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A. Ventura (Università del Salento) – Elettromagnetismo e Circuiti – 12/12/2013 Convegno PLS Napoli 2013 Elettromagnetismo e Circuiti uno dei Laboratori.

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1 A. Ventura (Università del Salento) – Elettromagnetismo e Circuiti – 12/12/2013 Convegno PLS Napoli 2013 Elettromagnetismo e Circuiti uno dei Laboratori PLS di Fisica a Lecce Andrea Ventura Dipartimento di Matematica e Fisica “E. De Giorgi” Università del Salento Convegno Scientifico sul PLS Città della Scienza (Napoli) – 12 e 13 Dicembre 2013

2 A. Ventura (Università del Salento) – Elettromagnetismo e Circuiti – 12/12/2013 Convegno PLS Napoli Il Piano Lauree Scientifiche di Fisica a Lecce I Laboratori PLS prevedono una fase teorica introduttiva, una di progettazione di esperienze di laboratorio insieme ai docenti delle scuole, la loro realizzazione e esecuzione, una fase in cui l'esperienza è portata in classe e la fase finale di discussione e presentazione dei risultati. Sezione di Lecce Personale dell’Università del Salento coinvolto nel PLS e nel 2012/13: Paolo Bernardini, Giovanni Buccolieri, Maria Luisa De Giorgi, Marcella D’Elia, Sergio Fonti, Luca Girlanda, Edoardo Gorini, Luigi Martina, Vincenzo Orofino, Fabio Paladini, Francesco Strafella, Andrea Ventura Ex-collegio Fiorini Università del Salento

3 A. Ventura (Università del Salento) – Elettromagnetismo e Circuiti – 12/12/2013 Convegno PLS Napoli Laboratori PLS proposti alle scuole superiori Elenco delle Scuole nel PLS-Fisica 2012/13 Liceo Scientifico “F. Capece” – Maglie (Le) Liceo Scientifico "De Giorgi" – Lecce Liceo Scientifico "Q. Ennio" – Gallipoli (Le) Liceo Scientifico "G. Ferraris" – Taranto IISS "E. Ferdinando" – Mesagne (Br) ITIS "E. Fermi" – Lecce Liceo Scientifico "G. Galilei“ – Nardò (Le) ITT "Giorgi" – Brindisi ITIS "E. Mattei" – Maglie (Le) Liceo delle Scienze Umane “A. Moro” – Maglie (Le) Liceo Classico "G. Palmieri" – Lecce Liceo Scientifico “Pepe Calamo” – Ostuni (Br) Liceo Polivalente "Q. Punzi“ – Cisternino (Br) Liceo Scientifico "G. Stampacchia" – Tricase (Le) IISS "S. Trinchese“ – Martano (Le) Liceo Scientifico "G. C. Vanini“ – Casarano (Le) Liceo Classico "Virgilio“ – Lecce Nell’ambito del PLS di Fisica a Lecce da alcuni anni alle scuole delle province di Brindisi, Lecce e Taranto viene proposta una serie di Laboratori, realizzati secondo le direttive del Progetto: Elettromagnetismo e Circuiti Elettromagnetismo e Circuiti Fisica Ambientale Fisica Ambientale Introduzione alla Fisica Moderna Introduzione alla Fisica Moderna Ottica Ottica Spettroscopia applicata all’Astrofisica Spettroscopia applicata all’Astrofisica Termologia e Termodinamica Termologia e Termodinamica

4 A. Ventura (Università del Salento) – Elettromagnetismo e Circuiti – 12/12/2013 Convegno PLS Napoli Il Laboratorio di Elettromagnetismo e Circuiti “Elettromagnetismo e Circuiti” è uno dei Laboratori PLS di Fisica istituiti presso l’Università del Salento. Sorto dall’esigenza di colmare lacune nella strumentazione scolastica ed aumentare la visibilità del Corso di Laurea in Fisica presso gli studenti delle superiori, il Laboratorio si è configurato a partire dall’anno scolastico/accademico 2010/11 secondo le Linee Guida del PLS. completare empirica L’obiettivo specifico di questo Laboratorio è di completare l’apprendimento dell’elettromagnetismo con una dimensione empirica, che riscontra notevole interesse ed entusiasmo da parte sia degli studenti che degli insegnanti delle scuole partecipanti. licei scientificiistituti tecnici In base alla disponibilità fornita dalle scuole superiori nel quadro dell’offerta formativa, negli ultimi tre anni il Laboratorio ha coinvolto un numero di studenti variabile tra i 15 e i 40, provenienti da un minimo di due scuole a un massimo di sei. Normalmente si tratta di licei scientifici e di istituti tecnici.

5 A. Ventura (Università del Salento) – Elettromagnetismo e Circuiti – 12/12/2013 Convegno PLS Napoli Negli ultimi anni il Laboratorio PLS di Elettromagnetismo e Circuiti è stato avviato attorno alla metà di dicembre. due lezioni frontali Gli argomenti da affrontare nel Laboratorio a quel punto dell’anno scolastico non sono ancora stati trattati a lezione dagli insegnanti, per cui, subito dopo l’iniziale riunione di coordinamento tra i docenti del Dipartimento e gli insegnanti delle Scuole, occorrono due lezioni frontali introduttive. esperienzein laboratorio In queste lezioni, con adeguato rigore ma senza eccessivo dettaglio, vengono descritte le leggi fisiche da verificare, per poi illustrare le varie fasi delle esperienze da svolgere in laboratorio negli incontri successivi. Organizzazione del Laboratorio

6 A. Ventura (Università del Salento) – Elettromagnetismo e Circuiti – 12/12/2013 Convegno PLS Napoli Guida ai Laboratori PLS Laboratori PLS Come anche per gli altri Laboratori PLS proposti a Lecce, le esperienze didattiche del Laboratorio di Elettromagnetismo e Circuiti sono illustrate in una guida (fornita agli studenti sia in formato digitale che cartaceo), utile all’impostazione ed allo svolgimento di tutte le attività laboratoriali.

7 A. Ventura (Università del Salento) – Elettromagnetismo e Circuiti – 12/12/2013 Convegno PLS Napoli ROOT Viene inoltre proposto un breve tutorial seguito da un’esercitazione su un software di analisi dati (il pacchetto ROOT fornito gratuitamente dal CERN) per rappresentare i dati sperimentali raccolti e adattarli a generiche funzioni matematiche. MicroSoft EXCEL Tale proposta viene di norma accolta dagli studenti che abbiano già acquisito elementi di programmazione al computer: in alternativa si procede all’impiego di altre soluzioni come il più popolare MicroSoft EXCEL. Le lezioni iniziali sono svolte in un’aula multimediale del Dipartimento, con videoconnessione in favore degli istituti aventi maggiori problemi di spostamento. Strumenti per l’analisi dei dati Agli studenti sono fornite in omaggio delle chiavette USB (da 4 GB) personalizzate per conservare ed elaborare i dati che saranno raccolti in laboratorio.

8 A. Ventura (Università del Salento) – Elettromagnetismo e Circuiti – 12/12/2013 Convegno PLS Napoli sei Il Laboratorio di Elettromagnetismo e Circuiti verte su sei esperienze didattiche, ciascuna organizzata in modo da essere svolta in un tempo di circa 1.5 ore da un gruppo di 3-4 studenti: l’esperienza di Millikan, il catino elettrolitico, la scarica del condensatore, l’oscilloscopio didattico, il sistema molla-magnete, il solenoide attraversato da corrente. Le esperienze del laboratorio

9 A. Ventura (Università del Salento) – Elettromagnetismo e Circuiti – 12/12/2013 Convegno PLS Napoli L’esperienza di Millikan Obiettivo Obiettivo: verificare la quantizzazione della carica elettrica. videocamera computer La raccolta dei dati è agevolata dall’impiego di un’interfaccia tra una videocamera e un computer.

10 A. Ventura (Università del Salento) – Elettromagnetismo e Circuiti – 12/12/2013 Convegno PLS Napoli Il catino elettrolitico Obiettivolinee equipotenziali elettrodi Obiettivo: rappresentare le linee equipotenziali di campi elettrici in un sistema di due elettrodi con una definita geometria (cariche di tipo puntiforme o distribuzioni lineari di carica). È un’esperienza di tipo qualitativo.

11 A. Ventura (Università del Salento) – Elettromagnetismo e Circuiti – 12/12/2013 Convegno PLS Napoli La scarica del condensatore Obiettivotempo di scarica circuito RC Obiettivo: misurare il tempo di scarica e verificarne la relazione con resistenza e capacità in un circuito RC.

12 A. Ventura (Università del Salento) – Elettromagnetismo e Circuiti – 12/12/2013 Convegno PLS Napoli L’oscilloscopio didattico Obiettivoforza di Lorentzcorrente campo magnetico Obiettivo: caratterizzare la forza di Lorentz al variare della corrente e del campo magnetico.

13 A. Ventura (Università del Salento) – Elettromagnetismo e Circuiti – 12/12/2013 Convegno PLS Napoli Il sistema molla-magnete Obiettivoinduzione elettromagnetica Obiettivo: studiare l’induzione elettromagnetica e metterla in relazione con altri fenomeni elettromeccanici. sensore di tensione computer Il sistema è analizzato tramite un sensore di tensione interfacciato con un computer per l’acquisizione dei dati.

14 A. Ventura (Università del Salento) – Elettromagnetismo e Circuiti – 12/12/2013 Convegno PLS Napoli Il solenoide attraversato da corrente Obiettivocampo magnetico permeabilità magnetica Obiettivo: misurare il campo magnetico associato e stimare la permeabilità magnetica in aria

15 A. Ventura (Università del Salento) – Elettromagnetismo e Circuiti – 12/12/2013 Convegno PLS Napoli Ciascun gruppo di studenti svolge le sei esperienze due alla volta nell’arco di tre incontri pomeridiani in laboratorio (di 3-4 ore), in base a un calendario prestabilito secondo una rotazione dei vari gruppi. Concluse le attività in laboratorio, ciascun gruppo prepara e consegna per ogni esperienza realizzata una relazione, completa di analisi dei dati raccolti e di opportune considerazioni finali (la consegna può avvenire in forma cartacea o digitale). Le relazioni vengono corrette dai docenti e discusse con gli studenti in un successivo incontro durante il quale, Discussione e valutazione dei risultati di comune accordo con i docenti, gli studenti individuano una o due esperienze da approfondire ulteriormente. A tal riguardo gli studenti preparano una presentazione dettagliata (di trasparenze), da esporre nell’incontro conclusivo, e dalla quale emergono ulteriori elementi di valutazione.

16 A. Ventura (Università del Salento) – Elettromagnetismo e Circuiti – 12/12/2013 Convegno PLS Napoli L’incontro conclusivo è incluso nelle “giornate di condivisione del PLS di Fisica”, durante le quali viene mostrata a tutti i partecipanti del Progetto una selezione delle presentazioni rappresentative di tutte le sei esperienze di laboratorio. Agli studenti valutati positivamente viene rilasciato l’attestato di partecipazione al Laboratorio di “Elettromagnetismo e Circuiti”. Giornate di condivisione del PLS di Fisica L’attestato di partecipazione al PLS è valido per ottenere due CFU, spendibili in caso di iscrizione al Corso di Laurea in Fisica a Lecce. La partecipazione al PLS è inoltre un titolo valutato anche in selezioni basate sul merito aperte a tutti gli studenti iscritti al Corso di Laurea (ad esempio un recente viaggio al CERN).

17 A. Ventura (Università del Salento) – Elettromagnetismo e Circuiti – 12/12/2013 Convegno PLS Napoli Elettromagnetismo e Circuiti Grazie alla dedizione degli insegnanti ed all'entusiasmo degli studenti, i contenuti del Laboratorio di “Elettromagnetismo e Circuiti”, come pure degli altri Laboratori PLS, sono stati recepiti in maniera più che soddisfacente. L’impatto in termini di qualità degli iscritti al Corso di Laurea in Fisica a Lecce è positivo: negli ultimi anni la percentuale di iscritti provenienti dal PLS è passata dal 10% al 20% circa. Tra le criticità riscontrate vanno segnalati alcuni problemi logistici (per fortuna non insormontabili), tra cui il fatto che alcuni istituti, soprattutto i più distanti, pur col sostegno dei fondi PLS, hanno avuto difficoltà a coprire i costi dei trasporti per tutti gli incontri, per cui talvolta gli studenti per spostarsi si sono dovuti organizzare autonomamente. Alcune considerazioni generali

18 A. Ventura (Università del Salento) – Elettromagnetismo e Circuiti – 12/12/2013 Convegno PLS Napoli Per il futuro si intende migliorare o sostituire alcune esperienze didattiche, nella direzione di favorire al massimo la fruibilità da parte degli studenti. Si intende monitorare e analizzare nel corso degli anni le loro scelte universitarie, per ottenere così un riscontro dell'efficacia del lavoro di orientamento svolto. Conclusioni e prospettive Giornate conclusive PLS di Fisica Lecce, aprile 2012 Per l’anno scolastico 2013/14, l’azione del PLS potrà migliorare ulteriormente anche grazie all’iniziative di alcune scuole che hanno attivato dei PON in ambito C2 specificamente dedicati ai Laboratori PLS di Fisica.

19 A. Ventura (Università del Salento) – Elettromagnetismo e Circuiti – 12/12/2013 Convegno PLS Napoli Grazie dell’attenzione! Dipartimento di Matematica e Fisica “Ennio De Giorgi” Università del Salento Giornate conclusive PLS di Fisica Lecce, 11 aprile 2013


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