Didattica attiva: imparare facendo, pensare da ingegneri: in questo insegnamento la didattica non si limita alla lezione frontale tradizionale: gli studenti sono protagonisti attivi del processo di apprendimento. La didattica attiva mette al centro il ragionamento, il confronto e l’applicazione concreta delle conoscenze, avvicinando il più possibile l’esperienza in aula alle modalità di lavoro tipiche del contesto ingegneristico e professionale. Cosa significa “didattica attiva”: significa non solo ascoltare, ma analizzare, discutere, decidere e risolvere problemi. Durante questo insegnamento, gli studenti sono coinvolti in attività che richiedono di applicare i concetti teorici a casi concreti, lavorare in piccoli gruppi e confrontarsi con i compagni per arrivare a soluzioni motivate e tecnicamente fondate. Perché è utile al terzo anno: al terzo anno di laurea l’obiettivo non è più solo acquisire conoscenze, ma imparare a usarle. La didattica attiva aiuta a: • consolidare i concetti teorici attraverso l’applicazione pratica; • sviluppare capacità di problem solving e pensiero critico; • migliorare le competenze di lavoro in team e comunicazione tecnica; • affrontare problemi complessi in modo simile a quanto avviene nel mondo professionale. Come si lavora in aula: le attività proposte possono includere esercitazioni guidate, discussioni strutturate, lavori di gruppo e momenti di confronto tra studenti e docente. In questo modo, l’aula diventa uno spazio di apprendimento dinamico, in cui l’errore è parte del processo e il confronto è uno strumento di crescita. Un approccio orientato alle competenze: la didattica attiva non sostituisce lo studio individuale, ma lo valorizza. Richiede preparazione, partecipazione e spirito critico, e permette agli studenti di sviluppare competenze tecniche e trasversali fondamentali per il proseguimento degli studi e per l’ingresso nel mondo del lavoro.

Obiettivi didattici specifici dell'insegnamento Al termine dell'insegnamento, lo studente avrà acquisito una robusta cultura ingegneristica relativa ai materiali ceramici ed in particolare sarà in grado di: - conoscere e comprendere le correlazioni esistenti tra composizione, struttura, nano/microstruttura e prestazioni del materiale; - conoscere e comprendere le varie fasi del processo ceramico e come i parametri di processo influenzano le proprietà dei prodotti finali; - conoscere e comprendere le proprietà meccaniche dei materiali ceramici e la correlazione con la loro struttura; - conoscere e comprendere le principali classi di materiali ceramici tradizionali di interesse industriale nonché vetri e materiali leganti (principali proprietà tecnologie produttive, applicazioni e fenomeni di degrado); - applicare le conoscenze acquisite sui materiali e sul processo ceramico per risolvere esercizi pratici relativi a proprietà meccaniche, termiche, reologiche e chimico-mineralogiche; - applicare le conoscenze acquisite sulle proprietà dei materiali ceramici per comprendere, selezionare e interpretare le principali tecniche di caratterizzazione dei materiali ceramici; - applicare le conoscenze acquisite sui materiali, le loro proprietà, i processi di trasformazione per comprendere e selezionare in modo consapevole e sostenibile il materiale e la tecnologia produttiva più appropriata per la realizzazione di prodotti ceramici. Obiettivi didattici trasversali dell'insegnamento L'insegnamento, che oltre alle lezioni frontali utilizza approcci di didattica innovativa (Team-based learning e Project-based learning), ha come obiettivi didattici trasversali: (i) migliorare le capacità critiche dello studente che, grazie alle esperienze di laboratorio, sarà in grado di utilizzare le conoscenze acquisite per analizzare ed elaborare dati sperimentali e per sostenere adeguatamente processi di selezione dei materiali; (ii) migliorare le abilità comunicative dello studente che, per le attività di laboratorio, dovrà redigere due relazioni; (iii) migliorare le capacità di lavorare in gruppo.

Nozioni di base conseguite nell’insegnamento di Scienza e Tecnologia dei Materiali

Dal materiale alla prestazione: capire, progettare, applicare. Questo insegnamento è dedicato allo studio approfondito dei materiali ceramici, una classe di materiali chiave per numerose applicazioni ingegneristiche avanzate. Inserito nel terzo anno del corso di laurea, l'insegnamento rappresenta un momento centrale del percorso formativo, con una forte impronta specialistica e professionalizzante, in sinergia con gli insegnamenti dedicati ai materiali polimerici e metallici. Obiettivo dell'insegnamento: fornire una solida cultura ingegneristica di base sui materiali ceramici, con particolare attenzione alle correlazioni tra struttura, microstruttura e prestazioni. Lo studente imparerà a leggere il materiale non solo “per quello che è”, ma per come e perché funziona. Dal processo al materiale: l'insegnamento analizza in modo sistematico le diverse fasi del processo ceramico, individuando le principali variabili di processo e comprendendo come queste influenzino le prestazioni finali del materiale. Un approccio fondamentale per chi vuole progettare materiali e non limitarsi a utilizzarli. Teoria, esempi ed esercitazioni: accanto agli approfondimenti teorici, verranno presentati esempi applicativi per rendere concreti i concetti affrontati. Sono previste esercitazioni in aula, svolte in piccoli gruppi, per sviluppare capacità di problem solving, lavoro di squadra e comunicazione tecnica. Laboratorio: imparare facendo: durante tutto il periodo di insegnamento, gli studenti svolgeranno attività di laboratorio in prima persona, affrontando il processo di ottenimento dei materiali ceramici tradizionali e le principali tecniche di caratterizzazione. Un’esperienza pratica fondamentale per collegare teoria e realtà industriale. Team Based Learning (TBL): Vi metterò ulteriormente alla prova: l'insegnamento prevede attività di Team Based Learning, 2 esperienze valutative, pensate per stimolare partecipazione attiva, responsabilità individuale e collaborazione.

Il TBL è un processo strutturato che consiste in moduli che possono essere insegnati in un ciclo di tre fasi: preparazione, test in classe di verifica della preparazione ed esercitazione incentrata sull'applicazione delle conoscenze acquisite. Nell'insegnamento di Scienze e Tecnologia dei Materiali Ceramici sono proposti 2 moduli valutativi di TBL.

L’insegnamento (10 CFU), secondo il nuovo Modello Formativo del Politecnico di Torino, è suddiviso in 64 ore di attività sincrona (lezioni ed esercitazioni in aula e laboratorio); 12 ore di attività asincrona (lezioni videoregistrate); 18 ore di supporto allo studio (tutoraggio in aula) e 6 ore di attività valutativa. In particolare, verranno trattati i seguenti argomenti: Introduzione all’insegnamento e riassunto delle principali caratteristiche e proprietà dei materiali ceramici. Cenni all’organizzazione cristallina dei principali materiali ceramici ossidici e non ossidici (allumina, zirconia, titania, silice e silicati, granati, perovskiti, spinelli, nitruri e ossinitruri, carburi e boruri). Le polveri ceramiche: le caratteristiche attese in termini composizionali, superficiali, morfologiche, di distribuzione granulometrica. Le principali tecniche di caratterizzazione della morfologia e delle proprietà chimiche e fisiche delle polveri (composizione chimica, mineralogica, granulometria, densità). Le principali tecniche di sintesi allo stato solido, per via umida, in fase gassosa. Confronto delle caratteristiche delle polveri in funzione della tecnica produttiva. La processatura delle polveri naturali: problematiche connesse alla comminuzione e alla miscelazione. Le proprietà di impaccamento delle polveri. La stabilità delle sospensioni: bagnabilità, agglomerazione, stabilità colloidale, comportamento reologico. Additivi di processo (deflocculanti, tensioattivi, leganti, plasticizzanti,...). La reometria. Le tecnologie di formatura: a secco, ad umido, in pasta. La granulazione e l’atomizzazione. Tecnologie di pressatura a freddo e a caldo, tecnologie di getto in stampo, su nastro, estrusione, iniezione. Essiccamento e eliminazione dei leganti e altri additivi. La sinterizzazione: gli aspetti termodinamici e cinetici che presiedono alla densificazione di un crudo ceramico. I fenomeni diffusivi: approfondimento sui temi della diffusione in fase solida. Il ritiro e l’evoluzione della porosità. La crescita di grano e il suo controllo. I meccanismi della sinterizzazione allo stato solido. La sinterizzazione in presenza di una fase liquida. La sinterizzazione reattiva. La sinterizzazione sotto pressione. Il ruolo degli additivi di sinterizzazione. Le tecnologie di finitura e decorazione dopo densificazion. Gli smalti ceramici: composizione e proprietà. Le fritte: composizione e proprietà. I pigmenti ceramici: sintesi e proprietà. Le proprietà dei materiali ceramici e correlazione con la loro composizione/struttura/microstruttura. Proprietà meccaniche: principi di meccanica della frattura applicata ai materiali fragili. Costanti elastiche, durezza, resistenza a rottura per compressione e flessione. Tenacità a frattura e comportamento in curva R. Modulo di Weibull. Possibilità di tenacizzazione dei materiali ceramici e suggerimenti per la progettazione. Comportamento ad usura. Cenni alle altre proprietà. I materiali leganti. I leganti aerei e i leganti idraulici: processi di ottenimento, fenomeni di presa e indurimento e proprietà. Molte e calcestruzzi: composizione e proprietà. I fenomeni di degrado del calcestruzzo e del calcestruzzo armato. Il mix design. Il vetro. Proprietà e tecnologie per l'ottenimento di vetro piano e vetro cavo. Breve descrittiva di alcune tipologie di ceramici tradizionali (sanitari, laterizi, piastrelle, refrattari,..). Le lezioni teoriche (sincrone e asincrone) saranno integrate da: - esercitazioni in aula: la caratterizzazione chimica, mineralogica e granulometrica delle materie prime ceramiche; la reologia delle barbottine ceramiche; la sinterizzazione dei materiali ceramici; il mix design; gli strumenti informatici (GRANTA EduPack) per la selezione dei materiali e delle relative tecnologie di produzione e lavorazione; - esperienze di laboratorio. Gli studenti saranno suddivisi in piccoli gruppi (3-4 studenti) ed effettueranno esperienze dirette su: il processo ceramico (macinazione; pressatura; sinterizzazione); le proprietà meccaniche e la porosità dei materiali ottenuti. Le esperienze di laboratorio dovranno essere documentate con relazioni tecniche che saranno oggetto di valutazione finale, sulla base di una presentazione dei risultati conseguiti secondo uno schema che sarà fornito e discusso durante le esercitazioni in aula a cura del docente. - due esperienze di Team Based Learning (TBL), strategia di apprendimento e insegnamento collaborativo che consente di migliorare il coinvolgimento degli studenti e la qualità del loro apprendimento (vedi note); - visita in azienda a seconda della disponibilità delle aziende del settore (per esempio cementificio, vetreria, fornace, ...).

Dispense a cura del docente messe a disposizione attraverso il portale della Didattica Per l'approfondimento: testi suggeriti per le varie parti dell'insegnamento durante la discussione in aula.

Slides;

E' possibile sostenere l’esame in anticipo rispetto all’acquisizione della frequenza

Modalità di esame: Prova scritta (in aula); Elaborato scritto prodotto in gruppo;

Exam: Written test; Group essay;

... Studenti frequentanti: Il voto finale è dato dal voto dell’esame finale, volto ad accertare l’acquisizione delle conoscenze e delle abilità attese tramite lo svolgimento di una prova scritta, dal voto delle esperienze TBL e dalla valutazione delle relazioni consegnate. La prova scritta ha la durata di 60 minuti senza l'aiuto di appunti o libri. La prova scritta consiste di una domanda aperta su proprietà meccaniche (4 pti), un esercizio di Mix design con domande (6 pti) e una domanda aperta per la lode (2 pti) di ragionamento su tutto il programma. Al voto della prova scritta (votazione massima 12/30; punteggio minimo per passare la prova 7 punti) si aggiungerà il voto risultante dalle attività di TBL (10/30) e dalla valutazione dei report relativi alle attività di laboratorio a squadre svolte nel corso del semestre, con particolare enfasi alla capacità critica con la quale gli studenti hanno affrontato le tematiche proposte (10/30 punti; 2 relazioni). Studenti non frequentanti: Il voto finale è dato dal voto dell’esame finale, volto ad accertare l’acquisizione delle conoscenze e delle abilità attese tramite lo svolgimento di una prova scritta. La prova scritta ha la durata di 120 minuti senza l'aiuto di appunti o libri. La prova scritta consiste di esercizi e di domande a risposta aperta. Complessivamente si tratta di sette quesiti di cui cinque dedicati agli aspetti teorici della scienza e tecnologia dei materiali ceramici e due alle proprietà caratteristiche di questa categoria di materiali.

Gli studenti e le studentesse con disabilità o con Disturbi Specifici di Apprendimento (DSA), oltre alla segnalazione tramite procedura informatizzata, sono invitati a comunicare anche direttamente al/la docente titolare dell'insegnamento, con un preavviso non inferiore ad una settimana dall'avvio della sessione d'esame, gli strumenti compensativi concordati con l'Unità Special Needs, al fine di permettere al/la docente la declinazione più idonea in riferimento alla specifica tipologia di esame.