La scuola estiva di eccellenza sulla fisica moderna

1. Piano Lauree Scientifiche Università degli Studi di Udine La scuola estiva di eccellenza sulla fisica moderna Progetto IDIFO4 del PLS Unità di Ricerca in Didattica della Fisica Università degli Studi di Udine

2. Il progetto IDIFO4 del PLS La sfida che la società della conoscenza ci pone è il personale coinvolgimento di chi apprende in un processo di innovazione che investe contenuti e metodi. La FISICA MODERNA, a FISICA IN CONTESTO , la DIDATTICA LABORATORIALE sono il cardine di questa innovazione nella didattica della fisica. • Nel progetto IDIFO4 del PLS, 20 Università e centri di ricerca, collaborano per una formazione degli insegnanti centrata sulle esigenze formative dei soggetti per una progettazione didattica basata sulla ricerca,. • Le attività IDIFO4 sono in tre campi: • Laboratori in presenza svolti nel Friuli Venezia Giulia e nelle sedi cooperanti, • Formazione degli insegnanti a distanza ed in presenza mediante l’offerta didattica (156 cfu di cui 138 cfu in presenza e 90 cfu a distanza ) del Master M-IDIFO4, del CP-IDIFO4 e dei singoli moduli di tale offerta didattica, che possono essere frequentati come uditori dagli insegnanti, • Scuola Estiva Nazionale per Talenti (SENT) rivolta a studenti delle classi IV e V della scuola secondaria superiore.

3. Il progetto IDIFO4 si avvale dei risultati di ricerche didattiche in fisica e dei materiali messi a punto nell’ambito di tali ricerche e nei Progetti IDIFO1 (2006-2008), IDIFO2 (2009), IDIFO3 (2010-2012) che si sono concentrati sulla fisica del ‘900 (fisica quantistica, relativistica, statistica e della materia), la fisica in contesto, il contributo delle Tecnologie dell’Informazione e della Comunicazione (TIC) per l’apprendimento scientifico e l’orientamento formativo (ProblemSolving per l’Orientamento Formativo disciplinare in fisica) per la formazione degli insegnanti e le attività di laboratorio sperimentale e didattico . http://www.fisica.uniud.it/URDF/laurea/pls3.htm,

4. LABORATORI DIDATTICI COME MODULI FORMATIVI DI COPROGETTAZIONE PER INSEGNANTI E STUDENTI I laboratori sono tutti di impostazione PLS(), basati sul coinvolgimento di insegnanti, nella co-progettazione di interventi di apprendimento, basati sull’esplorazione di situazioni problema, nell’attuazione di tali interventi, con il monitoraggio degli apprendimenti degli studenti personalmente impegnati in attività (hands-on e minds-on) basate su strategie e metodi qualificati da ampie sperimentazioni di ricerca didattica sull’apprendimento attivo. Essi differiscono per la durata delle fasi preparatorie, di sperimentazione e di valutazione e sono sviluppati sui temi diversi sia di fisica classica sia di fisica moderna 19 laboratori per le classi delle SSSS 13 laboratori per le classi della scuola di base Di diverso tipo

5. LABORATORI DIDATTICI NEL PROGETTO IDIFO4 • Laboratori PLS – Didattica Laboratoriale - 6-10 h di formazione generale e caratterizzante, 4-6 h di progettazione didattica, 16-8 h di sperimentazione in classe con studenti, 4-6 h di analisi dati e rielaborazione;

6. LABORATORI DIDATTICI NEL PROGETTO IDIFO4 • LabIDIFO4 – Laboratori di formazione insegnanti PLS - 14 h di formazione generale e caratterizzante, 5 h di progettazione didattica, 6 ore di sperimentazione in classe con studenti e 5 h di analisi dati e rielaborazione.

7. Principali Lab A in IDIFO4 per SSS Esperimenti di fisica avanzata Esperimento di F-H La misura del rapporto e/m

8. Principali Lab A in IDIFO4 per SSS Esperimenti di fisica avanzata La misura della velocità della luce: con il metodo dello spostamento di fase Effetto Ramsauer

9. Principali Lab A in IDIFO4 per SSS Lab A - Superconduttività Misure con sensori collegati in linea con l’elaboratore Presso UNIUD Esplorazione della superconduttività nelle scuole

10. LABORATORI DIDATTICI NEL PROGETTO IDIFO4 • Sono Laboratori di durata inferiore, adatti a singoli interventi coi ragazzi, i seguenti tipi di laboratorio cooperativi docenti universitari e secondari: • MasterClass– http://www.physicsmasterclasses.org/mc.htm • LabEXPLO– Attività esplorative di tipo operativo con studenti in contesti speciali ed informali (mostre, Laboratori dedicati) di 3 – 6 ore • CLOE – ConceptualLabs of Operative Exploration – Attività con studenti di esplorazione concettuale in contesti operativi per la scuola di base (1-3 ore).

11. LABORATORI DIDATTICI NEL PROGETTO IDIFO4 • Per la scuola superiore • 19 laboratori offerti di cui 12 attivati • 26 insegnanti coinvolti • 35 classi coinvolte in laboratori curricolari di 8 diversi istituti (Friuli, V.G., Veneto, Calabria) • 598 studenti coinvolti di cui oltre 530 degli ultimi due anni • Circa 100 studenti e 15 docenti coinvolti in laboratori brevi di tipo explo • Per la scuola di base • 13 laboratori offerti di cui 11 attivati • 36 insegnanti coinvolti di 21 scuole del Friuli V.G. • 34 classi coinvolte in laboratori curricolari di 21 diversi istituti • 779 studenti coinvolti di cui oltre 690 della scuola primaria e 89 sc. infanzia

12. Il Master IDIFO4 e il CP IDIFO4 • Il progetto prevede un’offerta formativa per insegnanti su tre livelli tutti certificati dall’UNIUD: • singoli moduli formativi di 3 cfu • un percorso formativo annuale in un Corso di Perfezionamento di 18 cfu (CP-IDIFO4) • un percorso biennale di Master di 60 cfu (M-IDIFO4).

13. MASTER M-IDIFO3 PER INSEGNANTI Master universitario di II livello in “Innovazione Didattica in Fisica e Orientamento” (M-IDIFO4) proposto come iniziativa congiunta delle Unità di Ricerca in Didattica della Fisica di 20 Università e centri di ricerca per il biennio aa.aa. 2012/2013 e 2013/14 presso l'Università degli Studi di Udine. • L’offerta didattica è articolata nelle seguenti macroaree: • FM - Fisica Moderna ed in particolare fisica quantistica e relativistica, • FCCS - Fisica in Contesti e Comunicazione della Scienza, • RTLM – Laboratori con sensori on-line e modellizzazione, • OR- Orientamento Formativo. • S&M – Strumenti e Metodi • SPER – Sperimentazione didattica a scuola • FIN – Preparazione della prova finale (Tesi)

14. CORSO DI PERFEZIONAMENTO CP-IDIFO4 PER INSEGNANTI CORSO DI PERFEZIONAMENTO CP-IDIFO4(18 cfu) Un percorso annuale di 4 moduli (12 cfu100 ore), 16 ore di sperimentazione didattica e Project Work finale. Codice CP-IDIFO4 - Piani didattici dei corsisti (certificazione) A Meccanica Quantistica e Orientamento – MQOR B Relatività e Orientamento – RelOR C Fisica Moderna e orientamento - FMOR D Innovazione Didattica e Orientamento - IDOR E Innovazione didattica e apprendimento - IDA

15. SEEFM La Scuola Estiva di Eccellenza per studenti delle scuole superiori sulla fisica moderna Quella del 22-27 luglio 2013 è la quarta edizione della Scuola estiva di Fisica Moderna organizzata dall’URDF dell’Università di Udine. Ha lo scopo di offrire agli studenti percorsi di apprendimento su argomenti di Elettromagnetismo e Fisica Moderna, quali Meccanica Quantistica, Fisica della Materia e Superconduttività, elettromagnetismo e elettrodinamica, spazi vettoriali e trasformazioni. • Le attività della Scuola Estiva prevedono: • conferenze e seminari, tenuti dai docenti delle Università e degli enti di ricerca collaboranti al Progetto IDIFO4 e da esperti nel campo della didattica della fisica moderna

16. SEEFM La Scuola Estiva di Eccellenza per studenti delle scuole superiori sulla fisica moderna • Le attività della Scuola Estiva prevedono: 1) percorsi di esplorazione attiva per mettersi in gioco esplorando esperimenti e possibili interpretazioni sui temi dell’elettromagnetismo, della meccanica quantistica e della superconduttività, della conduzione elettrica nei solidi, del concetto massa-energia in fisica moderna; 2) laboratorio sperimentale a gruppi su esperimenti di avanguardia e cruciali per la fondazione delle due nuove teorie dell’ultimo secolo, come la meccanica quantistica e la relatività, con modalità in presenza e diretta conduzione delle misure a gruppi nei Laboratori di Fisica dell’Università di Udine;

17. SEEFM La Scuola Estiva di Eccellenza per studenti delle scuole superiori sulla fisica moderna 3) laboratorio di calcolo numerico per cimentarsi nella fisica computazionale; 4) laboratorio di matematica per fondare con l’algebra lineare, le trasformazioni nel piano ed i numeri complessi le basi formali della meccanica quantistica, introdotta in termini fenomenologici; 5) problemsolving, test, sfide e gare sui concetti affrontati; 6) seminari su temi di avanguardia della ricerca in matematica ed in fisica, tenuti da alcuni dei più illustri esponenti della ricerca in tali ambiti a livello internazionale: particolarmente significativo è il contributo dei docenti della Sezione di Fisica del Dipartimento di Chimica, Fisica ed Ambiente e della Scuola Superiore dell’Università di Udine, del Dipartimento di Fisica e del Centro di simulazione numerica Democritos dell’Università di Trieste;

18. SEEFM La Scuola Estiva di Eccellenza per studenti delle scuole superiori sulla fisica moderna Ogni attività è parte di un percorso organico di formazione sui principali temi della fisica moderna: uno stretto coordinamento tra tutti i docenti ha permesso di mettere a punto i materiali utilizzati, che sono la ricaduta didattica di anni di ricerca. Gli esperimenti proposti costituiscono spesso prototipi o esemplari unici di esperimenti di fisica moderna a livello europeo.

19. SEEFM La Scuola Estiva di Eccellenza per studenti delle scuole superiori sulla fisica moderna • Tutta l’attività della Scuola Estiva è seguita a tre livelli: • studenti universitari • insegnanti di fisica esperti • ricercatori universitari. • Sono infatti presenti, accanto agli studenti partecipanti: due docenti per ogni attività, quattro dottorandi di ricerca in didattica della fisica, due post-doc, tre insegnanti di scuola secondaria, tre studenti della Scuola Superiore di eccellenza dell’Università di Udine, uno studente universitario di altra sede e 4 tecnici, oltre al personale di segreteria.

20. SEEFM La Scuola Estiva di Eccellenza per studenti delle scuole superiori sulla fisica moderna La dimensione di ricerca caratterizza la Scuola Estiva. Materiali di riferimento costituiranno supporto alle attività e documentazione del lavoro svolto nella scuola Schede di lavoro consentiranno di monitorare e analizzare il processo di apprendimento nei diversi percorso formativi sviluppati Le specifiche competenze acquisite saranno certificate secondo metodi di valutazione validati a livello internazionale. Attestazioni specifiche verranno rilasciate anche per le gare.

21. SEEFM La Scuola Estiva di Eccellenza per studenti delle scuole superiori sulla fisica moderna Nello zainetto della scuola vengono inseriti: il catalogo di esplorazioni sperimentali sull’elettromagnetismo e sulla polarizzazione ottica come preludio alla meccanica quantistica, un libretto sulla meccanica quantistica, la presentazione degli esperimenti di laboratorio e dei percorsi di meccanica quantistica e superconduttività. I materiali di supporto ai seminari e le schede InquiredBased Learning (IBL) relative alle specifiche attività verranno distribuite al momento in cui saranno utilizzate. Le schede IBL devono essere compilate individualmente.

22. SEEFM La Scuola Estiva di Eccellenza per studenti delle scuole superiori sulla fisica moderna È necessario attestare la presenza ad ogni attività, firmando gli appositi registri per ogni modulo di attività. Ogni percorso esplorativo e l’attività di laboratorio costituiscono Laboratori PLS da valutare in rete telematica, come l’intera Scuola, che si configura come stage PLS. In aula multimediale saranno dedicati momenti specifici per queste valutazioni venerdì, come indicato in programma. Abbiamo diversi valutatori che seguono le attività della Scuola: un autorevole rappresentante del MIUR, due insegnanti dell’Associazione per l’Insegnamento della Fisica (AIF), un insegnante in formazione e 4 studenti universitari.

23. SEEFM La Scuola Estiva di Eccellenza per studenti delle scuole superiori sulla fisica moderna • Per la valutazione verranno svolte interviste ed effettuati i seguenti quattro tipi di analisi: • quella nel merito degli apprendimenti con le schede IBL , da consegnare al termine di ogni attività, • quella del questionario PLS da effettuare in rete telematica per ogni laboratorio e per l’intera scuola, che verrà effettuata venerdì nel tardo pomeriggio • quella dettagliata in merito ai pareri degli studenti sulle attività svolte, da compilare in formato cartaceo e consegnare sabato mattina 27 luglio, al momento di ritirare gli attestati di partecipazione; • Quella delle presentazioni degli studenti il sabato mattina sui compiti assegnati.

24. SEEFM La Scuola Estiva di Eccellenza per studenti delle scuole superiori sulla fisica moderna Cercando di distribuire gli studenti per età e provenienza, sono stati organizzati i gruppi di Laboratoriosperimentale e laboratori didattici. Le attività di Laboratorio avanzato (LSG in programma) sono organizzate per gruppi di 4-5 studenti che lavorano con un docente – tutor (LR1-8) su 4 coppie di attività sperimentali. Le turnazioni che permettono a tutti di fare gli esperimenti sono organizzate in una tabella disponibile nello zaino di ciascuno. Le postazioni di lavoro sono fissate e ruotano i gruppi degli studenti sulle diverse postazioni. Avrete così modo di vivere esperienze formative diverse con persone diverse, conoscendovi meglio in diverse circostanze. Abbiamo previsto alcune attività necessarie, come la formazione sulla sicurezza nei laboratori e ludiche di fisica anche la sera: non sono troppe, speriamo siate disponibili … Durante la settimana chiariremo gradualmente le caratteristiche del report finale previsto per ciascun gruppo di attività.

25. SEEFM La Scuola Estiva di Eccellenza per studenti delle scuole superiori sulla fisica moderna Totale domande pervenute: 314 Ammessi alla selezione 306 Esclusi per documentazione incompleta 5 Esclusi perché non rispondenti ai requisiti (classe 3) 2 Esclusi per presentazione in ritardo della domanda 1

26. SEEFM La Scuola Estiva di Eccellenza per studenti delle scuole superiori sulla fisica moderna

27. IV: 20- V: 7(3) IV: 3- V: 4 IV: 4 - V: 2 (6) IV: 16- V: 6(2) IV: 11 - V: 4(2) IV: 4- V: 1 (1) IV: 3- V: 6 (1) IV: 11- V: 3 (1) IV: 30- V: 6 (3) IV: 40 - V: 19 (2) IV: 27- V: 14 (3) IV: 1- V: 1 (1) IV: 6- V: 8 (1) IV: 14-V; 5 (5) Domande di partecipazione alla scuola SEEFM IV: 10 – V:2 (2) IV: 4- V: 1 (1) IV: 9- V: 5 (1) IV: 6- V: 2 (1)

28. SEEFM La Scuola Estiva di Eccellenza per studenti delle scuole superiori sulla fisica moderna Media: 8,5; dev st:0,7

29. SEEFM La Scuola Estiva di Eccellenza per studenti delle scuole superiori sulla fisica moderna Media classi 4: 8,4 ; dev.st: 0,7 Media classi 5: 8,5; dev st.: 0,8

30. Un ringraziamento a chi ha reso possibile la realizzazione di SEEFM • il PLS e i suoi responsabili nazionali prof. Nicola Vittorio e Josette Immè • il MIUR- Direzione Generale dello Studente e degli Ordinamenti Scolastici • l’Università di Udine ed in particolare la Scuola Superiore, il CIRD ed il DCFA, • l’Università di Trieste, ed il Gruppo di Simulazioni numeriche della stessa Università di Trieste • i colleghi dell’ICTP di Trieste e del Sincrotrone Elettra • l’ERDISU di Udine ed in particolare la dott. Magda Uliana • la Fondazione CRUP, la Ditta FliulService e le banche locali, i colleghi ed il personale del CIRD e del Dipartimento di Chimica Fisica e Ambiente • l’Unità di Ricerca in Didattica della Fisica • i tecnici Domelio Da Rù, Filippo Pascolo, Alberto Sabatini e Giorgio Salemi dell’Università di Udine.

31. Un ringraziamento a chi ha reso possibile la realizzazione di SEEFM Oltre ai colleghi delle 20 università che sostengono il Progetto IDIFO4, ci hanno aiutato in molti: non riusciamo a nominarli tutti, scusateci. Non posso tuttavia mancare di ricordare i colleghi di matematica ed in particolare il prof. Pietro Corvaja, che ha voluto condividere la sfida che questa Scuola rappresenta, assieme ai 4 studenti della Scuola Superiore Gaetano Costa, Stefano Granello, Stefano Grasso. Siamo grati ai colleghi dell’AIF e quelli del nostro Gruppo di Ricerca (URDF): Ilario Boscolo, Giuseppe Fera, Mario Gervasio, Emanuele Pugliese, Alberto Stefanel, Stefano Vercellati, Giacomo Zuccarini, che nelle ultime settimane hanno lavorato giorno e notte tutti assieme per dividersi la grande mole di lavoro preparatorio alla Scuola. Un ringraziamento particolare va alla segreteria del DCFA e all’instancabile amica Donatella Ceccolin del CIRD, senza la quale non saremmo riusciti nell’impresa. Siamo molto grati anche a Gino Capellari del servizio prevenzione e sicurezza di Ateneo, che ci ha organizzato la formazione per noi stessi e gli studenti partecipanti.

32. Il più grande ringraziamento va a voi studenti partecipanti che con il vostro interesse ed impegno motivate il nostro entusiasmo