La materia Caratteristiche e proprietà della materia; gli stati di aggregazione. Laboratori del Sapere Scientifico IC di Piazza al Serchio

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1 La materia Caratteristiche e proprietà della materia; gli stati di aggregazione Laboratori del Sapere Scientifico IC di Piazza al Serchio

2 Traguardi di competenza generale (dalle indicazioni Nazionali) L alunno esplora e sperimenta, in laboratorio e all aperto, lo svolgersi dei più comuni fenomeni, ne immagina e ne verifica le cause; ricerca soluzioni ai problemi, utilizzando le conoscenze acquisite. Sviluppa semplici schematizzazioni e modellizzazioni di fatti e fenomeni ricorrendo, quando è il caso, a misure appropriate e a semplici formalizzazioni. Utilizza i concetti fisici fondamentali quali: pressione, volume, velocità, peso, peso specifico, forza, temperatura, calore, carica elettrica, ecc., in varie situazioni di esperienza Padroneggiare concetti di trasformazione chimica; sperimentare reazioni (non pericolose) anche con prodotti chimici di uso domestico e interpretarle sulla base di modelli semplici di struttura della materia; osservare e descrivere lo svolgersi delle reazioni e i prodotti ottenuti Ha curiosità e interesse verso i principali problemi legati all uso della scienza nel campo dello sviluppo scientifico e tecnologico Bisogna essere consapevoli che i traguardi prevedono percorsi di apprendimento lunghi, coerenti, guidati da adulti. Sono gli insegnanti pertanto che devono costruire i percorsi adatti, attraverso un attività di ricerca-azione condivisa e di confronto con esperti

3 Obiettivi essenziali di apprendimento (dai curricula d istituto) COMPETENZE COMPORTAMENTALI lavorare in gruppo, collaborando attivamente con i compagni e gli insegnanti rispettare i turni negli interventi Saper porre domande e fare richieste Ascoltare e accettare le opinioni degli altri accettare i suggerimenti rispettare i tempi di consegna COMPETENZE METACOGNITIVE imparare dai propri errori attribuire il giusto valore all impegno personale ripercorrere e comunicare in modo ordinato il percorso svolto anche attraverso la rilettura degli appunti presi durante l attività o rivedendo l attività registrata riflettere sulle conoscenze acquisite per la risoluzione del compito COMPETENZE DISCIPLINARI Osservare e descrivere i materiali e le procedure usando il lessico specifico usare appropriatamente e con ricchezza adeguata termini linguistici, azioni finalizzate, piccole variazioni progettate in una delle fenomenologie esplorate, Isolare, e contrastare con altri, aspetti specifici di una fenomenologia: mettendone in relazione la specificità con gli aspetti caratteristici di percezione, azione, linguaggio, e con semplici attività di interpretazione di quello che succede e valutazione di quello che potrebbe succedere Eseguire e progettare esperienze di laboratorio e realizzare semplici modelli per la spiegazione dei fenomeni Utilizzare i concetti fisici fondamentali in varie situazioni di esperienza; in alcuni casi raccogliere dati su variabili rilevanti di differenti fenomeni, trovarne relazioni quantitative ed esprimerle Documentare le proprie esperienze attraverso la ricerca del materiale necessario (anche con l uso delle tecnologie informatiche e della rete), l organizzazione delle conoscenze acquisite, la verbalizzazione e la produzione di testi scritti, anche con l uso di tabelle, grafici, mappe con rappresentazioni formali di tipo diverso. I percorsi hanno tenuto conto delle esperienze (fatte nel quotidiano,) delle linguaggi, delle conoscenze, delle strategie già attivi negli alunni o

4 Approccio metodologico Innanzitutto si è garantito un percorso di formazione per i docenti per arrivare loro stessi a costruirsi percorsi adeguati in sintonia con le nuove indicazioni nazionali e con gli obiettivi stabiliti a livello di curricolo d istituto. La formazione (iniziale e in servizio) che gli insegnanti hanno ricevuto nell ambito delle scienze è molto carente Gli insegnanti per primi ne sono consapevoli, e questo accresce la loro insicurezza: di certo non sanata dalle reazioni di rifugio nelle routines, o in sedicenti metodi alternativi, piuttosto che interrogarsi sull efficacia dei modi di insegnamento o su quei bisogni e quelle disponibilità a conoscere che sono ben presenti nei bambini. A un certo punto del cammino intrapreso con i laboratori del sapere scientifico abbiamo sentito forti queste problematiche, anche attraverso un lavoro di autoriflessione individuale e di gruppo. E abbiamo concluso che se si voleva cambiare qualcosa era necessario cambiare le persone: e per cambiare le persone (adulte con i ragazzi è facile, se si comincia da capo) bisogna motivarle e coinvolgerle in un lavoro (collaborativo) tutt altro che occasionale, o superficiale). Per questo, dunque un percorso di formazione per gli adulti per progettare consapevolmente attività adeguate per i bambini. Anche lo scambio di informazioni fra docenti è stato un momento importante per riflettere sui percorsi.. Per ogni attività (fenomenologia): uso e precisazione in contesto delle parole più comuni Aggiustamento percezione-azione-pensiero-linguaggio in relazione a oggetti, fatti e pratiche naturali e artificiali, in relazione ai diversi fenomeni analizzati procedendo con questa tecnica metodologica: -Conversazione iniziale per capire quali erano le esperienze pregresse dei bambini - Libera sperimentazione dei materiali a disposizione - Domande stimolo che cosa succederà se come potremo fare a - Realizzazione guidata delle esperienze - Conversazioni -Rielaborazioni grafiche - Riflessioni di gruppo

5 Materiali apparecchi e strumenti impiegati Per i docenti: Testi adeguati per l approfondimento di conoscenze e metodologie (possiamo fornire un eventuale bibliografia e sitografia) Preparazione dei «laboratori» con materiali adeguati alle attività da proporre Per gli alunni: Materiali di facile reperibilità e uso: Contenitori di plastica e di vetro Contagocce, cucchiai, cucchiaini, bacchette di vetro e di plastica, carta assorbente, ecc.. Materiale per il disegno e la rappresentazione (fogli, pennarelli, matite etc.) Telecamera e macchina fotografica per la registrazione e documentazione delle esperienze Materiali e strumenti del laboratorio della scuola: Contenitori vari in vetro e plastica (becker, cilindri graduati, beute ecc ) Bacchette di vetro, contagocce e pipette pasteur, imbuti, carta da filtro, lenti di ingrandimento, ecc Materiali diversi da analizzare liquidi, gas solidi

6 Ambienti in cui si è sviluppato il percorso Gli ambienti sono stata l aula o il «laboratorio» di scienze Gli ambienti di apprendimento non sono sole le aule e gli spazi strutturati secondo criteri che possano favorire il lavoro ma soprattutto setting che possano ripensare l ambiente scuola, quello dell organizzazione degli spazi e dei tempi dell apprendimento, quello degli obiettivi formativi e, soprattutto quello che riguarda il ruolo dei docenti. Gli insegnanti hanno piano piano imparato (grazie anche a un costante supporto formativo) a costruire il sapere insieme ai loro alunni, hanno provato ad assumere uno stile educativo «democratico» e collaborativo e non impositivo, di partecipazione e di scambio di gioiosa collaborazione con i compagni e con i docenti.

7 Tempo impiegato Per la messa a punto preliminare nel gruppo LSS: circa quindici giorni Per la progettazione specifica e dettagliata: in itinere, ha accompagnato tutto il percorso di questi tre anni anche attraverso la formazione e lo scambio fra docenti. Tempo scuola di sviluppo del percorso: circa 20 ore di lavoro con i ragazzi Per uscite esterne: nel lavoro documentato non sono state necessarie Per la documentazione: la documentazione è stata fatta durante tutto il percorso di ricerca-azione con diari di bordo, fotografie, video. Per l organizzazione dei materiali si sono impiegate circa 10 ore per docente.

8 Altre informazioni La documentazione che segue non si riferisce ad un unica esperienza ma è il riassunto di varie attività svolte in 3 classi della scuola secondaria di primo grado dell istituto. In questi 3 anni abbiamo fatto diversi percorsi che saranno visibili sul sito dell istituto in una sezione dedicata ai laboratori del sapere scientifico: Molti materiali sia dei docenti che degli alunni sono raccolti sulla piattaforma e-learning dell istituto, gestita dagli insegnanti di scienze matematiche coinvolti anche nel progetto dei Laboratori del Sapere Scientifico I testi usati per la documentazione sono tratti dai lavori dei ragazzi. L intento è stato quello di descrivere i fenomeni esaminati attraverso le loro osservazioni e i loro discorsi. Abbiamo provato a documentate le conversazioni o le discussioni emerse durante l attività, e le relazioni che gli alunni hanno prodotto alla fine di ogni esperienza. Attraverso la loro rilettura è possibile «vedere» che prima affiora e poi si consolida un discorso strutturato, sia individuale che gradualmente esteso ai diversi punti di vista e alla loro progressiva maturazione anche con riprese differite nei giorni. E possibile cogliere la gradualità nella costruzione dei discorsi e dei concetti, rileggendo i disegni e i resoconti verbali dell infanzia, i resoconti scritti delle osservazioni e delle spiegazioni dei bambini della primaria e le relazioni e le pagine wiki richieste ai ragazzi della secondaria.

9 Descrizione del percorso didattico Il lavoro è stato svolto in 3 classi della scuola Secondaria dell Istituto Comprensivo con bambini anni. Il sapere scientifico si costruisce solo a partire da una varietà di esperienze che diventano supporto, stimolo, costrizione quasi, ad adottare punti di vista via via più allargati su quello che si vede, che succede. In diverse situazioni le insegnante hanno notato la produttività di fare ripetere la stessa esperienza, se i bambini sono messi in condizione di svolgerla (anche più volte, spontaneamente) con la motivazione di vedere meglio cosa succede ; alcune volte, l esplorazione di fenomeni superficialmente diversi (zucchero e colore nell acqua, ) è stata utilizzata per ampliare l esperienza di base, e rendere così significativo il progressivo sviluppo di operatività, linguaggi, analogie e modelli variati e appropriati.

10 Descrizione del percorso didattico Non esiste perciò un percorso sequenziale definito da proporre/imporre alle varie situazioni. E invece importante che una varietà di esperienze siano fatte, e confrontate fra loro, assecondate da una guida morbida ma strategica (l insegnante o l esperto) che indirizzi attenzioni e riflessioni nella direzione degli obiettivi a cui si vuole tendere. Aggiungendo, alle esplorazioni già suggerite per scritto, anche altre esperienze la cui motivazione è magari emersa proprio nel contesto dei lavori fatti. Di seguito quindi documenteremo alcune esperienze proposte (attraverso schede di sintesi redatte dai ragazzi individualmente o in gruppo) tenendo presenti gli obiettivi prefissati.

11 Descrizione del percorso didattico contenuti affrontati Le proprietà della materia Volume Impenetrabilità Elasticità Comprimibilità Porosità Peso Massa Peso specifico Trasformazioni fisiche della materia La dilatazione I passaggi di stato Trasformazioni chimiche della materia Le reazioni chimiche

12 Le proprietà della materia Misuriamo i volumi Abbiamo cercato di calcolare il volume di liquidi, solidi e gas. 1) Come faccio a trovare il volume dell acqua contenuta nella bottiglia della prof? Michele ha detto che per prima cosa bisogna misurare l altezza dell acqua presente nella bottiglia e Marco ha aggiunto che bisogna misurare l area del fondo della bottiglia e quindi moltiplicarla per l altezza: in questo modo abbiamo il volume dell acqua. Celeste ci ha suggerito un secondo metodo: usare un contenitore graduato. Si prende la bottiglia si versa il contenuto nel contenitore graduato e si legge il volume dell acqua. 2) Come possiamo trovare il volume del diario del Fabio? Con un metro si misurano la lunghezza, la larghezza e l altezza del diario e poi si procede come per l acqua: si trova l area della superficie che è posta sul banchino e poi si moltiplica per l altezza del diario. Si può concludere che il volume di un corpo di forma geometrica è dato dal prodotto dell area di base per la sua altezza.

13 Le proprietà della materia: l impenetrabilità I esperimento: Materiale occorrente: acqua, bottiglia vuota, imbuto, scotch Procedimento Prendo l'imbuto, lo metto nelle bottiglia premendolo bene e verso dell acqua: l'acqua scende velocemente dentro la bottiglia vuota. Sigilliamo bene la superficie esterna tra l'imbuto e la bottiglia, versiamo di nuovo l'acqua nell imbuto e osserviamo: questa volta l'acqua scende a scatti e si osservano delle bolle che escono quando l acqua scende.

14 Le proprietà della materia: l impenetrabilità 1 3 Le nostre foto 2 4

15 Le proprietà della materia: l impenetrabilità II esperimento: Materiale occorrente: una bottiglia vuota tagliata a metà, pennarello, un oggetto (gomma, sasso, ecc.), acqua Procedimento Abbiamo versato dell acqua nel fondo di una mezza bottiglia vuota e con un pennarello abbiamo segnato il livello dell acqua; abbiamo immerso nell acqua un oggetto, e abbiamo osservato che l acqua si è alzata. Sempre con il pennarello abbiamo segnato il nuovo livello dell acqua. Conclusioni Il livello dell acqua si è innalzato perché sia l acqua sia l oggetto hanno una massa, che occupa uno spazio ben preciso. Quando abbiamo immerso l oggetto, lo spazio occupato da esso, non poteva più essere occupato dall acqua che, di conseguenza, si è spostata cioè innalzata di livello.

16 Le proprietà della materia: l impenetrabilità 3 esperimento: Materiale occorrente Due bottiglie (di bibite gasate), acqua, colorante per alimenti, forbici, ferro da stiro vecchio Procedimento: - Si uniscono i due tappi, preventivamente scaldati con il ferro da stiro. - Si pratica, con le forbici, un foro al centro dei due tappi uniti. - Si versa dell acqua in una bottiglia e si avvita il tutto. - Si capovolge la bottiglia contenente il liquido imprimendole una rotazione. Conclusioni: Il liquido tende a scendere ma poiché lo spazio è già occupato dall aria questa deve risalire nell altra bottiglia sostituendosi all acqua. Questo scambio di posto crea un vortice a imbuto. Questo esperimento dimostra l impenetrabilità dei corpi: lo spazio occupato da un corpo non può essere contemporaneamente occupato da un altro.

17 Le proprietà della materia: l impenetrabilità Abbiamo fatto delle ipotesi e poi le abbiamo confrontate con quello che abbiamo trovato cercando nel web e abbiamo concluso che: Quando la superficie esterna è sigillata, l acqua scende più lentamente perché nella bottiglia c è l aria che occupa tutto lo spazio a disposizione. Se l aria non esce l acqua non entra poiché non c è spazio per tutti e due. L impenetrabilità è quella proprietà della materia che fa si che uno spazio non possa essere occupato da due corpi contemporaneamente.

18 Le proprietà della materia: la Porosità

19 Le proprietà della materia: la Porosità Materiale occorrente Bicchiere vuoto, Zucchero normale, Zucchero di canna, sciroppo di menta, Acqua Procedura Versare lo zucchero bianco nel bicchiere di plastica, mescolare l acqua con la menta, metterne delle gocce sullo zucchero e osservare. Versare acqua e menta anche sul cubetto di zucchero di canna e osservare. Conclusioni Abbiamo osservato che versando la soluzione di menta sullo zucchero normale si è formata una macchia che si è espansa. Mettendo la menta sul cubetto di zucchero di canna questo l ha assorbita e si è frantumato facilmente. Perché è accaduto ciò?...

20 Le proprietà della materia: la Porosità Queste sono alcune nostre conclusioni: Lara: Lo sciroppo di acqua e menta entra nello zucchero e allarga gli spazi tra le molecole Alessia: Lo zucchero assorbe lo sciroppo di menta Lorenzo: Lo sciroppo rompe i legami tra i granellini di zucchero Filippo: La menta penetra tra i granelli di zucchero allontanandoli Samuele: Lo zucchero assorbe la menta che distacca i granelli di cui è fatto Marco: La menta allenta i legami dello zucchero

21 Le proprietà della materia: la Porosità Abbiamo confrontato le nostre riflessioni con quello che abbiamo trovato nel web e abbiamo concluso che: In alcuni solidi sono presenti dei piccolissimi spazi invisibili tra le molecole di cui sono composti. I liquidi sono in grado di attraversare questi spazi. Di conseguenza nello zucchero bianco si forma una macchia colorata che diventa sempre più grande e il cubetto di zucchero di canna si sgretola. Questa proprietà della materia si chiama POROSITA'.

22 Le proprietà della materia: l elasticità Materiale occorrente: una pallina di gomma morbida e una di plastica. Procedimento: con una mano abbiamo schiacciato la pallina di plastica: non è successo niente. Abbiamo fatto la stessa cosa con la pallina di gomma e abbiamo osservato che la pallina si deformava ma, togliendo la mano, riacquistava la forma originale. Che differenza c è tra i due corpi? Conclusione: la pallina di plastica non è elastica, quella di gomma si e quindi può riprendere la forma originale, dopo essere stata deformata. ELASTICITA E la proprietà che hanno i corpi di poter riprendere la forma originale dopo essere stati deformati.

23 Le proprietà della materia: la comprimibilità Materiale occorrente: siringa senza ago, acqua, sassolino Procedimento: Abbiamo messo dell acqua in una siringa, abbiamo chiuso l apertura con un dito e spinto lo stantuffo:non succedeva niente. Abbiamo sostituito l acqua con un sassolino, abbiamo chiuso l apertura e spinto lo stantuffo:non è accaduto nulla. Infine abbiamo riempito la siringa con l arie e spinto lo stantuffo. Abbiamo notato che questa volta lo stantuffo si muoveva. Conclusione: I liquidi e i solidi sono incomprimibili, i gas sono facilmente comprimibili. Ciò si può spiegare con il fatto che le molecole dei gas, rispetto a quelle dei solidi o dei liquidi, sono molto distanti tra loro ed è quindi possibile avvicinarle con la compressione.

24 Le proprietà della materia: il peso specifico ESPERIMENTO n.1 Determinazione del peso specifico di due corpi Materiali o corrente: bilancia elettronica, due cubi di materiale diverso e di uguale volume. Procedimento: Abbiamo preso due cubi di 2 cm di lato e li abbiamo pesati, poi abbiamo costruito una tabella come segue: Primo cubo Secondo cubo Peso (p) 21,8 g 62 g Volume (V) 8cm 3 8cm 3 Peso specifico (p/v) 21,8g/8cm 3 =2,78g/cm 3 62g/8cm 3 = 7,78g/cm 3 Conclusioni: Come possiamo vedere, i due cubi hanno un peso specifico diverso perché sono formati da materiali diversi. Il peso specifico è una grandezza che dipende dal materiale di cui è fatto un corpo. Per convenzione il peso specifico dell acqua distillata è uguale a 1.

25 Le proprietà della materia: il peso specifico ESPERIMENTO n.2 Determinazione del peso specifico di un sasso Materiale occorrente: becker, sasso, acqua, bilancia. Procedimento: Prendiamo un sasso e mettiamolo sulla bilancia: leggiamo 383 g. Determiniamo il suo volume: prendiamo un beker con 500 ml di acqua, buttiamoci dentro il sasso e osserviamo. Il livello dell acqua sale e leggiamo 630 ml. A questo punto possiamo calcolare il volume del sasso per differenza tra il volume iniziale e quello finale dell acqua, ossia ml( ) = 130 ml. Ora, possiamo calcolare il peso specifico dividendo il peso del sasso per il suo volume, cioè: ps = 383g/130cm 3 =2,09g/cm 3.

26 Le proprietà della materia: la densità ESPERIMENTO n.1 Determinazione della densità della marmellata Materiale occorrente: 2 barattoli di marmellata della stessa grandezza : uno pieno e uno vuoto, cilindro graduato, acqua, bilancia Procedimento: Determina il peso della marmellata contenuta nel barattolo. Pesa il barattolo pieno e poi quello vuoto, quindi sottrai dal primo valore il secondo e otterrai il peso della marmellata. Poiché sulla Terra peso e massa hanno lo stesso valore, conoscendo il peso, saprai anche il valore della massa. Riempi il barattolo vuoto con dell acqua, cercando di raggiungere con la miglior precisione possibile il livello che era raggiunto dalla marmellata quando il barattolo era pieno. Versa l acqua nel cilindro graduato e leggi sulla scala il volume corrispondente. Ora dividi i valori di massa e volume che hai trovato e avrai la densità della marmellata contenuta nel barattolo.

27 Le proprietà della materia: la densità ESPERIMENTO n.2 Materiale occorrente: cilindro, alcool, olio, acqua colorata. Procedimento: Coloriamo dell acqua e versiamola in un cilindro graduato, aggiungiamo lentamente dell olio e poi, sempre lentamente, dell alcool. I liquidi non si mescolano ma si stratificano. Perché? Conclusione: I tre liquidi si sono stratificati perché la loro densità è diversa: l acqua colorata è più densa e quindi va sul fondo del cilindro, l alcool è meno denso per cui si stratifica sull acqua e l olio, che è ancora meno denso, si stratifica sull alcool. Sfruttando la diversa densità di alcuni liquori è possibile preparare cocktail di diversi colori.

28 Le proprietà della materia: la densità ESPERIMENTO n.3 L uovo magico Materiale occorrente: 1 uovo fresco, 8-10 cucchiai di sale da cucina, due vasi di vetro grandi, acqua Procedimento: Riempi i due vasi di acqua dolce e in uno dei due aggiungi un cucchiaio di sale e agita bene per scioglierlo. Metti l uovo nel vaso contenente solo l acqua dolce e osserva. Metti l uovo nell acqua salata e osserva. Ora versa con molta cautela l acqua contenuta nel primo vaso dentro quella salata, metti l uovo e di nuovo osserva cosa accade. Conclusioni: Nell acqua dolce l uovo affonda perché è più denso. Nell acqua salata l uovo galleggia perché è meno denso. Nell ultimo caso, l acqua dolce è meno densa e quindi si dispone su quella salata; l uovo si dispone tra l acqua dolce e quella salata, avendo una densità intermedia.

29 Le proprietà della materia relazioni degli alunni Tutto ciò che occupa uno spazio è chiamato materia. Normalmente la materia si può vedere e toccare, ma non è sempre così (es. l aria). A seconda di quanto è concentrata la materia un oggetto è più peso di un altro, perchè hanno masse differenti. La massa infatti è la quantità di materia di cui è costituito un corpo

30 Per misurare la massa di un corpo abbiamo usato una bilancia a bracci uguali. Se mettiamo sui due piatti due corpi con la stessa massa i piatti restano in equilibrio. Se invece un corpo ha una massa maggiore dell altro, il piatto dove è posizionato il corpo con peso maggiore si abbasserà. Per misurare un corpo abbiamo bisogno delle masse campione (chiamati pesi). L unità di misura della massa è il Kilogrammo (Kg).

31 Lo spazio occupato da una materia si chiama volume. Si misura con il cilindro graduato. L unità di misura del volume è il metro cubo.

32 La massa di un oggetto dipende dalla sostanza di cui è composto. Il rapporto tra la massa di un corpo e il volume occupato si chiama densità (massa/volume). L unità di misura della densità è il Kilogrammo su metro cubo. La densità è una proprietà della materia ed è caratteristica di ogni sostanza: sostanze differenti hanno densità diversa.

33 Le sostanze si comportano in maniera diversa anche per quanto riguarda la capacità di essere deformate. La pietra non può essere deformata, cioè è una sostanza rigida. L elastico si deforma e poi torna alla forma originaria, cioè la sua proprietà è l elasticità.

34 La materia è formata da particelle piccolissime che si chiamano atomi. Gli atomi che si legano tra loro diventano particelle più grandi e si chiamano molecole. Le sostanze formate da un unico tipo di atomi o di molecole formate da un unico tipo di atomi si chiamano elementi chimici. Le sostanze formate da atomi diversi o formate da più elementi chimici si chiamano composti. Luca, Emanuele, prima media

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37 Le trasformazioni fisiche della materia La dilatazione dei liquidi Materiale occorrente: beuta, acqua, colorante, fornello, spargifiamma, treppiedi, colorante, tappo con tubetto. Procedimento:mettiamo dell acqua colorata in una beuta, chiudiamola con il tappo in modo che il tubicino di vetro abbia un estremità immersa nell acqua. Prendiamo la beuta, mettiamola sulla fiamma e osserviamo. Conclusioni:dopo alcuni minuti, l acqua sale nel tubicino; ciò dimostra che, riscaldandosi, l acqua aumenta di volume. Abbiamo anche visto che i LIQUIDI non si dilatano tutti allo stesso modo. Abbiamo ripetuto l esperimento usando due becker: uno contenente acqua colorata e l altro contenete una stessa quantità di alcool. L acqua arriva all estremità superiore del tubicino in 46 secondi e l alcool vi arriva in 22 secondi: l alcool si dilata più velocemente dell acqua.

38 Le trasformazioni fisiche della materia La dilatazione dei solidi Materiale occorrente: apparecchio di Gravesande, fornello Procedimento: fai passare la sfera nell anello, sfila la sfera e scaldala con la fiamma, prova a farla passare di nuovo e osserva. Conclusioni: la sfera riscaldata non passa più attraverso l anello perché si è dilatata, cioè allargata, in seguito al riscaldamento subito.

39 Materiale occorrente:beuta, palloncino sgonfio, fornello Bunsen Procedimento:mettiamo un palloncino all estremità di una beuta e poniamola sul fornello acceso. Aspettiamo qualche minuto e osserviamo. Conclusione:il palloncino si gonfia perché l aria contenuta nella beuta si scalda e aumenta di volume.

40 Le trasformazioni fisiche della materia La dilatazione dei gas Materiale occorrente: bottiglia, bacinella, acqua, candela Procedimento: riempiamo una bacinella con dell acqua; prendiamo una bottiglia vuota (ad es. quella di un succo di frutta), immergiamone il collo in un recipiente contenente acqua, stringiamo la bottiglia con le mani e osserviamo; accendiamo la candela, avviciniamola al fondo della bottiglia e osserviamo di nuovo. Conclusione: in entrambi i casi, il calore delle mani o della fiamma della candela, passa alla bottiglia e fa dilatare l aria contenuta al suo interno che, non avendo spazio sufficiente a sua disposizione, è costretta ad uscire. Vedremo così numerose bollicine che gorgogliano nell acqua.

41 Le trasformazioni fisiche della materia: i passaggi di stato EVAPORAZIONE L'evaporazione, cioè il passaggio dallo stato liquido a quello aeriforme, è tra i fenomeni naturali più diffusi e frequenti per cui è opportuno renderci conto delle principali cause che influenzano la velocità del fenomeno. Proviamo a Materiale occorrente Vetrino, contagocce, orologio, acqua, alcool, benzina,. Procedimento Con il contagocce versiamo nel vetrino una goccia di acqua, e facendo uso di un orologio prendiamo nota del tempo impiegato dalla goccia per evaporare completamente. Ripetiamo l'operazione con una goccia d 'alcool e con una goccia di benzina. Conclusione I liquidi che abbiamo esaminato hanno una diversa velocità di evaporazione: la benzina evapora più velocemente dell acqua e a sua volta l alcool evapora ancora più velocemente della benzina.

42 Le trasformazioni fisiche della materia: i passaggi di stato EBOLLIZIONE L'ebollizione è il passaggio dallo stato liquido allo stato di vapore su tutta la massa del liquido. Si distingue dall'evaporazione che invece ha luogo soltanto sulla superficie del liquido. Materiale occorrente: Bruciatore ad alcool, becher, termometro a mercurio, acqua. Procedimento: Riempiamo il becher per metà con acqua e prendiamo nota della temperatura iniziale. Accendiamo il bruciatore e leggiamo le temperature indicate dal termometro, ogni 5 minuti fino a quando la temperatura raggiunge i 100 C; riportiamo i risultati in una tabella e osserviamo. Conclusione: Quando la temperatura dell' acqua raggiunge i 100 C, sulla sua superficie compaiono numerose bolle che si muovono tumultuosamente. Anche mantenendo acceso il bruciatore la temperatura dell'acqua non sale più.

43 Le trasformazioni fisiche della materia: i passaggi di stato CONDENSAZIONE È il passaggio di un vapore allo stato liquido. Tale fenomeno si può ottenere per raffreddamento. Materiale occorrente: Treppiedi, fornellino, beuta, tubo curvo con tappo, cilindro, becher, provetta, acqua, ghiaccio. Procedimento: Facendo ricorso a qualche goccia di olio infiliamo il tubetto ricurvo di vetro nel foro del tappo di gomma. Riempiamo per metà volume una beuta con dell acqua molto fredda e aggiungiamo qualche pezzetto di ghiaccio. Chiudiamo con il tappo e poniamo l altra estremità del tubetto in una provetta. Accendiamo il bruciatore e attendiamo qualche minuto: l'acqua contenuta nella beuta inizierà a bollire, ed il vapore generato, passando attraverso il tubetto ricurvo, uscirà all'interno della provetta. Qui subirà un rapido raffreddamento per cui avrà luogo la sua condensazione. Conclusione: Il calore fa bollire l'acqua che evapora e sale nel tubo. Quando raggiunge la provetta, il vapore si condensa a causa della temperatura più fredda.

44 Le trasformazioni fisiche della materia: i passaggi di stato SUBLIMAZIONE È il passaggio, diretto e inverso, dallo stato solido allo stato aeriforme. Il fenomeno si verifica in determinate condizioni di temperatura e di pressione. Questo fenomeno si verifica in quei materiali in cui le molecole sono legate debolmente tra loro, per cui basta un modesto aumento di temperatura perché si separino e si disperdano sotto forma di gas. La sublimazione avviene anche a temperatura ambiente ed è evidente in materiali come la canfora e la naftalina, impiegati normalmente come tarmicidi, le cui palline o scaglie tendono a ridursi di dimensioni sino a scomparire del tutto senza bisogno di scaldarle.

45 Le trasformazioni fisiche della materia: i passaggi di stato Materiale occorrente: Treppiedi, fornellino, capsula, iodio metallico, becher, acqua fredda Procedimento e Conclusione: Mettiamo nella capsula una piccola quantità (meno di mezzo cucchiaino da caffè), di scaglie di Iodio e poniamo la capsula sulla fiamma. Dopo qualche secondo si vedranno alzarsi vapori di Iodio intensamente colorati di viola, in brevissimo tempo lo Iodio messo nella capsula scomparirà completamente senza lasciare traccia. Se al momento in cui si sviluppano i vapori si mette ad una decina di centimetri sopra la capsula un beker contenete acqua fredda, i vapori di Iodio andranno a condensarsi sotto il fondo dove formeranno dei cristalli violetti di Iodio puro, il raffreddamento determinerà il passaggio diretto dallo stato gassoso allo stato solido. N.B.: i vapori di Iodio sono irritanti per gli occhi e per le vie respiratorie, l'esperienza va quindi condotta in locale ben ventilato e usando una quantità molto piccola di Iodio

46 Le trasformazioni chimiche della materia: le reazioni Produciamo una schiuma Materiale occorrente: Becker o bicchiere, bacchetta, acqua, bicarbonato di sodio, aceto Procedimento: Abbiamo preso un bicchiere con dell'acqua, abbiamo aggiunto del bicarbonato e mescolato. Abbiamo versato l'aceto e abbiamo osservato. Conclusioni: Quando abbiamo versato l'aceto si è formata una schiuma che è uscita dal bicchiere. Il bicarbonato ha reagito con l aceto producendo anidride carbonica. È l anidride carbonica che è responsabile della formazione della schiuma.

47 Le trasformazioni della materia: le reazioni chimiche Sviluppiamo calore Materiale occorrente: Soda caustica, acido cloridrico, acqua, becher, bacchetta Procedimento: Abbiamo preso un becker con dell'acqua, aggiunto dell'acido cloridrico e mescolato con una bacchetta. Abbiamo unito 3 cucchiaini di soda caustica, mescolando ogni volta e osservato. Conclusioni: Quando si aggiunge la soda caustica, la reazione produce calore come si può sentire toccando il becker.

48 Le trasformazioni della materia: le reazioni chimiche La bottiglia magica Materiale occorrente: bottiglia di plastica trasparente, acqua, 3 gocce di fenolftaleina, glucosio, soda caustica Procedimento: Abbiamo preso una bottiglia con 200ml di acqua e abbiamo aggiunto un cucchiaino di glucosio e mescolato. Abbiamo aggiunto 2 cucchiaini di soda e mescolato, quindi 3 gocce di fenolftaleina e di nuovo agitato la bottiglia. La soluzione si è colorata di fuxia. Abbiamo aspettato 15 minuti e poi osservato di nuovo. Conclusioni: Dopo 15 min, il colore della soluzione era rosa chiaro. Questo è accaduto perché è cambiata l' acidità della soluzione.

49 Le trasformazioni della materia: le reazioni chimiche 1) Abbiamo preso due provette, in una abbiamo preparato una soluzione di nitrato di argento e acqua e nell altra una soluzione di cloruro di sodio e acqua (si versano piccole quantità delle due sostanze nelle rispettive provette e poi si agita per scioglierle nell acqua). Abbiamo versato lentamente la soluzione di cloruro di sodio nella provetta contenente nitrato d argento e abbiamo osservato la formazione di un precipitato bianco.

50 Le trasformazioni della materia: le reazioni chimiche Abbiamo preso due provette, in una abbiamo preparato una soluzione di solfato di ferro e nell altra una soluzione di idrossido di sodio o soda caustica (si versano piccole quantità delle due sostanze nelle rispettive provette e poi si agita per scioglierle nell acqua). Abbiamo versato lentamente la soluzione di idrossido di sodio nella provetta contenente solfato di ferro e abbiamo osservato un cambiamento di colore: la soluzione è diventata verde e leggermente gelatinosa

51 Le trasformazioni della materia: le reazioni chimiche Abbiamo preso due provette, in una abbiamo preparato una soluzione di nitrato di piombo e nell altra una soluzione di ioduro di potassio (si versano piccole quantità delle due sostanze nelle rispettive provette e poi si agita per scioglierle nell acqua). Abbiamo versato lentamente la soluzione di nitrato di piombo nella provetta contenente ioduro di potassio e abbiamo osservato un cambiamento di colore: la soluzione è diventata gialla e leggermente granulosa.

52 Abbiamo preso due provette, in una abbiamo preparato una soluzione di cloruro di cobalto e nell altra una soluzione di idrossido di sodio (si versano piccole quantità delle due sostanze nelle rispettive provette e poi si agita per scioglierle nell acqua), Abbiamo versato la soluzione di cloruro di cobalto nella provetta contenente idrossido di sodio e abbiamo osservato un cambiamento di colore: la soluzione da rosa è diventata blu e si è formato anche un precipitato ben evidente.

53 Le trasformazioni della materia: le reazioni chimiche N.B. quando una soluzione è incolore e l altra è colorata, è più efficace versare la soluzione colorata in quella incolore. Conclusioni In questi esempi, un atomo di un composto sostituisce un atomo dell altro, formando una nuova sostanza. La presenza di questa sostanza si osserva dal cambiamento di colore e dalla formazione di un precipitato più o meno evidente. Nota della prof.: Scriviamo le equazioni chimiche relative alle esperienze fatte: 1) AgNO3 + NaCl AgCl + NaNO3 2) FeSO4 + 2 NaOH Fe(OH)3 + Na2SO4 3) Pb(NO3)2 + 2KI PbI2 + 2KNO3 4) CoCl2 + 2NaOH Co(OH)2 + 2NaCl

54 Verifiche degli apprendimenti Registrazione (sia mediante la telecamera che prendendo appunti durante l attività) delle verbalizzazione dei bambini Produzione di disegni grafici tabelle, modelli (semplici modelli di cose succede) per spiegare cosa succede Rievocazione attraverso le foto, i video, gli appunti presi durante le discussioni guidate della procedura eseguita e verbalizzazione di gruppo e/o individuale Riproposizione dell esperienza all insegnante a ad altri compagni utilizzando un lessico Produzione di testi e relazioni individuali e collettive (anche relazione di laboratorio per la descrizione dell esperienza) Produzione di presentazioni ppt e pagine wiki pubblicate sulla piattaforma e-learning dell istituto Alcuni lavori sono stati inseriti anche nel sito dell istituto nell area dedicata ai Laboratori del Sapere Scientifico Progettazione di esperienze nuove da realizzare in classe e in laboratorio

55 Risultati ottenuti Tutti i bambini si sono dimostrati motivati e interessati rispetto alle attività proposte Hanno stabilito una relazione positiva con il docente e i compagni che si è mantenuta anche nel gruppo «classe» migliorando notevolmente le capacità attentive e il comportamento. Hanno imparato a collaborare a osservare tutto quello che succedeva, a considerare il lavoro proprio e quello dei compagni. Hanno risposto senza esitazione sicuri che le loro considerazioni erano accettate senza giudizio sia dai compagni che dall insegnante Hanno imparato a rispettare il proprio turno sia durante l attività di manipolazione che di verbalizzazione Hanno migliorato le loro abilità manipolative: sono diventati più «sciolti» nell uso di strumenti e materiali

56 Risultati ottenuti Hanno saputo mantenere tempi di lavoro e di concentrazione adeguati Sono diventati autonomi nell esecuzione delle procedure richieste Hanno migliorato le loro capacità di rappresentazione grafica proponendo «modelli» sempre più adeguati alle richieste Hanno imparato a verbalizzare le procedure e le attività utilizzando un lessico appropriato Hanno arricchito il loro lessico personale Hanno acquisito un lessico specifico Hanno imparato a «leggere» immagini, tabelle, diagrammi Sanno fare resoconti verbali e scritti ben organizzati Sanno redigere una relazione di laboratorio

57 Valutazione dell efficacia del percorso Il percorso intrapreso ha portato benefici sia agli alunni coinvolti che agli insegnanti. In questi tre anni i docenti sono stati accompagnati da una formazione costante con esperti che ha consentito: una riflessione epistemologica sulla disciplina, chiarendo il percorso a partire dall infanzia avendo un occhio attento all evoluzione successiva. In qualche modo sono stati «costretti» a studiare individualmente, a farsi domande, a porle all esperto o al tutor del gruppo di lavoro, a trovare soluzioni condivise. Una riflessione sulla valutazione (a che punto sono i bambini, quali gli steps da raggiungere, quali le attività da programmare) Una riflessione sulle metodologie da utilizzare. Tutte sono diventate molto più brave a costruire gli ambienti di apprendimento adatti e ad avere molto più attenzione alla relazione con i bambini. Una programmazione consapevole e utile per i bambini: ci si preoccupa di più cosa si costruisce nella testa dei bambini piuttosto che della raffinatezza dei prodotti ottenuti. una riflessione individuale sulle attività proposte (gli insegnanti le provavano prima a casa o in gruppi di lavoro a scuola) in modo da organizzare prima le domande da fare, essere in grado di prevedere qualche imprevisto, anticipare le riflessioni (quindi essere pronte alle risposte dei bambini), prevedere i tempi adeguati, saper interrompere al momento giusto (evitare cali d interesse o di concentrazione). In ogni situazione è molto importante fare ancora un po di cose diverse e confrontarle via via fra loro, facendo ben intendere a bambini e ragazzi che si continua a fare lo stesso gioco ma sempre in modo diverso: per divertirsi ancora e per capire meglio L uso di strumenti diversi per la collaborazione fra colleghi e la riflessione rispetto alle attività svolte come la mailing list del gruppo di lavoro La condivisione delle esperienze: il lavoro di ciascuna poteva diventare la base da cui partire per il lavoro delle altre, migliorando notevolmente le proposte e i tempi mano a mano che venivano riproposte

58 Valutazione dell efficacia del percorso Una ricaduta a cascata sui bambini che ne hanno beneficiato notevolmente migliorando in generale le loro capacità come specificato nei risultati ottenuti Quello che abbiamo rilevato come indispensabile è innanzitutto un breve intervallo totalmente dedicato, prima di andare in classe, alla consapevolezza adulta: che poi avrà modo di progredire parallelamente al lavoro in classe, e alle necessità culturali e professionali che questo chiamerà in gioco. Per cominciare, dunque, bisogna cominciare a provare, a guardare, a riflettere sull esperienza quotidiana via via chiamata in gioco, a domandarsi come potrebbe essere. E bisogna cominciare a riflettere, sistematicamente e collettivamente, su qualche testo o materiale che si presti a cominciare. Poi, mano a mano che si va avanti a partire da qualcosa che si può supporre condiviso a livello di base, si potranno chiedere e avere spiegazioni sempre più adatte sia alla competenza culturale adulta, sia alla specifica mediazione adatta all età dei bambini/ragazzi a cui professionalmente ci si rivolge.