Investigating the use of Mathematics in Physics through the Test of Calculus and Vectors in Mathematics and Physics: a case study with medical students

This thesis aims to investigate the use of mathematics and its role in a physical context, with a particular focus on the topics of derivatives, integrals and vectors. The main objective is to investigate the understanding of these concepts among students in the first year of medicine and dentistry at the University of Padua and compare the results with those obtained previously from other degree courses. For this purpose, the Test of Calculus and Vectors in Mathematics and Physics (TCV-MP), originally developed by the Research Group in Physics and Astronomy Education at the University of Padua, was used as a tool, in a modified version that includes the confidence parameter in questions, which is how confident students feel when answering the questions. The new context provided by the School of Medicine allows results to be compared with those obtained by students from the Schools of Science and Engineering, fields in which the test has been previously validated. In addition, a revision of the TCV-MP is proposed with regard to questions on vectors in light of previous results and current literature. The results of this research provide two main contributions: on the one hand, they offer the teacher a diagnostic tool to better understand the level of preparation of students and adapt teaching accordingly; On the other hand, they enable students to self-assess their prerequisites and help them identify areas where further study is needed. This dual function of the test as a tool for both teacher and pupil underlines the importance of a targeted and informed educational approach.

La presente tesi si propone di indagare l’uso della matematica e il suo ruolo in un contesto fisico, con un focus particolare sugli argomenti di derivate, integrali e vettori. L'obiettivo principale è indagare la comprensione di tali concetti tra studenti del primo anno di medicina e odontoiatria dell’Università degli Studi di Padova e confrontare i risultati con quelli ottenuti in precedenza da altri corsi di laurea. Per questo scopo, è stato utilizzato come strumento il Test of Calculus and Vectors in Mathematics and Physics (TCV-MP), originariamente sviluppato dal Gruppo di ricerca in Didattica della Fisica e dell’Astronomia dell’Università di Padova, in una sua versione modificata che include il parametro di confidence nelle domande, ovvero quanto gli studenti si sentono sicuri nel rispondere ai quesiti proposti. Il nuovo contesto fornito dalla Scuola di Medicina permette di confrontare i risultati con quelli ottenuti da studenti delle Scuole di Scienze e di Ingegneria, ambiti in cui il test è stato precedentemente validato. Inoltre, si propone una revisione del TCV-MP relativamente ai quesiti sui vettori alla luce dei risultati precedenti e della letteratura più attuale. I risultati di questa ricerca forniscono due contributi principali: da un lato, offrono al docente uno strumento diagnostico per comprendere meglio il livello di preparazione degli studenti e adattare di conseguenza la didattica; dall’altro, permettono agli studenti stessi di effettuare un’autovalutazione sui prerequisiti, aiutandoli a identificare le aree in cui necessitano di un maggiore approfondimento. Questa doppia funzione del test, come strumento sia per l'insegnante sia per l'alunno, sottolinea l'importanza di un approccio educativo mirato e consapevole.