Scheda programma d'esame
FISICA E CHIMICA FISICA
MARIA LUISA CHIOFALO
Anno accademico2019/20
CdSCHIMICA E TECNOLOGIA FARMACEUTICHE
Codice176BB
CFU9
PeriodoSecondo semestre

ModuliSettoreTipoOreDocente/i
FISICA E CHIMICA FISICAFIS/03LEZIONI78
MARIA LUISA CHIOFALO unimap
CHRISTIAN SILVIO POMELLI unimap
Obiettivi di apprendimento
Learning outcomes
Conoscenze

Al termine dell'insegnamento, lo/la studente avrà sviluppare conoscenze concettuali, procedurali e fattuali sulla fisica e chimica-fisica di base, e in particolare:

Modulo di Fisica

1. Conoscere concetti e leggi della dinamica classica per oggetti solidi puntiformi ed estesi e fluidi, elettromagnetismo con elementi di onde elettromagnetiche, e di fisica quantistica elementare

2. Conoscere il funzionamento di strategie e metodi di base per la soluzione di problemi di dinamica classica ed elettrostatica

3. Conoscere il funzionamento di oggetti e di fenomeni di vita quotidiana nei quali si manifestano concetti e idee di cui al punto 1.

Modulo di Chimica-Fisica

4. Concetti base della termodinamica e della cinetica chimica

Knowledge

At the end of the course, the student will have developed conceptual, procedural, and factual knowledge on basic physics and chemistry-physics, in particular to:

Physics module

1. Understand concepts and laws of classical dynamics for point-like and extended rigid bodies and for fluids, electromagnetism with elements on electromagnetic waves, and elementary concepts in quantum physics

2. Know basic strategies and methods for problem solving of classical dynamics and electrostatics

3. Understand how everyday-like objects and phenomena work in terms of the concepts and ideas in point 1. above

Modalità di verifica delle conoscenze

Modulo di Fisica
La prova d'esame è composta di una o più prove scritte e una prova orale

* Per coloro che seguono il corso, la prova scritta può essere svolta in due parti, ovvero due prove in itinere, una durante e una alla fine del corso
* La prova orale ha luogo di norma entro una settimana dall'ultima prova in itinere, nei seguenti casi:
-- La valutazione di una o più delle aree di competenza effettuata nella prova scritta non è sufficiente (cioè è inferiore a 18 e - se superiore a 18 - in una o più aree di competenza è stata conseguita una valutazione inferiore al 50% del punteggio massimo riservato alla data area di competenza). La prova orale verte sulle aree di competenza risultate non sufficienti. 

-- A giudizio della commissione, la valutazione di una o più delle aree di competenza effettuata nella prova scritta deve essere consolidata  acquisendo ulteriori elementi di valutazione.
-- La valutazione di tutte le aree di competenza effettuata nella prova scritta risulta sufficiente e la/lo studente desidera migliorare la valutazione ottenuta.

Modulo di Chimica Fisica

Domande a risposta articolata nella prova scritta con interpretazione di grafici

Assessment criteria of knowledge

Physics module
The assessment in composed by one or more written exams, and possibly an oral exam

* For the students attending the course, the written exam can be split in two parts, one delivered at approximately half the course time and one at the end
* The oral exam normally occurs within one week from the written exam, in either one of the following cases:
-- The evaluation of one or more among the competence areas assessed in the written exam is not sufficient (that is, it is below the grade 18 or - if above 18 -  one or more among the competence areas results to be below 50% of the maximum grade corresponding to that competence are). The oral exam is devoted to assess the areas resulted to be non sufficient. 

-- The committee needs to acquire additional evaluation elements to assess the evaluation of one or more among the competence areas
-- The evaluation of all the competence areas in the written exam is sufficient, but the students would like to improve it 

Capacità

Modulo di Fisica

Al termine dell'insegnamento, la/lo studente avrà appreso a:

1. Riconoscere nella complessità della fenomenologia il modo in cui  concetti e idee apprese si manifestano

2. Organizzare e mettere in relazione questa conoscenza disciplinare in una stessa mappa concettuale

3. Connettere la comprensione concettuale e la formalizzazione del problema con la fenomenologia e interpretare qualitativamente la fenomenologia in termini di pochi concetti e idee essenziali, e inferirne il funzionamento

4. Formalizzare i concetti e saperli trattare attraverso l'uso di uno o più tra i metodi sviluppati nel corso e relative procedure

5. Individuare la procedura più funzionale alla soluzione di un dato problema ed eseguirla

6. Valutare in modo critico idee e soluzioni ai problemi di fisica proposti

7. Comunicare in modo efficace ed efficiente conoscenze e idee sviluppate, utilizzando conoscenze di fisica di base

8. Lavorare con autonomia, consapevolezza della mappa concettuale e di quanto appreso, e capacità di autovalutazione

9. Lavorare in team

 

Skills

Physics module

At the end of the course, the student will learn how to:

1. Recognize in the complex phenomenology the manner in which learned concepts and ideas manifest

2. Organize and link in a relationship this disciplinary knowledge in one same conceptual map

3. Link the conceptual understanding and the formal representation of the problem with the phenomenology, qualitatively interpret the latter in terms of essential concepts and ideas, and infer how things work 

4. Formalize the concepts and treat them via the use of one or more among the methods developed in the course and their corresponding procedures

5. Identify the procedure that is best suited to solve a given problem, and execute it

6. Critically think to ideas and solutions to the proposed physics problems

7. Communicate in effective and efficient manner developed knowledge and ideas, using basic physics concepts

8. Work in autonomous manner, developing awareness of the course conceptual map, and self-evaluation skills

9. Work in team

 

Modalità di verifica delle capacità

Fisica

La verifica è realizzata attraverso specifiche strategie nella prova scritta ed eventualmente quella orale: infatti la prova scritta è organizzata per aree di competenza e la corrispondente valutazione è effettuata per competenze, sommando le valutazioni delle singole aree. La prova si intende superata se la valutazione di ogni area è superiore al 50% del valore massimo indicato nel testo del compito e contemporaneamente la valutazione complessiva è superiore al 60% del voto massimo per la prova (ovvero 30/30). In particolare, la prova scritta è organizzata in:

  • Un'area di esercizi procedurali, uno di dinamica e uno di elettrostatica, la cui soluzione richiede la conoscenza di concetti, leggi e una o più procedure di soluzione mediamente complesse, e la capacità di implementare queste procedure nella soluzione dello specifico caso
  • Tre aree di esercizi concettuali, nella forma di test (uno di dinamica, uno di elettromagnetismo, uno di fisica quantistica) a risposta libera e/o a risposta multipla, la cui soluzione richiede la conoscenza la conoscenza di concetti, e leggi, e semplici procedure di soluzione, e la capacità di applicare concetti e semplici procedure alla soluzione dello specifico caso. I test a risposta multipla sono concepiti con la tecnica dei distrattori, sono possibili anche più risposte corrette, ed è obbligatorio motivare adeguatamente la o le risposte corrette.  

Chimica-Fisica

Esame orale. 

 

Risultato finale

Il voto finale è determinato con la media delle valutazioni di Fisica (6 CFU) e Chimica-Fisica (3 CFU), pesata sui rispettivi CFU.

Assessment criteria of skills

Physics module

The assessment is performed by means of specific strategies in the written exam, and possibly the oral examp: indeed, the written exam is organized in competence areas and the corresponding assessment is performed by competences, summing the grades of each areas together. The exam is passed if the assessment of each area returns a grade that is at least the 50% of the maximum value as indicated in the exam text, and at the same time the overall assessment is at least 60% of the maximum grade 30/30 (that is, 18). In particular, the written exam is organized as:

  • One area with procedural problems, one on classical dynamics and one on electrostatics, whose solution requires the knowledge of concepts, laws, and one or more moderately complex solution procedures, and the capability of implementing these procedures in solving the specific given case
  • Three areas with conceptual problems in the form of tests (one on classical dynamics, one on electromagntism, one on quantum physics) either allowing for open response or multiple choice answers, whose solution requires the knowledge of conceptsand laws, and of simple solution procedures, and the capability of applying concepts and simple procedures in solving the specific given case. The multiple-choice tests are conceived with the distracting technique, allow for more than one correct answer, and compulsorily require to express suited motivations to select the correct answer(s). 
Comportamenti
  • Interesse per la fisica di base dalla dinamica classica alla fisica quantistica
  • Curiosità e spirito critico
  • Spirito di iniziativa e partecipazione attiva
  • Correttezza al momento della valutazione
Behaviors
  • Interest for basic physics, from classical dynamics to quantum physics
  • Curiosity and critical thinking
  • Active and procative participation
  • Fairness during the assessment procedure
Modalità di verifica dei comportamenti

La verifica del comportamenti viene operata in aula nel corso e in sede di prova d’esame mediante osservazione, e mediante attività di valutazione formativa in itinere sul portale elearning.

Assessment criteria of behaviors

The assessment of behaviors is operated in classroom during the course and during the written and oral exam via observation, and via training assessment on the elearning portal.

Prerequisiti (conoscenze iniziali)

Conoscenze di matematica e di fisica delle Scuole Superiori, come da test di accesso.

Prerequisites

Basic mathematics and physics knowledge from High-School, as from assessed by means of the admission tests.

Indicazioni metodologiche

FISICA (Professoressa Maria Luisa Chiofalo)

Le attività d’aula e online sono disegnate attorno agli obiettivi di apprendimento e sono ispirate ad una combinazione di apprendimento attivo e cooperativo, flipped classroom. In particolare:

A. Lezione in aula. Si intende, per ogni argomento:

(a) Discutere qualitativamente concetti e idee di base emergenti da fenomeni di vita quotidiana, utilizzando dimostrazioni d'aula, giochi, racconti di storie e metafore, e il materiale de La fisica di tutti i giorni caricato sul portale. Si intende così educare all'intuizione e al pensiero creativo e fuori dagli schemi, in un apprendimento divergente (divertente). Idealmente, questo (divergente) piacere di apprendimento dovrebbe accompagnare lo sviluppo (convergente, focalizzato) di conoscenza. Questo approccio favorisce l’elaborazione di motivazioni personali all’apprendimento. “La mente non ha bisogno, come un vaso, di essere riempita, ma piuttosto, come legna, di una scintilla che l’accenda e vi infonda l’impulso della ricerca e un amore ardente per la verita’” (Plutarco).

(b) Formalizzare i concetti discussi qualitativamente come descritto in (a) (conoscenza concettuale); 

(c) Verificare la comprensione dei concetti attraverso l'uso di domande concettuali poste con metodi digitali online: (1) si pone la domanda, (2) si fissa un tempo per elaborare la risposta individuale e, formulata questa, per la discussione della risposta in piccoli gruppi con modalità di apprendimento cooperativo, (3) si comunica successivamente la risposta di gruppo con dispositivo mobile wifi e in forma anonima, (4) si visualizza direttamente in aula la statistica delle risposte, (5) si discutono le risposte corrette e quelle errate, in modo da mettere in luce e classificare errori concettuali e procedurali, (6) si prosegue l'attività didattica programmata se l'esito della verifica è statisticamente positivo, mentre in caso contrario si rimane sull'argomento con ulteriori spiegazioni e verifiche di apprendimento. Questa attività consente di verificare dinamicamente lo stato di comprensione e apprendimento, e di modificare dinamicamente le attività didattiche conseguenti.

(d) Per ogni insieme di semplici concetti e leggi, sviluppare e classificare procedure di soluzione per esercizi più complessi (conoscenza procedurale);

(e) Applicare le procedure di soluzione di cui in (d) a casi di studio (conoscenza fattuale)

(f) Per ogni macro-argomento, costruire in modo interattivo una mappa concettuale che lo rappresenta, evidenziando concetti e relazioni tra questi, e rafforzando in questo modo la consapevolezza di quanto appreso

(g) Potenziare e motivare le e gli studenti, valorizzando le loro domande formulate  in aula e le eventuali risposte fornite nella discussione collettiva. Chi fa domande normalmente ha la gratitudine del resto dell’aula.

(h) Discutere approfondimenti su richiesta, per chi ha ancora curiosità.

 

B. Portale elearning. Contiene:

(a) Una organizzazione ragionata di quanto fatto a lezione, slides, mappe concettuali, weblink utili

(b) Le comunicazioni relative al corso, incluse quelle relative agli esiti delle prove d'esame e alle azioni conseguenti di verbalizzazione. Per questo motivo, l'iscrizione al corso sul portale è fortemente consigliata. Per le e gli studenti che abbiano interesse, l’uso del forum per discutere di argomenti del corso.

(c) Sondaggi collettivi d'aula, per  coinvolgere quante più persone possibile che cooperino al successo del processo di apprendimento.

(d) Compiti per casa, sotto forma di test, sono disponibili sul portale dell'elearning e sono eseguibili direttamente online sul web in modalità di autovalutazione formativa. Il test è preparato in modo che le risposte corrette sono motivate. In questo modo ciascuno/a ha l'opportunità di sperimentare una forma di autovalutazione e acquisire autonomia.

(e) Raccolte di prove d'esame.

C. Ricevimento

Chiarimenti sono possibili anche nelle ore di ricevimento individuale o per gruppi con la docente e/o con tutors, su appuntamento email.

Teaching methods

PHYSICS (PROFESSOR MARIA LUISA CHIOFALO)

Classroom and online activities are designed to around the learning outcomes and are inspired to a combination of active and cooperative learning, and flipped classroom methods. In particular:

A. Classroom activities. For each topic, tha plan is to:

(a) Qualitatively discuss basic concepts and ideas emerging from everyday-life phenomena, after using classroom demonstrations, videos, games, storytelling and metaphores, and the material from La fisica di tutti i giorni class uploaded on the portal. In this manner, one aims to educate creative out-of the box thinking and intuition, in a divergent learning approach. Ideally, this should help in associating the (divergent) fun of learning to the (focused) knowledge building. This approach favors the elaboration of personal motivations to learning commitment. "Mind doe not need to be filled in, as if it were a vase, but, like wood instead, a spark lightening mind and instilling the impulse aimed to and a fervent love for truth’” (Plutarco).

(b) Formalize the concepts qualitatively discussed as described in (a) (conceptual knowledge); 

(c) Assess the understanding of the concepts via the use of conceptual tests delivered by means of online digital means: (1) the conceptual question is delivered, (2) a given time is left for individual elaboration of the answer and then to discuss the individual answers within small groups in cooperative learning, (3) the answer is then communicated by the group via wifi byo wifi mobile device in anonymous form, (4) the answers statistics is directly visualized by the class, (5) correct and uncorrect answers are discussed with special attention to envisage and classify  conceptual and procedural mistakes, (6) if the assessment outcome is statistically positive, the learning activities proceed as planned, otherwise additional time is spent in the understanding the gien concept. This flipped-room activity allows to dynamical test the understanding and learning status of the class, and to dynamically adjust the subsequent teaching activity. 

(d) For each set of concepts and laws, develop and classify procedures to solve more complex problems (procedural knowledge);

(e) Apply the procedures in (d) above to case studies (factual knowledge);

(f) For each macro- topic, interactively  build up a conceptual map that represents it, evidencing concepts and relationships among them, and strengthening awareness of the learned matter;

(g) Empower students by promoting their question addressing in class and the provided answers after collective discussion. Who asks questions usually is given the gratitude of others who might have the same doubt or curiosity;

(h) Discuss in depth additional topics aunder request, for those who are still left with curiosities.

 

B. Elearning portal. It includes:

(a) A rational organization of all classroom activities, slides, conceptual maps, useful weblinks

(b) Communications related to the course activities and on examination results and commitments. Because of this, the course enrollement on the elearning portal is strictly recommended. For the interested students, the possibility to use the forum to discuss course topics.

(c) Class surveys, aimed to involve as many students as possible to cooperate to successfull learning.

(d) Homeworks, in the form of online self-assessing tests, can be executed directly online with immediate and automatic feedback. Tests are prepared in a way to provide a discussion on correct answer. In this manner, students might have the opportunity to experiment a form of self-assessment and develop autonomy skills.

(e) Collections of examination tests and written exams.

C. Office hours

Clarifications are possible also within individual or group office hours with the professor and/or the tutor(s), after appointment fixed by email.

Programma (contenuti dell'insegnamento)

MODULO DI FISICA (PROFESSORESSA MARIA LUISA CHIOFALO)

Parte I: Competenze trasversali e competenze di base
- Un esercizio di pianificazione: presentazione del Corso attraverso questo Syllabus
- Risorse, Metodi e Strategie generali per la soluzione di problemi a partire da esempi (questa parte può essere discussa durante il lavoro pratico in aula sulla soluzione di problemi specifici)

Parte II: Concetti, applicazioni, e strategie di soluzione per semplici problemi di Meccanica e dinamica classica

- Le tre leggi per il moto traslatorio nel modello di punto materiale. Concetti di posizione, velocità, accelerazione, massa, forza. Leggi della dinamica per il moto traslatorio. Condizioni iniziali. Vincoli ed equazioni vincolari.

- Procedura di soluzione di problemi di dinamica a partire dalle leggi con condizioni iniziali e vincoli.
- Quanti tipi di forze? Forze di contatto (reazioni vincolari, attrito in varie forme, forze elastiche, galleggiamento...) - Forze a distanza (gravitazionale, elettrica, magnetica,...)
- Energia, quantità di moto e Leggi di conservazione: Concetti di lavoro, energia, calore, trasferimento (inclusi i meccanismi di traporto del calore) e trasformazione dell'energia - Teorema dell'energia cinetica-Conservazione dell'energia -Legge di Bernoulli nei fluidi - Impulso e quantità di moto - Conservazione della quantità di moto - Urti

- Procedura di soluzione dei problemi di dinamica attraverso l'uso delle leggi di conservazione e, all'occorrenza, delle leggi di conservazione combinate con le tre leggi della dinamica.

- Dinamica di corpi estesi rigidi. Dizionario di concetti e leggi tra il modello di punto materiale e il modello di corpo rigido. Le tre leggi per il moto rotatorio e relative leggi di conservazione: Concetti di posizione velocità e accelerazione angolare, momento di inerzia, momento delle forze - Leggi della dinamica per il moto rotatorio - Impulso angolare e momento della quantita' di moto - Conservazione del momento angolare.

Parte III: Introduzione alla Termodinamica-Una lezione "cerniera" con il modulo di Chimica-Fisica
- A cosa serve
- Grandezze termodinamiche (temperatura, pressione, lavoro, energia interna, calore, entropia) e loro relazione con grandezze meccaniche: connessione macro-microscopica nella teoria cinetica e generalizzazione concettuale a sistemi più complessi
- Principi zero, primo e secondo della Termodinamica

Parte IV: Concetti, applicazioni, e strategie di soluzione per semplici problemi di Elettromagnetismo

- Elettricità: Elettrostatica. Legge di Coulomb - Concetto di campo elettrico - Legge di Gauss e campo elettrico di selezionate configurazioni di carica-Potenziale elettrico  ed energia potenziale elettrica -Corrente e legge di Ohm.

- Magnetismo come fenomeno tra correnti elettriche e/o tra spin: Magnetostatica - Forze magnetiche - Concetto di campo magnetico - Legge di Ampère e campo magnetico per selezionate configurazioni di corrente - Induzione elettromagnetica e legge di Faraday-Lenz - Legge di Maxwell a corrente di spostamento - Circuiti DC e AC (elementi di base, solo se il tempo a disposizione lo consente: consultare il registro delle lezioni).

- Unificazione delle forze elettrica e magnetica e pappa concettuale dell'elettromagnetismo attraverso le equazioni di Maxwell.

- Onde elettromagnetiche: Concetti di base.

- Ottica elementare: Concetti di base (solo se il tempo a disposizione lo consente: consultare il registro delle lezioni).

Parte V: Concetti di Fisica moderna e fisica quantistica  

- Concetti di base e dizionario della fisica quantistic: onda di probabilità e lunghezza d'onda di de Broglie, principio di indeterminazione di Heisenberg, spin e principio di indeterminazione per componenti differenti dello spin, fermioni e bosoni, livelli di energia di una particella quantistica in una scatola unidimensionale e di un elettrone in un atomo, livelli di energia di un oscillatore armonico quantistico unidimensionale, effetto tunnel, equazione di Schroedinger come equazione di energia per la funzione d'onda di probabilità.

- Concetti di base e dizionario della relatività (solo se il tempo a disposizione lo consente: consultare il registro delle lezioni).

- Elementi su misure spettroscopiche e funzioni di correlazione, attraverso esempi di diagnostica medica (raggi X e TAC, RMN, ecografia).

Parte V

Conclusioni: mappa concettuale delle conoscenze e delle competenze acquisite.

 

MODULO DI CHIMICA-FISICA (PROF. CHRISTIAN POMELLI)

 

Il modulo verterà sui fondamenti della termodinamica e sulle basi teoriche dell’equilibrio chimico.

  1. Il primo principio della termodinamica. Calore e lavoro. Diversi tipi di lavoro di interesse in ambito chimico. 
  2. Il calore. Natura del calore. Misurazione del calore: Bomba di Mahler. 
  3. Il concetto di funzione di stato. Energia interna e Entalpia. Definizione e dove sono utili. Cicli termodinamici. Calcolo di entalpia ed energia interna sui gas perfetti.
  4. Il secondo principio della termodinamica. La funzione di stato entropia. Definizione classica e statistica di entropia. Esempi sui gas perfetti. Trasformazione dei gas perfetti a entropia costante. 
  5. Macchine termiche ideali: rendimento. Ciclo di Carnot. 
  6. Sistema ed ambiente. Entropia di una reazione chimica che si svolge nell’ambiente. Il concetto di energia libera. 
  7. Un esempio di sistema complesso: i gas di van der Waals.
  8. Complementi di matematica per una visione più generale della termodinamica. 
  9. Processi reversibili ed irreversibili. Variazione infinitesima delle grandezze termodinamiche. 
  10. Le funzioni di stato viste come differenziali. Energia interna, entalpia ed energia libera. Relazioni fra le funzioni termodinamiche. Trasformate di Legendre. 
  11. Relazione di Gibbs-Duhem e potenziale chimico. Forma del potenziale chimico per un gas ideale e per una soluzione diluita. 
  12. Il potenziale chimico alla base dell’equilibrio chimico. Esempio su reazioni chimiche e transizioni di stato. 
  13. Alcuni concetti di chimica generale rivisti alla luce della termodinamica. 
Syllabus

PHYSICS MODULE (PROFESSOR MARIA LUISA CHIOFALO)

Part I: Soft and life skills
- An exercise about planning: introduction to the Course via the present Syllabus
- Resources, Methods, and general Strategies aimed to problem solving, starting from examples (this part may be discussed during practical classroom work on the solution of specific problems)

Part II: Concepts, applications, and strategies for the solution of simple problems of classical mechanics and dynamics

- The three laws of motion for point-like bodies. Concepts of position, velocity, acceleration, mass, force. Laws of dynamics, initial conditions, and constraints equations.

- Problem-solving procedure for dynamics, starting from motion laws, initial conditions and constraints 
- Which and how many types of forces? "Contact"  forces  (constraining forces, friction in different contexts, elastic forces, lift and bouyant forces,...) - Long-range forces (gravitational, electric, magnetic,...)
- Energy, momentum, and conservation laws. Concepts of work, energy, heat, energy transport and transformations - Worl-kinetic energy theorem-Conservation of energy- Bernoulli law for fluids - Impulse and momentum - Conservation of momentum - Scattering

- Problem-solving procedure for dynamics via conservation laws and, when needed, after combining conservation and force laws.

- Dynamics of extended, rigid bodies. Dictionary of concepts and laws among point-like and rigid-bodies models. The three motion laws for rotational motion and corresponding conservation laws: concepts of angular position, velocity, and acceleration, angular mass or moment of inertia, torque - Laws of dynamics for rigid bodies - Angular impulse and angular momentum - Conservation of angular momentum.

Part III: Introduction to Thermodynamics - A one-shot lecture bridging the Physics and the Chemistry-Physics module
- What it is for
- Thermodynamical quantities (temperature, pressure, worl, internal energy, entropy) and their relationship with mechanical quantities: microscopic-macrosopic connection and dictionary in the kinetic theory of gases, and generalization to more complex systems
- Zeroth, first, and second laws of Thermodynamics

Part IV: Concepts, applications, and strategies for the solution of simple problems of Electromagnetism

- Electricity: Electrostatic. Coulomb law - Electric field as a concept - Gauss law and electric field for selected configurations of charges - Electrostatic potential and potential energy -Current and Ohm's law.

- Magnetism: Magnetostatic - Magnetic (Lorentz) law - Magnetic field as a concept - Ampère law and magnetic field for selected configurations of currents - Electromagnetic induction and Faraday-Lenz law - Maxwell law -  Elements of DC and AC circuits (base elements, only if time is left: consult the actual lecture log online).

- Unification of electric and magnetic forces and conceptual map of electromagnetism via Maxwell equations.

- Electromagnetic waves: basic concepts.

- Elementary optics: basic concepts (only if time is left: consult the actual lecture log online).

Part V: Concepts of modern physics and quantum physics 

- Basic concepts and dictionary of quantum physics: de Broglie probability wave and wavelength, Heisenberg uncertainty principle, spin and uncertainty princple for different spin components, fermions and bosons, energy levels for a quantum particle in a one-dimensional box and for an electron in an atom, energy levels of a one-dimensional quantum harmonic oscillator, tunneling, Schroedinger equation as an energy equation for the probability wavefunction.  

- Basic concepts and dictionary of relativity (only if time is left: consult the actual lecture log online).

- Elements on spectroscopy measurements and correlation functions, via medical-imaging examples (X-rays and CAT, NMR, ultrasounds)

Part V

Conclusions: conceptual map of learned knowledge and know-how.

Bibliografia e materiale didattico

TESTI DI BASE

Fisica
- Jewett & Serway, Principi di Fisica, V Edizione Vol. 1: Dinamica, Termodinamica, Elettromagnetismo, Ottica (Edises, 2010) . Con l'acquisto del testo è possibile anche accedere online ad un¡¯area studenti per esercizi e materiale di studio utile.
- Jewett & Serway, Principi di Fisica, IV Edizione Vol. 2: Fisica Quantistica (Edises, 2010)
Un qualunque testo di fisica delle scuole medie superiori per gli strumenti di base
Materiale didattico per teoria ed esercizi del corso è online

Chimica-Fisica

Atkins- De Paula Chimica Fisica Biologica 1 - Zanichelli. Saranno fornire slides e dispense delle lezioni. 

TESTI DIVULGATIVI
- Lou Bloomfield, How things work - The physics of everyday life (J. Wiley, New York, 2001) e
How everything works [Making physics out of the ordinary] (J. Wiley, New York, 2007)
- Albert Einstein e Leopold Infeld, L'evoluzione della fisica (Bollati-Boringhieri, 1965)
- Andrea Frova, La fisica sotto il naso (BUR, Milano 2006)
- Monica Marelli, La fisica del tacco 12 (Rizzoli, Milano 2009) [Tutta la fisica che serve alle donne (e agli uomini che vogliono capire le donne]
- Lawrence Krauss, La fisica di Star Trek (Longanesi, Milano 1998)
- James Kakalios, La fisica dei supereroi (Einaudi, Torino 2005)
- Peter Barham, The Science of Cooking (Springer, Berlino 2001)
- Bruce Colin, Scherlock Holmes e i misteri della Scienza (Cortina Raffaello, 1997)

TESTI DI METODOLOGIA DIDATTICA
- C. Casula, I porcospini di Schopenauer' (Franco Angeli, 2003) [Sui metodi didattici e le metafore per l'apprendimento]

- R. Knight, Physics for Scientists and Engineers: A strategic approach, Pearson

- H. Gardner, Frames of Mind: The theory of multiple intelligences

Bibliography

Recommended reading includes the following textbooks:

Physics

- Jewett & Serway, "Principi di Fisica", IV Edizione Vol. 1: Dinamica, Termodinamica, Elettromagnetismo, Ottica (Edises, 2010)

- Jewett & Serway, "Principi di Fisica", IV Edizione Vol. 2: Fisica Quantistica (Edises, 2010)

Chemistry-Physics

- Atkins- De Paula Chimica Fisica Biologica 1 - Zanichelli. Slides from lectures.

 

POPULAR-SCIENCE BOOKS

- Lou Bloomfield, How things work - The physics of everyday life (J. Wiley, New York, 2001) e
How everything works [Making physics out of the ordinary] (J. Wiley, New York, 2007)
- Albert Einstein e Leopold Infeld, L'evoluzione della fisica (Bollati-Boringhieri, 1965)
- Andrea Frova, La fisica sotto il naso (BUR, Milano 2006)
- Monica Marelli, La fisica del tacco 12 (Rizzoli, Milano 2009) [Tutta la fisica che serve alle donne (e agli uomini che vogliono capire le donne]
- Lawrence Krauss, La fisica di Star Trek (Longanesi, Milano 1998)
- James Kakalios, La fisica dei supereroi (Einaudi, Torino 2005)
- Peter Barham, The Science of Cooking (Springer, Berlino 2001)
- Bruce Colin, Scherlock Holmes e i misteri della Scienza (Cortina Raffaello, 1997)

TEXTBOOK ON PHYSICS EDUCATION RESEARCH AND ON PEDAGOGICAL THIKNING 
- R. Knight, Physics for Scientists and Engineers: A strategic approach, Pearson

- C. Casula, I porcospini di Schopenauer' (Franco Angeli, 2003)

- H. Gardner, Frames of Mind: The theory of multiple intelligences

Indicazioni per non frequentanti

La frequenza è obbligatoria. Si suggerisce comunque di utilizzare al massimo le potenzialità del portale elearning e le risorse cartacee e online del libro di testo.

Non-attending students info

Attendance is compulsory. In any event, it is strongly suggested a full use of the resources and activities on the elearning portal and of the paper and online resources provided by the textbook website.

Modalità d'esame

Modulo di Fisica

La prova d'esame è composta di una o più prove scritte e una prova orale

* Per coloro che seguono il corso, la prova scritta può essere svolta in due parti, ovvero due prove in itinere, una durante e una alla fine del corso
* La prova orale ha luogo di norma entro una settimana dall'ultima prova in itinere, nei seguenti casi:

-- La valutazione di una o più delle aree di competenza effettuata nella prova scritta non è sufficiente (cioè è inferiore a 18 e - se superiore a 18 - in una o più aree di competenza è stata conseguita una valutazione inferiore al 50% del punteggio massimo riservato alla data area di competenza). La prova orale verte sulle aree di competenza risultate non sufficienti. 

-- A giudizio della commissione, la valutazione di una o più delle aree di competenza effettuata nella prova scritta deve essere consolidata  acquisendo ulteriori elementi di valutazione.
-- La valutazione di tutte le aree di competenza effettuata nella prova scritta risulta sufficiente e la/lo studente desidera migliorare la valutazione ottenuta.

L'esito complessivo dell'esame è positivo se la valutazione di ognuna delle Aree di competenza risulta almeno sufficiente. La valutazione per ogni Area di competenza viene ricostruita a partire dai risultati di ogni prova d'esame - scritta o orale - a disposizione. Tutto il materiale acquisito nel corso delle differenti prove costituisce un'opportunità di valutazione, ovvero può essere positivamente utilizzato per la valutazione finale.

La valutazione di competenze e capacità acquisite è così composta:

-- Fino a 8 punti per l'Area 1 - Conoscenza procedurale e fattuale: conoscenza delle procedure e capacità di applicarle a specifici casi di esame. Soglia minima per la sufficienza: 2 punti per l'esercizio procedurale di dinamica e 2 punti per l'esercizio procedurale di elettrostatica

-- Fino a 10 punti per l'Area 2 - Conoscenza concettuale e fattuale della dinamica classica: conoscenza di concetti e capacità di applicarli attraverso semplici procedure a specifici casi di esame. Soglia minima per la sufficienza: 5 punti

-- Fino a 8 punti per l'Area 3 - Conoscenza concettuale e fattuale di elettromagnetismo e fisica moderna: conoscenza di concetti e capacità di applicarli attraverso semplici procedure a specifici casi di esame. Soglia minima per la sufficienza: 4 punti

-- Fino a 2 punti per l'Area 4 - Conoscenza concettuale e fattuale della fisica quantistica: conoscenza di concetti e capacità di applicarli attraverso semplici procedure a specifici casi di esame. Soglia minima per la sufficienza: 1 punto

-- Da 2 a 5 punti per l'Area 5 - Competenze trasversali: grado di consapevolezza di quanto appreso, appropriatezza e chiarezza nell'esprimere e formalizzare le soluzioni agli esercizi.

Durante l'esame scritto è consentita la consultazione di uno (e uno solo) libro di testo a scelta dello/a studente. Non è consentito l'uso di note, appunti, eserciziari.

Studenti con bisogni speciali (DSA, condizioni di disabilità permanente, situazioni temporanee di disabilità o di ridotta mobilità) sono pregati/e di contattare la docente per concordare eventuali strumenti compensativi e dispensativi da individuare anche le indicazioni e/o la semplice consulenza di USID.

Modulo di Chimica-Fisica

Prova orale

 

Verbalizzazione

La verbalizzazione del risultato dell'esame avviene quando si è in possesso di una valutazione sufficiente sia nel modulo di fisica che nel modulo di chimica-fisica. Gli e le studenti hanno un anno di tempo (da appello in cui è stata conseguita la valutazione sufficiente in uno dei due moduli, all'appello corrispondente un anno dopo), per conseguire la valutazione sufficiente nell'altro modulo: trascorso questo tempo, decade la validità del risultato del primo modulo. 

La verbalizzazione deve essere effettuata nello stesso appello in cui è stata conseguita la valutazione sufficiente, secondo le modalità comunicate tramite newsletter sul portale elearning del corso. 

Assessment methods

Physics module

The assessment in composed by one or more written exams, and possibly an oral exam

* For the students attending the course, the written exam can be split in two parts, one delivered at approximately half the course time and one at the end
* The oral exam normally occurs within one week from the written exam, in either one of the following cases:
-- The evaluation of one or more among the competence areas assessed in the written exam is not sufficient (that is, it is below the grade 18 or - if above 18 -  one or more among the competence areas results to be below 50% of the maximum grade corresponding to that competence are). The oral exam is devoted to assess the areas resulted to be non sufficient.

-- The committee needs to acquire additional evaluation elements to assess the evaluation of one or more among the competence areas
-- The evaluation of all the competence areas in the written exam is sufficient, but the students would like to improve it 


The overall outcome of the exam assessment is successfull if each competence area results to be sufficient. The assessment of each competence area is built from the results of each available examination test - written and/or oral. All the assessment elements collected during the different examination tests represents an assessment opportunity, i.e. it can be constructively exploited for the final evaluation.

The assessment by competences is composed as follows:

-- Up to 8 points for Area 1 - Procedural and factual knowledge: knowledge of procedures and capability of implementing them in the solution of specific test cases. Minimum threshold for a sufficient assessment: 4 points, composed of at least 2 points for the procedural problem on classical dynamics and at leas 2 points for the procedural problem on electrostatics

-- Up to 10 points for Area 2 - Conceptual and factual knowledge on classical dynamics: knowledge of concepts and simple procedures, and capability of implementing them in the solution of specific test cases. Minimum threshold for a sufficient assessment: 5 points

-- Up to 8 points for Area 3 - Conceptual and factual knowledge on electromagnetism and modern physics: knowledge of concepts and simple procedures, and capability of implementing them in the solution of specific test cases. Minimum threshold for a sufficient assessment: 4 points

-- Fino a 2 punti per l'Area 4 - Conceptual and factual knowledge on quantum physics: knowledge of concepts and simple procedures, and capability of implementing them in the solution of specific test cases. Minimum threshold for a sufficient assessment: 5 points

-- Up to 2-5 points for Area 5 - Soft-competences and life skills: degree of awareness of the learned matter, pertinence and lucidity in espressing and formalizing the problems solutions.

During the written exam, it is allowed to consult one (and only one) textbook at student choice. Use of notes in any form and of excercise booklets is strictly forbidden.

Students with special needs (SLD, permanent disability conditions, temporarily conditions of reduced mobility) are invited to contact the professor to agree upon possible relieving and/or compensatory tools to be identified also following the directions and/or after USID consultation. 

 

 

Formalization of credits acquisition

The formal operations aimed to credits acquisition occurs when a sufficient assessment has been obtained in both modules, physics and chemistry-physics. Students have a one-year time (from the session when the sufficient assessment in either one of the two modules has been obtained until when the sufficient assessment in the remaining module is obtained in the corresponding session one year later), in order to obtain a sufficient assessment in the remaining module: after this period of time has passed, the validity of the first-module result ceases.

The formal credits acquisition must be operated in the same session in which the overall sufficient evaluation has been obtained, according to the information provided via newsletter on the course elearning portal.  

Pagina web del corso

https://moodle.farm.unipi.it/

Altri riferimenti web

Modulo di Fisica

Additional web pages

Physics module

  • Website of the main textbook Jewett & Serway, Principi di Fisica (Edises), Vol. 1 e 2

 

 

Ultimo aggiornamento 22/02/2020 17:47