Prodotto realizzato con il contributo della Regione Toscana nell'ambito dell'azione regionale di sistema. Laboratori del Sapere Scientifico

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1 Prodotto realizzato con il contributo della Regione Toscana nell'ambito dell'azione regionale di sistema Laboratori del Sapere Scientifico

2 Non facciamo acqua da tutte le parti! Percorso didattico interdisciplinare sulla risorsa acqua Istituto Comprensivo Scarperia - San Piero Livello scolare: 1 anno della scuola secondaria di primo grado L. Fontana e G. Ciasullo

3 I anno Collocazione del percorso nel curricolo verticale di Scienze della scuola secondaria di primo grado Suolo Stati fisici della materia e passaggi di stato Soluzioni Piante II anno Relazioni tra i viventi Vertebrati Alimentazione Forze III anno Velocità Leve Peso specifico Riproduzione

4 Obiettivi di apprendimento Riconoscere gli stati fisici dell acqua Differenziare le tipologie di acqua Comprendere che l acqua è una risorsa distribuita in modo non uniforme Conoscere le modalità di utilizzo dell acqua da parte dell uomo Conoscere le modalità di utilizzo dell acqua per la produzione di vari beni Diventare consapevoli di un possibile utilizzo sostenibile della risorsa acqua

5 Obiettivi essenziali di apprendimento della parte di Scienze Acquisire il concetto di stato fisico della materia e conoscere le caratteristiche comuni e non comuni ai tre stati della materia. Acquisire il concetto di volume attraverso esperienze di misura. Acquisire il concetto di trasformazione fisica in relazione ai passaggi di stato, con particolare riferimento ai passaggi di stato dell acqua.

6 Elementi salienti dell approccio metodologico La metodologia applicata consiste di 5 fasi: 1. Osservazione del fenomeno 2. Rappresentazione e verbalizzazione individuale scritta: gli studenti devono descrivere, individualmente, sul proprio quaderno, il fenomeno osservato, sia attraverso disegni, sia attraverso la scrittura 3. Discussione collettiva: dopo la lettura di alcune considerazioni dei ragazzi, la fase di discussione consente il confronto tra le diverse ipotesi 4. Concettualizzazione individuale scritta: i ragazzi, alla luce di quanto emerso durante la discussione collettiva, devono modificare o riscrivere la loro prima stesura 5. Sintesi finale: operata dall insegnante, può utilizzare anche le migliori produzioni degli alunni.

7 Materiali, apparecchi e strumenti impiegati Acqua Materiali vari: sassi, polveri, liquidi viscosi Becker, cilindri Bilancia elettronica e bilancia a due piatti Bacinelle, bicchieri, bottiglie di plastica Fornellino elettrico Termometro Distillatore

8 Ambiente di lavoro Aula Laboratorio di Scienze Laboratorio didattico Villa Demidoff

9 Tempo impiegato Messa a punto nel gruppo LSS: 3 ore Progettazione specifica nella classe: 6 ore Tempo scuola di sviluppo del percorso: 2 mesi e mezzo (20 ore) Uscite esterne: 10 ore Documentazione: 15 ore

10 In generale Attraverso percorsi laboratoriali di Scienze, attività di simulazione, discussioni collettive, elaborazione di mappe concettuali, collaborazioni con esperti (LDA Villa Demidoff) si intende promuovere l'acquisizione sia della conoscenza delle caratteristiche fisiche dell acqua e delle sue trasformazioni, sia della consapevolezza della limitatezza della risorsa acqua, della sua importanza per la vita, delle azioni che ciascuno, quotidianamente, può mettere in atto per utilizzare questa risorsa in modo consapevole.

11 La parte di Scienze in generale.. Il percorso ha la duplice finalità di sviluppare la capacità di osservare fenomeni, fare ipotesi, tabulare dati, realizzare grafici e di utilizzare queste abilità per investigare le caratteristiche fisiche dell acqua nei suoi diversi stati di aggregazione, (solido, liquido, gassoso).

12 .. e in particolare.. Il percorso parte dalla costruzione dei concetti di stato solido, liquido e gassoso e delle loro caratteristiche (forma, peso, volume, comprimibilità, impenetrabilità), passa attraverso il confronto tra fenomeni riguardanti l acqua osservati in contesti quotidiani (es. acqua che bolle in pentola) e gli stessi fenomeni realizzati in situazioni scientificamente più controllate (es. distillatore), fino alla costruzione di diagrammi dei passaggi di stato dell acqua.

13 Descrizione del percorso didattico Come primo approccio all argomento è stato chiesto ai ragazzi di fare una propria individuale rappresentazione del ciclo dell acqua, che i ragazzi normalmente conoscono per averlo trattato alla scuola primaria o per «sapere comune», per valutare le conoscenze pregresse di ogni singolo alunno e della classe in generale.

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16 Acqua: le conoscenze pregresse dei ragazzi a 360 I ragazzi sono stati stimolati a riflettere sull acqua e a comunicare alla classe quello che sapevano su di essa da qualsiasi punto di vista. Le frasi dei singoli sono state trascritte alla LIM e discusse collettivamente. Questa attività ha permesso di introdurre termini specifici come risorsa e bene primario e di raggruppare le conoscenze dei ragazzi:

17 Qualità dell acqua

18 Proprietà dell acqua

19 Dove si trova l acqua

20 Utilizzo dell acqua e Altro

21 Le tappe dello studio scientifico 1: Solidi, liquidi e gas Osservazione di sostanze varie allo stato solido e liquido.

22 Classificazione delle sostanze e prima definizione delle loro caratteristiche.

23 Approfondimento delle caratteristiche dei liquidi con esperimenti di travaso di stesse quantità di acqua in contenitori di forma diversa: introduzione al concetto di volume.

24 E possibile che i ragazzi inizialmente non abbiano del tutto chiari i concetti di volume, quantità di acqua, capacità, livello raggiunto dall acqua (chiamato anche altezza).

25 Per fare chiarezza tra questi concetti è molto utile l attività di taratura di barattoli di forme diverse e il successivo confronto.

26 Alcuni esempi di taratura e di conclusioni dei ragazzi.

27 Un altra attività utile per chiarire il concetto di volume è quella dell immersione di oggetti (in questo caso un sasso) in cilindri contenenti acqua. ( finale ) Quest attività è utile anche per introdurre il concetto di impenetrabilità della materia. Eccone una definizione dei ragazzi:

28 Ecco alcune considerazioni dei ragazzi. I ragazzi hanno poi misurato il peso del sasso di cui avevano misurato il volume per immersione. Infatti è frequente che i ragazzi confondano i concetti di peso e volume. I valori sono stati riassunti in una tabella e discussi.

29 Per completare il percorso sulla materia e le sue proprietà è necessario analizzare per i gas le proprietà già considerate per solidi e liquidi. Un attività in cui si utilizzano palloncini vuoti, palloncini gonfiati e bilance permette di valutare il peso dell aria. E interessante notare come alcuni ragazzi, pur avendo osservato e compreso che l aria ha un peso, non riescono a disegnare correttamente la bilancia con il palloncino gonfio (frecce).

30 Per analizzare se i gas hanno un volume si può utilizzare l attività di immersione di bicchieri trasparenti capovolti in bacinelle trasparenti contenenti acqua. In questo caso è stato messo un tappo di sughero nella bacinella, sul quale è stato poi fatto calare il bicchiere capovolto. La stessa attività permette di lavorare sull impenetrabilità dei gas. Infatti:

31 L ultima proprietà della materia ad essere analizzata è la comprimibilità. Mentre l incomprimibilità dei solidi è intuitiva, il comportamento dei liquidi e dei gas lo è meno. La loro comprimibilità è stata quindi valutata attraverso l utilizzo di siringhe senza ago. aria acqua

32 Al termine di questa prima parte del lavoro i ragazzi sono stati invitati a riprodurre ed osservare alcune situazioni quotidiane e a cercare di spiegarle utilizzando le conoscenze acquisite: ad esempio cosa succede quando si versa l acqua da una bottiglia capovolgendola completamente o quasi.

33 Le tappe dello studio scientifico 2: Calore e temperatura L obiettivo di questa esperienza è quello di arrivare ad una prima, grossolana, distinzione fra calore e temperatura. Le capacità di astrazione di ragazzi di prima media non consentono, infatti, una trattazione approfondita di questi concetti.

34 Domanda:

35 Le tappe dello studio scientifico 3: Trasformazioni fisiche e passaggi di stato Nella prima esperienza vengono osservati e discussi i fenomeni collegati al riscaldamento di acqua in un becher fino all ebollizione.

36 E interessante notare che la natura delle bolle ha rappresentato uno scoglio non indifferente per i ragazzi; molti di loro, infatti, le reputavano formate di aria. Un forte ostacolo è stato rappresentato anche dalla natura della nebbia (chiamata vapore o fumo e ritenuta acqua allo stato gassoso).

37 Per chiarire numerosi degli aspetti emersi durante questa esperienza si è fatto uso di un distillatore che i ragazzi hanno osservato e disegnato dapprima con aperta la sola acqua di raffreddamento e solo successivamente in funzione; l elemento chiave per la comprensione di quale sia lo stato fisico dell acqua nella nebbia (fumo) e dell invisibilità del vapore acqueo è il tappo (freccia); esso, infatti, può essere tolto e rimesso in modo da osservare che, mentre all interno della beuta la nebbia non si vede, essa diventa visibile fuori, subito sopra il tappo, se esso viene rimosso.

38 Una descrizione dell esperienza con le prime considerazioni sui passaggi di stato che avvengono all interno del distillatore.

39 Altre considerazioni personali dalle quali risulta evidente che i i fenomeni fisici che avvengono all interno del distillatore sono abbastanza chiari.

40 La natura della nebbia, invece, rimane ancora legata al sapere comune. Il chiarimento dello stato fisico in cui si trova l acqua quando è sotto forma di nebbia e, conseguentemente, l invisibilità del vapore acqueo, ha richiesto numerose discussioni, non solo dei fenomeni osservati nell esperienza con il distillatore, ma anche di fenomeni di vita quotidiana (asciugatura dei panni al sole d estate e d inverno, asciugatura dei capelli.).

41 L ultima esperienza di questa parte riguarda la curva dei passaggi di stato dell acqua che, se da una parte rappresenta un buon collegamento con la matematica se si è già lavorato sui diagrammi cartesiani, dall altra ha permesso di osservare nuovamente i fenomeni delle esperienze precedenti e di contribuire al loro chiarimento.

42 Una descrizione dell esperienza

43 La rilevazione dei dati durante l esperienza Un altra descrizione dell esperienza

44 Questa esperienza è abbastanza complessa sia perché prevede la scrittura dei tempi e delle temperature e, allo stesso tempo, un attenta osservazione dei fenomeni che via via si realizzano all interno e all esterno del becher (condensa esterna, nebbia, ebollizione, condensa interna), sia perché i fenomeni sono concettualmente complessi. In particolare, i ragazzi, in precedenza, non avendo chiaro che il vapore acqueo è invisibile, avevano trovato difficoltà a comprendere da cosa originasse la condensa, che era stata osservata anche sulle finestre dell aula e più volte discussa.

45 La condensa sulla finestra Le conclusioni relative alla condensa sulla finestra

46 I ragazzi hanno quindi potuto riflettere nuovamente sul concetto di condensa e condensazione arrivando alle seguenti conclusioni sulla condensa che si forma prima all esterno del becher e poi all interno:

47 Infine: il diagramma dei passaggi di stato dell acqua e alcune considerazioni. (ebollizione)

48 Le attività a Villa Demidoff I ragazzi hanno usufruito della proposta dei Laboratori di Didattica Ambientale di Villa Demidoff sull impronta idrica, il cui obiettivo è stato la riflessione sul rapporto tra stili di vita, consumi e le risorse necessarie a sostenerli. A Villa Demidoff i ragazzi, divisi in gruppi, hanno partecipato ad un gioco di ruolo che aveva come obiettivo sia l introduzione dei concetti di utilizzo diretto e indiretto di acqua, sia la presa di coscienza che lo sviluppo economico di un territorio è fortemente legato alla disponibilità locale di acqua.

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50 L operatore di Villa Demidoff in classe Attraverso discussioni collettive e visione di filmati e notizie sulla LIM, è stato introdotto il concetto di impronta idrica, ne sono state analizzate le sue componenti e ne sono stati fatti esempi rispetto ad oggetti e alimenti di uso quotidiano. E stato poi introdotto il concetto di filiera attraverso la rappresentazione dei passaggi necessari alla realizzazione ed acquisto individuale di un paio di scarpe da ginnastica, con la precisazione dei passaggi nei quali è richiesto l utilizzo di acqua.

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52 Confronto tra l impronta idrica di vari paesi nel mondo e percentuali di utilizzo dell acqua dolce.

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54 Ai ragazzi è stato poi chiesto di rappresentare in maniera simile a quanto visto in classe per le scarpe da ginnastica, qualcosa a loro piacimento: felpa

55 Zaino

56 Penna

57 La visita all acquedotto di Firenze A completamento di questo percorso, i ragazzi hanno effettuato una visita all acquedotto di Firenze, nella quale hanno approfondito varie tematiche riguardanti l acqua e la sua potabilizzazione. In questa occasione hanno potuto toccare con mano la complessità dei passaggi che l uomo deve effettuare per rendere l acqua sempre fruibile, avendo così una prova concreta e percettibile della preziosità di questa risorsa. Con questa esperienza si è voluto, una volta di più, sottolineare l importanza della risorsa acqua e del suo corretto utilizzo.

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59 Proposta di verifica (materia e sue proprietà)

60 Proposta di verifica (calore, temperatura e passaggi di stato)

61 Valutazione dell efficacia del percorso didattico Dalle prove finali dei ragazzi e dalle osservazioni emerse durante il lavoro in classe, la valutazione del percorso effettuato relativo alla materia e alle sue proprietà è sicuramente positiva. Sia dalla prova finale che dalle osservazioni in itinere è risultato invece evidente che la parte relativa alla relazione tra calore e temperatura è stata concettualmente molto più impegnativa per i ragazzi. Il lavoro in classe dedicato a quest ultimo argomento è stato considerevole ma i risultati non sono stati del tutto soddisfacenti. Il confronto con l esperto su questo punto ha messo in evidenza che le capacità di astrazione dei ragazzi di prima media non sono adeguate ad una trattazione approfondita di questi concetti. Per questo motivo, nella presentazione è stato riportato solo ciò che è utile alla comprensione della parte successiva del percorso e che è realizzabile in classe, senza cercare di arrivare a definizioni da manuale dei concetti di calore e temperatura.