Uso di immagini nella didattica della fisica Gabriella Monroy Dipartimento di Scienze Fisiche. Università di Napoli Federico II.

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  • Uso di immagini nella didattica della fisica Gabriella Monroy Dipartimento di Scienze Fisiche. Universit di Napoli Federico II
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  • In questo seminario Situazione Immagini statiche (su carta) e dinamiche (web, gif,..). Questioni di ricerca Immagini statiche: efficacia didattica. Risultati di ricerca Immagini dinamiche. Risultati di ricerca Proposte didattiche per superare difficolta di apprendimento con uso di Cabr Geomtre
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  • Immagini e libri di testo Vecchi libri di testo: molto testo, formule. Poche immagini perlopi schematiche Nuovi libri (Amaldi, Hallyday e Resnick, Advancing Physiscs): il rapporto immagine/testo molto piu alto.
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  • Ieri (1788) On ne trouvera point de Figures dans cet Ouvrage. Les mthodes que j'y expose ne demandent ni constructions, ni raisonnement gomtriques ou mcaniques, mais seulement des oprations algbriques, assujetties une marche rgulire et uniforme J.L. Lagrange - Mcanique Analytique Oggi (2000) U. Amaldi Introduzione alla fisica
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  • Ragioni delle scelte Ieri Sommerfeld riporta nel suo Lectures on Theoretical Physics che Lagrange era molto fiero del fatto che nel suo lavoro non veniva usata neppure una figura Oggi Convinzione che le immagini possono trasmettere la conoscenza disciplinare pi efficacemente che attraverso il testo.
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  • Premessa e domande di ricerca E efficace la comunicazione che fa uso del linguaggio visuale? La conoscenza che trasmettono le immagini sempre coerente con la conoscenza disciplinare? le immagini possono: Facilitare lapprendimento Rinforzare difficolta o misconoscenze Risultati di ricerca in questo campo Nella comunicazione scientifica e in particolare nellinsegnamento il linguaggio naturale, quello visuale e quello formale sono compresenti
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  • Non tutto semplice come sembra STTIS (Science Teacher Training in an Information Society) www.blues.uab.es/idmc42/ Attitudini Difficolt Ricerca Risultati Lista Attitudini Categorie di difficolt
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  • Ricorso a schemi di ragionamenti errati Uso della conoscenza pregressa Attitudini nella lettura delle immagini Lettura narrativa Non vedere oltre lapparenza grafica
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  • Narrativa Equivalente linguistico: verbi di azione Processi; procedure
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  • Non vedere oltre la forma del grafico: camminata sensore di moto Correlare fenomeno e rappresentazione grafica
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  • Uso didattico di immagini statiche e animate. Contenuto: Le onde. 1. Risultati di ricerca sulle difficolt di apprendimento 2. Sequenze didattiche che facilitano lapprendimento Cenni difficolt indotte da immagini statiche: modello geometrico della luce Immagini animate: le onde in acqua
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  • 1. Onde: risultati di ricerca Difficolt degli Studenti (Arons, 1990; Grayson, 1996; Wittmann, 1999, 2002) Distinguere la perturbazione del mezzo e la propagazione Comprendere cosa trasporta unonda Distinguere cosa si propaga e cosa oscilla Identificare le variabili che caratterizzano unonda (ampiezza, frequenza, lunghezza donda); Comprendere la relazione fra velocita di propagazione e propret del mezzo Studiare onde non armoniche (es. Impulsi) .........
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  • Cenni a difficolt indotte dalle immagini. Modello geometrico in ottica Il modello dellottica geometrica. Fronti donda, raggi Immagini statiche
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  • Risultati di ricerca Students give a prominent value to real world elements, transferring their everyday role/function to the interpretation of the image. As a consequence, iconic elements intended to be a metaphor end up with connotations added to them, especially in the case of younger students (e.g. Materialized rays) On the other hand, for older students, these iconic elements seem to facilitate the interpretation of the associated abstract images (Viennot et al.)
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  • http://www2.physics.umd.edu/~wittmann/research/dissert ation/index.htmlhttp://www2.physics.umd.edu/~wittmann/research/dissert ation/index.html http://www.na.infn.it/Gener/did/ffc/form/web/mappa.htm Fazio C., Guastella I., Sperandeo-Mineo RM, Tarantino G. Modelling Mechanical Wave Propafgation: Guidelines and Experimentation of a Teaching Learning Sequence IJSE in press 2. Sequenze di insegnamento (basate su risultati di ricerca) che facilitano lapprendimento
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  • Aiutano a comprendere la natura dinamica del processo ondulatorio Sono facilmente reperibili Interattivit Non aiutano a comprendere il modello soggiacente Possono causare difficolt Oggi....molti corsi web con applets java, gif animate and clips Immagini che favoriscono lapprendimento. Onde in acqua e modello geometrico MA..
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  • Immagini dal web
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  • Approccio di modellizzazione attraverso le immagini Integrazione experimenti e supporti multimediali Ondoscopio (PSSC) Cabr Gomtre www.cabri.com
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  • Procedimento
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  • Approccio Da Reale a Ideale: le caratteristiche dellimmagine Fasi Onde in acqua poco profonda onde ferme sullo schermo Regolarita foto digitali su Cabri Regole Obiettivo RENDERE PLAUSIBILE IL MODELLO GEOMETRICO DELLA PROPAGAZIONE ONDULATORIA
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  • Grandezze fisiche sorgenti fronti donda lunghezze donda Modello punti circonferenze/piani segmenti Modello geometrico
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  • Onde circolari
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  • Modello geometrico Interferenza due sorgenti riflessione rifrazione Legge Fenomeno
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  • Il software Cabr Gomtre Disegnare oggetti geometrici: punti, rette, cerchi Misurare distanze e angoli, Verificare condizioni di parallelismo, ortogonalita.
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  • Lunghezza donda (onde piane)
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  • Lunghezza donda: Onde circolari
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  • Quindi. i valori medi sono circa uguali (nel caso delle immagini riportate = 1.24 cm +,- 0,03. La lunghezza donda indipendente dalla forma del fronte donda. Spesso infatti gli studenti, focalizzando lattenzione sulla forma del fronte donda (attrattore cognitivo), non riconoscono che la lunghezza donda dipende dalla frequenza dellonda e dal mezzo in cui essa viaggia, che nei casi proposti e lacqua Inoltre spesso gli studenti confondono periodo e lunghezza donda. Per rendersi conto di questo si puo proporre di ripetere gli esperimenti facendo propagare le onde in fluidi diversi: olio
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  • Interferenza due sorgenti puntiformi Intersezione rosso-blu Cerchi blu Creste Cerchi rossi Valli Posizioni nodali Intersezioni rosso-rosso o blu-blu Posizioni anti-nodali FenomenoModello
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  • Interferenza due sorgenti puntiformi: pattern geometrici Nodes and nodal lines Antinodes and anti-nodal lines
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  • Vantaggi dellapproccio Effettuare misure quantitative Coinvolgere gli studenti in attivita di modellizzazione Comprendere il modello geometrico..........
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  • Conclusioni Luso di immagini dinamiche e utile per affrontare difficolta di apprendimento sulle onde. Cabr puo aiutare a connettere le proprieta matematiche con il modello fisico Il metodo puo essere usato anche in altri ambiti (misura di e/m) Occorre controllare, nellinsegnamento, che le immagini che si usano inviino il messaggio disciplinare corretto. Disegnare sequenze didattiche che usino le immagini in modo appropriato.
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  • REFERENZE Lemke, J.L. 1998. "Multiplying Meaning: Visual and Verbal Semiotics in Scientific Text" in J.R. Martin & R. Veel, Eds., Reading Science. London: Routledge. Kress, G. and van Leeuwen, T. (1996) Reading Images: the Grammar of Visual design (London: Routledge and Kegan Paul) Lemke J.L. (1998) Teaching All the Languages of Science: Words, Symbols, Images, and Actions [Unpublished Paper] Ametler, J. and Pint, R. (2002). Students reading of innovative imagses of energy at secondary school level. Int. J. Sci. Educ., 24, 3, 285-312. Colin, P., Chauvet F. and Viennot, L. (2002). Reading images in optics: students difficulties and teachers views. Int. J. Sci. Educ., 24, 3, 313-332. Stylianidou, F., Ormerod, F. and Ogborn, J. (2002). Analysis of science textbook pictures about energy and pupils reading of them. Int. J. Sci. Educ., 24, 3, 257-283. Testa, I., Monroy, G., Sassi, E. (2002). Students Reading Images in Kinematics: The Case of Real-Time Graphs. Int. J. Sci. Educ., 24, 3, 235-256. Dimopoulos K., Koulaidis V. and Sklaveniti S. (2003). Towards an Analysis of Visual Images in School Science Textbooks and Press Articles about Science and Technology. Research in Science Education 33. 189216. Simanek D. E. Tidal Misconceptions. http://www.lhup.edu/~dsimanek/scenario/tides.htm Testa, I., Lombardi S., Monroy, G., Sassi, E. (2004). Dynamic images to address conceptual nodes about mechanical waves. Example materials and preliminary results of the experimentation of the teacher trainin module IMAGONDE Il Nuovo Cimento., 7, 5, 569-577.
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  • Siti Onde http://www.phy.ntnu.edu.tw/ntnujava/viewtopic.php?t=29 moto onde trasversali http://www.walter-fendt.de/ph14e/stlwaves.htm onde longitudinali stazionarie http://www.walter-fendt.de/ph14e/stwaverefl.htm riflessione http://www.colorado.edu/physics/2000/index.pl lente che ruota polarizzazione filtro http://www.colorado.edu/physics/2000/index.pl polarizzazione filtro http://www.colorado.edu/physics/2000/index.pl risonanza http://www.colorado.edu/physics/2000/index.pl ampiezza e periodo http://www.ngsir.netfirms.com/englishhtm/TwaveA.htm onde trasversali http://www.sciences.univ-nantes.fr/physique/perso/cortial/bibliohtml/ondegene.html immagini animate realizzate con Cabri Onde rflchie et onde stationnaire http://www.sciences.univ-nantes.fr/physique/perso/cortial/bibliohtml/refsta.html http://perg.phys.ksu.edu/vqmorig/programs/java/makewave/Waves/vq_mww.htm 2 onde http://perg.phys.ksu.edu/vqmorig/programs/java/makewave/Pulse/vq_mwp.htm 2 impulsi http://www.phy.ntnu.edu.tw/ntnujava/viewtopic.php?t=35 sovrapposizione impulsi http://www.phys.hawaii.edu/~teb/java/ntnujava/doubleSlit/doubleSlit.html interferenza http://www.phys.hawaii.edu/~teb/java/ntnujava/waveSuperposition/waveSuperposition.html sovrapposizione http://www.schulphysik.de/suren/Applets.html battimenti http://www2.biglobe.ne.jp/~norimari/science/JavaEd/e-wave2.html sovrapposizione http://www.colorado.edu/physics/2000/schroedinger/big_interference.html foto interferenza onde acqua
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  • Errore di sensibilita Cabri Si misura prima la lunghezza di un segmento espressa in cm e la si traduce in c.u (mettere un righello). Esempio h 1 =13,71 c.u. h 2 = 13,71 c.u per due segmenti che hanno misure reali (in cm) r 1 e r 2 Se n 1 e la lunghezza in pixel di un segmento h 1 (c.u.), per il caso considerato n 1 =522px, mentre h 2 (c.u.) ha lunghezza n 2 = 511px. Se assumiamo che il minimo spostamento che pu essere fatto in cabri e di 1 px, allora la distanza minima che puo essere stimata in c.u. e h 1 / n 1 = h 2 / n 2 = 0,03 c.u = Misura in cabri (h +- )
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  • Interferenza due sorgenti puntiformi
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  • Interferenza di due sorgenti puntiformi:
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