Maria Moretti Master IDIFO

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

2. XCVIII • C • O • N • G • R • E • S • S • O • N • A • Z • I • O • N • A • L • E La comunicazione riguarda Risultati di una sperimentazione didattica Esito dell’esperienza di formazione come insegnante borsista Master IDIFO Sull’insegnamento della MQ in un ITIS Condotta come studio di fattibilità SIF

3. XCVIII • C • O • N • G • R • E • S • S • O • N • A • Z • I • O • N • A • L • E Master M-IDIFO Corso di formazione per insegnanti su Innovazione Didattica in Fisica e Orientamento Coordinamento Università di Udine 18 atenei cooperanti Aspetti epistemologici (FM) Analisi critica su nodi concettuali Corsi in rete e/o in presenza Percorsi didattici basati sulla ricerca OFFerta didattica di 60 cfu/135 cfu 9 cfu di Meccanica Quantistica Innovazione e progettazione didattica Sperimentazione in classe 3 corsi di 3cfu ciascuno Validare le proposte e indagare su processi d’apprendimento SIF

4. Formazione scelta su MQMichelini M - Stefanel A • XCVIII • C • O • N • G • R • E • S • S • O • N • A • Z • I • O • N • A • L • E • IL NUOVO MODO DI PENSARE DELLA FISICA QUANTISTICA E IL FORMALISMO DI DIRAC • NODI CONCETTUALI DELLA MQ • PROPOSTE DIDATTICHE DI FISICA QUANTISTICA: ANALISI COMPARATA • SCUOLA ESTIVA NAZIONALE DI FISICA MODERNA PER TALENTI Udine 2011 SIF

5. XCVIII • C • O • N • G • R • E • S • S • O • N • A • Z • I • O • N • A • L • E • Ricorrere alla rappresentazione iconografica • per introdurre il formalismo • Focalizzare la trattazione teorica • concetto di stato quantico • principio di sovrapposizione lineare La proposta didattica alla base della formazione in MQ Le scelte di fondo • Esplorare come • contesto fenomenologico • la polarizzazione della luce Approccio alla Dirac Fotoni polarizzati linearmente con filtri polaroid, possono essere descritti quantisticamenteassociando, 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 Affrontare i nuclei concettuali piuttosto che raccontare passi storici della MQ SIF Click per continuare

6. XCVIII • C • O • N • G • R • E • S • S • O • N • A • Z • I • O • N • A • L • E Passaggi-chiave del percorso costruzione operativa della polarizzazione legge di Malus esperimenti esplorativi su interazione luce - polaroid • stato di polarizzazione e proprietà fisica fotone • interpretazione probabilistica • della legge di Malus • legge di Malus • esperimenti ideali a singolo fotone • concetto di stato quantico • polarizzazione - proprietà dinamica • sistema quantistico • linguaggio iconografico • nell’analisi di esperimenti ideali • proprietà mutuamente esclusive • proprietà incompatibili • misura come transizione di stato • analisi di situazioni con • esiti certi e aleatori • principio di sovrapposizione lineare • indeterminismo non epistemico • identità dei sistemi quantistici • principio d’indeterminazione SIF • analisi di ipotesi interpretative • sui fotoni polarizzati a 45°

7. XCVIII • C • O • N • G • R • E • S • S • O • N • A • Z • I • O • N • A • L • E Il contesto • Istituto Tecnico Industriale ″Galileo Ferraris″diScampia • 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) SIF

8. XCVIII • C • O • N • G • R • E • S • S • O • N • A • Z • I • O • N • A • L • E Il lavoro in classefasi - strategie - metodi • INTRODUZIONE • le 6 idee chiave nell’evoluzione storica della MQ • presentazione della sperimentazione e concetti cardine 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 • 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

9. XCVIII • C • O • N • G • R • E • S • S • O • N • A • Z • I • O • N • A • L • E Testimonianze Esempio di tutorial Compilazione tutorial La classe Esplorazione fenomenologica SIF La lezione

10. XCVIII • C • O • N • G • R • E • S • S • O • N • A • Z • I • O • N • A • L • E Strumenti e metodi per l’analisi dati Strumenti • Script degli studenti • Interviste • Video analisi dei lavori di gruppo e delle discussioni collettive Analisi con metodologie della ricerca qualitativa • Creazione di un DB di tutte le risposte • Identificazione di classi di risposte • Strutturazione degli esiti in ciascuna classe • Discussione e risultati SIF

11. Analisi Scheda 5 - Dall'esperimento di Malus alla situazione ideale • XCVIII • C • O • N • G • R • E • S • S • O • N • A • Z • I • O • N • A • L • E Un fascio di luce polarizzata di intensità Io incide su un Polaroid, il cui coefficiente di trasmissione éT. Sperimentalmente si è trovato che l'intensità della luce trasmessa è data da: IT()=Io T cos2 A1. Quali aspetti della fenomenologia sono descritti dal coefficiente T (il significato fisico di T)? • 𝜃viene guardato quasi da tutti come un operatore sistemico che trasforma la grandezza intensità dall’input all’output • Solo uno studente riconosce T come un indice di trasmissione (adimensionale) SIF

12. Analisi Scheda 5 - Dall'esperimento di Malus alla situazione ideale • XCVIII • C • O • N • G • R • E • S • S • O • N • A • Z • I • O • N • A • L • E A1.2 Il suo (T) valore sperimentale è sempre: > 1; < 1; = 1? Motiva la risposta • 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 • A2 Quale aspetto della fenomenologia è descritto dal fattore cos2? • Il fattore cos2ha per glistudenti un ruolofunzionale(di probabilità) • Non vieneassociatoallaspecificafenomenologiadellapolarizzazione • Glistudenticonfermanounaprospettivasistemica-operazionale SIF

13. XCVIII • C • O • N • G • R • E • S • S • O • N • A • Z • I • O • N • A • L • E Analisi Scheda 5 - Dall'esperimento di Malus alla situazione ideale C2.. Nel caso di polaroid reali (es. T=0.7) è possibile avere una probabilità di trasmissione: C2.1uguale a 1? Spiegare. C2.2. uguale a 0? Spiegare 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. SIF

14. XCVIII • C • O • N • G • R • E • S • S • O • N • A • Z • I • O • N • A • L • E Analisi Scheda 5- Dall'esperimento di Malus alla situazione ideale • alle domande sulla fenomenologia (N fotoni trasmessi) e sulla probabilità di trasmissione dei fotoni F1 F2 B1. N fotoni filtrati da un Polaroid V, incidono su un polaroid ideale (T=1) F2 a 45°. B1.1Qual è il numero NT dei fotoni che vengono trasmessi da F2? NT = N • Risposte: N/2 V 45° • 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°? N Risposte: 70-0-35 % (11/12); 70-0-70 % (1/12); L'analisi del caso reale viene gestito coerentemente (1 solo caso di difficoltà) V 45° SIF ….. gli studenti riportano i valori attesi, da cui emerge la comprensione operativa della fenomenologia e del contesto ideale/reale considerato

15. XCVIII • C • O • N • G • R • E • S • S • O • N • A • Z • I • O • N • A • L • E 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. SIF

16. XCVIII • C • O • N • G • R • E • S • S • O • N • A • Z • I • O • N • A • L • E Sintesi sui dati sperimentali raggiungimento degli obiettivi conoscitivi sicurezza acquisita nel fare previsioni corretta gestione della fenomenologia in termini di operatori funzionali ma non in termini di significati fisici degli enti formali con cui rappresentare i concetti manca il riconoscimento del ruolo fisico delle grandezze operatori di trasformazione insistere sulla costruzione significato fisico delle grandezze e il legame della formalizzazione con la fenomenologia per farli emergere come referenti concettuali SIF

17. XCVIII • C • O • N • G • R • E • S • S • O • N • A • Z • I • O • N • A • L • E In particolare T cos2come unico fattore di modulazione dell’intensità 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 l’attribuzione delle proprietà indistintamente a polaroid e fotoni nasconde un passaggio incompleto dall'operatività dell’esplorazione fenomenologica al piano interpretativo emerge come bisogno un maggiore sostegno per favorire il raccordo tra il piano descrittivo e quello interpretativo SIF

18. XCVIII • C • O • N • G • R • E • S • S • O • N • A • Z • I • O • N • A • L • E Conclusioni sperimentazione • Realizzabile con materiale facilmente reperibile (CIRD - Udine) • Spendibile in ogni tipo di scuola superiore di II grado • Consente di • Affrontare temi coinvolgenti per i ragazzi • Fare da ponte tra fenomenologia e mondo microscopico • Preparare alla trattazione formale della MQ • Introdurre la FM prima di aver completato tutta la FC • Approcciare micromondo esplorando fenomenologia riproducibile • Andare oltre l’approccio discorsivo poco efficace SIF

19. XCVIII • C • O • N • G • R • E • S • S • O • N • A • Z • I • O • N • A • L • E 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 nell’organizzazione del materiale • Limitato dall’azione di tutoring da parte del docente esperto SIF

20. XCVIII • C • O • N • G • R • E • S • S • O • N • A • Z • I • O • N • A • L • E Maria Moretti Liceo Scientifico Statale ″Vincenzo Cuoco″ - Napoli mariamoretti@libero.it grazie SIF