Didattica della Meccanica Applicata alle Macchine

Programma del corso di Didattica della meccanica applicata alle macchine
Percorso CAFIS per l'abilitazione all'insegnamento
Destinatari: docenti di scuola secondaria di secondo grado delle discipline meccaniche

Presentazione del corso e obiettivi

Il corso introduce alcune nuove metodologie e strategie didattiche, con particolare riferimento alla loro applicazione ai corsi di Meccanica e di Meccanica applicata alle macchine impartiti presso le scuole medie superiori. Scopo del corso è l'acquisizione di nuove conoscenze su alcune tecniche didattiche e della capacità di applicarle nella pratica di insegnamento, tenendo conto delle caratteristiche del gruppo classe e della natura fortemente applicativa della disciplina.

Metodologie e strategie didattiche

Elementi introduttivi alle tecniche didattiche facenti uso o con supporto di information technology, e-learning, object learning, blended teaching e talk and chalk. Caratteristiche, ambiti di impiego e limiti di ciascuna tecnica; criteri di scelta in funzione degli obiettivi formativi, delle dotazioni del laboratorio e del tempo disponibile. Combinazione di lezione frontale, attività di laboratorio e lavoro autonomo; organizzazione dei materiali didattici e dei tempi nella didattica mista.

Modelli dell'apprendimento e stili cognitivi

Introduzione al modello di apprendimento di Gardner, le intelligenze multiple, e sue applicazioni alla didattica delle discipline tecniche. Apprendimento esperienziale e ruolo dell'attività di laboratorio. Stili cognitivi e preferenze di apprendimento: definizioni, modelli di riferimento, strumenti di rilevazione. Implicazioni per la progettazione delle lezioni, per la differenziazione delle attività e per la composizione dei gruppi di lavoro.

Indagini sperimentali sulle preferenze di apprendimento

Metodi di indagine impiegati negli studi sperimentali condotti sugli studenti di ingegneria presso l'Università Roma Tre e l'Università La Sapienza: costruzione dei questionari, campionamento, analisi delle correlazioni e interpretazione dei risultati. Correlazioni tra scelte accademiche e preferenze di apprendimento nel quadro delle intelligenze multiple e dell'apprendimento esperienziale. Indagini sugli stili di apprendimento in un corso avanzato di meccanica applicata. Correlazione tra gli stili cognitivi degli studenti e la loro attitudine a partecipare a progetti di codici open source di cinematica e dinamica. Trasferibilità di questi metodi di indagine al contesto della scuola secondaria di secondo grado.

Modellazione e simulazione dei processi di apprendimento

Introduzione alla simulazione dell'apprendimento verbale e matematico mediante reti neurali semplici: struttura del modello, addestramento, interpretazione dei risultati e loro utilità nella riflessione sui processi di insegnamento. Limiti dei modelli e cautele nell'uso dei risultati.

Supporto IT e programmi simulatori per la didattica della meccanica

Supporto dell'information technology e impiego di programmi simulatori per la didattica di: cinematica; dinamica dei sistemi di corpi rigidi multibody; tribologia e lubrificazione; meccanica delle vibrazioni; organi di trasmissione e di sollevamento; freni e frizioni; organi delle macchine. Per ciascun ambito: scelta del simulatore, definizione dell'esperienza virtuale, dati di ingresso e grandezze osservabili, confronto tra risultato simulato ed esperienza reale di laboratorio, errori tipici degli allievi e modalità di verifica dell'apprendimento.

Codici open source e attività web nella didattica

Analisi di un metodo di insegnamento e apprendimento supportato da codici open source e da attività su web. Organizzazione di un progetto di classe basato su codici di cinematica e dinamica: ruoli, tempi, materiali, criteri di valutazione del lavoro di gruppo. Coinvolgimento degli allievi nello sviluppo e nella verifica del codice; relazione tra stili cognitivi e adesione a questo tipo di attività; gestione delle risorse in rete e dei materiali condivisi.

Pensiero laterale e creatività nel gruppo classe

Introduzione ai metodi di pensiero laterale di Edward de Bono e loro impiego nel gruppo classe. Tecniche di conduzione delle sessioni, formulazione dei problemi, gestione dei contributi degli allievi e raccordo con i contenuti disciplinari della meccanica. Impiego del pensiero laterale nelle attività di progettazione e nella soluzione di problemi aperti.

Strumenti di intelligenza artificiale per la scuola secondaria di secondo grado

Introduzione ai nuovi strumenti di intelligenza artificiale per le classi di scuola media superiore. Possibili impieghi nella preparazione dei materiali, nell'assistenza allo studio individuale e nella produzione di esercizi; questioni di affidabilità, valutazione critica dei contenuti generati, aspetti etici e di trasparenza nell'uso da parte degli allievi.

Nuovi argomenti per i curricula della scuola tecnica

Introduzione nei curricula di argomenti di recente diffusione: programmi multibody per la simulazione di meccanismi e macchine; topologia dei meccanismi; microsistemi. Criteri per la riduzione didattica di questi contenuti al livello della scuola secondaria di secondo grado e per il loro raccordo con i programmi di Meccanica e di Meccanica applicata alle macchine.

Alta formazione tecnica, professioni e società

Programmazione dell'alta formazione tecnica: esperienze pregresse e proposte di un approccio integrato. Professioni emergenti nell'istruzione tecnica superiore e loro riflesso sull'orientamento degli allievi. Influenze reciproche tra tecnologia e società e loro trattazione in aula come elemento di contesto della formazione dell'ingegnere e del tecnico.

Prerequisiti
Corso di Didattica della meccanica applicata alle macchine
Percorso CAFIS per l'abilitazione all'insegnamento

Titolo di accesso al percorso di abilitazione

Laurea in ingegneria meccanica o titolo equipollente valido per l'accesso alle classi di concorso delle discipline meccaniche, secondo i requisiti previsti dal percorso CAFIS.

Meccanica applicata alle macchine

Padronanza dei contenuti disciplinari oggetto di insegnamento: cinematica e dinamica dei meccanismi, attrito, usura e lubrificazione, rendimento, vibrazioni meccaniche, organi di trasmissione e di sollevamento, freni e frizioni, organi delle macchine.

Fisica e meccanica di base

Meccanica del punto e del corpo rigido, lavoro ed energia, statica e dinamica, necessarie per la trattazione didattica dei contenuti tecnici.

Matematica di base

Calcolo differenziale e integrale, calcolo vettoriale, elementi di statistica descrittiva utili alla lettura dei risultati delle indagini sugli stili di apprendimento e alla valutazione degli apprendimenti.

Disegno tecnico e CAD
Lettura e produzione di disegni e schemi di componenti e meccanismi, utili alla predisposizione dei materiali didattici e delle attività di laboratorio.

Informatica di base e uso di programmi simulatori

Uso del foglio elettronico, di programmi di simulazione cinematica e multibody e degli strumenti di condivisione in rete; familiarità con gli ambienti di e-learning adottati nella scuola.

Elementi di programmazione

Capacità di leggere e modificare semplici programmi in un qualsiasi linguaggio, necessaria per le attività basate su codici open source e per guidare gli allievi nel loro utilizzo.

Elementi di pedagogia e didattica generale
Nozioni di base su progettazione didattica, conduzione del gruppo classe e valutazione degli apprendimenti, acquisite nel percorso di abilitazione o nell'esperienza di insegnamento.

Conoscenza della lingua inglese
Lettura della letteratura sulla didattica delle discipline tecniche, in gran parte disponibile in lingua inglese, e della documentazione dei programmi impiegati.

Testi di riferimento

N.P. Belfiore, A. Matrisciano, Correlations between Academic Choices and Learning Preferences: Insights from an Experimental Study on Multiple Intelligences and Experiential Learning at Roma Tre University, 21st International Conference on Information Technology Based Higher Education and Training (ITHET 2024), 2024.
A. Matrisciano, V. Deplano, N.P. Belfiore, Analysis of a teaching and learning method supported by open source codes and web activities, Proceedings of ITHET 2012, Istanbul, 2012.
A. Matrisciano, N.P. Belfiore, An investigation on cognitive styles and multiple intelligences model based learning preferences in a group of students in engineering, Proceedings of ITHET 2010, Cappadocia, pp. 60-66, 2010.
N.P. Belfiore, I.J. Rudas, A. Matrisciano, Simulation of Verbal and Mathematical Learning by means of Simple Neural Networks, ITHET 2010, Cappadocia, pp. 52-59, 2010.
N.P. Belfiore, A. Matrisciano, A. Micangeli, E. Pennestri, Correlation Analysis between Students' Cognitive Styles and their Attitude to Join Kinematic and Dynamics Open Source Codes Projects, ECCOMAS Thematic Conference Multibody Dynamics 2011, Brussels, 2011.
N.P. Belfiore, M. Di Benedetto, A. Matrisciano, C. Moscogiuri, C. Mezzetti, M. Recchioni, On Some Emerging Professions in the Higher Technical Education, Second International Structural Engineering and Construction Conference, Rome, 2003, pp. 2163-2170.
A. Matrisciano, N.P. Belfiore, An Investigation on the Students' Learning Styles in an Advanced Applied Mechanics Course, Second International Structural Engineering and Construction Conference, Rome, 2003, pp. 2129-2136.
N.P. Belfiore, M. Di Benedetto, A. Matrisciano, C. Moscogiuri, The Development of an Integrated Approach to the Planning of the Higher Technical Education: Past Experience and Proposals, Proceedings of ITHET 2002, Budapest, 2002.
N.P. Belfiore, M. Di Benedetto, A. Matrisciano, The Mutual Influences between Technology and Society: A Contribution from the Mechanical Engineering Diploma Universitario of the University of Rome La Sapienza, IEEE International Symposium on Technology and Society (ISTAS 2000), Rome, 2000, pp. 1-5.

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