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Dalla polarizzazione della luce agli stati quantici della materia passando per i fotoni in un ITIS di Scampia Maria Moretti Master IDIFO.

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Presentazione sul tema: "Dalla polarizzazione della luce agli stati quantici della materia passando per i fotoni in un ITIS di Scampia Maria Moretti Master IDIFO."— Transcript della presentazione:

1 Dalla polarizzazione della luce agli stati quantici della materia passando per i fotoni in un ITIS di Scampia Maria Moretti Master IDIFO

2 La comunicazione riguarda Risultati di una sperimentazione didattica Esito dellesperienza di formazione come insegnante borsista Master IDIFO Condotta come studio di fattibilità Sullinsegnament o della MQ in un ITIS XCVII I CONGRESSO NAZIONALESIF

3 Master M-IDIFO 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 dapprendimento XCVII I CONGRESSO NAZIONALESIF

4 Formazione scelta su MQ Michelini M - Stefanel A 1.IL NUOVO MODO DI PENSARE DELLA FISICA QUANTISTICA E IL FORMALISMO DI DIRAC 2.NODI CONCETTUALI DELLA MQ 3.PROPOSTE DIDATTICHE DI FISICA QUANTISTICA: ANALISI COMPARATA 4.SCUOLA ESTIVA NAZIONALE DI FISICA MODERNA PER TALENTI Udine 2011 XCVII I CONGRESSO NAZIONALESIF

5 Le scelte di fondo Approccio alla Dirac Fotoni polarizzati linearmente con filtri polaroid, possono essere descritti quantisticamente associando, a stati di polarizzazione ortogonali, delle proprietà che ne definiscono lo stato quantico, e introducendo il principio di sovrapposizione lineare per descrivere il fotone in un qualunque altro stato di polarizzazione La proposta didattica alla base della formazione in MQ 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 XCVII I CONGRESSO NAZIONALESIF Click per continuare

6 Passaggi-chiave del percorso esperimenti esplorativi su interazione luce - polaroid legge di Malus esperimenti ideali a singolo fotone linguaggio iconografico nellanalisi 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 dindeterminazione XCVII I CONGRESSO NAZIONALESIF

7 Il 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) XCVII I CONGRESSO NAZIONALESIF

8 Il lavoro in classe fasi - strategie - metodi ANALISI DI SITUAZIONI IDEALI introduzione ai problemi concettuali attività individuale e/o a piccoli gruppi basate su stimoli e suggerimenti dei tutorial RIEPILOGO E RESTITUZIONE DEI RISULTATI AGLI STUDENTI INTRODUZIONE le 6 idee chiave nellevoluzione storica della MQ presentazione della sperimentazione e concetti cardineINTRODUZIONE le 6 idee chiave nellevoluzione storica della MQ presentazione della sperimentazione e concetti cardine ESPLORAZIONE DELLA FENOMENOLOGIA DELLA LUCE POLARIZZATA -sulla lavagna luminosa a grande gruppo -a piccoli gruppi con kit didattico e uso di tutorial -riepilogo a grande gruppo XCVII I CONGRESSO NAZIONALE

9 Testimonianze La classe Esplorazione fenomenologica Compilazio ne tutorial La lezione Esempio di tutorial XCVII I CONGRESSO NAZIONALESIF

10 Strumenti e metodi per lanalisi dati Strumenti Script degli studentiScript degli studenti IntervisteInterviste Video analisi dei lavori di gruppo e delle discussioni collettiveVideo analisi dei lavori di gruppo e delle discussioni collettiveStrumenti Script degli studentiScript degli studenti IntervisteInterviste Video analisi dei lavori di gruppo e delle discussioni collettiveVideo analisi dei lavori di gruppo e delle discussioni collettive Analisi con metodologie della ricerca qualitativa Creazione di un DB di tutte le risposte Creazione di un DB di tutte le risposte Identificazione di classi di risposte Identificazione di classi di risposte Strutturazione degli esiti in ciascuna classe Strutturazione degli esiti in ciascuna classe Discussione e risultati Discussione e risultati XCVII I CONGRESSO NAZIONALESIF

11 Analisi Scheda 5 - Dall'esperimento di Malus alla situazione ideale Un fascio di luce polarizzata di intensità I o 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 trasmissione1 indice di trasmissione1 Diminuzione I T [intensità luce trasmessa] È una costante che varia con cos 2 10 I T ( )=I o T cos 2 XCVII I CONGRESSO NAZIONALESIF

12 Tutti rinunciano a unanalisi della grandezza fisica a favore dellassunzione 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 cos 2 ha per gli studenti un ruolo funzionale (di probabilità) Non viene associato alla specifica fenomenologia della polarizzazione Gli studenti confermano una prospettiva sistemica- operazionale Analisi Scheda 5 - Dall'esperimento di Malus alla situazione ideale A2 Quale aspetto della fenomenologia è descritto dal fattore cos 2 ? T=1 perché … "il calcolo viene semplificato" … per …12 "ragionare sull'esperimento ideale"7 "ragionare sulla formula"5 il fattore cos 2 descrive una "probabilità di passaggio" dei singoli enti microscopici coinvolti nel processo 9 non risponde3 XCVII I CONGRESSO NAZIONALESIF

13 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=12 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 essi trasmettono. XCVII I CONGRESSO NAZIONALESIF

14 B1. N fotoni filtrati da un Polaroid V, incidono su un polaroid ideale (T=1) F2 a 45°. B1.1 Qual è il numero N T dei fotoni che vengono trasmessi da F2? N T = ….. 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: % (11/12); % (1/12); Analisi Scheda 5- Dall'esperimento di Malus alla situazione ideale XCVII I CONGRESSO NAZIONALESIF N F1 F2 V 45° N

15 Analisi Scheda 9- IPOTESI INTERPRETATIVE. Proprietà incompatibili. Proprietà mutuamente esclusive. Analisi Scheda 9- IPOTESI INTERPRETATIVE. Proprietà incompatibili. Proprietà mutuamente esclusive. Le previsioni degli esiti sperimentali dellinterazione 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. XCVII I CONGRESSO NAZIONALESIF

16 Sintesi sui dati sperimentali 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 XCVII I CONGRESSO NAZIONALESIF

17 In particolare T cos 2 come unico fattore di modulazione dellintensità analisi sistemica dei processi input/output e scatola nera formale che determina la modificazione emerge formazione professionale in termini di competenza e prospettiva in cui si pongono gli studenti lattribuzione delle proprietà indistintamente a polaroid e fotoni nasconde un passaggio incompleto dall'operatività dellesplorazione fenomenologica al piano interpretativo emerge come bisogno un maggiore sostegno per favorire il raccordo tra il piano descrittivo e quello interpretativo XCVII I CONGRESSO NAZIONALESIF

18 Conclusioni sperimentazione Realizzabile con materiale facilmente reperibile (CIRD - Udine)Realizzabile con materiale facilmente reperibile (CIRD - Udine) Spendibile in ogni tipo di scuola superiore di II gradoSpendibile 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 microscopicoFare da ponte tra fenomenologia e mondo microscopico Preparare alla trattazione formale della MQPreparare alla trattazione formale della MQ Introdurre la FM prima di aver completato tutta la FCIntrodurre la FM prima di aver completato tutta la FC Approcciare micromondo esplorando fenomenologia riproducibileApprocciare micromondo esplorando fenomenologia riproducibile Andare oltre lapproccio discorsivo poco efficaceAndare oltre lapproccio discorsivo poco efficace XCVII I CONGRESSO NAZIONALESIF

19 Master come opportunità 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 nellorganizzazione del materiale Limitato dallazione di tutoring da parte del docente esperto 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 nellorganizzazione del materiale Limitato dallazione di tutoring da parte del docente esperto XCVII I CONGRESSO NAZIONALESIF

20 GRAZIE Maria Moretti Liceo Scientifico Statale Vincenzo Cuoco - Napoli XCVII I CONGRESSO NAZIONALESIF


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