Codice: 2023SCI56
A come abaco, Q come quanto – 2023-24.
Scienze, matematiche, fisiche e naturali
Tutor universitario: MASSIMILIANO MALGIERI
Docenti: CHIARA MACCHIAVELLO, MASSIMILIANO MALGIERI
Sede di svolgimento:
Liceo Taramell - Foscolo
Descrizione:
Il progetto “A come Abaco, Q come Quanto” è proposto dal dipartimento di Fisica dell’Università di Pavia, ed è fondato su un percorso di insegnamento-apprendimento costruito in collaborazione tra il gruppo di ricerca in didattica della fisica e quello in teoria quantistica dell’informazione.
Gli enormi avanzamenti degli ultimi decenni nell’abilità di manipolare oggetti quantistici come singoli atomi, fotoni ed elettroni hanno dato il via ad una nuova rivoluzione tecnologica, il cui impatto nei campi dell’informatica, della comunicazione e della sensoristica sta diventando sempre più profondo e pervasivo. In risposta, a livello europeo sono stati lanciati progetti istituzionali quali la Strategic Research Agenda della “Quantum Technology Flagship” (https://qt.eu), focalizzati sulla ricerca di base ma anche sulla formazione, per promuovere la crescita di consapevolezza sociale e culturale del processo in atto e la costituzione di una forza lavoro altamente specializzata e pronta ad accogliere le sfide delle nuove tecnologie quantistiche. In accordo con tale prospettiva, l’area di ricerca in didattica della fisica e quella in teoria quantistica dell’informazione dell’Università di Pavia hanno elaborato un percorso interdisciplinare rivolto agli alunni delle classi quinte e quarte della scuola secondaria, al crocevia tra fisica, matematica, informatica e ingegneria. Partendo da due unità preliminari volte a costruire una prospettiva integrata tra teorie fisiche e logica, vengono presentati concetti e formalismi di base della meccanica quantistica, e la costruzione di una nuova logica in grado di codificare e manipolare l’informazione in un modo compatibile con la struttura della nuova teoria. Mediante l’uso di strategie didattiche innovative basate sull’indagine (inquiry-based learning) e sulla modellizzazione (modelling-based teaching), gli studenti esplorano la progettazione di porte e circuiti logici in due codifiche di diverse proprietà del fotone. Il coronamento del percorso è rappresentato dall’esame concettuale e formale di algoritmi (Deutsch e Grover) che illustrano il vantaggio quantistico nell’elaborazione dell’informazione, o alternativamente di protocolli quantistici di comunicazione (teletrasporto e crittografia). In entrambi i casi, l’esame teorico dei circuiti logici è accompagnato dal design di circuiti ottici che rappresentano una loro realizzazione fisica ideale. Il percorso ha una durata di 15 ore comuni e si articola in due proposte differenziate nella parte finale: a) crittografia o b) protocolli di comunicazione (teletrasporto).
Gli enormi avanzamenti degli ultimi decenni nell’abilità di manipolare oggetti quantistici come singoli atomi, fotoni ed elettroni hanno dato il via ad una nuova rivoluzione tecnologica, il cui impatto nei campi dell’informatica, della comunicazione e della sensoristica sta diventando sempre più profondo e pervasivo. In risposta, a livello europeo sono stati lanciati progetti istituzionali quali la Strategic Research Agenda della “Quantum Technology Flagship” (https://qt.eu), focalizzati sulla ricerca di base ma anche sulla formazione, per promuovere la crescita di consapevolezza sociale e culturale del processo in atto e la costituzione di una forza lavoro altamente specializzata e pronta ad accogliere le sfide delle nuove tecnologie quantistiche. In accordo con tale prospettiva, l’area di ricerca in didattica della fisica e quella in teoria quantistica dell’informazione dell’Università di Pavia hanno elaborato un percorso interdisciplinare rivolto agli alunni delle classi quinte e quarte della scuola secondaria, al crocevia tra fisica, matematica, informatica e ingegneria. Partendo da due unità preliminari volte a costruire una prospettiva integrata tra teorie fisiche e logica, vengono presentati concetti e formalismi di base della meccanica quantistica, e la costruzione di una nuova logica in grado di codificare e manipolare l’informazione in un modo compatibile con la struttura della nuova teoria. Mediante l’uso di strategie didattiche innovative basate sull’indagine (inquiry-based learning) e sulla modellizzazione (modelling-based teaching), gli studenti esplorano la progettazione di porte e circuiti logici in due codifiche di diverse proprietà del fotone. Il coronamento del percorso è rappresentato dall’esame concettuale e formale di algoritmi (Deutsch e Grover) che illustrano il vantaggio quantistico nell’elaborazione dell’informazione, o alternativamente di protocolli quantistici di comunicazione (teletrasporto e crittografia). In entrambi i casi, l’esame teorico dei circuiti logici è accompagnato dal design di circuiti ottici che rappresentano una loro realizzazione fisica ideale. Il percorso ha una durata di 15 ore comuni e si articola in due proposte differenziate nella parte finale: a) crittografia o b) protocolli di comunicazione (teletrasporto).
Obiettivo del percorso formativo:
Il progetto PCTO “A come Abaco, Q come Quanto” ha come principali obiettivi 1) il rafforzamento del pensiero computazionale, con l’introduzione di un punto di vista unificante e interdisciplinare nel quale logica, probabilità e fisica risultano strettamente connessi tra loro, in particolare in considerazione dei problemi relativi alla computazione; e 2) la diffusione della cultura scientifica, con particolare riguardo all’introduzione della meccanica quantistica, e dei recenti sviluppi di tale teoria sui versanti della computazione e dell’informazione. Essenziale per tale obiettivo è l’utilizzo di metodi basti sulla ricerca in didattica, inclusa l’adozione di linguaggio matematico semplice ma non ipersemplificato.
Competenze tecniche e disciplinari attese al termine del percorso:
Competenze di base in informazione e computazione quantistica, Rafforzare il pensiero computazionale, Riconoscere la disinformazione sulla fisica quantistica
Competenze trasversali attese al termine del percorso:
Competenza personale, sociale e capacità di imparare a imparare: Capacità di imparare e di lavorare sia in modalità collaborativa sia in maniera autonoma
Competenze in materia di cittadinanza: Capacità di pensiero critico e abilità integrate nella soluzione dei problemi
Competenza imprenditoriale: Capacità di lavorare sia in modalità collaborativa in gruppo sia in maniera autonoma
Competenza in materia di consapevolezza ed espressione culturali: Curiosità nei confronti del mondo, apertura per immaginare nuove possibilità
Competenze in materia di cittadinanza: Capacità di pensiero critico e abilità integrate nella soluzione dei problemi
Competenza imprenditoriale: Capacità di lavorare sia in modalità collaborativa in gruppo sia in maniera autonoma
Competenza in materia di consapevolezza ed espressione culturali: Curiosità nei confronti del mondo, apertura per immaginare nuove possibilità
Prerequisiti richiesti dal percorso:
Il progetto è dedicato a studenti di classi quarte e quinte sia del liceo scientifico che del liceo classico.
Metodi e strumenti di lavoro utilizzati:
Si prevede di certificare agli studenti approssimativamente 30 ore, di cui 15 di lavoro in classe o laboratorio, 5 di seminari in presenza o online e 10 di lavoro individuale o a gruppi coordinati dal docente.
Strumenti di valutazione del progetto:
rubriche, test, questionario di valutazione, attività di laboratorio
Dipartimenti coinvolti:
Scienze, matematiche, fisiche e naturali: FISICA
Prenota:
Fine iscrizione il 01/03/2024
Coprogettazione totale
Posti riservati ai partners di coprogettazione:
30
Modalità di erogazione:
in presenza
Durata progetto:
30 ore
(Il PCTO si svolgerà nella sede del liceo scientifico dell’istituto Taramelli-Foscolo, sarà coordinato dai Proff. C. Macchiavello e M. Malgieri, condotto principalmente dal Prof. Sutrini (interno all’istituto) con l’intervento dei Prof. P. Perinotti, L. Maccone e G. Chesi del dipartimento di Fisica. )
(Il PCTO si svolgerà nella sede del liceo scientifico dell’istituto Taramelli-Foscolo, sarà coordinato dai Proff. C. Macchiavello e M. Malgieri, condotto principalmente dal Prof. Sutrini (interno all’istituto) con l’intervento dei Prof. P. Perinotti, L. Maccone e G. Chesi del dipartimento di Fisica. )
Classi ammesse:
Quarto
Quinto
Quinto
Calendario del progetto:
marzo-aprile 2024
