DIDATTICA DELLA FISICA E DELLA CHIMICA | Università degli studi di Bergamo - Didattica e Rubrica

DIDATTICA DELLA FISICA E DELLA CHIMICA

Attività formativa integrata
Codice dell'attività formativa: 
139027

Scheda dell'insegnamento

Per studenti immatricolati al 1° anno a.a.: 
2019/2020
Insegnamento (nome in italiano): 
DIDATTICA DELLA FISICA E DELLA CHIMICA
Insegnamento (nome in inglese): 
DIDACTICS OF PHYSICS AND CHEMISTRY
Tipo di insegnamento: 
Obbligatoria
Anno di corso: 
4
Anno accademico di offerta: 
2022/2023
Crediti: 
13
Moduli

Altre informazioni sull'insegnamento

Modalità di erogazione: 
Didattica Convenzionale
Lingua: 
Italiano
Ciclo: 
Primo Semestre
Obbligo di frequenza: 
No
Ore di attività frontale: 
81
Prerequisiti

Nessuno

Obiettivi formativi

L'obiettivo è che, al termine del corso, lo studente abbia un quadro generale della complessità della fisica e della chimica, delle correlazioni fra le differenti concezioni scientifiche della Natura e i nostri stili di vita, in modo tale da poter affrontare l'insegnamento della fisica nella formazione primaria.

Contenuti dell'insegnamento

Fisica: Si tratta di delineare la fisica rilevante per la formazione primaria, le sue finalità e la sua funzione educativa. Si discutono i concetti e i modelli fondamentali della fisica, le teorie e i modelli matematici e la loro correlazione con gli esperimenti. Materia, energia, forza, onda, campo, informazione/entropia sono concetti legati a differenti interpretazioni storiche della Natura e a differenti stili di vita. Le teorie fisiche nella loro storia: sapere teoretico e sapere pratico, scienza e tecnica. La geometria meccanica di Archimede. Cinematica: la varietà dei moti. I principi della meccanica di Newton. Lo spazio e il tempo. Dalla statica alla dinamica: le forze. La massa come quantitas materiae e come inerzia; il peso come forza gravitazionale. La concezione meccanicistica della Natura. I principi di conservazione di Leibniz: quantità di moto ed energia. Il principio di azione stazionaria e una fisica finalistica. Dal problema del moto al problema dei mutamenti: dalla meccanica alla termodinamica. Processi irreversibili e irreversibilità temporale. Elettricità e magnetismo: la sintesi dell'elettromagnetismo di Maxwell. Dalle forze istantanee a distanza ai campi: onde elettromagnetiche e segnali. Relatività e meccanica quantistica. Entropia e informazione: la fisica della complessità della vita. Astronomia e astrofisica. La terra nel sistema solare. Il sistema solare e le altre stelle nella Via Lattea. Le galassie e l'espansione dell'universo. La cosmologia contemporanea: il big bang, la radiazione cosmica di fondo di microonde, la teoria quanto-relativistica. Fisica (laboratorio): Si tratta di progettare e realizzare delle esperienze e degli esperimenti che possano mostrare il contenuto pragmatico dei concetti fondamentale della fisica moderna e contemporanea trattati nel corso teorico: materia, energia, forza, onda, campo, informazione/entropia. Chimica: Il corso prevede i seguenti contenuti:
1) La Chimica e il metodo scientifico: Grandezze fondamentali e grandezze derivate; Il Sistema Internazionale di unità di misura (SI); Grandezze intensive ed estensive.
2) Le trasformazioni fisiche della materia: gli stati fisici della materia; i sistemi omogenei ed eterogenei; le sostanze pure ed i miscugli. I principali metodi di separazione dei miscugli.
3) Struttura della materia: L'atomo. Le particelle fondamentali. Modelli atomici. Massa atomica, massa molecolare. La mole. La tabella periodica. Proprietà periodiche degli elementi. Metalli e non metalli.
4) I legami chimici: Legami primari e secondari. La forma delle molecole. Classificazione e nomenclatura dei composti.
5) Le soluzioni: Concentrazione e solubilità. Acidi e basi. Forza degli acidi e delle basi. Definizione di pH. Indicatori acido-base.
6) Le reazioni chimiche: reagenti e prodotti. Il principio di conservazione della massa. Cinetica chimica. La teoria delle collisioni. Concetto di equilibrio chimico
7) Elettrochimica: Reazioni di ossidoriduzione.
8) Fondamenti di chimica della vita: nomenclatura chimica organica, carboidrati, proteine, lipidi.

Dal punto di vista della trasposizione dei contenuti teorici nella pratica dell'insegnamento nella scuola primaria e dell'infanzia, particolare attenzione verrà posta all'attività di laboratorio come possibile punto di svolta nella relazione insegnamento-apprendimento. Si approfondiranno tematiche legate al laboratorio come aula “luogo di narrazione, di apprendimento e studio di casi” anche all’aperto, in sicurezza, stimolando l’osservazione, la problematizzazione, la progettazione, l’esperienza, e l’esperimento.

Metodi didattici

Il metodo didattico sarà contestuale alle specifiche caratteristiche complessive e individuali degli studenti: il corso si svolgerà tramite lezioni frontali, che cercheranno di chiarire tutte le problematiche storiografiche e gli specifici problemi d’interpretazione storica. La problematizzazione si svilupperà attraverso un costante dialogo con gli autori trattati e confronto fra le diverse prospettive, che sarà riprodotto nella ricerca di un altrettanto costante dialogo con gli studenti, funzionale alla comprensione che il dialogo è la prima verità etica che è sottesa, non solo all’insegnamento e all’apprendimento, ma anche a qualsiasi ricerca scientifica e filosofica.
All'interno del corso sarà organizzata, in parallelo alle lezioni, una serie di esercitazioni pratiche per approfondimenti delle varie parti del programma. Ci sarà inoltre un ciclo di seminari, in parte con esperti esterni e in parte con gli studenti protagonisti con brevi relazioni scritte da discutere.

Modalità verifica profitto e valutazione

Fisica: La prova d'esame di fine corso si svolgerà in forma orale. Il colloquio si svilupperà sull’intero programma al fine di verificare l'acquisizione sia della parte generale sia delle parti monografiche che costituiscono l’insegnamento. Per i soli studenti frequentanti sarà possibile il sostenimento di una prova orale intermedia vertente sulla prima parte di programma indicata come A. Tale parte non sarà oggetto di ulteriore verifica specifica in sede di esame finale salva la necessaria connessione con le tematiche oggetto della restante parte del programma. Al fine di iscriversi all'esame parziale saranno messe a disposizione degli studenti frequentanti apposite liste durante le ore di lezione. Si valuteranno tramite colloquio le competenze acquisite in maniera tale che anche l'esame sia un momento costruttivo di 'conoscenze' e non soltanto di giudizio, in una consapevolezza filosofica esemplare della costruzione della conoscenza scientifica e della sua verifica. Chimica: La verifica dell'apprendimento è certificata mediante il superamento di un esame orale con valutazione in trentesimi. La prova è finalizzata a verificare sia la capacità di applicare correttamente le conoscenze teoriche, sia la capacità di comprensione delle problematiche proposte. Nel corso della prova orale lo studente realizzerà anche una sintetica prova didattica su un tema a scelta, in un tempo massimo di 5 minuti, durante i quali dovrà presentare le scelte didattiche e le relative motivazioni scientifiche, con riferimento ai contenuti del corso. Il voto finale, espresso in trentesimi come integrazione dello scritto e dell’orale, tiene conto della qualità delle competenze possedute e della modalità espositiva.
Il voto finale potrà essere:
a) Insufficiente (inferiore a 18/30): Il candidato non dimostra di possedere le nozioni minime sugli argomenti affrontati nel corso, presenta capacità espressive modeste e comunque insufficienti a sostenere un dialogo coerente, scarsa capacità di sintesi e scarsa interazione con il docente durante il colloquio.
b) Sufficiente (da 18 a 20/30): Il candidato dimostra di avere poche nozioni acquisite, livello superficiale, molte lacune. Le capacità espressive sono modeste, ma sufficienti a sostenere un dialogo coerente; le capacità logiche e consequenzialità nel raccordo degli argomenti di livello elementare; l'interazione con il docente durate il colloquio è scarsa.
c) Discreto (da 21 a 23/30): Il candidato dimostra di avere discreta acquisizione di nozioni, ma scarso approfondimento, poche lacune; capacità espressive più che sufficienti a sostenere un dialogo coerente; accettabile padronanza del linguaggio scientifico; capacità logiche e consequenzialità nel raccordo degli argomenti di moderata complessità; più che sufficiente capacità di sintesi e capacità di espressione grafica accettabile.
d) Buono (da 24 a 26/30): Il candidato dimostra di avere un bagaglio di nozioni piuttosto ampio, moderatamente approfondito, con poche lacune; soddisfacenti capacità espressive e significativa padronanza del linguaggio scientifico; capacità dialogica e spirito critico ben rilevabili; buona capacità di sintesi.
e) Ottimo (da 27 a 29/30): Il candidato dimostra di avere un bagaglio di nozioni molto approfondito, con lacune marginali; notevoli capacità espressive ed elevata padronanza del linguaggio scientifico; notevole capacità dialogica, buona competenza e rilevante attitudine alla sintesi logica; elevate capacità di sintesi.

Altre informazioni

Qualora l'insegnamento venisse impartito in modalità mista o a distanza potranno essere introdotte modifiche rispetto a quanto dichiarato nel syllabus per rendere il corso e gli esami fruibili anche secondo queste modalità.

Prerequisites

nothing

Educational goals

The aim is the student can reach a conceptual understanding of the complexity of physics and chemistry, of the relationships between our way of life and the different scientific conceptions of Nature. This understanding is fundamental to be able to teach physics and chemistry to children.

Course content

Physics: It is a matter of outlining the physics relevant to primary education, its aims and its educational function. The fundamental concepts and models of physics, the theories and mathematical models and their correlation with experiments are discussed. Matter, energy, strength, wave, field, information / entropy are concepts linked to different historical interpretations of Nature and to different lifestyles. Physical theories within their historical context. Theoretical and practical knowledge. Galileo's kinematics. Newton's mechanics. Leibniz' conservation principle. Thermodynamics and irreversible processes: time irreversibility. From instantaneous forces to electromagnetic field. The physics of fields: relativity and quantum mechanics. The physics of life: entropy, information, complexity. The solar system. Stars and galaxies. Contemporary cosmology: the expansion of the universe, big bang, cosmic microwave background radiation, quantum relativistic theory. Physics (laboratory): It is a matter of realizing projects of experiences and of experiments which can show the pragmatic/performative content of the fundamental concepts of modern and contemporary physics: matter, energy, strength, wave, field, information / entropy. Chemistry: The course includes the following contents:
1) Chemistry and the scientific method: Fundamental quantities and derived quantities; The International System of Units (SI); Intensive and extensive quantities.
2) The physical transformations of the matter: the physical states of matter; homogeneous and heterogeneous systems; pure substances and mixtures. The main methods of separation of mixtures.
3) Structure of the matter: The Atom. The fundamental particles. Atomic models. Atomic mass, molecular mass. Amount. The periodic table. Periodic properties of the elements. Metals and non-metals.
4) Chemical bonds: Primary and secondary bonds. The shape of molecules. Classification and nomenclature of compounds.
5) Solutions: Concentration and solubility. Acids and bases. Strength of acids and bases. Definition of pH. Acid-base indicators.
6) Chemical reactions: reagents and products. The principle of conservation of mass. Chemical kinetics. The collision theory. Concept of chemical equilibrium
7) Electrochemistry: Oxidation-reduction reactions.
8) Fundamentals of the chemistry of life: organic chemical nomenclature, carbohydrates, proteins, lipids.

For the transposition of theoretical contents into the practice of teaching in primary school and childhood, particular attention will be paid to laboratory activity as a possible turning point in the teaching-learning relationship. We will explore topics related to the laboratory as a classroom "place of narration, learning and case study" also outdoors, in safety, stimulating observation, problematization, planning, experience, and experiment.

Teaching methods

Education methods will be verified by taking count of the specific composition of the students and of the contexts of the particular problems. Dialogue will be fundamental because it is the ethical basis of teaching and of learning as well as of every kind of scientific and philosophical research. There will be, beyond lectures, a continuous laboratory where students will be called to discuss short papers written by themselves.

Assessment and Evaluation

Physics: Exam will be in oral form on the whole program. The dialogue will be constructive of knowledge, that will be an example about what is the collective scientific construction of knowledge. Beyond lectures, series of seminars will be organized. Chemistry: The exam is an oral colloquium, consisting of background questions relating to the course's topic. It is addressed to evaluate theoretical knowledge and methodological skills gained by the student. During the oral examination, the student will carry out a synthetic didactic test on a selected topic, in a maximum of 5 minutes. The student will have to illustrate the didactic choices carried out and the scientific reasons supporting them, with appropriate reference to the course content and texts. The final mark, expressed on a scale of 1-30 as integration between written and oral tests, takes into account the quality of the acquired skills and the speaking ability.
The final mark can be:
a) Insufficient (less than 18/30): The candidate does not demonstrate that he possesses the minimum notions on the topics dealt with in the course, has modest expressive abilities and in any case insufficient to support a coherent dialogue, a lack of synthesis and little interaction with the teacher during the interview.
b) Sufficient (from 18 to 20/30): The candidate demonstrates to have few acquired notions, superficial level, many gaps. The expressive capacities are modest, but sufficient to support a coherent dialogue; the logical abilities and consequentiality in the connection of the elementary level arguments; interaction with the teacher during the interview is scarce.
c) Fair (from 21 to 23/30): The candidate shows to have a discrete acquisition of notions, but little depth, few gaps; expressive skills more than sufficient to support a coherent dialogue; acceptable mastery of scientific language; logical skills and consequentiality in the connection of moderate complexity topics; more than enough capacity for synthesis and adequate graphic expression.
d) Good (from 24 to 26/30): The candidate demonstrates that he has a wealth of notions rather broad, moderately in-depth, with few gaps; satisfactory expressive abilities and significant mastery of scientific language; dialogic ability and critical spirit well detectable; good synthesis skills.
e) Very good (from 27 to 29/30): The candidate demonstrates to have profound knowledge, with marginal gaps; remarkable expressive abilities and high mastery of scientific language; remarkable dialogic ability, useful competence and good aptitude for logical synthesis; high synthesis skills.
f) Excellent (30/30): The candidate demonstrates that he has a wealth of pervasive and in-depth knowledge, any irrelevant gaps; high expressive abilities and high mastery of scientific language; excellent dialogic ability marked aptitude for making connections between different topics; remarkable synthesis ability. "Laude" is given to candidates who demonstrate a complete degree of preparation and appropriate use of the specific vocabulary.

Further information

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