Epistemologie degli studenti e seconda rivoluzione quantistica: da un’indagine empirica alla progettazione di una attività didattica

Questa tesi ha due obiettivi: indagare il potenziale di un corso incentrato sulle tecnologie quantistiche per lo sviluppo di epistemologie degli studenti utili per l’apprendimento della fisica quantistica; proporre un’attività didattica che valorizzi diverse prospettive (concettuale, sperimentale, epistemologica) per introdurre alla seconda rivoluzione quantistica. Il primo obiettivo è stato realizzato progettando un questionario somministrato nel corso “Introduzione alla Scienza e Tecnologia Quantistica”, svoltosi nell’anno accademico 2022/2023, e nella sua analisi. Il questionario è stato progettato con l’intento di indagare con precisione quali e come le epistemologie degli studenti sono state guidate in modo significativo verso una visione più esperta e adeguata della fisica quantistica, e quali aspetti del corso sono stati considerati utili e quali invece un ostacolo. Dopo un’analisi della letteratura, il questionario è stato strutturato per indagare le epistemologie su tre dimensioni: il ruolo della matematica, della visualizzazione e dell’intuizione nello studio e nell’apprendimento della meccanica quantistica. I risultati del questionario hanno mostrato come l’utilizzo di diverse prospettive nel corso sia stato proficuo per l’affinamento delle epistemologie individuate. Per il secondo obiettivo, sulla base dei risultati ottenuti è stata progettata una attività per scuola secondaria incentrata sulla prima e seconda rivoluzione quantistica e articolata nelle prospettive del corso, ovvero quella concettuale, sperimentale e epistemologica/storica. Il fulcro dell’attività è l’esperimento di scelta ritardata di Wheeler. All’inizio dell’attività vengono introdotti alcuni concetti quantistici fondamentali, come gli stati di sovrapposizione, il principio di complementarietà e il processo di misura. Dopo aver mostrato l’esperimento si introduce la seconda rivoluzione quantistica tramite i circuiti quantistici, come possibile metodo di implementazione dell’esperimento.