Global Junior Challenge - physics

An IBSE (Inquiry based Science Education) approach to general Relativity

ALFONSO DAMBROSIO — Fri, 03 Jul 2015 05:16:12 +0000

Has your project been replicated/adapted elsewhere?:

Yes

Where? By whom?:

Using Skype in a School in Tortona

What lessons can others learn from your project? (max. 1500 characters):

TO realize a whole physical model of gravity (general relativity) Using guroscope sensor smartphone to map a curved space To improve ideas on spacetime To collect, share and analyze data using videoediting an own device software

Are you available to help others to start or work on similar projects?:

Yes

Organization Name:

IIS J.F. KENNEDY MONSELICE

Organization Type:

School

Specify:

Progetto laboratorio di Fisica a scuola, lezioni in classe

What is the full duration of your project (from beginning to end)?:

Less than 1 year

What is the approximate total budget for your project (in Euro)?:

Less than 10.000 Euro

What is the source of funding for your project?:

Grants

Specify:

www.iiskennedy.it

Is your project economically self sufficient now?:

Since when?:

2015-06-29 22:00:00

When is it expected to become self-sufficient?:

2015-12-30 23:00:00

Education up to 18 years

http://www.inspiring-science-education.net/showcases/alfonso-dambrosio

Do you authorize the FMD to the treatment of your personal data?:

I do authorize the FMD to the use of my personal data.

Share and collect data on own mobile device Realize an experimental setup Work in group Analyze experimental data Build a reasonable physical model Introduce the Big Idea in Science of Gravity Use smartphone and tablet in our daily experimental activity

The link on newspapers

http://dida.orizzontescuola.it/news/il-successo-della-didattica-della-fi...

http://www.professionistiscuola.it/didattic/1526-metodologia-ibse-un-app...

http://ilgazzettino.it/PAY/PADOVA_PAY/200_professore_di_fisica_all_istit...

2014-09-29 22:00:00

Country:

Italy

Future plans and wish list (max. 750 characters):

To realize a School kit of our Spandex Universe

City:

Monselice, Pd, veneto

Describe the results achieved by your project How do you measure (parameters) these. (max. 2000 characters):

We chose a project in accordance with the physics curriculum in our country. Specific knowledge has been required during the project. It covered celestial orbits, Kepler’s and Newton’s laws, time and space relativity, gravitational forces, elasticity force, General Relativity, tidal force, gravitational waves and gravitational lensing. At fist the approach intimidated the students, but after the objective to build an own real experiment , they became more enthusiastic and even took initiatives, such as the Facebook Group “Fisica laboratorio povero Kennedy” or virtual classroom in Edmodo, Skype talking, video analysis. The data analysis was the main difficulty (we have 4 hours of particle trajectories), but it was fantastic to explore , with our model, many new phenomena, also mathematically. Our project is quite original, because we haven’t seen an experimental and quantitative approach to General Relativity. By our Spandex Universe we can study the measure problem in Physics and have a new vision of Gravitation. We won the nation second Place year light in Italy http://scienzapertutti.lnf.infn.it/index.php?option=com_content&view=article&id=891&Itemid=590 teacher was one of the top finalist for didactical methodology in European project Science on Stage in June 2015, london The video of the whole project is on https://www.youtube.com/watch?v=I_uYYEADt-w

How many users interact with your project monthly and what are the preferred forms of interaction? (max. 500 characters):

Students were 20. The project was shown in Congress and a School in Tourin In May and June

video editing physics light deflection gyroscope smartphone sensor gravitational waves General Relativity

Description Frase (max. 500 characters):

In order to introduce how the movement of an object requires a net force to be acting on it and objects can affect other objects at a distance, we decided to investigate mathematically or experimentally undergoing to Kepler laws. We can explain our data in a Newtonian Gravitational model, but on a curved space we have new astronomical phenomena (as light deflection, gravitational waves)and we have introduce a new Gravitation Model, General Relativity. we used ambiental sensor gyroscope smartphone to map curved space and video analysis software to edit frame by frame the trajectory bodies using Tracker software and vidanalys and videoediting on Android and Iosdevices

Project Summary (max. 2000 characters):

Students engaged gravity force exploring the planet movements managing Apps [Ref.1] on own Smartphone/Tablet . We woked with mixed class of from 16 to 18 years old. We encourage to use daily own device to search informations, collect data, explore science. Using the simulation software Celestia, we calculated the orbit radius and the orbital period of 7 Jupiter satellites . “How can we sure that really the planet motions are due to a force?” “we can see the elastic force, the magnetic force, but how can we “feel” gravitational force? “. Newtonian gravity model doesn’t explain what is the cause of this force. So we decided to investigate the third Kepler law in another way. General Relativity gives us a great effort to have a new vision of mechanics. In this model gravity is NOT a force, but it can be described as a curvature of space and time (a whole 4 dimensional space-time). A new engagement starts now! We founded many amazing videos of particle motions on a warped space [Ref.4]. We realized a Spandex Universe, which is used in many educational settings to demonstrate various astronomical effects. We created a Spandex universe on a circular structure of 170cm diameter. A webcam recorded particle trajectories , the video analysis was made using the software Tracker [Ref.5]. When we put an heavy mass on Spandex, a coin falls down in quasi circular orbit , because of curvature caused by heavy mass and not as an attraction by the heavy mass. We experimented tidal forces (fig.11 ), double star, satellites formation (fig.12), gravitational waves. When we put an heavy mass on Spandex, using gyroscope App in our Smartphone, we can register on our smartphone, a curvature “vibration”, due to mechanical elasticity texture force, this perturbation is like a gravitational (mechanical) wave. It was exciting to see how this simple model can explain many complex physical phenomena. They are a qualitatively devices, but in the future we want to elaborate it with new data set. In our Spandex model the gravity is caused by space curvature . If we live in a Spandex Universe, a straight line for us may be a curved line for another observer A zero mass trajectory deflection (like light) is caused by an intrinsic curvature Planet motion may be explained as geometry curvature of space, the space distortion is caused by masses and influenced particles motions; gravity is described as the warping of space due to the presence of matter and energy. Our data match with third Kepler law, introducing a covariant space measurement. Our results are satisfactory because we can explain a great variety of phenomena such as light deflection, tidal force, satellites formation, gravitational waves. Bibliography [1] https://play.google.com/store/apps/details?id=com.tss.android https://play.google.com/store/apps/details?id=jp.danball.planet https://play.google.com/store/apps/details?id=com.rts.android.spacesim [2] http://imagej.nih.gov/ij/ [3] http://en.wikipedia.org/wiki/Jupiter_mass [4] https://www.youtube.com/watch?v=RqVKIxqIorg https://www.youtube.com/watch?v=ZkURrrACG0g https://www.youtube.com/watch?v=CvN13ZE544M&list=PL2nSpVcaaKQT_qiNgEuUxD... [5] http://www.cabrillo.edu/~dbrown/tracker [6] Middleton, C., Langston,M., Circular orbits on a warped spandex fabric, Am. J. Phys. 82, 287 , 2014 [7] http://www.einstein-online.info/spotlights/light_deflection

I sensori di smartphone e tablet nella didattica delle Scienze fisiche

Alfonso D'Ambrosio — Thu, 02 Jul 2015 13:28:59 +0000

Has your project been replicated/adapted elsewhere?:

Yes

Where? By whom?:

Giornate domenicali presso la cooperativa la Fucina delle Scienze di Monselice http://www.lafucinadellescienze.it/wordpress/?event=il-laboratorio-in-tasca Presentato al Convegno Smartphone e Tablet nell'insegnamento delle Scienze a Napoli, Città della Scienza, 11 e 12 Settembre http://www.cittadellascienza.it/notizie/smartphone-scienze11-12-settembre/

What lessons can others learn from your project? (max. 1500 characters):

E' possibile imparare:
utilizzo dei sensori ambientali degli smartphone per la didattica delle Scienze fisiche
metodologia Inquiry based Science education
Analisi flusso dati da sensori ambientali
Realizzazione di sensori ambientali ad hoc (utilizzando Arduino)

Are you available to help others to start or work on similar projects?:

Yes

Organization Name:

IIS KENNEDY

Organization Type:

School

What is the full duration of your project (from beginning to end)?:

Less than 1 year

What is the approximate total budget for your project (in Euro)?:

Less than 10.000 Euro

What is the source of funding for your project?:

Grants

Specify:

Istituto tecnico agrario

Is your project economically self sufficient now?:

Since when?:

2015-06-29 22:00:00

When is it expected to become self-sufficient?:

2015-12-30 23:00:00

Education up to 15 years

Do you authorize the FMD to the treatment of your personal data?:

I do authorize the FMD to the use of my personal data.

Il progetto ha avuto i seguenti obiettivi: sviluppare il lavoro di gruppo, favorendo lo scambio di idee ed informazioni e utilizzando le tecnologie informatiche; sviluppare competenze informatiche utilizzando software per l’analisi dati e la condivisione degli stessi; formalizzare le leggi dell’acustica ed applicarle ad esperienze quotidiane; applicare i fenomeni di interferenza e diffrazione acustica; realizzare un set-up sperimentale a partire da un problema inquirybased; realizzare esperienze di cinematica utilizzando il sensore accelerometro; visualizzare le componenti del campo magnetico utilizzando il sensore magnetometro di un device mobile; condurre esperienze su termologia e gas utilizzando i sensori meteo; indagare i fenomeni di decadimento radioattivo utilizzando il sensore fotocamera; Analizzare il moto di corpi su superfici curve; sENSIBILIZZARE GLI STUDENTI SULLA NATURA DEI CAMPI MAGNETICI ED I LORO EFFETTI.

Per raggiungere gli obiettivi sono stati utilizzati i seguenti mezzi:
Smartphone e tablet degli studenti (Byod)
Pc della scuola
Classi virtuali (Edmodo e Facebook) e Cloud per lo scambio di dati
Risorse della rete
App Physics Toolbox, Radioactivity Counter, DigitalPro Analyzer

2014-09-29 22:00:00

Barriers and Solutions (max. 1000 characters):

Nessun ostacolo fondamentale, se non che l'utente deve dotarsi di un proprio dispositivo mobile di ultima generazione

Country:

Italy

Future plans and wish list (max. 750 characters):

L'ambizione è realizzare dei setup sperimentali per portare l'uso degli smartphone anche fuori dalle aule scolastiche. In tal senso sono stati fatto tentativi di mappatura del campo magnetico di terreni per la ricerca di rifiuti tossici o metalli (occorre implementare una App o un portale che gestisca il flusso dati da più smartphone) utilizzare il sensore fotocamera e l'App radioattività per studiare la radioattività naturale e la radioattività ospedaliera in strutture critiche quali laboratori ed Ospedali

City:

Monselice, Pd, Veneto

Describe the results achieved by your project How do you measure (parameters) these. (max. 2000 characters):

L’alta tecnologia dei sensori di un cellulare ci ha permesso di condurre esperimenti di fisica misurando grandezze con una percentuale di errore al di sotto del 5%, risultato migliore della maggior parte della strumentazione didattica scolastica. Sotto il profilo didattico, lo smartphone si è rivelato un facilitatore procedurale. Gli studenti hanno condotto più volentieri le esperienze, poichè hanno sentito lo strumento come proprio, lo hanno giudicato userfriendly, alla moda, un tuttofare. La creazione di gruppi misti ha facilitato l’apprendimento, soprattutto nei passaggi formali matematici, dove gli studenti più grandi hanno aiutato i più piccoli. L'elevata multimedialità del dispositivo ha permesso di sviluppare gli argomenti in tempi molto veloci. L'autonomia di utilizzo ha fatto sviluppare nuove competenze ed in tal senso i ragazzi hanno esplorato l'utilizzo di App e dei sensori per la conduzione di fenomeni fisici quotidiani anche a casa(ad esempio il campo magnetico generato da un microonde, da un altro cellulare durante una chiamata, lo spettro sonoro emesso da un gatto o altri animali, la velocità di volo di un uccello, etc.). La buona sensibilità dello strumento ha permesso di realizzare esperienze fisiche difficilmente realizzabili con la strumentazione dei laboratori scolastici (elevato costo dei materiali). Sono state condotte, poi, significative esperienze per indagare sulla pericolosità o meno dei campi magnetici prodotti da cellulare durante una chiamata, si è sensibilizzato sulla natura della radioattività naturale (radon) e sulla ricerca di prodotti metallici sotterrati sotto il terreno (si è discusso della Terra dei Fuochi e di come con uno smartphone ed il suo magnetometro sia possibile rintracciare oggetti metallici sotto il terreno)

How many users interact with your project monthly and what are the preferred forms of interaction? (max. 500 characters):

Gli utenti sono gli alunni di prima e seconda degli istituti tecnici e i docenti in formazione , ad oggi circa 50 utenti.

http://www.ilgazzettino.it/PAY/PADOVA_PAY/istituto_kennedy_con_un_telefo...

http://www.professionistiscuola.it/didattica/didattica-fisica/1563-labor...

http://www.professionistiscuola.it/didattica/didattica-2-0/50-didattica-...

http://ricerca.gelocal.it/mattinopadova/archivio/mattinodipadova/2015/06...

tablet Smartphone physics Environmental sensors

Description Frase (max. 500 characters):

Negli ultimi anni sono diversi gli studi che provano l’efficacia degli smartphone nella didattica delle scienze fisiche e sono numerosi gli esperimenti di fisica realizzabili con essi. La fisica resta una disciplina molto ostica , soprattutto per gli studenti del primo bienni degli istituti tecnici e professionali, soprattutto per la forte connotazione matematica. In via sperimentale, tuttavia, è possibile mostrare una ampia gamma di esperimenti che consentono una modellistica di un ampio spettro di fenomeni naturali. Nella nostra scuola è stato promosso un progetto sul Laboratorio Povero di Fisica utilizzando gli smartphone come strumento di misura, elaborazione e condivisione dei dati. Il progetto ha avuto una durata di 36 ore e sono stati utilizzati i sensori degli smartphone, per la conduzione di esperimenti di
acustica, magnetismo e cinematica, fenomeni quali la radioattività o i raggi cosmici.

Project Summary (max. 2000 characters):

Oggi si parla di didattica 2.0 e dell'uso degli smartphone in classe, ma uno smartphone ha dentro di sè una vero e proprio laboratorio di fisica, con esso è possibile condurre significative esperienze scientifiche.
Il progetto è nato dal fatto che nel nostro laboratorio non esiste una strumentazione che rilevi il campo magnetico, un sensore di moto , un barometro, tanto per fare degli esempi. SI è cercato di realizzare esperimenti scientifici dove lo smartphone avesse un ruolo fondamentale: strumento di misura, strumento per l'analisi la raccolta e la gestione dei dati.
Gli studenti coinvolti erano del primo e secondo anno di un indirizzo tecnico agrario e sono stati suddivisi in gruppi da quattro, ognuno con un suo ruolo. La metodologia seguita è l’IBSE declinata nelle 5 E: Engagement, Explore, Explain, Elaborate, Evaluate. Agli studenti è stato chiesto di ideare un setup sperimentale dove lo smartphone venisse utilizzato quale strumento di misura .
Il 90% degli studenti aveva un proprio tablet o smartphone. Lo smartphone ha permesso una esplorazione dei fenomeni fisici a 360 gradi, diventando non solo uno strumento di misura, ma anche un dispositivo con il quale ricercare informazioni, condividere dati, analizzarli.
Durante le attività di laboratorio gli studenti potevano registrare video o scattare foto con il loro cellulare, potevano condividere informazioni multimediali, scambiare opinioni con altri gruppi, condividere dati sui social network. Il docente aveva il compito di regia delle attività, di porre domande stimolo e interveniva solo quando si creavano situazioni di stallo (soprattutto nella ricerca di articoli o nell’aspetto formale matematico del problema fisico).
Lo spazio fisico dove sono state svolte le attività è il laboratorio di fisica della scuola, gli studenti avevano sia postazioni di laboratorio sia un’aula di informatica. Gli incontri erano settimanali di 2 ore e la durata del progetto è stata di 4 mesi. All’inizio di ogni lezione, in circa 15 minuti, ogni gruppo di lavoro raccontava l’avanzamento del proprio progetto e con gli altri gruppi ed il docente si discutevano le strategie risolutive da attuare.
Gli alunni erano liberi di muoversi e potevano portarsi liberamente materiale da casa utile ai fini dell’esperimento (cacciaviti, scotch etc.).
La valutazione del lavoro è avvenuta sia in itinere (si è valutata la competenza in atto), sia sul prodotto finale (il set-up sperimentale, la relazione multimediale).
Nel progetto sono state condotti i seguenti esperimenti utilizzando i sensori di smartphone e tablet:
misura della velocità del suono utilizzando una cannuccia per bere (anche al variare della temperatura)
Interferenza e diffrazione acustica
Effetto Doppler acustico
Leggi dei gas
Campo magnetico
legge di biot Savart
Misura dell'accelerazione di gravit (facendo cadere uno smartphone)
Smartphone e sport (analisi cinematica del moto, di corpi che ruotano in un parco giochi)
radioattività
Pressione e temperatura
Analisi dei dati e confronto con il modello teorico