Didattica della fisica (con laboratorio)
Docente: prof.ssa Marisa Michelini marisa.michelini@uniud.it
CFU: 8 CFU + 1 CFU di laboratorio
Finalità
Il corso mira a formare le competenze previste dai descrittori di Dublino ed ispirati alle indicazioni
nazionali per curriculum scientifico (2012) con le modalità indicate nei documenti pubblicati a livello
internazionale in materia, ed in particolare si propone l’integrazione di conoscenze differenziate in
termini di sviluppo professionale
Obiettivi formativi specifici
- Formare un insegnante che integri la conoscenza dei contenuti (CK) con quella pedagogica
(PK) per una professionalità docente (PCK) sull’educazione scientifica di base in cui la fisica ha
un proprio specifico ruolo in prospettiva trasversale.
- Ricostruire in prospettiva didattica i fondamenti della fisica per formare quelle basi culturali che
permettono di rispondere agli interrogativi curiosi dei bambini sui fenomeni quotidiani.
- Abituare alla riflessione metacognitiva sulla conoscenza scientifica per costruire una personale
conoscenza concettuale e progettare proposte coerenti in termini educativi pupper il contesto
della fisica.
- Discutere risultati di ricerca sui processi di apprendimento scientifico ed in fisica in particolare
per formare competenze mirate all’impiego di stategie e metodi efficaci a realizzare ambienti di
apprendimento in tale campo.
Offrire occasioni di conoscere, esperire, discutere e rielaborare proposte didattiche per
l’apprendimento della fisica nella scuola dell’infanzia e primaria.
- Costruire le competenze dell’insegnante per organizzare l’apprendimento scientifico dalle
prime osservazioni del mondo costruendone gradualmente il pensiero formale ed il quadro
interpretativo, realizzando il ponte dalle idee di senso comune a quelle scientifiche.
- Imparare a documentare processi spontanei di costruzione concettauale della conoscenza in
fisica per avvalersene in termini operativi.
- Affrontare tematiche necessarie a garantire competenza sui seguenti temi previsti nella
normativa: misure e unità di misura; densità e principio di Archimede; la composizione atomica
dei materiali; elementi di meccanica e meccanica celeste e astronomia; elementi di
elettrostatica e circuiti elettrici; il calore e la temperatura; fenomenologie di termodinamica; il
suono.
Contenuti
I caratteri della professionalità docente per l’educazione scientifica nella scuola primaria.
PRELUDIO ALLA FISICA. Le radici epistemiche della fisica, i nuclei fondanti e le metodologie
proprie. Ruolo di teorie, modelli e leggi. I principi della fisica e la natura delle grandezze fisiche.
LA MISURA. Le grandezze fisiche. Misure e Strumenti di misura. Esplorazione di alcune
grandezze: lunghezza, superficie, volume, massa, tempo, densità. Taratura di strumenti di misura.
MOTO: sistema di riferimento, traiettoria e diagramma orario. Posizione, velocità ed accelerazione
nei moti nello spazio bi- e tri-dimensionale. I grafici del moto. Il gioco di correre su una curva piana
e la proiezione delle posizioni in direzioni ortogonali. Principio di composizione e scomposizione
dei moti. Moto circolare uniforme e moto parabolico. Moto rettilineo uniforme e uniformemente
accelerato. Moto del lancio e del rimbalzo di una pallina, dell’altalena e della giostra: analisi spazio
- temporale con scomposizione del moto in due direzioni. Moto vario e suo studio a intervalli di
tempo costante. Moti periodici. Molloni e altalene: moto oscillatorio. Moto armonico. Elaborazione e
discussione di dati cinematici. Moti relativi. Accelerazione di Coriolis.
LA DINAMICA. Forza come interazione. Il peso. L'interazione gravitazionale. Il rimbalzo di una
pallina e le sue interazioni. Urto di due palline e interazioni. Principio d'inerzia e sistemi inerziali.
Equilibrio statico e dinamico. Le leggi della dinamica. Tipi di forze. Forze attive e passive. Reazioni
vincolari. Forze di attrito. Analisi dei casi: corpi appoggiati, in caduta libera, lanciati ed in discesa
dal piano inclinato. Analisi delle forze agenti in un sistema e raccolta dati. Urti. Forze conservative.
Lavoro. Energia meccanica e conservazione dell'energia meccanica.
STATI E PROCESSI TERMICI. Variabili di stato e stati termodinamici. Fasi della materia.
Temperatura ed equilibrio termico. Sensazione termica ed interazioni termiche. Dagli scambi di
calore alla natura del calore. Cambiamenti di fase e calori latenti. Calore e lavoro delle forze
dissipative.
ENERGIA. Natura e definizione operativa di energia come linguaggio dei processi e descrittore
delle trasformazioni. Esplorazione di trasformazioni e loro rilettura in termini energetici. Energia
interna e primo principio della termodinamica. Irreversibilità dei fenomeni naturali e secondo
principio della termodinamica. Qualità dell'energia ed entropia.
ASTRONOMIA. Astronomia di posizione. I sistemi diriferimento locale e globale. Dallo studio del
moto del sole in un sistema azimutale al modello planetario in relazione ai fenomeni quotidiani, alle
stagioni. Gnomoni, meridiane e calendari.
FLUIDI. Proprietà dei fluidi in equilibrio e principali applicazioni. Pressione. Principio di Pascal.
Legge di Stevino. Galleggiamento e legge di Archimede.
SUONO. Sorgenti, fenomeni di propagazione e rivelazione del suono. Le onde e le onde sonore.
Esplorazione di fenomeni sonori e musicali.
FENOMENI ELETTRICI E CIRCUITI. La carica nella materia. Le interazioni elettriche e i loro
principali descrittori. Il potenziale elettrico ed il moto delle cariche. Il circuito elettrico e la corrente.
Studio di semplici circuiti e circuiti equivalenti.
FENOMENI MAGNETICI. Proprietà magnetiche della materia. Interazioni magnetiche tra materiali
diversi e linee di campo magnetico come descrittori delle proprietà magnetiche dello spazio.
OTTICA. Proprietà ottiche dei materiali. Sorgenti, fenomeni di propagazione e di rivelazione della
luce. Luce e visione. Esplorazione di fenomeni di riflessione, rifrazione e diffrazione. L’energia
trasportata dalla luce. Luce e colore. Natura della luce e modelli storici. Idee spontanee di
interpretazione in ottica. Analisi dei fenomeni di propagazione: propagazione rettilinea,
sovrapposizione, interazione luce -materia, riflessione e immagini singole e multiple,
rifrazione e fenomeni quotidiani. Gli spettri. Ottica generalizzata.
Strumenti e metodi
L’approccio ai contenuti è di tipo fenomenologico esplorativo con focalizzazione su nuclei e nodi
concettuali. Lezioni e compiti per attività di gruppo realizzeranno una integrazione del corso di
Didattica della Fisica e del Laboratorio di Didattica della Fisica al fine di formare le seguenti
competenze.
- Knowledge and Understanding (K&U). Conoscere:
- l’organizzazione concettuale dei principali ambiti della fisica (moto, fenomeni elettrici,
magnetici, ottici fenomeni termici ecc.).
- le metodologie di indagine scientifica e i principali paradigmi didattici per
l’insegnamento/apprendimento delle scienze empiriche (es. ciclo P.E.C.), acquisendo
consapevolezza della centralità del concetto di “misura” nello sviluppo della
conoscenza scientifica.
- Applying knowledge and understanding (AK&U). Saper:
- definire obiettivi generali e specifici dei percorsi di apprendimento progettati, articolando
gli stessi in fasi correlate agli obiettivi, prevedendo il ruolo attivo degli alunni in attività di
esplorazione sperimentale e concettuale.
- costruire percorsi di apprendimento per la scuola dell’infanzia e primaria, che siano
coerenti con un processo di insegnamento/apprendimento a sviluppo verticale che
realizza il passaggio da forme di conoscenza di senso comune e individuali a forme di
conoscenza progressivamente formalizzate e condivise di tipo scientifico.
- allestire e condurre semplici esperimenti realizzabili con materiali di basso costo e facile
reperibilità.
- progettare e mettere in campo strumenti e metodi di attività, di relativa analisi degli
apprendimenti e di valutazione della dinamica concettuale messa in campo, oltre che
degli esiti formativi.
- Making judgements (MJ). Essere in grado di valutare l’efficacia di un percorso didattico,
mettendolo esplicitamente in rapporto alle “Indicazioni sul curriculum” per ciò che concerne lo
sviluppo delle competenze.
- Communication skills (CS). Saper esporre con chiarezza:
- Le caratteristiche ed i risultati degli esperimenti svolti, utilizzando in particolare le più
comuni rappresentazioni grafiche (istogrammi, aerogrammi ecc.).
- Le finalità di un percorso di apprendimento in ambito scientifico, evidenziando in
particolare il ruolo dell’attività laboratoriale specifica.
- Learning skills (LS). Saper ricercare nella rete internet, e saper utilizzare, fonti di materiali
documentali utili alla preparazione e conduzione di esperimenti didattici, con particolare
riferimento a materiali multimediali. Saper utilizzare:
- fenomeni osservati mediante gli esperimenti per introdurre i concetti fisici di base.
- libri di testo di fisica della scuola secondaria per richiamare le principali conoscenze
teoriche necessarie alla progettazione degli esperimenti didattici.
Modalità d'esame.
La valutazione della formazione si effettua con un portfolio su 4 piani.
1. Consegna 9 Schede S1 ed S2 e facoltativo quaderno dell'insegnante diviso per ogni
tema in parte S e F. voto in 30esimi
2. Valutazione dei compiti assegnati durante l'anno (C1‐C4). voto in 30esimi
3. Prove intermedie (P1‐P5) oppure prova scritta generale e/o orale voto in 30esimi
4. Relazione su progettazione, attuazione ed apprendimenti dei bambini per un'attività:
minimo intervista di un'ora + un'attività IBL di una mattinata. voto in 30esimi
Bibliografia - Materiale di studio
- Un testo di fisica generale per il biennio universitario, come i seguenti: 1) Ezio Regozzino,
Principi di Fisica, EdiSES; 2) Peter J Nolan, Fondamenti di Fisica, Zanichelli
- A Ambrosini, M Caporaloni, M Ambrosini, La misura , Zanichelli
- Cottino L, Dal Corso, etc, MISURA, 10, Pitagora Editrice Bologna
http://www.pitagoragroup.it/pited/Cottino%201845.html
- Testi e schede didattiche del pacchetto: www.uniud.it/cird/Geiweb.
- Testi e materiali consultabili nella pagina www.fisica.uniud.it/URDF/
Bibliografia - Materiali di supporto
‐ A B Arons, Guida all'insegnamento della Fisica, Zanichelli, Bologna
‐ M Vicentini, M Mayer, Didattica della Fisica , La Nuova Italia
‐ J J Schwab , L'insegnamento della scienza , Armando Armando Editore, Roma
‐ C Swartz, Preludio alla fisica , Casa editrice Ambrosiana, Milano
‐ Imperio A, Michelini M (2006), I fluidi in equilibrio: una proposta didattica basata su un percorso di
esperimenti, Forum, Italy [ISBN: 88-8420-371-6].
‐ Imperio A, Michelini M, Santi L (2006), I fluidi in equilibrio: catalogo di esperimenti, Forum, Italy
[ISBN: 88-8420-361-9].
‐ Gigante S, Michelini M(2006), Fenomeni termici: una proposta didattica, Forum, Italy.
‐ Michelini, M, Stefanel A, Stati e processi termici, Litho Stampa 2004.
‐ Michelini M, Stefanel A, I fenomeni elettromagnetici, Litho Stampa, 2004.
‐ Fedele B, Michelini M, Stefanel A (2006), Fenomeni magnetici ed elettromagnetici: una proposta
didattica, Forum, Italy.
‐ Fedele B, Michelini M, Stefanel A (2006), Fenomeni magnetici ed elettromagnetici: catalogo di
esperimenti, Forum, Italy [ISBN: 88-8420-362-7].
‐ Michelini M, Toffolo A (2006), Fenomeni acustici: una proposta didattica, Forum, Italy
Altri materiali di riferimento
- Problemi di apprendimento sui principali concetti fisici di base. Principali riferimenti: a) Misconceptions in
http://amasci.com/miscon/opphys.html , b) Numero speciale de La Fisica nella Scuola 1979 (reperibile al
CIRD – 0432 558211)
- Sui giochi di ruolo: Michelini M, Mossenta A, Role play as a strategy to discuss spontaneous interpreting
models of electric properties of matter: an informal educational model, Seiected papers on Girep
Conference 2006, www.girep2006.nl, Amsterdam 2007
- Studio del moto: materiali di riferimento sono le proposte di attività contenute in Michelini M, Santi L,
Sperando R.M., Proposte didattiche su forze e movimento. Le tecnologie informatiche nel superamento
di nodi concettuali in fisica. Forum, 2002. Udine, Italia. ISBN 88-8420-075-X
- Concetto di campo (nodi concettuali: Bradamante F, Michelini M, Stefanel A (2006), Learning problems
related to the concept of field, in Frontiers of Fundamental Physics, B G Sidharth, F Honsell, A de
Angelis eds., Springer, the Netherlands, p.36’7-3’79)
- Fenomeni elettrici. Michelini M, Mossenta A, The construction of a coherent interpretation of electrostatic
interactions in the context of training teachers, Il nuovo Cimento (DOI 10.1393/ncb/i2008-10416-y), vol.
122 B, 6-7, 2007, p.797-812. L’articolo può essere chiesto al CIRD)
- Fenomeni magnetici. a) libretto reperibile in biblioteca FASF: Fedele B, Michelini M, Stefanel A (2006),
Fenomeni magnetici ed elettromagnetici: una proposta didattica, Forum, Italy; b) articolo reperibile nel
sito GIREP ed al CIRD: Guisasola J, Michelini M, Mossenta A, Viola R, Teaching electromagnetism:
issues and changes, in Frontiers of Physics Education, Rajka Jurdana-Sepic et al eds., Girep-Epec book
of selected contributions, Rijeka (CRO), 2008, p. 392-398 [ISBN 978-953-55066-1-4] p.58
ORARIO DI RICEVIMENTO e di TUTORATO
L’ora successiva ad ogni lezione. Qualunque momento utile agli studenti previo accordo via e-mail.
e-mail: marisa.michelini@uniud.it