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 Insegnare meccanica quantistica in una quinta liceo scientifico

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marco.rizzinelli



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MessaggioOggetto: Insegnare meccanica quantistica in una quinta liceo scientifico   Ven Nov 27, 2015 11:29 am

Ciao a tutti/e,
vorrei chiedervi un parere in merito all'insegnamento della MQ in quinta liceo e, a chi voglia, aprire una riflessione.

PRIMA PARTE
Partendo dall'idea di proporre in una quinta liceo la meccanica quantistica secondo la formulazione della somma sui cammini, ad opera di Feynman, che ne pensate dello schema seguente?
|---> radiazione del corpo nero, legge di Planck e quanti di energia;
|---> effetto fotoelettrico, relazione di Einstein e fotoni;
|---> interferenza da due fenditure
(----------|---> esperimento alla Young con ondoscopio e acqua);
(----------|---> esperimento alla Young con onde elettromagnetiche);
----------|---> rilettura dell'esperimento precedente con il concetto di fotoni,
----------|---> esperimento alla Young con elettroni
|---> la meccanica quantistica spiegata con la somma sui cammini
----------|---> interferenza delle alternative e ampiezza di probabilità
----------|---> principio di indeterminazione
----------|---> dualismo onda-corpuscolo, principio di complementarietà
----------|---> principio di corrispondenza (quant-clas e micro-macro)
La fonte ispiratrice di questo schema è il testo di Feynman "QED: The Strange Theory of Light and Matter" nonché appunti universitari e libri di testo per licei.

SECONDA PARTE
Partendo dall'idea che interpretazioni differenti della MQ (che spiegano gli stessi fenomeni) hanno lo stesso diritto di essere discusse in un liceo, ma che a causa del poco tempo a disposizione una certa scelta può essere esplicitamente fatta (con trasparenza) dal docente, che ne pensate dello schema seguente?
|---> paradosso EPR e teorema di Bell: problema della MQ tra realismo, località e completezza.
|---> l'interpretazione ortodossa della MQ (completa e non-locale, non si esprime sul realismo)
---------|---> forze: ha altissimo potere predittivo, è la prima e più diffusa interpretazione
---------|---> debolezze: non giustifica il "collasso" della funzione d'onda (gatti e catene)
|---> l'interpretazione ontologica della MQ (realista e non-locale, considera incompleta l'interpretazione ortodossa)
---------|---> forze: giustifica il collasso della funzione d'onda
---------|---> debolezze: introduce variabili "incontrollabili" (o "nascoste") che per definizione non si possono osservare.

Ringrazio in anticipo chi interverrà.


Ultima modifica di marco.rizzinelli il Lun Nov 30, 2015 3:03 pm, modificato 1 volta
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Felipeto



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MessaggioOggetto: Re: Insegnare meccanica quantistica in una quinta liceo scientifico   Ven Nov 27, 2015 12:18 pm

So che nel 1995alle olimpiadi della fisica uscì un esercizio sull effetto fotoelettrico.se hanno basi adeguate di elettromagnetismo e soprattutto una solida base matematica procedi pure.porta le bolle di sapone in aula.giustificherai il loro colore con l interferenza su pellicole sottili...
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marco.rizzinelli



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MessaggioOggetto: Re: Insegnare meccanica quantistica in una quinta liceo scientifico   Ven Nov 27, 2015 1:47 pm

Grazie per l'idea! Condivido l'idea delle basi adeguate per l'elettromagnetismo, tuttavia la solida base matematica potrebbe non servire, si veda qui ad esempio http://www.iapht.unito.it/qm/ dove non si usano derivate e integrali!
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mac67



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MessaggioOggetto: Re: Insegnare meccanica quantistica in una quinta liceo scientifico   Ven Nov 27, 2015 3:59 pm

Beato te che hai tutto questo tempo.

Il punto di riferimento sono le Indicazioni Nazionali. Possono non piacere (a me non piacciono, mantengono quell'approccio storico che port a un blabla per lo più inutile) ma l'eventuale compito d'esame poggia su quelle.
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Felipeto



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MessaggioOggetto: Re: Insegnare meccanica quantistica in una quinta liceo scientifico   Ven Nov 27, 2015 5:00 pm

Nulla vieta di fare di più,nulla vieta, per una volta, di valorizzare classi molto brave,nulla vieta di fare ,se possibile,una didattica seria,complessa, avvincente, soddisfacente.se nel 2015 nelle quinte di alcuni licei non conoscono la derivata di eallax o le formule di prostaferesi, non badare,seguì la tua strada
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mac67



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MessaggioOggetto: Re: Insegnare meccanica quantistica in una quinta liceo scientifico   Ven Nov 27, 2015 5:32 pm

Felipeto ha scritto:
Nulla vieta di fare di più,nulla vieta, per una volta, di valorizzare classi molto brave,nulla vieta di fare ,se possibile,una didattica seria,complessa, avvincente, soddisfacente.se nel 2015 nelle quinte di alcuni licei non conoscono la derivata di eallax o le formule di prostaferesi, non badare,seguì la tua strada

Se qualche quinta non conosce la derivata di e^x perché il docente ha deciso di farli diventare tutti fisici quantistici, povero docente ...
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Felipeto



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MessaggioOggetto: Re: Insegnare meccanica quantistica in una quinta liceo scientifico   Ven Nov 27, 2015 5:59 pm

Enrico fermi era un ottimo matematico prima di essere un fisico.a 17_18,anni già faceva colazione con equazioni differenziali e analisi.non credo alla fisica o qualsivoglia materia scientifica senza un substrato matematico imponente
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mac67



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MessaggioOggetto: Re: Insegnare meccanica quantistica in una quinta liceo scientifico   Ven Nov 27, 2015 7:16 pm

Felipeto ha scritto:
Enrico fermi era un ottimo matematico prima di essere un fisico.a 17_18,anni già faceva colazione con equazioni differenziali e analisi.non credo alla fisica o qualsivoglia materia scientifica senza un substrato matematico imponente

Non ho capito: prima dici che non importa se non conoscono la derivata di e^x, poi che un substrato imponente di matematica è necessario.
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Felipeto



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MessaggioOggetto: Re: Insegnare meccanica quantistica in una quinta liceo scientifico   Ven Nov 27, 2015 7:57 pm

No.sorry for bad writing...non importa se,al giorno d oggi,molti ragazzi arrivano in quinta liceo senza basi di matematica.se NELLA TUA CLASSE hai eccellenze,e sei sicuro che anche lo strumento matematico lo padroneggino bene,allora punta in alto e non ti scoraggiare della situazione media dei maturandi...
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marco.rizzinelli



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MessaggioOggetto: Re: Insegnare meccanica quantistica in una quinta liceo scientifico   Sab Nov 28, 2015 10:38 pm

Ciao, interessanti commenti.

Io considero due profili didattici distinti.

Il primo comprende un approccio sperimentale-discorsivo che giunge a spiegare la crisi della fisica classica e la vecchia teoria dei quanti (e non oltre), principalmente orientato a comprendere la fisica solo se si hanno tutte (parola delicata, dato che anche il teorema di Gauss può richiedere calcoli complessi) le basi matematiche e anche in vista di un sensato (altra parola delicata, ovviamente causa MIUR) all'esame di maturità. In questo contenso la funzione d'onda è lasciata a studi universitari futuri.

Il secondo profilo prevede una scelta più rischiosa a causa della evidente mancanza di conoscenze matematiche, però guadagna la possibilità di fare una minima conclusione del percorso introducendo (e solo introducendo, ripeto) anche le basi meccanica quantistica (e un bel modo l'ho indicato nel primo post). In questo approccio la fisica, il cui libro è scritto sì con numeri e forme geometriche (alla Galilei) ma non solo, ha una sua essenza autonoma a prescindere da equazioni, formule dirette, formule inverse, ecc. Un docente e una classe possono ad esempio impiegare un'ora con la rotaia a cuscinetto d'aria e quattro fotocellule e calcolare solo tre miseri rapporti per verificare il moto rettilineo uniforme, e considerare un esperimento altrettanto soddisfacente che derivare la legge oraria dalla definizione di velocità media.

Ve lo dico sinceramente, ma sono troppo pochi gli anni che ho di insegnamento per sbilanciarmi a fare una scelta. Quindi oscillando indago e chiedo consiglio e parere e sondaggio.
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ProfessorPanza



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MessaggioOggetto: Re: Insegnare meccanica quantistica in una quinta liceo scientifico   Lun Nov 30, 2015 1:07 am

Ciao, non so se accetterai l'opinione di un modesto insegnante delle medie, ma voglio comunque comunicartela.
Sono laureato in Chimica, non ho mai insegnato Matematica o Fisica alle superiori, ma durante la giovinezza ho dato qualche lezione privata. Ho conosciuto ragazzi che frequentavano il quinto anno del liceo scientifico e avevano problemi con equazioni di primo grado, o non erano in grado di individuare un punto sul piano cartesiano date le sue coordinate, o che non avevano ben chiara la differenza fra corrente continua e corrente alternata... Questo per dirti che, sebbene il tuo programma sia senza dubbio affascinante, è secondo me destinato a un "pubblico" più maturo e motivato. Meglio: devi decidere se la tua classe è abbastanza preparata e solida da poterti permettere di indugiare su argomenti affascinanti ma "inutili", oppure se non sia il caso di soffermarti su cose più basilari. Considera anche che, se le basi matematiche e fisiche scarseggiano, potresti esere costretto a utilizzare esempi e forme di spiegazione qualitativa e divulgativa che rischia di essere male interpretata dai tuoi alunni, nei quali potrebbe fissarsi una pseudo-conoscenza che sarà difficile da sradicare in futuro.
Concludo con la più famosa citaziine di Feynman: penso si possa tranquillamente affermare che nessuno capisce la meccanica quantistica.
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Felipeto



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MessaggioOggetto: Re: Insegnare meccanica quantistica in una quinta liceo scientifico   Lun Nov 30, 2015 8:03 am

Le situazioni vergognose che descrive sono il frutto di inclusivita, voti di consiglio e buonismo
Fortunatamente non tutti sono così ed è ai migliori che il post si riferiva
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marco.rizzinelli



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MessaggioOggetto: Re: Insegnare meccanica quantistica in una quinta liceo scientifico   Lun Nov 30, 2015 2:59 pm

Gentile ProfessorPanza grazie per l'intervento. Sono d'accordo che la meccanica quantistica sia destinata a una quinta matura e motivata, per questo una parte di me è convinta che si debba insegnare fisica (a una qualsiasi quinta) solo fino alla vecchia teoria dei quanti. Tuttavia l'uso sicuro delle equazioni e del piano cartesiano deve essere dominio di un allievo giunto in quinta, dunque se mi capitassero situazioni di questo tipo cercherei di differenziare il programma per non fare perdere gli apprendimenti propri di quell'anno al grosso della classe, e cercherei di arrabattarmi ad aiutare a colmare le enormi lacune di allievi che si sarebbe dovuti fermare prima e che molto probabilmente non saranno ammessi all'esame.

Credo che l'inclusione (valore centrale nel nostro ruolo anche educativo e non solo didattico) non c'entri con queste situazioni e questi post, tuttavia, Filipeto. Piuttosto i voti di consiglio e il buonismo, ahimé, non fanno bene a nessuno, nemmeno agli allievi carenti che vengono promossi comunque. Certo, è una posizione audace, questa, ma il consiglio di classe può sostenerla, se lo vuole.
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