SCIENZE NATURALI. Linee generali e competenze. Pagina di 7 1

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1 SCIENZE NATURALI Linee generali e competenze Le scienze naturali indagano la natura nei suoi molteplici aspetti: dallo studio della materia nelle sue svariate strutture e funzioni fino alla complessità dei sistemi e dei fenomeni biologici. Tre ambiti della scienza, specifici e nel contempo sinergici, concorrono all acquisizione di strumenti culturali e metodologici per una comprensione sistematica e approfondita della realtà e sono: le scienze della Terra, la chimica e la biologia. Tutte e tre le aree disciplinari, sia pur caratterizzate da concetti e da metodi di indagine propri, si basano sulla stessa strategia di indagine scientifica che fa riferimento alla dimensione dell osservazione e della sperimentazione. La dimensione sperimentale è un aspetto irrinunciabile della formazione scientifica di uno studente liceale e, anche quando non siano possibili attività sperimentali in senso stretto, la centralità dell aspetto operativo e funzionale della competenza potrà svilupparsi se favorita da attività didattiche centrate sul compito, che comportino l applicazione di conoscenze e di abilità nella ricerca di soluzioni a situazioni problematiche. In quest ottica deve orientarsi la programmazione curricolare, la didattica e la valutazione. L insegnamento si articola nel quinquennio liceale e le tappe di apprendimento dei vari percorsi disciplinari non seguono una logica lineare, ma piuttosto si ispirano a criteri di ricorsività, di connessione e di sinergia tra le discipline. Così accanto a temi e argomenti nuovi si possono approfondire concetti già acquisiti negli anni precedenti, introducendo nuove chiavi interpretative. In tal senso, dal punto di vista metodologico, si passa da un approccio iniziale di tipo fenomenologico e descrittivo a un approccio che progressivamente ponga l attenzione sui principi, sui modelli, sulla formalizzazione e sulle relazioni tra i vari fattori coinvolti in uno stesso fenomeno e tra fenomeni diversi, portando gradualmente lo studente a collegare il livello macroscopico e percettivo dei fenomeni analizzati a un livello di tipo ipotetico-modellistico, magari più distante da una conoscenza spontanea della realtà, ma più aderente a un sapere scientifico coerente e completo (sistematico). Per una completa realizzazione delle potenzialità personali, professionali e sociali di ognuno, sempre più emerge l esigenza di superare la frammentazione e la divisione del sapere in rigidi ambiti disciplinari, da cui ne consegue l opportunità di individuare snodi concettuali di raccordo tra le scienze naturali con altri ambiti disciplinari, in particolare con fisica e matematica, ma anche con storia, filosofia e arte. Lo studio delle scienze naturali, oltre a contribuire al raggiungimento delle finalità generali degli insegnamenti scientifici, si propone le seguenti finalità specifiche: far acquisire una mentalità rigorosa sia di studio, sia di lavoro, per mezzo dell osservazione, descrizione e interpretazione attenta di fenomeni e l uso di un lessico appropriato stimolare i discenti a porsi domande significative e ricercarne le risposte incoraggiare a capire piuttosto che imparare a memoria consolidare la consapevolezza che la conoscenza consente di utilizzare al meglio gli strumenti che le scienze mettono a disposizione. addestrare a una visione prospettica che permetta di passare da un piano microscopico a uno macroscopico, da un punto di vista locale a una dimensione regionale e planetaria fornire elementi per una comprensione ragionevole della dimensione cronologica dei fenomeni favorire lo spirito di cooperazione e di iniziativa personale favorire la formazione di una cultura ecologica critica e responsabile Pagina di 7 1

2 e di fornire le seguenti competenze specifiche: osservare, analizzare e descrivere in termini qualitativi e quantitativi fenomeni naturali saper effettuare connessioni logiche riconoscere o stabilire relazioni classificare formulare ipotesi in base a dati forniti trarre conclusioni basate sui risultati ottenuti e sulle ipotesi verificate risolvere situazioni problematiche utilizzando metodi, strumenti e linguaggi specifici applicare le conoscenze acquisite a situazioni della vita reale, anche per porsi in modo critico e consapevole di fronte ai problemi di attualità di carattere scientifico e tecnologico della società moderna utilizzare criticamente strumenti informatici e telematici nelle attività di studio e approfondimento. Programmazione curriculare La programmazione curriculare delle scienze naturali si articola in primo biennio, secondo biennio e quinto anno. Si riporta di seguito il prospetto sintetico e indicativo delle tematiche relative alle tre aree disciplinari che si intendono proporre. PRIMO BIENNIO Saper riconoscere le caratteristiche essenziali del metodo scientifico (osservazioni, ipotesi, teorie). Utilizzare i sistemi di misura. Descrivere e rappresentare i fenomeni. Interpretare dati e modelli. di base Le fasi del metodo scientifico. Rapporti, riduzione in scala, percentuali. Tabelle e grafici. Grandezze e unità di misura del SI. Accuratezza e precisione. Cifre significative. La notazione scientifica. SCIENZE DELLA TERRA Per le scienze della Terra si completano e approfondiscono contenuti già acquisiti in precedenza, ampliando in particolare il quadro esplicativo dei moti della Terra. Si procede poi allo studio descrittivo dei sistemi del pianeta: geosfera, atmosfera e idrosfera (struttura e caratteristiche). Cogliere relazioni e dimensioni dei corpi componenti l universo. Elementi di geografia astronomica Universo e livelli di organizzazione. Sfera celeste e costellazioni. Stelle, sistemi galattici. Distanze astronomiche. Confrontare le caratteristiche dei corpi del sistema solare identificando i parametri comuni per la loro descrizione. Identificare le conseguenze dei moti di rotazione e di rivoluzione della Terra. Descrivere le relazioni tra i moti di rivoluzione, il clima e Sistema solare Struttura, caratteristiche, ciclo vitale del Sole. Pianeti e satelliti. Moto dei pianeti (leggi di Keplero e di Newton). Pianeta Terra Forma e dimensioni della Terra. Reticolato e le coordinate geografiche. Moti della Terra: caratteristiche e conseguenze. Pagina di 7 2

3 i biomi. Rappresentare le posizioni relative tra Terra-Luna- Sole. Riconoscere e saper descrivere le strutture della superficie terrestre. Individuare l azione dei principali fattori che intervengono nel modellamento della superficie terrestre. Condurre semplici osservazioni e raccogliere dati sulla geomorfologia del territorio. Luna Caratteristiche generali. Moti della Luna. Fasi lunari. Eclissi. Terra come sistema Concetto di sistema: aperto, chiuso, isolato. Geosistema e biosistema. Litosfera: caratteristiche morfologiche della crosta. Atmosfera: struttura, composizione. Temperatura e bilancio termico. Pressione e umidità. Clima: elementi e fattori. Idrosfera: Il ciclo dell acqua. Distribuzione delle acque. Acque marine e continentali. CHIMICA Lo studio della chimica comprende l osservazione e la descrizione di fenomeni e reazioni semplici (il loro riconoscimento e la loro rappresentazione) con riferimento a esempi tratti dalla vita quotidiana; gli stati di aggregazione della materia e le relative trasformazioni; la classificazione della materia (miscugli omogenei ed eterogenei, sostanze semplici e composte) e le relative definizioni operative; le leggi fondamentali e il modello atomico di Dalton, la formula chimica e i suoi significati, una prima classificazione degli elementi (sistema periodico). Riconoscere la relazione tra le proprietà macroscopiche caratteristiche dei vari stati e le interazioni presenti a livello microscopico. Individuare la differenza tra un fenomeno di trasformazione fisica e uno di trasformazione chimica. Utilizzare le principali tecniche di separazione per l analisi qualitativa dei miscugli. Trasformazioni fisiche e chimiche Stati fisici della materia. Sostanze pure: elementi e composti. Miscugli omogenei ed eterogenei. Le sostanze pure: composti ed elementi. Modello particellare della materia. Usare il linguaggio chimico (simboli e nomenclatura IUPAC) per rappresentare tra le sostanze. Utilizzare la tavola periodica per ricavare informazioni sugli elementi chimici. Individuare gruppi e periodi. Dimostrare di aver compreso il significato qualitativo e quantitativo delle formule chimiche Utilizzare nei calcoli i concetti di massa e mole. L atomo e la tavola periodica Elementi e composti, atomi e molecole. Simboli e formule. Leggi fondamentali della chimica. Modelli atomici da Dalton a Bohr. Atomo e particelle subatomiche fondamentali. Nucleo atomico. Tavola periodica e la sua organizzazione. Nomi e formule dei composti: nomenclatura razionale e tradizionale. Quantità di sostanza. Relazione tra massa e mole. BIOLOGIA Per la Biologia i contenuti si riferiscono all osservazione delle caratteristiche degli organismi viventi, con particolare riguardo alla loro costituzione fondamentale (la cellula) e alle diverse forme con cui si manifestano (biodiversità). Perciò si utilizzano le tecniche sperimentali di base in campo biologico e l osservazione microscopica. La varietà dei viventi e la complessità delle loro strutture e funzioni Pagina di 7 3

4 introducono allo studio dell evoluzione e della sistematica, della genetica mendeliana e dei rapporti organismi-ambiente, nella prospettiva della valorizzazione e mantenimento della biodiversità. Sapersi orientare nella complessità organizzativa dei viventi. Riconoscere nella cellula l unità funzionale di base della costruzione di ogni essere vivente. Comparare le strutture comuni a tutte le cellule eucariotiche, esplicitando i criteri per operare distinzioni tra cellule animali e cellule vegetali. Mettere in relazione forme, strutture e funzioni. Fare osservazioni al microscopio e applicare metodi per attribuire dimensioni a cellule vegetali, animali o batteriche. Vita: origine ed evoluzione Caratteristiche unitarie dei viventi. Livelli di organizzazione dei sistemi viventi. Cellule: struttura e funzioni Teoria cellulare. Cellula procariote. Cellula eucariote. Organuli della cellula eucariote: struttura e funzione. Cellula vegetale e cellula animale. Distinguere tra riproduzione sessuata e asessuata. Confrontare la struttura e la funzione di DNA e RNA. Descrivere il processo di duplicazione del DNA. Descrivere i cromosomi. Dare una definizione di cromosomi omologhi, corredo diploide e aploide. Confrontare mitosi e meiosi e indicarne il diverso ruolo. Riconoscere il ruolo del patrimonio genetico nella definizione delle caratteristiche di una specie. Illustrare gli esperimenti di Mendel. Confrontare i risultati di Mendel con le basi cellulari della riproduzione. Mettere in corretta relazione i concetti di genotipo e fenotipo. Descrivere le modalità di trasmissione dei caratteri. Indicare le relazioni di discendenza comune di gruppi tassonomici di organismi e i parametri più frequentemente utilizzati per classificarli. Sapersi orientare nella complessità organizzativa dei viventi. Riproduzione cellulare Ciclo cellulare: interfase e divisione cellulare. Cromosomi. Mitosi e meiosi. Elementi di genetica Ereditarietà dei caratteri. Genetica mendeliana. Teorie sull origine della vita Nascita delle teorie evoluzionistiche. Lamarck e Darwin. Definizione di specie. Biodiversità Elementi di sistematica dei viventi. Classificazione in regni. SECONDO BIENNIO Nel secondo biennio si ampliano, si consolidano e si pongono in relazione i contenuti disciplinari, introducendo in modo graduale ma sistematico i concetti, i modelli e il formalismo che sono propri delle discipline oggetto di studio e che consentono una spiegazione più approfondita dei fenomeni. Pagina di 7 4

5 CHIMICA Si riprende la classificazione dei principali composti inorganici e la relativa nomenclatura. Si introducono lo studio della struttura della materia e i fondamenti della relazione tra struttura e proprietà, gli aspetti quantitativi delle trasformazioni (stechiometria), la struttura atomica e i modelli atomici, il sistema periodico, le proprietà periodiche e i legami chimici. Si introducono i concetti basilari della chimica organica (il ruolo del carbonio, legami, catene, gruppi funzionali e classi di composti). Si studiano inoltre gli scambi energetici associati alle trasformazioni chimiche e se ne introducono i fondamenti degli aspetti termodinamici e cinetici, insieme agli equilibri, anche in soluzione (reazioni acido-base e ossidoriduzioni). Rappresentare la configurazione elettronica di un atomo nello stato fondamentale o di ione secondo il modello a orbitali. Riconoscere le relazioni che intercorrono tra configurazioni elettroniche e proprietà chimiche. Spiegare le proprietà chimiche e fisiche degli elementi dei diversi gruppi della tavola periodica. Struttura elettronica proprietà periodiche Struttura dell atomo e il modello atomico a livelli di energia. Sistema periodico e proprietà periodiche. Classi, formule e nome dei composti. Identificare e prevedere la formazione delle varie tipologie di legame chimico. Scrivere e leggere la formula di un composto. Comprendere il concetto di bilanciamento in termini sia micro che macroscopici. Scrivere e bilanciare un equazione chimica. Correlare il valore di ph alla concentrazione degli ioni idrogeno e misurarlo utilizzando degli indicatori. Distinguere le reazioni di ossido-riduzione da quelle di altro tipo. Legami chimici e forma delle molecole Legami chimici intramolecolari. Forze intermolecolari e proprietà delle sostanze. Le reazioni chimiche Equazioni chimiche e bilanciamento. Stechiometria. Soluzioni. Equilibrio chimico. Aspetti energetici delle reazioni. Acidi e basi e valori di ph. Reazioni di ossidoriduzione ed elettrochimica. BIOLOGIA Si pone l accento soprattutto sulla complessità dei sistemi e dei fenomeni biologici, sulle relazioni che si stabiliscono tra i componenti di tali sistemi e tra i diversi sistemi e sulle basi molecolari dei fenomeni stessi. Lo studio riguarda la forma e le funzioni degli organismi (microrganismi, vegetali e animali, uomo compreso), trattandone aspetti anatomici e fisiologici, e soprattutto con riferimento al corpo umano, ponendo attenzione agli aspetti di educazione alla salute. Descrivere secondo il modello a mosaico fluido la struttura chimica della membrana cellulare. Spiegare il ruolo svolto dai fosfolipidi, dalle proteine, dai carboidrati di membrana. Comunicazione tra cellula e ambiente Membrana cellulare: struttura e modello funzionale. Modalità di trasporto di membrana. Descrivere i principali processi attraverso cui le cellule trasformano energia. Scambi energetici nelle cellule Metabolismo cellulare. Enzimi. ATP. Glicolisi e respirazione cellulare. Fermentazione Fotosintesi. Pagina di 7 5

6 Descrivere l organizzazione strutturale e le rispettive funzioni dei vari tipi di tessuti. Descrivere l organizzazione strutturale del corpo umano. Mettere in relazione struttura con funzione a livello di organo e di apparato. Utilizzare il concetto di omeostasi per spiegare le conseguenze della rottura dello stato di equilibrio del corpo umano. Organizzazione del corpo umano Organi, sistemi, apparati. Omeostasi e stato di salute. Malattie: prevenzione e stili di vita. Rigenerazione cellulare: cellule staminali, cellule tumorali. Sostanze cancerogene. Principali apparati. SCIENZE DELLA TERRA Si introducono, soprattutto in connessione con le realtà locali e in modo coordinato con la chimica e la fisica, cenni di mineralogia e petrologia. Fenomeni vulcanici e sismici. Riconoscere le principali tipologie di rocce. Comprendere la genesi. Litosfera: struttura e composizione Minerali: composizione proprietà. Rocce e processi litogenetici. Spiegare la natura e l origine dei fenomeni vulcanici e sismici. Collocare geograficamente le maggiori manifestazioni di questi fenomeni. Cogliere le interazioni tra questi fenomeni e le attività umane nell ottica della prevenzione. Vulcani. Sismi. QUINTO ANNO SCIENZE DELLA TERRA Si studiano i complessi fenomeni meteorologici e i modelli della tettonica globale con particolare attenzione a identificare le interrelazioni tra i fenomeni che avvengono a livello dei diversi sistemi del pianeta (litosfera, atmosfera,idrosfera). Capire la complessità dei processi atmosferici e degli eventi meteorologici. Acquisire consapevolezza che l atmosfera attraverso tali processi ed eventi è una componente fondamentale del sistema Terra. Atmosfera e clima Processi atmosferici legati al riscaldamento dell atmosfera. Fenomeni meteorologici. Inquinamento atmosferico. Cogliere il carattere ciclico dei processi geologici. Correlare il paesaggio al ciclo geologico. Acquisire una visione unitaria delle caratteristiche generali del pianeta Terra. Elementi di stratigrafia e di tettonica Giacitura e deformazione delle rocce. Dinamica globale Teoria della tettonica a placche. CHIMICA E BIOLOGIA I percorsi di chimica e di biologia nell ultimo anno si intrecciano nella biochimica, relativamente alla struttura e alla funzione di molecole di interesse biologico, ponendo l accento sui processi biologici/biochimici nelle situazioni della realtà quotidiana e in relazione a temi di attualità, in particolare Pagina di 7 6

7 quelli legati all ingegneria genetica e alle sue applicazioni (struttura e funzioni del DNA, sintesi delle proteine, codice genetico). Comprendere le ragioni che conferiscono al carbonio grande versatilità nei legami. Distinguere le varie classi di idrocarburi. Correlare gruppi funzionali e comportamento chimico delle sostanze. Conoscere la composizione e la struttura delle molecole presenti negli organismi viventi. Principi di chimica organica Ruolo del carbonio, legami e concetto di ibridazione Catene e gruppi funzionali Classi di composti. Biomolecole: carboidrati, proteine, lipidi, acidi nucleici. Evidenziare differenze strutturali e funzionali del DNA e dell RNA. Spiegare l assioma un gene-un enzima. Spiegare cosa si intende per codice genetico. Spiegare la correlazione tra mutazione e malattia genetica. Conoscere le principali tecniche di manipolazione genetica e il loro utilizzo in medicina, nell agricoltura e nell allevamento. Codice genetico, espressione genica, biotecnologie Struttura e funzione del DNA e del RNA. Geni e proteine. Codice genetico. Sintesi delle proteine. Mutazioni. Regolazione dell espressione genica. Genetica di virus e batteri. DNA ricombinante e biotecnologie. Pagina di 7 7