Dal l a po l a r i z zaz i one de l l a l uc e ag l i s t a t i quan t i c i de l l a mater ia “pas sando” per i f o ton i in un ITIS d i Scampia
Maria Moretti Master IDIFO
La comunicazione riguardaLa comunicazione riguarda
Risultat i di una Risultat i di una
sperimentazione sperimentazione
didatt icadidatt ica
Esito Esito
del l ’esperienza del l ’esperienza
di formazione di formazione
come insegnante come insegnante
borsista borsista
Master IDIFOMaster IDIFO
Condotta come Condotta come
studio di studio di
fatt ibi l i tàfatt ibi l i tà
Sull ’ insegnamentSul l ’ insegnament
o o
del la MQ del la MQ
in in un un ITIS ITIS
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Master MMaster M--IDIFOIDIFO Corso di formazione per insegnanti su
Innovazione Didattica in Fisica
e Orientamento
Coordinamento Università di
Udine
18 atenei cooperanti
Corsi in rete e/o in presenza
OFFerta didattica di 60
cfu/135 cfu
9 cfu di Meccanica
Quantistica
3 corsi di 3cfu ciascuno
Aspetti epistemologici (FM)
Analisi critica su nodi
concettuali
Percorsi didattici
basati sulla ricerca
Innovazione e progettazione
didattica
Sperimentazione in classe
Validare le proposte e
indagare su processi
d’apprendimento
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Formazione scelta su MQFormazione scelta su MQ
Michel iniMichel ini M M -- Stefanel AStefanel A
1.1. IL NUOVO MODO DI PENSARE DELLA IL NUOVO MODO DI PENSARE DELLA
FISICA QUANTISTICA E IL FORMALISMO FISICA QUANTISTICA E IL FORMALISMO
DI DIRACDI DIRAC
2.2. NODI CONCETTUALI DELLA MQ NODI CONCETTUALI DELLA MQ
3.3. PROPOSTE DIDATTICHE DI FISICA PROPOSTE DIDATTICHE DI FISICA
QUANTISTICA: ANALISI COMPARATA QUANTISTICA: ANALISI COMPARATA
4.4. SCUOLA ESTIVA NAZIONALE DI FISICA SCUOLA ESTIVA NAZIONALE DI FISICA
MODERNA PER TALENTI Udine 2011MODERNA PER TALENTI Udine 2011
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Le scelte di fondo Approccio alla Dirac
Fotoni polar izzat i l inearmente con
f i l t r i polaroid, possono essere
descri t t i quantist icamente
associando, a stat i di polar izzazione
ortogonali , del le proprietà che ne
definiscono lo stato quantico, e
introducendo i l pr incipio di
sovrapposizione l ineare per
descrivere i l fotone in un qualunque
altro stato di polar izzazione
La La proposta didatt ica al la base proposta didatt ica al la base
del la del la formazione in formazione in MQMQ
Affrontare i nuclei concettuali Affrontare i nuclei concettuali
piuttosto che raccontare
passi storici della MQ
Ricorrere alla rappresentazione
iconografica
per introdurre il formalismo
Esplorare come
contesto fenomenologico
la polarizzazione della luce
Focalizzare la trattazione teorica
concetto di stato quantico
principio di sovrapposizione lineare
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Click per
continuare
PassaggiPassaggi--chiave del chiave del
percorsopercorso esperimenti esplorativi su
interazione luce - polaroid
legge di Malus
esperimenti ideali a singolo
fotone
linguaggio iconografico
nell’analisi di esperimenti
ideali
analisi di situazioni con
esiti certi e aleatori
analisi di ipotesi interpretative
sui fotoni polarizzati a 45°
costruzione operativa della
polarizzazione
legge di Malus
stato di polarizzazione e proprietà
fisica fotone
interpretazione probabilistica
della legge di Malus
concetto di stato quantico
polarizzazione - proprietà
dinamica
sistema quantistico
proprietà mutuamente esclusive
proprietà incompatibili
misura come transizione di stato
principio di sovrapposizione
lineare
indeterminismo non epistemico
identità dei sistemi quantistici
principio d’indeterminazione
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Il contestoIl contesto Istituto Tecnico Industriale ″Galileo Ferraris″di
Scampia
Classe V - 12 studenti (2 ragazze e 10 ragazzi)
Indirizzo Elettronica e Telecomunicazioni
Sperimentazione effettuata nel corso di
Telecomunicazioni
doc. acc. Prof. Giovanni Ciardo 10 ore in orario curricolare
2 h X 5 settimane (febbraio/marzo 2012)
8 incontri laboratorio attivo - 1 di
riepilogo/restituzione finale Prerequisiti
Fisica di base (primo biennio)
Cenni su argomenti di FM non sistematici
(motivazione)
Prerequisiti
Fisica di base (primo biennio)
Cenni su argomenti di FM non sistematici
(motivazione)
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I l lavoro in classeIl lavoro in classe fasi fasi -- strategie strategie -- metodimetodi
A N A L I S I D I S I T U A Z I O N I I D E A L IA N A L I S I D I S I T U A Z I O N I I D E A L I
i n t r o d u z i o n e a i p r o b l e m i c o n c e t t u a l i
a t t i v i t à i n d i v i d u a l e e / o a p i c c o l i g r u p p i b a s a t e
s u s t i m o l i e s u g g e r i m e n t i d e i t u t o r i a l
R I E P I L O G O E R E S T I T U Z I O N E D E I R I S U LTAT I AG L I R I E P I L O G O E R E S T I T U Z I O N E D E I R I S U LTAT I AG L I
S T U D E N T I S T U D E N T I
I N T R O D U Z I O N E I N T R O D U Z I O N E
• l e 6 i d e e c h i a ve n e l l ’ e vo l u z i o n e s t o r i c a d e l l a M Q
• p r e s e n t a z i o n e d e l l a s p e r i m e n t a z i o n e e c o n c e t t i
c a r d i n e
E S P L O R A Z I O N E D E L L A F E N O M E N O L O G I A E S P L O R A Z I O N E D E L L A F E N O M E N O L O G I A
D E L L A L U C E P O L A R I Z Z ATAD E L L A L U C E P O L A R I Z Z ATA
- s u l l a l a va g n a l u m i n o s a a g r a n d e g r u p p o
- a p i c c o l i g r u p p i c o n k i t d i d a t t i c o e u s o d i t u t o r i a l
- r i e p i l o g o a g r a n d e g r u p p o
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TestimonianzeTestimonianze
La classeLa classe
Esplorazione Esplorazione
fenomenologicafenomenologica
CompilazioCompilazio
ne tutorialne tutorial
La lezioneLa lezione
Esempio di tutorialEsempio di tutorial
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Strumenti Strumenti
e metodi per l’analisi dati e metodi per l’analisi dati
StrumentiStrumenti
•• Script degli studentiScript degli studenti
•• IntervisteInterviste
•• Video analisi dei lavori di gruppo e delle Video analisi dei lavori di gruppo e delle
discussioni collettivediscussioni collettive
Analisi con metodologie della ricerca
qualitativa
Creazione di un DB di tutte le risposteCreazione di un DB di tutte le risposte
Identificazione di classi di risposteIdentificazione di classi di risposte
Strutturazione degli esiti in ciascuna Strutturazione degli esiti in ciascuna
classeclasse
Discussione e risultatiDiscussione e risultati
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Analisi Scheda 5 - Dall'esperimento di Malus alla
situazione ideale
Un fascio di luce polarizzata di intensità Io incide su un Polaroid, il cui
coefficiente di trasmissione é T. Sperimentalmente si è trovato che
l'intensità della luce trasmessa è data da:
A1. Quali aspetti della fenomenologia sono descritti dal coefficiente T (il
significato fisico di T)?
intensità della trasmissione 1
indice di trasmissione 1
Diminuzione IT [intensità luce trasmessa] È una costante che varia con cos2
10
IT()=Io T cos2
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• Tutti rinunciano a un’analisi della grandezza fisica a
favore dell’assunzione di un suo valore in condizioni
ideali
• La semplificazione di calcolo è il solo punto di vista
degli studenti
• Il contesto ideale è esplicitamente privilegiato da molti
A1.2 Il suo (T) valore sperimentale è sempre: > 1; < 1; = 1? Motiva
la risposta
• Il fattore cos2 ha per gli studenti un ruolo
funzionale (di probabilità)
• Non viene associato alla specifica fenomenologia
della polarizzazione
Analisi Scheda 5 - Dall'esperimento di Malus alla
situazione ideale
A2 Quale aspetto della fenomenologia è descritto dal fattore cos2?
T=1 perché … "il calcolo viene semplificato" … per … 12
"ragionare sull'esperimento ideale" 7
"ragionare sulla formula" 5
il fattore cos2 descrive una "probabilità di passaggio" dei singoli enti microscopici coinvolti nel processo
9
non risponde 3
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C2.. Nel caso di polaroid reali (es. T=0.7) è possibile avere
una probabilità di trasmissione:
C2.1 uguale a 1? Spiegare.
C2.2. uguale a 0? Spiegare
Analisi Scheda 5 - Dall'esperimento di Malus
alla situazione ideale
A) P=1 "solo nel caso ideale"; P=0 "nel caso quando i fotoni sono di proprietà ∆"
3
B) P=1 "solo nel caso ideale"; P=0 "nel caso in cui i fotoni sono di proprietà ∆ (con T=0,7 ad esempio) e il polaroid con proprietà
3
C) P=1 "Solo nel caso ideale"; P=0 "nel caso quando i fotoni sono di proprietà 1
3
D) P=1 e P=0 solo nel caso ideale quando T=1 2
Quattro tipologie di risposte, da cui rileviamo un solo
aspetto importante:
I polaroid con definita direzione di trasmissione vengono
indicati come polaroid cha hanno la proprietà dei fotoni che
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B1. N fotoni filtrati da un Polaroid V,
incidono su un polaroid ideale (T=1)
F2 a 45°.
B1.1 Qual è il numero NT dei fotoni
che vengono trasmessi da F2? NT
=
….. gli studenti riportano i valori attesi, da cui emerge la comprensione
operativa della fenomenologia e del contesto ideale/reale considerato
C.1.1 Qual è la
probabilità che un
fotone del fascio venga
trasmesso dal Polaroid
reale (T=0,7):
con direzione permessa
V? O? a 45°? L'analisi del caso reale viene gestito coerentemente (1
solo caso di difficoltà)
alle domande sulla fenomenologia (N fotoni trasmessi) e sulla probabilità
di trasmissione dei fotoni
Risposte: N/2
Risposte: 70-0-35 % (11/12); 70-0-70 % (1/12);
Analisi Scheda 5- Dall'esperimento di Malus alla situazione ideale XCVIIXCVII
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N
F1 F2
V 45°
N
V 45°
Analisi Scheda 9- IPOTESI INTERPRETATIVE. Analisi Scheda 9- IPOTESI INTERPRETATIVE.
Proprietà incompatibili. Proprietà mutuamente esclusive.
Le previsioni
degli esiti
sperimentali
dell’interazione
con un polaroid
a 45° di un
fascio di fotoni
polarizzati a
45° ….
….e di una
miscela
statistica
formata da due
sottoinsiemi
disgiunti (metà
di fotoni V e
metà di fotoni
H) ….
…..sono tutte N e N/2 rispettivamente, aspetto che ancora
una volta indica la padronanza della fenomenologia.
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Sintesi sui dati Sintesi sui dati
sperimentalisperimentali raggiungimento degli
obiettivi conoscitivi
insistere sulla costruzione significato fisico
delle grandezze e il legame della
formalizzazione con la fenomenologia per farli
emergere come referenti concettuali
manca il riconoscimento
del ruolo fisico delle
grandezze
operatori di
trasformazione
corretta gestione
della fenomenologia
in termini di
operatori funzionali
sicurezza acquisita
nel fare previsioni
ma non in termini di
significati fisici
degli enti formali
con cui rappresentare i
concetti
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In particolareIn particolare
T cos2 come unico fattore di modulazione dell’intensità
analisi sistemica dei processi input/output e ″scatola nera″
formale che determina la modificazione
e m e r g e f o r m a z i o n e p r o f e s s i o n a l e i n t e r m i n i d i
c o m p e t e n z a e p r o s p e t t i v a i n c u i s i p o n g o n o g l i s t u d e n t i
l’attribuzione delle proprietà
indistintamente a
polaroid e fotoni
nasconde un passaggio incompleto dall'operatività
dell’esplorazione fenomenologica al piano interpretativo
e m e r g e c o m e b i s o g n o u n m a g g i o r e s o s t e g n o p e r f a v o r i r e i l r a c c o r d o
t r a i l p i a n o d e s c r i t t i v o e q u e l l o i n t e r p r e t a t i v o
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Conclusioni
sperimentazione •• RRealizzabile con materiale facilmente reperibile (CIRD ealizzabile con materiale facilmente reperibile (CIRD
-- Udine) Udine)
•• Spendibile in ogni tipo di scuola superiore di II grado Spendibile in ogni tipo di scuola superiore di II grado
•• Consente diConsente di
•• Affrontare temi coinvolgenti per i ragazziAffrontare temi coinvolgenti per i ragazzi
•• Fare da ponte tra fenomenologia e mondo Fare da ponte tra fenomenologia e mondo
microscopicomicroscopico
•• Preparare alla trattazione formale della MQPreparare alla trattazione formale della MQ
•• Introdurre la FM Introdurre la FM prima di aver completato tutta la prima di aver completato tutta la
FCFC
•• Approcciare Approcciare micromondomicromondo esplorando esplorando
fenomenologia riproducibilefenomenologia riproducibile
•• Andare oltre l’approccio discorsivo poco efficace Andare oltre l’approccio discorsivo poco efficace
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Master come Master come
opportunitàopportunità • Percorso formativo personalizzato e
specializzato
• Esigenze formative (contenuti/metodi)
• Acquisizione competenze spendibili nella
pratica didattica
• Formazione in rete
• Facilità di accesso a materiale selezionato
(approfondimento/aggiornamento)
• Partecipazione a un dibattito aperto e costruttivo
su aspetti critici e nodi concettuali della MQ (in
funzione di progettazione e sperimentazione)
• Sviluppo di maggiori capacità critiche
• Rischio di dispersione nell’organizzazione del
materiale
• Limitato dall’azione di tutoring da parte del
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GRAZIE Maria Moretti
Liceo Scientifico Statale ″Vincenzo Cuoco″ - Napoli
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