Dipartimento di Scienze Liceo Scientifico A. Vallisneri di Lucca. Programmazione Classe Quarta Nuovo Ordinamento A. S. 2014/15

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1 Dipartimento di Scienze Liceo Scientifico A. Vallisneri di Lucca Premessa: Programmazione Classe Quarta Nuovo Ordinamento A. S. 2014/15 Il dipartimento fa proprie le indicazioni nazionali riguardanti gli obiettivi di apprendimento per il secondo biennio del liceo scientifico: " 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 piu' approfondita dei fenomeni... Si pone l'accento soprattutto sulla complessita' dei sistemi e dei fenomeni biologici, sulle relazioni che si stabiliscono tra i componenti di tali sistemi e tra diversi sistemi e si pongono le fondamenta per lo studio delle basi molecolari dei fenomeni stessi. Lo studio riguarda la forma e le funzioni degli organismi, trattandone gli aspetti anatomici ( soprattutto con riferimento al corpo umano) e le funzioni metaboliche di base. Vengono inoltre considerate le strutture e le funzioni della vita di relazione, la riproduzione e lo sviluppo, con riferimento anche agli aspetti di educazione alla salute. In particolare, il corso di biologia per la classe quarta si aprira' con un richiamo alla struttura e funzione della cellula, ai livelli di organizzazione e complessita' del vivente per passare allo studio dell' anatomia e della fisiologia umana che verranno inquadrati in una prospettiva di conoscenza del proprio corpo e quindi di educazione alla salute, ma anche analizzati in una prospettiva evolutiva, con particolare attenzione ai vertebrati, per un raffronto tra i diversi piani strutturali e funzionali del regno animale. L'insegnamento della chimica nella classe quarta ha come primo obiettivo fornire gli studenti degli strumenti concettuali necessari per affrontare, anche a livello molecolare, temi della biologia quali i metabolismi energetici, la fisiologia umana e successivamente la biologia molecolare c he verranno affrontati in parte in quarta classe e, in parte, nella classe quinta. La cinetica chimica, gli equilibri, la termodinamica, le ossidoriduzioni sono tutti argomenti che trovano relazioni concettuali ed anche applicazioni nella biologia che verrà affrontata in questo e nel prossimo anno. La finalità dello studio della chimica non si esaurisce con le applicazioni alla biologia ma, attraverso lo studio di questi argomenti, si delinea anche lo sviluppo di questa scienza dalle basi ottocentesche alla sistematizzazione teorica del novecento e si mostrano alcuni dei numerosi risvolti tecnologici e applicativi che hanno rivoluzionato la produzione industriale di beni e il modo di vivere del mondo contemporaneo. Obiettivi trasversali La biologia e la chimica contribuiscono al raggiungimento degli obiettivi trasversali cognitivi attraverso: L'uso di un linguaggio specifico e rigoroso L'uso di strategie adeguate per risolvere situazioni problematiche L'applicazione delle conoscenze acquisite a situazioni della vita reale La capacita' di porsi in modo critico e consapevole di fronte ai temi di carattere scientifico e tecnologico della società attuale La capacita' di riconoscere e stabilire relazioni La capacita' di comprendere ed interpretare testi scientifici di complessità crescente

2 La biologia e la chimica contribuiscono al raggiungimento degli obiettivi trasversali socio affettivi attraverso: La collaborazione tra compagni in occasione di attività sperimentali di gruppo La discussione in classe volta a risolvere situazioni problematiche La discussione e l'approfondimento in classe di problematiche di carattere scientifico nelle quali l'alunno e' invitato ad esprimere, motivandolo, il proprio punto di vista Obiettivi disciplinari Saper analizzare gli elementi di un sistema sia dal punto di vista qualitativo che quantitativo Porsi domande significative e ricercarne le risposte Utilizzare il linguaggio specifico Applicare la metodologia acquisita a situazioni nuove Osservare, interpretare ed utilizzare in maniera appropriata i linguaggi grafici e simbolici propri della disciplina Conoscere e interpretare, modelli e relazioni tra i diversi aspetti di uno stesso fenomeno e tra fenomeni differenti Metodologia e criteri di valutazione Nel secondo biennio, all'approccio prevalentemente fenomenologico e descrittivo tipico del biennio, si affiancherà un metodo che guardi con attenzione anche alle leggi, ai modelli, alla formalizzazione, alle relazioni tra i fattori che influenzano uno stesso fenomeno e fenomeni differenti. Continuerà ad essere privilegiata, compatibilmente con i tempi, l'attività di laboratorio e, anche quando non sarà possibile effettuarla, gli argomenti verranno presentati attraverso la descrizione, l'analisi e la discussione guidata dei dati sperimentali e dei risultati ottenuti dall'attività sperimentale. A tale scopo sarà utile anche la lettura di brani originali, la visione di filmati, la simulazione e l'utilizzo di modelli. In relazione allo studio dell'anatomia verrà utilizzato il busto anatomico e lo scheletro, presenti in laboratorio, e tavole e/o immagini. Gli argomenti trattati verranno contestualizzati al fine di far acquisire consapevolezza dei rapporti tra lo sviluppo delle conoscenze e il contesto storico. La valutazione dovrà tener conto delle conoscenze, delle competenze e delle capacità acquisite. A tal fine si utilizzeranno: Verifiche formative sia orali che scritte per sollecitare gli alunni a seguire con regolarità il lavoro scolastico e per monitorare le eventuali difficoltà incontrate Interrogazioni orali e/o prove scritte strutturate, semi strutturate o aperte a conclusione di un modulo significativo Eventuali relazioni scritte a conclusione di esperienze di laboratorio Eventuali relazioni scritte a seguito di conferenze, letture, visioni di film, audiovisivi e uscite didattiche Si terrà conto della partecipazione in classe Si terrà conto dei progressi compiuti dall'alunno in rapporto ai livelli di partenza. Chimica (moduli) Contenuti 1. Le soluzioni. Presentazione del fenomeno. Solubilità e fattori che la influenzano nei vari tipi di soluzione. Concentrazione delle soluzioni. Proprietà colligative.

3 Studio del fenomeno ed effetti di pressione e temperatura nei vari tipi di soluzioni. Molarità, molalità, Normalità, frazione molare, concentrazioni percentuali; tensione di vapore, crioscopia ed ebullioscopia, osmosi. Circa 10 ore saper riconoscere i vari tipi di soluzioni anche in ambito biologico saper preparare una soluzione a concentrazione nota saper inquadrare le proprietà colligative nella quotidianità e negli organismi viventi. 2. La termochimica. Gli scambi di energia nelle reazioni chimiche. Il calore di reazione e la legge di Hess. Entropia, entalpia ed energia libera. La spontaneità delle reazioni chimiche. L'energia nelle reazioni chimiche, lavoro e calore. Funzioni di stato: energia interna, entalpia, energia interna di una molecola, conservazione dell'energia. Entalpia di reazione: variazione di entalpia a pressione costante, misura della loro variazione, legge di Hess e entalpie standard di formazione. Il secondo principio della termodinamica e l'energia libera: variazione di entalpia nei processi spontanei e trasformazione in lavoro, energia libera di Gibbs e suo significato. Il concetto di entropia. Le trasformazioni spontanee, non spontanee e l'equilibrio termodinamico, le condizioni che si devono realizzare perchè una reazione avvenga effettivamente. Si tratta di un modulo molto importante e complesso teoricamente. Previste almeno 10 ore. saper riconoscere una funzione di stato inquadrare il problema della spontaneità delle reazioni saper valutare la spontaneità o meno di una reazione e i metodi, presenti anche negli esseri viventi, per far avvenire una reazione non spontanea. 3. La cinetica chimica. La velocità delle reazioni chimiche e i fattori che la influenzano; energia di attivazione e catalizzatori. Esempi di reazioni veloci e lente. Come si può modificare la velocità di una reazione. Circa 4 ore. saper calcolare la velocità di reazione comprendere come i vari fattori possano modificare la velocità di reazione 4. L'equilibrio chimico. Definizione di equilibrio chimico, legge dell'azione di massa e costante di equilibrio. Lo spostamento di un equilibrio chimico e il Principio di Le Chatelier. La solubilità e la formazione di precipitati. Reazioni reversibili; l'equilibrio come fenomeno dinamico. Come si arriva alla legge Guldbeg e

4 Waage. Il significato della legge di azione di massa. Modificazioni di un sistema in equilibrio: principio di Le Chatelier; equilibri eterogenei, prodotto ionico e di solubilità. Previste circa 10 ore. saper comprendere la dinamicità degli equilibri chimici comprendere le cause dello spostamento di un equilibrio saper comprendere l'importanza di alcuni equilibri chimici negli esseri viventi 5. Gli equilibri chimici in soluzione acquosa. La dissociazione dell'acqua. Elettroliti forti e deboli, non elettroliti. Acidi e basi: teorie di Arrhenius, di Bronsted e Lowry, di Lewis. Acidi e basi forti e deboli: costante di dissociazione. Il ph. Reazioni di neutralizzazione. Titolazioni. Idrolisi salina. Soluzioni tampone. Redox in soluzione acquosa e principi di elettrochimica. Il prodotto ionico dell'acqua. La teoria acido base di Arrhenius, neutralizzazione, il significato del ph di una soluzione acquosa, misura del ph. Teoria di Brönsted-Lowry, la teoria di Lewis. L a forza relativa di acidi e basi, la forza relativa di acidi poliprotici e basi poliossidrilioniche. Le reazioni di idrolisi dei sali; le soluzioni tampone. Indicatori come acidi deboli; curva di titolazione acido forte - base forte. Previste circa 14 ore. saper determinare il valore del ph saper mettere in relazione il ph con le condizioni degli esseri viventi saper riconoscere un acido e una base comprendere l'importanza dei sistemi tampone anche per gli esseri viventi 6. La chimica del Carbonio. L'atomo di Carbonio e l'ibridazione sp 3, sp 2, sp. I vari tipi di isomeria, in particolare la stereoisomeria. I principali gruppi funzionali e le loro proprietà. La versatilità dell'atomo di carbonio. Le categorie dei composti organici e i gruppi funzionali. Gli idrocarburi saturi: proprietà, isomeria di struttura, reazioni, nomenclatura IUPAC. I cicloalcani. Gli idrocarburi insaturi: caratteristiche del doppio legame e reattività degli alcheni, isomeria geometrica cis-trans, reazioni di addizione, regola di Markovnikov. Polimerizzazione di addizione, dieni, delocalizzazione elettronica. Idrocarburi aromatici: il benzene, struttura, derivati. Composti organici ossigenati: alcoli, aldeidi, chetoni, acidi carbossilici; proprietà, nomenclatura, reazioni di formazione; acidi grassi, esteri degli acidi grassi, reazione di saponificazione, caratteristiche dei saponi. Composti organici azotati: ammine, ammidi; proprietà delle ammine, nomenclatura, amminoacidi, legame peptidico e polipeptidi. La stereoisomeria. Previste circa 10 ore. saper riconoscere i composti organici in base ai gruppi funzionali saper individuare le proprietà dei composti organici saper collegare alle molecole biologicamente importanti

5 Biologia 1. La cellula. La cellula eucariote animale e vegetale, la cellula procariote: struttura microscopica. Il movimento cellulare. Si richiamano le conoscenze acquisite nel biennio relativamente alla cellula e le si integrano per quanto riguarda l'aspetto molecolare: struttura e funzione della membrana, gli organuli cellulari. Previste 6 ore in quanto il modulo è già stato parzialmente studiato. saper usare un microscopio per le osservazioni saper individuare analogie e differenze tra i vari tipi di cellule individuare la cellula come unità fondamentale degli esseri viventi 2. Gli scambi cellulari. Diffusione semplice e facilitata. Gli scambi controcorrente. Osmosi. I vari tipi di trasporto attivo. La pompa sodio/potassio. Si richiama l'importanza degli scambi attraverso la membrana semipermeabile fondamentali per la vita della cellula stessa. Previste 4/5 ore. saper comprendere l'importanza degli scambi tra cellule saper descrivere i principali meccanismi di scambio. 3. Elementi di istologia e introduzione al corpo umano. Lo sviluppo embrionale. I foglietti embrionali. I vari tessuti e la loro organizzazione. Organizzazione generale del corpo umano. I sistemi a feed-back. I livelli gerarchici degli organismi: cellule, tessuti, organi, apparati e sistemi; descrizione generale degli apparati del corpo umano; caratteristiche strutturali e funzionali dei tessuti: epiteliali di rivestimento, epiteliali di secrezione, connettivi, muscolari, nervoso. L'integrazione tra i vari apparati; i sistemi di retroazione a feedback positivo e negativo; l'omeostasi, il controllo della temperatura negli omeotermi. Visione d'insieme del corpo umano, la struttura dello scheletro. Previste circa 10 ore Saper inquadrare le fasi iniziali della vita di un organismo comprendere le modalità di integrazione dei vari sistemi del corpo umano 4. Le funzioni più importanti del corpo umano. Il sistema riproduttore maschile e femminile, metodi anticoncezionali; malattie a trasmissione sessuale. Il sistema nervoso: i vari tipi di neuroni e le loro interazioni. SNC e periferico. Altri eventuali sistemi e apparati del corpo umano.

6 Studio dell'anatomia e della fisiologia dei sistemi e degli apparati del corpo umano in una visione evolutiva e con attenzione all'integrazione degli uni con gli altri. Verrà data primaria importanza al sistema riproduttore e nervoso ma si cercherà di analizzare anche il circolatorio, il respiratorio, il digerente e l'endocrino compatibilmente con i tempi che per questo modulo sono più difficilmente quantificabili. Vedere sopra. saper descrivere la struttura e la funzione dei principali sistemi saper individuare le relazioni reciproche tra essi. Classe quarta con approfondimento In questa classe la programmazione risulta sostanzialmente la stessa ma con lo sviluppo maggiore della parte relativa all'anatomia e alla fisiologia; è previsto anche un maggiore utilizzo dei laboratori. Suddivisione in periodi I primi 4 moduli di chimica dovrebbero essere svolti nel primo periodo. Nondimeno può essere deciso da parte del docente, di portare avanti in contemporanea l'insegnamento della chimica e della biologia; in tal caso la scansione temporale sarà diversa e dovranno essere svolti almeno i primi 3 moduli di chimica ed i primi 2 moduli di biologia. Verifiche Le verifiche si svolgeranno in itinere più, in linea di massima, una a fine modulo. Recupero Il recupero sarà effettuato secondo quanto stabilito dal Collegio Docenti; senz'altro verrà effettuato in itinere e durante l'eventuale settimana di sospensione. Qualora si manifestasse la necessità, sostenuta dalla disponibilità economica, potranno essere effettuati corsi di recupero o attività di sportello.