzzo s n 0% 10% 20% 30% 40% 50% 60% 70% 80% 90% 100% Argomenti Irrinunciabili Legge di Lenz Veneto Umbria Trentino Alto Adige Toscana Sicilia Sardegna Puglia Piemonte Molise Marche Lombardia Liguria Lazio Friuli Emilia Romagna Campania Calabria Basilicata Abruzzo s n 0% 10% 20% 30% 40% 50% 60% 70% 80% 90% 100%

9 Argomenti Irrinunciabili Autoinduzione Veneto Umbria Trentino Alto Adige Toscana Sicilia Sardegna Puglia Piemonte Molise Marche Lombardia Liguria Lazio Friuli Emilia Romagna Campania Calabria Basilicata Abruzzo s n 0% 10% 20% 30% 40% 50% 60% 70% 80% 90% 100% Argomenti Irrinunciabili Densità di Energia del CM Veneto Umbria Trentino Alto Adige Toscana Sicilia Sardegna Puglia Piemonte Molise Marche Lombardia Liguria Lazio Friuli Emilia Romagna Campania Calabria Basilicata Abruzzo s n 0% 10% 20% 30% 40% 50% 60% 70% 80% 90% 100%

10 3) Rispetto all unità didattica Induzione elettromagnetica si ritengono coerenti le abilità da acquisire elencate? Descrivere esperimenti che mostrino il fenomeno dell induzione elettromagnetica Discutere l equazione della legge di Faraday Discutere la legge di Lenz Discutere la legge di Neumann-Lenz Descrivere le relazioni tra Forza di Lorentz e forza elettromotrice indotta Calcolare il flusso di un campo magnetico Calcolare le variazioni di flusso di campo magnetico Calcolare correnti indotte e forze elettromotrici indotte Derivare l induttanza di un solenoide Risolvere problemi di applicazione delle formule studiate inclusi quelli che richiedono il calcolo delle forze su conduttori in moto in un campo magnetico. Descrivere esperimenti che mostrino il fenomeno dell induzione elettromagnetica Discutere l equazione della legge di Faraday 2% 98% 100% Discutere la legge di Lenz 4% Discutere la legge di Neumann- Lenz 6% 96% 94% Descrivere le relazioni tra Forza di Lorentz e forza elettromotrice indotta 13% Calcolare il flusso di un campo magnetico 5% 87% 95%

11 Rispetto all unità didattica Induzione elettromagnetica si ritengono coerenti le abilità da acquisire elencate? Risolvere problemi di applicazione delle formule studiate inclusi quelli che richiedono il calcolo Derivare l induttanza di un solenoide Calcolare correnti indotte e forze elettromotrici indotte Calcolare le variazioni di flusso di campo magnetico Calcolare il flusso di un campo magnetico Descrivere le relazioni tra Forza di Lorentz e forza elettromotrice indotta Discutere la legge di Neumann-Lenz Discutere la legge di Lenz Discutere l equazione della legge di Faraday Descrivere esperimenti che mostrino il fenomeno dell induzione elettromagnetica % 10% 20% 30% 40% 50% 60% 70% 80% 90% 100%

12 4) Rispetto ai contenuti irrinunciabili ed alle abilità da acquisire per l unità didattica Induzione elettromagnetica si ritengono coerenti le competenze elencate? Essere in grado di riconoscere il fenomeno dell induzione in situazioni sperimentali Essere in grado di riconoscere il fenomeno dell induzione in situazioni sperimentali 9% 91%

13 5) Rispetto all unità didattica Equazioni di Maxwell e Onde Elettromagnetiche indicare i contenuti considerati irrinunciabili: Relazione tra campi elettrici e magnetici variabili. Il termine mancante: La corrente di spostamento. Sintesi dell elettromagnetismo: le equazioni di Maxwell Onde elettromagnetiche Lo spettro elettromagnetico. Intensità di un'onda elettromagnetica. Relazione tra campi elettrici e magnetici variabili. 3% Il termine mancante: La corrente di spostamento. 10% 97% 90% Sintesi dell elettromagnetismo: le equazioni di Maxwell 3% Onde elettromagnetiche 3% 97% 97% Lo spettro elettromagnetico. Intensità di un'onda elettromagnetica 15% 45% 55% 85%

14 Rispetto all unità didattica Equazioni di Maxwell e Onde Elettromagnetiche indicare i contenuti considerati irrinunciabili: Intensità di un'onda elettromagnetica Lo spettro elettromagnetico Onde elettromagnetiche Sintesi dell elettromagnetismo: le equazioni di Maxwell Il termine mancante: La corrente di spostamento Relazione tra campi elettrici e magnetici variabili % 10% 20% 30% 40% 50% 60% 70% 80% 90% 100%

15 6) Rispetto all unità didattica Equazioni di Maxwell e Onde Elettromagnetiche si ritengono coerenti le abilità da acquisire elencate? Illustrare le equazioni di Maxwell nel vuoto espresse in termini di flusso e circuitazione Argomentare sul problema della corrente di spostamento. Descrivere le caratteristiche del campo elettrico e magnetico di un onda elettromagnetica e la relazione reciproca Conoscere e applicare il concetto di intensità di un onda elettromagnetica Collegare la velocità dell onda con l'indice di rifrazione Descrivere lo spettro continuoo ordinato in frequenza ed in lunghezza d onda Illustrare gli effetti e le applicazioni delle onde EM in funzione di lunghezza d'onda e frequenza.

16 Rispetto all unità didattica Equazioni di Maxwell e Onde Elettromagnetiche si ritengono coerenti le abilità da acquisire elencate? Illustrare gli effetti e le applicazioni delle onde EM in funzione di lunghezza d'onda e frequenza. Descrivere lo spettro continuo ordinato in frequenza ed in lunghezza d onda Collegare la velocità dell onda con l'indice di rifrazione Conoscere e applicare il concetto di intensità di un onda elettromagnetica Descrivere le caratteristiche del campo elettrico e magnetico di un onda elettromagnetica e la relazione reciproca Argomentare sul problema della corrente di spostamento Illustrare le equazioni di Maxwell nel vuoto espresse in termini di flusso e circuitazione % 10% 20% 30% 40% 50% 60% 70% 80% 90%100%

17 7) Rispetto ai contenuti irrinunciabili ed alle abilità da acquisire per l unità didattica Equazioni di Maxwell e Onde Elettromagnetiche si ritengono coerenti le competenze elencate? Essere in grado di collegare le equazioni di Maxwell ai fenomeni fondamentali dell elettricità e del magnetismo e viceversa %

18 8) Rispetto all unità didattica Relatività indicare i contenuti considerati irrinunciabili: Dalla relatività galileiana alla relatività ristretta. I postulati della relatività ristretta. Tempo assoluto e simultaneità degli eventi. Dilatazione dei tempi e contrazione delle lunghezze: evidenze sperimentali Trasformazioni di Lorentz Legge di addizione relativistica delle velocità; limite non relativistico: addizione galileiana delle velocità Invariante relativistico Legge di conservazione della quantità di moto Dinamica relativistica. Massa, energia.

19 Rispetto all unità didattica Relatività indicare i contenuti considerati irrinunciabili Dinamica relativistica. Massa, energia Legge di conservazione della quantità Invariante relativistico Legge di addizione relativistica delle Trasformazioni di Lorentz Dilatazione dei tempi e contrazione Tempo assoluto e simultaneità degli I postulati della relatività ristretta Dalla relatività galileiana alla relatività % 20% 40% 60% 80% 100%

20 9) Rispetto all unità didattica Relatività si ritengono coerenti le abilità da acquisire elencate? Saper applicare le relazioni sulla dilatazione dei tempi e contrazione delle lunghezze Saper risolvere semplici problemi di cinematica e dinamica relativistica Saper risolvere semplici problemi su urti e decadimenti di particelle. Saper applicare le relazioni sulla dilatazione dei tempi e contrazione delle lunghezze Saper risolvere semplici problemi di cinematica e dinamica relativistica 5% 27% 95% 73% Saper risolvere semplici problemi su urti e decadimenti di particelle. 36% 64%

21 Rispetto all unità didattica Relatività si ritengono coerenti le abilità da acquisire elencate? Saper risolvere semplici problemi su urti e decadimenti di particelle Saper risolvere semplici problemi di cinematica e dinamica relativistica Saper applicare le relazioni sulla dilatazione dei tempi e contrazione delle lunghezze % 20% 40% 60% 80% 100%

22 10) Rispetto ai contenuti irrinunciabili ed alle abilità da acquisire per l unità didattica Relatività si ritengono coerenti le competenze elencate? Saper argomentare, usando almeno uno degli esperimenti classici, sulla validità della teoria della relatività Saper riconoscere il ruolo della relatività nelle applicazioni tecnologiche. Saper argomentare, usando almeno uno degli esperimenti classici, sulla validità della teoria della relatività 12% 88% Saper riconoscere il ruolo della relatività nelle applicazioni tecnologiche. 39% 61%

23 11) Rispetto all unità didattica Fisica Quantistica indicare i contenuti considerati irrinunciabili: L emissione di corpo nero e l ipotesi di Planck L esperimento di Lenard e la spiegazione di Einstein dell effetto fotolettrico L effetto Compton. Modello dell'atomo di Bohr e interpretazione degli spettri atomici L esperimento di Franck Hertz. Lunghezza d onda di De Broglie. Dualismo onda-particella. Limiti di validità della descrizione classica Diffrazione/Interferenza degli elettroni Il principio di indeterminazione.

24 Rispetto all unità didattica Fisica Quantistica indicare i contenuti considerati irrinunciabili Il principio di indeterminazione Diffrazione/Interferenza degli elettroni Dualismo onda-particella. Limiti di validità della descrizione classica Lunghezza d onda di De Broglie L esperimento di Franck Hertz. Modello dell'atomo di Bohr e interpretazione degli spettri atomici L effetto Compton L esperimento di Lenard e la spiegazione di Einstein dell effetto fotolettrico L emissione di corpo nero e l ipotesi di Planck % 10% 20% 30% 40% 50% 60% 70% 80% 90% 100%

25 12) Rispetto all'unità didattica Fisica Quantistica si ritengono coerenti le abilità da acquisire elencate? Illustrare il modello del corpo nero e interpretarne la curva di emissione in base al modello di Planck. Applicare le leggi di Stefan-Boltzmann e di Wien Applicare l equazione di Einstein dell effetto fotoelettrico per la risoluzione di esercizi Illustrare e saper applicare la legge dell effetto Compton Calcolare le frequenze emesse per transizione dai livelli dell atomo di Bohr Descrivere la condizione di quantizzazione dell'atomo di Bohr usando la relazione di De Broglie Calcolare l indeterminazione quantistica sulla posizione/quantità di moto di una particella Calcolare la lunghezza d onda di una particella Riconoscere i limiti della trattazione classica in semplici problemi.

26 Rispetto all'unità didattica Fisica Quantistica si ritengono coerenti le abilità da acquisire elencate? Riconoscere i limiti della trattazione classica in semplici problemi. Calcolare la lunghezza d onda di una particella Calcolare l indeterminazione quantistica sulla posizione/quantità di moto di una Descrivere la condizione di quantizzazione dell'atomo di Bohr usando la relazione di Calcolare le frequenze emesse per transizione dai livelli dell atomo di Bohr Illustrare e saper applicare la legge dell effetto Compton Applicare l equazione di Einstein dell effetto fotoelettrico per la Applicare le leggi di Stefan-Boltzmann e di Wien Illustrare il modello del corpo nero e interpretarne la curva di emissione in % 20% 40% 60% 80% 100%

27 13) Rispetto ai contenuti irrinunciabili ed alle abilità da acquisire per l unità didattica Fisica Quantistica si ritengono coerenti le competenze elencate? Saper riconoscere il ruolo della fisica quantistica in situazioni reali e in applicazioni tecnologiche Saper riconoscere il ruolo della fisica quantistica in situazioni reali e in applicazioni tecnologiche 23% 77%

28 14) Rispetto alle indicazioni nazionali per il V anno di Fisica: [...] Lo studente affronterà anche lo studio delle onde elettromagnetiche, della loro produzione e propagazione, dei loro effetti e delle loro applicazioni nelle varie bande di frequenza. [... omissis...] Lo studio della teoria della relatività ristretta di Einstein porterà lo studente a confrontarsi con la simultaneità degli eventi, la dilatazione dei tempi e la contrazione delle lunghezze; l aver affrontato l equivalenza massa-energia gli permetterà di sviluppare un interpretazione energetica dei fenomeni nucleari (radioattività, fissione, fusione)." quali contenuti non presenti nel Percorso Didattico elaborato dai docenti delle scuole polo del progetto LS-OSA, si ritiene siano irrinunciabili? Applicazioni dell induzione magnetica (bobine, trasformatori, circuiti risonanti ) Produzione e applicazioni delle Onde Elettromagnetiche nelle varie bande di frequenza Radioattività Fissione e Fusione nucleare Applicazioni dell induzione magnetica (bobine, trasformatori, circuiti risonanti ) Produzione e applicazioni delle Onde Elettromagnetiche nelle varie bande di frequenza 30% 36% 70% 64% Radioattività Fissione e Fusione nucleare 49% 51% 53% 47%

29 quali contenuti non presenti nel Percorso Didattico elaborato dai docenti delle scuole polo del progetto LS-OSA, si ritiene siano irrinunciabili? Fissione e Fusione nucleare Radioattività Produzione e applicazioni delle Onde Elettromagnetiche nelle varie bande di frequenza Applicazioni dell induzione magnetica (bobine, trasformatori, circuiti risonanti ) % 20% 40% 60% 80% 100%

30 15) Rispetto alle Indicazioni Nazionali per il V anno di Fisica: " lo studente potrà approfondire tematiche di suo interesse, accostandosi alle scoperte più recenti della fisica (per esempio nel campo dell astrofisica e della cosmologia, o nel campo della fisica delle particelle) o approfondendo i rapporti tra scienza e tecnologia (per esempio la tematica dell energia nucleare, per acquisire i termini scientifici utili ad accostare criticamente il dibattito attuale, o dei semiconduttori, per comprendere le tecnologie più attuali anche in relazione a ricadute sul problema delle risorse energetiche, o delle micro- e nano-tecnologie per lo sviluppo di nuovi materiali) si condivide la scelta fatta nel Percorso Didattico Curriculare di lasciare al docente la definizione dei contenuti del Modulo D? 13% si condivide la scelta fatta nel Percorso Didattico Curriculare di lasciare al docente la definizione dei contenuti del Modulo D 1% 86% non risponde Se No quali dei seguenti contenuti si ritengono irrinunciabili? quali dei seguenti contenuti si ritengono irrinunciabili? Micro- e Nano- tecnologie, nuovi materiali Semiconduttori Energia Nucleare Elementi di fisica delle particelle elementari Elementi di Astrofisica e Cosmologia % 20% 40% 60% 80% 100%

31 16) Ritieni necessarie azioni di aggiornamento dei docenti, anche in modalità e-learning, per le seguenti unità didattiche di apprendimento? azioni di aggiornamento necessarie Argomenti e approfondimenti di Fisica avanzata Fisica Quantistica Relatività Equazioni di Maxwell e Onde Elettromagnetiche Induzione elettromagnetica % 20% 40% 60% 80% 100%

32 Analisi di Confronto Valori medi ponderati rispetto al primo quesito sulle percentuali destinate agli argomenti Elettromagnetismo Veneto Umbria Trentino Alto Adige Toscana Sicilia Sardegna Puglia Piemonte Molise Marche Lombardia Liguria Lazio Friuli Emilia Romagna Campania Calabria Basilicata Abruzzo valore proposto valore medio Nazionale rilevato Relatività Veneto Umbria Trentino Alto Adige Toscana Sicilia Sardegna Puglia Piemonte Molise Marche Lombardia Liguria Lazio Friuli Emilia Romagna Campania Calabria Basilicata Abruzzo valori medi percentuali ripartiti per Regione valore proposto valore medio Nazionale rilevato

33 Fisica Quantistica Veneto Umbria Trentino Alto Adige Toscana Sicilia Sardegna Puglia Piemonte Molise Marche Lombardia Liguria Lazio Friuli Emilia Romagna Campania Calabria Basilicata Abruzzo valori medi percentuali ripartiti per Regione valore proposto valore medio Nazionale rilevato Fisica Avanzata Veneto Umbria Trentino Alto Adige Toscana Sicilia Sardegna Puglia Piemonte Molise Marche Lombardia Liguria Lazio Friuli Emilia Romagna Campania Calabria Basilicata Abruzzo valori medi percentuali ripartiti per Regione valore proposto valore medio Nazionale rilevato

34 Richiesta di Azioni di Aggiornamento (confronto con i dati nazionali Veneto Umbria Trentino Alto Adige Toscana Sicilia Sardegna Puglia Piemonte Molise Marche Lombardia Liguria Lazio Friuli Emilia Romagna Campania Calabria Basilicata Abruzzo Richiesta di Azioni di Aggiornamento su Induzione elettromagnetica media nazionale 0% 10% 20% 30% 40% 50% 60% 70% 80% 90% 100% s n Veneto Umbria Trentino Alto Adige Toscana Sicilia Sardegna Puglia Piemonte Molise Marche Lombardia Liguria Lazio Friuli Emilia Romagna Campania Calabria Basilicata Abruzzo Richiesta di Azioni di Aggiornamento su Equazioni di Maxwell e Onde Elettromagnetiche media nazionale 0% 10% 20% 30% 40% 50% 60% 70% 80% 90% 100% s n

35 Veneto Umbria Trentino Alto Adige Toscana Sicilia Sardegna Puglia Piemonte Molise Marche Lombardia Liguria Lazio Friuli Emilia Romagna Campania Calabria Basilicata Abruzzo Richiesta di Azioni di Aggiornamento su Relatività media nazionale s n 0% 10% 20% 30% 40% 50% 60% 70% 80% 90% 100% Richiesta di Azioni di Aggiornamento su Fisica Quantistica media nazionale Veneto Umbria Trentino Alto Adige Toscana Sicilia Sardegna Puglia Piemonte Molise Marche Lombardia Liguria Lazio Friuli Emilia Romagna Campania Calabria Basilicata Abruzzo s n 0% 10% 20% 30% 40% 50% 60% 70% 80% 90% 100%

36 Veneto Umbria Trentino Alto Adige Toscana Sicilia Sardegna Puglia Piemonte Molise Marche Lombardia Liguria Lazio Friuli Emilia Romagna Campania Calabria Basilicata Abruzzo Richiesta di Azioni di Aggiornamento su Argomenti e approfondimenti di Fisica avanzata media nazionale s n 0% 10% 20% 30% 40% 50% 60% 70% 80% 90% 100%