Obiettivi formativi
Attraverso la combinazione di esercitazioni in classe e attività di laboratorio, il corso si pone l’obiettivo di accompagnare Studentesse e Studenti nel loro sviluppo da scienziati capaci di condurre un esperimento, a scienziati capaci di progettare un esperimento, fino a essere scienziati capaci di individuare e progettare una innovativa linea di ricerca ex novo. Il tutto associato alla corretta analisi dei risultati ed alla valutazione della loro qualità, nonché a relazionare sull’attività svolta sia in forma scritta che orale.
D1- Conoscenza e capacità di comprensione
Al termine del corso gli Studenti e le Studentesse conosceranno i principali approcci di sintesi di materiali inorganici per vie di “chimica dolce” e le relative tecniche di caratterizzazione. Saranno in grado di comprendere gli aspetti fondamentali del design, svolgimento ed interpretazione di un esperimento scientifico, adattando le strategie sintetiche e di caratterizzazione alle esigenze. In particolare conosceranno i concetti chiave alla base delle relazioni tra composizione, reattività, struttura, microstruttura e proprietà e saranno in grado di sfruttare queste conoscenze per formulare idee originali sulla base delle quali sia possibile impostareun programma di ricerca innovativo.
D2. Conoscenza e capacità di comprensione applicate
Gli Studenti e Studentesse saranno in grado di affrontare un problema scientifico nella sua interezza, tenendo conto sia degli aspetti di innovazione, utilità, e rilevanza, nonché’ degli aspetti tecnici, teorici e sperimentali. Saranno in grado di elaborare approcci sintetici e di caratterizzazione finalizzati all’ottenimento di materiali con le caratteristiche indicate, anche in ambiti precedentemente non esplorati. Applicheranno correttamente il metodo scientifico per risolvere in maniera efficace i problemi riscontrati.
D3. Autonomia di giudizio:
Gli Studenti e Studentesse saranno in grado di interpretare autonomamente le relazioni tra composizione, reattività, struttura, microstruttura e proprietà. Acquisiranno la capacità di valutare l’effetto delle proprie scelte riguardo i parametri di sintesi e, a posteriori, di valutare la qualità del progetto formulato inizialmente. Questo sarà possibile sulla base della corretta interpretazione dei risultati sia in termini di dati sperimentali, che saranno interpretati in autonomia, sia di osservazioni empiriche, alle quali verrà data particolare importanza. Saranno in grado di valutare la necessità o meno di reperire informazioni in letteratura e di affrontare in maniera efficace le ricerche bibliografiche, valutando criticamente le informazioni estratte. Acquisiranno la capacità di organizzare il proprio lavoro, anche attraverso la collaborazione con gli altri Studenti e Studentesse. Saranno in grado di focalizzare i problemi riscontrati e di proporre le soluzioni più appropriate al contesto.
D4. Abilità comunicative:
Al termine del Corso Studenti e Studentesse saranno in grado di confrontarsi sui vari aspetti delle attività svolte (teorici, pratici ed interpretativi) sia con i Docenti che con i propri Compagni e Compagne, con piena consapevolezza delle differenti esigenze dei due tipi di approcci comunicativi. Dovranno inoltre essere in grado di redigere una relazione delle attività di laboratorio sulla falsariga di un lavoro scientifico.
Nello specifico sapranno descrivere e motivare, anche su base teorica, le scelte fatte in fase di design degli esperimenti e le eventuali modifiche in corso d’opera. Saranno in grado di descrivere i processi preparativi utilizzati ed i fenomeni osservati, dei quali dovranno fornire, qualora richiesta, una interpretazione. Sapranno descrivere ed interpretare in autonomia i risultati delle caratterizzazioni strumentali. Sapranno comunicare in maniera convincente ed efficace le proprie conclusioni, problemi riscontrati e soluzioni.
D5. Capacità di apprendere:
Gli Studenti e Studentesse acquisiranno la capacità di muoversi in autonomia in un contesto di ricerca sperimentale. Svilupperanno la capacità di valutare le proprie azioni al fine di indirizzare le scelte successive, così come di valutare l’attività dei propri Compagni e Compagne in un’ottica di crescita mediata dal mutuo confronto. Acquisiranno la consapevolezza della necessità di completare ed integrare la propria preparazione laddove carente nei confronti degli argomenti proposti dai Docenti.
Prerequisiti
Nessuno
Contenuti dell'insegnamento
Nel corso di questo insegnamento
si affronteranno la progettazione e realizzazione di attività di ricerca nel campo dei materiali. La suddivisione dell’insegnamento in tre moduli permetterà di illustrare le principali strategie di ricerca e sviluppo in modo progressivo ma integrato. Ogni modulo consta di 12 ore di esercitazione e 15 di laboratorio, per un totale di 81 ore complessive.
Modulo I:
Esperienze di laboratorio riguardanti concetti di base e applicazioni della
chimica inorganica:
-Chimica del processo SolGel: preparazione di xerogel silicei
-Costruzione di una cella fotovoltaica DSSC sulla base di nanoparticelle di biossido di titanio.
Modulo II (studio di film sottili ferroelettrici): individuazione dei materiali e del miglior approccio sintetico; sintesi e deposizione dei film sottili; caratterizzazione e studio delle proprietà; confronto sui risultati ottenuti.
Modulo III (design):
Il modulo e’ basato sulle best practices dei corsi di Material Design del Nord America. Gli studenti verranno sfidati con problemi attuali di ricerca che abbiano una natura fondamentale e/o applicata.
Tramite attività di brainstorming guidato (e non), esplorazione della letteratura, e utilizzo di intelligenza artificiale, mindmapping, e project design gli studenti verranno istruiti sulle strategie di materials-by-design, i.e., come sviluppare/inventare un materiale che risolva un problema, o come risolvere un problema utilizzando in modo creativo strumenti della scienza dei materiali.
Le ipotesi generate dagli studenti verranno tradotte in piani sperimentali e, per quanto possibile, testate in laboratorio.
Nel caso il numero di studenti lo permetta la classe verrà divisa in gruppi che affronteranno problemi diversi, ma che condivideranno brainstorming e analisi dei risultati, aumentando quindi in modo esponenziale la loro esposizione a strategie di design e problem solving in diverse aree della scienza dei materiali.
Programma esteso
Bibliografia
Poiché il corso è impostato su un approccio privo di vincoli, che richiede in primo luogo un contributo attivo da parte degli Studenti e Studentesse, non si fornisce un testo di riferimento ed il materiale didattico è costituito da articoli scientifici reperiti durante il lavoro, dai risultati delle caratterizzazioni e da materiale di indirizzo riguardo lo svolgimento delle attività, in particolare a supporto della corretta stesura delle relazioni.
Metodi didattici
L’insegnamento, orientato alla scoperta, ha l’obiettivo di accompagnare lo Studente o la Studentessa nella progettazione e svolgimento di attività di ricerca sperimentale nonché stesura e valutazione di un report scientifico, consentendo il raggiungimento degli obiettivi formativi attraverso l’osservazione, elaborazione personale e discussione dei risultati. Le attività si svolgeranno attraverso una graduale riduzione delle informazioni ed indicazioni da parte dei Docenti. Esercitazioni guidate saranno condotte in modalità euristico socratica prima, durante e dopo l’attività di laboratorio, consentendo di definire le metodologie più opportune al raggiungimento dell’obiettivo ed eventualmente di riprogettarle in corso d’opera in funzione dei risultati ottenuti. Saranno individuate specifiche occasioni di confronto sia con il docente che tra pari, con l’obiettivo di stimolare la consapevolezza dei diversi livelli richiesti ad un efficace confronto su tematiche scientifiche. Le attività potranno essere svolte in postazione singola od in gruppi in relazione alle esigenze specifiche. Al termine di ogni modulo sarà richiesta la redazione di una relazione, sulla quale gli studenti riceveranno feedback in corso d’opera finalizzati a favorire lo sviluppo delle capacità di stesura di report scientifici in un contesto di graduale incremento della complessità delle consegne.
Modalità verifica apprendimento
Per poter sostenere l’esame si richiede la frequenza del 75% delle ore di ogni singolo modulo. Al termine di ogni modulo, entro date definite ed inderogabili se non in virtù di gravi e documentate ragioni, gli Studenti e Studentesse dovranno consegnare una relazione stilata sulla base delle indicazioni del docente. Ogni modulo conterà per il 23% del voto, completato da un breve orale che varrà il 30% del voto finale, più eventuale lode. Le relazioni saranno redatte individualmente anche quando frutto di lavoro di gruppo.
Le relazioni consegnate due settimane dopo il termine del Modulo I saranno restituite corrette con indicazioni e suggerimenti riguardo gli aspetti che richiedono un miglioramento.
Due settimane dopo il termine del Modulo II gli studenti consegneranno le relazioni relative a questa parte delle attività. A stretto giro, ogni Studente/Studentessa riceverà la relazione di un/una Collega con la richiesta di commentarla in stile peer-review. Dopo ulteriori due settimane i referaggi dovranno essere consegnati al Docente. Per la valutazione del lavoro svolto si procederà in maniera analoga a quanto riportato per il Modulo I. Due settimane dopo il termine del Modulo III si chiederà la consegna delle relazioni relative a questa parte delle attività.
Solo dopo avere consegnato tutte le relazioni nell’ordine sopraelencato, ed avere ricevuto la valutazione dovuta, gli Studenti e Studentesse che avranno raggiunto una soglia potranno sostenere la prova orale, che consisterà in una breve discussione di alcuni degli aspetti emersi dalle relazioni.
Il voto finale sarà la somma dei punteggi ottenuti a seguito della correzione delle relazioni relative a Modulo I, II e III, del referaggio svolto nell’ambito del Modulo II e del punteggio ottenuto durante la prova orale. Non è possibile rifiutare il voto ottenuto nella valutazione delle relazioni a meno di frequentare nuovamente il corso l’A.A. successivo.
Altre informazioni
Obiettivi agenda 2030 per lo sviluppo sostenibile
