Movimento dell acqua attraverso le membrane

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1 Movimento dell acqua attraverso le membrane Il percorso presentato è solo una parte di un percorso più ampio, che si può ipotizzare come parte di un curricolo verticale che si sviluppa dalle prime classi della primaria e si collude nelle prime classi della secondaria di 2 grado, secondo un ipotetico schema che viene sotto rappresentato: Stante l ipotesi che la piante sia morta per carenza d acqua, si vuole capire attraverso quale meccanismo l acqua riesca ad entrare nella pianta. Si considerino attentamente i prerequisiti considerati, tra i quali si ha la conoscenza delle soluzioni e della struttura della pianta nonché una conoscenza (anche superficiale) della funzione delle radici. Questa serie di esperienze può essere utilizzata per descrivere il movimento dell acqua dal terreno alle radici. Opportunamente adattata può essere usata a diversi livelli di scolarità. Sale disciolto nell acqua. Esperienze di soluzione. Nella prima prova, si eseguono semplici esperienze di solubilità. Pur essendo i concetti di solvente, soluto e soluzione argomenti che dovrebbero già essere conosciuti, questa esperienza viene riproposta recupero di prerequisiti. Semplicemente, si invitano i docenti a verificare ed osservare attentamente cosa succede versando un cucchiaio di sale in un bicchiere d acqua. Essa introduce (o rafforza) i concetti di solvente e soluto, e collegata ad essa si possono effettuare esperienze di separazione (mediante evaporazione), ecc. Importante richiedere la verifica della presenza del sale solubilizzato nell acqua mediante il gusto. Nel corso dell esperienza, si è fatto notare che il sale (come lo zucchero) solidi si sciolgono nella nostra saliva come nell acqua del bicchiere, perché la saliva è fatta soprattutto di acqua. È il sale solubilizzato che viene percepito con il gusto.

2 Il sale nel sacchetto: Questa esperienza viene fatta per estendere il concetto di solubilizzazione aggiungendo quello di movimento del soluto (diffusione). Si riempie di acqua il bicchiere e si fa assaggiare per verificare il sapore e l assenza di sale. Poi si fa un sacchettino con della carta da cucina o della stoffa e ci si chiude il sale. Quindi si immerge il sacchetto nell' acqua per pochi secondi, si toglie il sacchetto e si invitano i docenti a fare ipotesi. L acqua sarà salata o dolce? Quindi si assaggia di nuovo l acqua. Si scopre che la stessa è salata. Si fanno riflessioni e considerazioni su cosa sia successo. I docenti sono inviati a fare dei disegni per evidenziare le fasi principali del fenomeno. La domanda era: Fate tanti disegni quante sono state, secondo voi, le fasi del fenomeno che avete osservato Gli stessi disegni sono stati commentati insieme. Essi comprendevano da 2 a 6 fasi. Alcuni hanno indicato solo i materiali occorrenti per l esperienza (sale, bicchiere, sacchetto), altri hanno individuato i materiali e disegnato le sequenze pratiche che avevano compiuto. Il massimo di sequenze disegnate (6 fasi) è stato: - riempire d acqua il bicchiere - assaggiare l acqua - fare il sacchetto con il sale - immergere il sacchetto nell acqua - togliere il sacchetto - assaggiare l acqua Nessuno dei presenti aveva disegnato cosa fosse successo al sacchetto, al sale ed all acqua. Solo un insegnante aveva messo in evidenza il fatto che avesse visto, controluce, un tremolio come di qualcosa di invisibile che uscisse dal sacchetto immerso in acqua, e ha disegnato il sale che usciva. A questo punto si è resa necessaria l azione del conduttore, che ha evidenziato quanto segue: - tutte le fasi descritte dai docenti (esclusa quella del sale che usciva dal sacchetto) fanno parte del materiale e metodo usato per l esperienza, ma nessuna fa riferimento al risultato dell esperienza stessa. In pratica, i docenti hanno disegnato ciò che hanno fatto, non ciò che è successo di conseguenza. Sollecitati dal tutor conduttore, i docenti hanno evidenziato le seguenti ulteriori fasi: - non appena il sacchetto era immerso nel bicchiere, esso si bagnava visibilmente, cioè vi era un movimento dell acqua verso il sacchetto; su richiesta del conduttore, i docenti hanno

3 evidenziato le possibili cause di questo movimento: sono emersi i fenomeni della capillarità (l acqua è richiamata dal tessuto di cellulosa che si bagna anche oltre il livello dell acqua del bicchiere), dell osmosi (l acqua si muove dalla soluzione meno concentrata, cioè con minore presenza di soluto esterno del sacchetto - a quella più concentrata, cioè con maggiore presenza di soluto interno del sacchetto). Non sono emersi dalla discussione altri fenomeni potenzialmente coinvolti (es. il mantenimento del livello dell acqua per vasi comunicanti) - pur non essendo visibile, facendo riferimento all esperienza precedente sulla solubilizzazione (n.1), si concorda che l acqua entrata nel sacchetto solubilizza il sale in esso contenuto, favorendo ulteriormente l ingresso della acqua per osmosi; - il sale esce dal sacchetto per diffusione (il soluto diffonde dalla soluzione più concentrata a quella meno concentrata); si commenta brevemente l importanza del fenomeno e del fatto che esso potesse essere minimamente visibile ad una attenta osservazione. A conclusione, si sono invitati i docenti a inserire in altri disegni gli effettivi risultati dell esperienza, ovvero i tre fenomeni osservati (capillarità/osmosi, solubilizzazione e diffusione). A questo punto, si è passati a definire i concetti di permeabilità: il sacchetto di carta è risultato permeabile all acqua ed al sale disciolto, mentre non è risultato permeabile al sale in granelli, che era racchiuso nel sacchetto. Si consigliano, quindi, i docenti a ripetere l esperienza usando altri tipi di sacchetto. Si forniscono membrane di materiali diversi, di plastica, di alluminio, di stoffa. I docenti ripetono l esperienza, costruendo una tabella di permeabilità/impermeabilità delle membrane. Essi sono invitati ad evidenziare difetti nel metodo e potenziali aggiustamenti, adattamenti, ecc. [Commento dei tutors: questa volta i docenti ripetono le esperienze con maggiore attenzione. Essi sono messi a sperimentare e a discutere tra loro su quanto si veniva facendo, classificando i vari tipi di membrana in impermeabile e permeabile. C era una buona dose di entusiasmo e di scoperta] Infine, si è chiesto ai docenti di utilizzare una membrana particolare, cioè fatta con dei tessuti viventi: una carota scavata. Data la durata necessaria all esperienza, i tutor l avevano già preparata, per cui si è solo mostrato ai docenti il risultato ed illustrato il metodo delle due esperienze come qui di seguito. Il sacchetto di tessuto di carota vuoto: Si riempie un bicchiere d acqua per metà circa. Si prepara una carota scavando dall alto un pozzetto

4 non passante (non si deve bucare lateralmente la carota). Si riempie il pozzetto sulla carota di sale o zucchero, e senza far entrare acqua dall alto, si poggia la carota nel bicchiere. Si aspettano 1-2 ore (a seconda dello spessore della parete della carota) e ci si accorge che piano piano il sale nel pozzetto si bagna, poi si scioglie. Il livello dell acqua dentro al carota cresce fino a traboccare. Se si assaggia l acqua all esterno della carota (nel bicchiere), essa non ha sapore. Ragionando insieme, si osserva che l acqua è passata da fuori a dentro, richiamata dal soluto presente nella carota: questo movimento è dato dall osmosi. Il soluto stesso (sale disciolto) non è passato fuori, perché l acqua rimane insapore. A differenza del sacchetto dell esperimento precedente, la parete della carota (in realtà, le membrane cellulari) sono permeabili all acqua, ma non permeabili al soluto. Quindi sono semipermeabili. C è osmosi fra fuori e dentro la carota, ma non diffusione. Il sacchetto di tessuto di carota pieno Si riempie un bicchiere d acqua per metà circa. Vi si riversa un abbondante quantità di soluto (es. sale da cucina) fino alla sovrasaturazione. Vi si immerge una carota intera (non molto grande è meglio), che si lascia indisturbata per almeno due giorni. Si osservano i cambiamenti. La carota appare flaccida, come svuotata. L acqua delle cellule della carota, attirata dalla concentrazione salina maggiore esterna, è uscita dai tessuti, lasciando la carota disidratata. Il sale non è diffuso dentro la carota, perché la membrana delle cellule vegetali è semipermeabile, quindi lascia passare l acqua, ma non il sale. C è osmosi fra fuori e dentro la carota, ma non diffusione. FASE DELLA METARIFLESSIONE Con i docenti si è discusso riguardo la possibilità di sfruttare queste esperienze in un percorso, che porti a riflettere sui movimenti delle sostanze (acqua e soluti) attraverso le diverse membrane. Che collegamento hanno queste esperienze con la nostra piantina secca? Attraverso una discussione collettiva, si comprende che l acqua entra nelle radici per osmosi, perché esse contengono soluti, ma che se il terreno è troppo asciutto i sali nello stesso, più concentrati, possono provocare la fuoriuscita dell acqua dalle radici, sempre per osmosi, provocando la morte della pianta. Lo stesso accade se la concentrazione salina del terreno aumenta per aggiunta di soluti (es. con la concimazione minerale eccessiva). [Commento dei tutor: anche i docenti delle scuole superiori hanno ammesso che molte volte si danno per scontato molte variabili quando, attraverso una lezione frontale o letta sul libro, si tratta un certo argomento, ad es. l osmosi] Alcuni docenti sottolineano che nel percorso sopra descritto mancherebbe un passaggio prima delle conclusioni finali, ovvero una esperienza (o serie di esperienze) che dimostri la differenza che c è (o la similitudine di comportamento) tra l esperienza della carota piena di sale e la radice vera e propria. Ad esempio, alcune obiezioni sollevate sono state: - ma la radice si comporta come la carota piena di sale perché nella radice ci sono dei soluti che attirano l acqua per osmosi? Come lo posso vedere? Occorre inventare una esperienza sulla presenza di soluti nelle radici. - l ingresso dell acqua nelle radici dovrebbe rigonfiare d acqua le radici: da quale/i fenomeno/i è seguito? Occorre inventare una esperienza sulla migrazione dell acqua dalle radici ad altre parti della pianta. Oltre a queste, sono state sollevate altre riflessioni su ulteriori modifiche o varianti al percorso.

5 Si è quindi ritornati sullo schema iniziale sulle fasi del metodo laboratoriale per riflettere e individuare con il gruppo quali passaggi siano stati realmente vissuti e sperimentati. Questa fase di metariflessione, oltre a considerare l opportuna sintesi e formalizzazione dei risultati ottenuti e del percorso svolto, anche alla fine di riuscire a comunicare il processo seguito per osservare, dimostrare, ragionare sui movimenti dell acqua attraverso le membrane, in questo particolare contesto ha soprattutto riguardato l applicabilità del metodo nei contesti scolastici. La discussione ha messo in luce tutti gli aspetti positivi di tale esperienza, con alcune annotazioni: 1. la difficoltà concettuale e conoscitiva del fenomeno da parte dei docenti di scuola primaria, con conseguente richiesta di integrazione anche di carattere contenutistico per gli insegnanti della scuola primaria; 2. i tempi lunghi per trattare in questo i molti argomenti delle scienze nelle poche ore a disposizione Al termine sono quindi state evidenziate le caratteristiche fondamentali del metodo proposto, che impongono un ripensamento del proprio modo di insegnare le Scienze: occorre prendere in considerazione l idea della selezione dei contenuti e delle conoscenze più rilevanti, fatto ineludibile per chi voglia avventurarsi con questo stile metodologico ad un insegnamento innovativo della disciplina, anche in considerazione del fatto che in realtà non è mai vero che si svolga tutto il programma di Scienze; la selezionare dei contenuti di base necessaria anche al fine di poter consentire a tutti di recuperare le conoscenze acquisite e implementarle con nuove e più approfondite stratificazioni del sapere; l orientamento attuale diffida dal pensare che sia possibile dare molte informazioni agli alunni senza che questi vengano coinvolti concretamente nel processo di costruzione della conoscenza e dei concetti; obiettivo prioritario di questo modo di procedere è quello di far si che tutti gli alunni siano in grado di elaborare ipotesi fattibili, di ragionare, di ricerca soluzioni ai problemi posti dai fenomeni scientifici, dall osservazione della realtà; occorre fare riferimento anche al reale modo di procedere, anche storico, dei grandi scienziati, riproponendo anche i loro tentativi, senza temere di ripercorrere itinerari già sperimentati.