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Uso di immagini nella didattica della fisica Gabriella Monroy Dipartimento di Scienze Fisiche. Università di Napoli Federico II.

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Presentazione sul tema: "Uso di immagini nella didattica della fisica Gabriella Monroy Dipartimento di Scienze Fisiche. Università di Napoli Federico II."— Transcript della presentazione:

1 Uso di immagini nella didattica della fisica Gabriella Monroy Dipartimento di Scienze Fisiche. Università di Napoli Federico II

2 In questo seminario Situazione Immagini statiche (su carta) e dinamiche (web, gif,..). Questioni di ricerca Immagini statiche: efficacia didattica. Risultati di ricerca Immagini dinamiche. Risultati di ricerca Proposte didattiche per superare difficolta di apprendimento con uso di Cabrì Geomètre

3 Immagini e libri di testo Vecchi libri di testo: molto testo, formule. Poche immagini perlopiù schematiche Nuovi libri (Amaldi, Hallyday e Resnick, Advancing Physiscs): il rapporto immagine/testo è molto piu alto.

4 Ieri… (1788) On ne trouvera point de Figures dans cet Ouvrage. Les méthodes que j'y expose ne demandent ni constructions, ni raisonnement géométriques ou mécaniques, mais seulement des opérations algébriques, assujetties à une marche régulière et uniforme J.L. Lagrange - Mécanique Analytique Oggi… (2000) U. Amaldi – Introduzione alla fisica

5 Ragioni delle scelte Ieri Sommerfeld riporta nel suo Lectures on Theoretical Physics che Lagrange era molto fiero del fatto che nel suo lavoro non veniva usata neppure una figura Oggi Convinzione che le immagini possono trasmettere la conoscenza disciplinare più efficacemente che attraverso il testo.

6 Premessa e … domande di ricerca E efficace la comunicazione che fa uso del linguaggio visuale? La conoscenza che trasmettono le immagini è sempre coerente con la conoscenza disciplinare? le immagini possono: Facilitare lapprendimento Rinforzare difficolta o misconoscenze Risultati di ricerca in questo campo Nella comunicazione scientifica e in particolare nellinsegnamento il linguaggio naturale, quello visuale e quello formale sono compresenti

7 Non tutto è semplice come sembra STTIS (Science Teacher Training in an Information Society) Attitudini Difficoltà Ricerca Risultati Lista Attitudini Categorie di difficoltà

8 Ricorso a schemi di ragionamenti errati Uso della conoscenza pregressa Attitudini nella lettura delle immagini Lettura narrativa Non vedere oltre lapparenza grafica

9 Narrativa Equivalente linguistico: verbi di azione Processi; procedure

10 Non vedere oltre la forma del grafico: camminata sensore di moto Correlare fenomeno e rappresentazione grafica

11 Uso didattico di immagini statiche e animate. Contenuto: Le onde. 1. Risultati di ricerca sulle difficoltà di apprendimento 2. Sequenze didattiche che facilitano lapprendimento Cenni difficoltà indotte da immagini statiche: modello geometrico della luce Immagini animate: le onde in acqua

12 1. Onde: risultati di ricerca Difficoltà degli Studenti (Arons, 1990; Grayson, 1996; Wittmann, 1999, 2002) –Distinguere la perturbazione del mezzo e la propagazione –Comprendere cosa trasporta unonda –Distinguere cosa si propaga e cosa oscilla –Identificare le variabili che caratterizzano unonda (ampiezza, frequenza, lunghezza donda); –Comprendere la relazione fra velocita di propagazione e propretà del mezzo –Studiare onde non armoniche (es. Impulsi) –

13 Cenni a difficoltà indotte dalle immagini. Modello geometrico in ottica Il modello dellottica geometrica. Fronti donda, raggi … Immagini statiche

14 Risultati di ricerca Students give a prominent value to real world elements, transferring their everyday role/function to the interpretation of the image. As a consequence, iconic elements intended to be a metaphor end up with connotations added to them, especially in the case of younger students (e.g. Materialized rays) On the other hand, for older students, these iconic elements seem to facilitate the interpretation of the associated abstract images (Viennot et al.)

15 ation/index.htmlhttp://www2.physics.umd.edu/~wittmann/research/dissert ation/index.html Fazio C., Guastella I., Sperandeo-Mineo RM, Tarantino G. Modelling Mechanical Wave Propafgation: Guidelines and Experimentation of a Teaching Learning Sequence IJSE in press 2. Sequenze di insegnamento (basate su risultati di ricerca) che facilitano lapprendimento

16 Aiutano a comprendere la natura dinamica del processo ondulatorio Sono facilmente reperibili Interattività Non aiutano a comprendere il modello soggiacente Possono causare difficoltà Oggi....molti corsi web con applets java, gif animate and clips Immagini che favoriscono lapprendimento. Onde in acqua e modello geometrico MA…..

17 Immagini dal web

18 Approccio di modellizzazione attraverso le immagini Integrazione experimenti e supporti multimediali –Ondoscopio (PSSC) –Cabrì ® Géomètre

19 Procedimento

20 Approccio Da Reale a Ideale: le caratteristiche dellimmagine Fasi Onde in acqua poco profonda onde ferme sullo schermo Regolarita foto digitali su Cabri Regole Obiettivo RENDERE PLAUSIBILE IL MODELLO GEOMETRICO DELLA PROPAGAZIONE ONDULATORIA

21 Grandezze fisiche –sorgenti –fronti donda –lunghezze donda Modello –punti –circonferenze/piani –segmenti Modello geometrico

22

23 Onde circolari

24 Modello geometrico Interferenza due sorgenti riflessione rifrazione Legge Fenomeno

25 Il software Cabrì ® Géomètre Disegnare oggetti geometrici: punti, rette, cerchi … Misurare distanze e angoli, Verificare condizioni di parallelismo, ortogonalita….

26 Lunghezza donda (onde piane)

27 Lunghezza donda: Onde circolari

28 Quindi…. i valori medi sono circa uguali (nel caso delle immagini riportate λ = 1.24 cm +,- 0,03. La lunghezza donda è indipendente dalla forma del fronte donda. Spesso infatti gli studenti, focalizzando lattenzione sulla forma del fronte donda (attrattore cognitivo), non riconoscono che la lunghezza donda dipende dalla frequenza dellonda e dal mezzo in cui essa viaggia, che nei casi proposti e lacqua Inoltre spesso gli studenti confondono periodo e lunghezza donda. Per rendersi conto di questo si puo proporre di ripetere gli esperimenti facendo propagare le onde in fluidi diversi: olio …

29 Interferenza due sorgenti puntiformi Intersezione rosso-blu Cerchi blu Creste Cerchi rossi Valli Posizioni nodali Intersezioni rosso-rosso o blu-blu Posizioni anti-nodali FenomenoModello

30 Interferenza due sorgenti puntiformi: pattern geometrici Nodes and nodal lines Antinodes and anti-nodal lines

31 Vantaggi dellapproccio Effettuare misure quantitative Coinvolgere gli studenti in attivita di modellizzazione Comprendere il modello geometrico

32 Conclusioni Luso di immagini dinamiche e utile per affrontare difficolta di apprendimento sulle onde. Cabrì ® puo aiutare a connettere le proprieta matematiche con il modello fisico Il metodo puo essere usato anche in altri ambiti (misura di e/m) Occorre controllare, nellinsegnamento, che le immagini che si usano inviino il messaggio disciplinare corretto. Disegnare sequenze didattiche che usino le immagini in modo appropriato.

33 REFERENZE Lemke, J.L "Multiplying Meaning: Visual and Verbal Semiotics in Scientific Text" in J.R. Martin & R. Veel, Eds., Reading Science. London: Routledge. Kress, G. and van Leeuwen, T. (1996) Reading Images: the Grammar of Visual design (London: Routledge and Kegan Paul) Lemke J.L. (1998) Teaching All the Languages of Science: Words, Symbols, Images, and Actions [Unpublished Paper] Ametler, J. and Pintò, R. (2002). Students reading of innovative imagses of energy at secondary school level. Int. J. Sci. Educ., 24, 3, Colin, P., Chauvet F. and Viennot, L. (2002). Reading images in optics: students difficulties and teachers views. Int. J. Sci. Educ., 24, 3, Stylianidou, F., Ormerod, F. and Ogborn, J. (2002). Analysis of science textbook pictures about energy and pupils reading of them. Int. J. Sci. Educ., 24, 3, Testa, I., Monroy, G., Sassi, E. (2002). Students Reading Images in Kinematics: The Case of Real-Time Graphs. Int. J. Sci. Educ., 24, 3, Dimopoulos K., Koulaidis V. and Sklaveniti S. (2003). Towards an Analysis of Visual Images in School Science Textbooks and Press Articles about Science and Technology. Research in Science Education –216. Simanek D. E. Tidal Misconceptions. Testa, I., Lombardi S., Monroy, G., Sassi, E. (2004). Dynamic images to address conceptual nodes about mechanical waves. Example materials and preliminary results of the experimentation of the teacher trainin module IMAGONDE Il Nuovo Cimento., 7, 5,

34 Siti Onde moto onde trasversali onde longitudinali stazionarie riflessione lente che ruota polarizzazione filtro polarizzazione filtro risonanza ampiezza e periodo onde trasversali immagini animate realizzate con Cabri Onde réfléchie et onde stationnaire 2 onde 2 impulsi sovrapposizione impulsi interferenza sovrapposizione battimenti sovrapposizione foto interferenza onde acqua

35 Errore di sensibilita Cabri Si misura prima la lunghezza di un segmento espressa in cm e la si traduce in c.u (mettere un righello). Esempio h 1 =13,71 c.u. h 2 = 13,71 c.u per due segmenti che hanno misure reali (in cm) r 1 e r 2 Se n 1 e la lunghezza in pixel di un segmento h 1 (c.u.), per il caso considerato n 1 =522px, mentre h 2 (c.u.) ha lunghezza n 2 = 511px. Se assumiamo che il minimo spostamento che può essere fatto in cabri e di 1 px, allora la distanza minima che puo essere stimata in c.u. e h 1 / n 1 = h 2 / n 2 = 0,03 c.u = δ Misura in cabri (h +- δ)

36 Interferenza due sorgenti puntiformi

37 Interferenza di due sorgenti puntiformi:

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