LICEO STATALE A. VOLTA INDIRIZZO SCIENTIFICO E CLASSICO PROGRAMMAZIONE DIDATTICA PER COMPETENZE. Anno Scolastico

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1 LICEO STATALE A. VOLTA INDIRIZZO SCIENTIFICO E CLASSICO PROGRAMMAZIONE DIDATTICA PER COMPETENZE Anno Scolastico Docente: prof. Quacquaruccio Gianni Disciplina: SCIENZE NATURALI (BIOLOGIA-CHIMICA) Classi: 3A-3B-3C LICEO SCIENTIFICO Ore settimanali d insegnamento: 3

2 Obiettivi generali della disciplina Alla fine dell anno l alunno dovrà essere in grado di: sapere effettuare connessioni logiche, riconoscere o stabilire relazioni, classificare, formulare ipotesi in base ai dati forniti, trarre conclusioni basate sui risultati ottenuti e sulle ipotesi verificate; risolvere situazioni problematiche utilizzando linguaggi specifici; applicare le conoscenze acquisite a situazioni della vita reale, anche per porsi in modo critico e consapevole di fronte ai temi di carattere scientifico e tecnologico della società attuale; utilizzare modelli appropriati per investigare su fenomeni e interpretare dati sperimentali, con particolare attenzione all uso delle unità di misura e ai criteri per la raccolta e la registrazione dei dati; riconoscere, nei diversi campi disciplinari studiati, i criteri scientifici di affidabilità delle conoscenze e delle conclusioni che vi afferiscono; descrivere un fenomeno naturale in modo il più possibile chiaro e coerente; usare un linguaggio scientifico appropriato; saper osservare e interpretare gli elementi usati nel linguaggio grafico e iconografico delle scienze: grafici, carte geografiche e tematiche, diagrammi cartesiani; saper porre domande significative dall osservazione e dallo studio dei fenomeni. Contenuti disciplinari BIOLOGIA MODULO COMPETENZE ABILITÀ CONTENUTI/CONOSCENZE PERIODO DI Modulo 0 La riproduzione cellulare (ripetizione) Acquisire ed interpretare le informazioni. Saper riconoscere e stabilire relazioni. Riconoscere analogie e differenze tra i processi di riproduzione asessuata e sessuata. Descrivere gli eventi che si verificano nelle fasi G 1, S e G 2 del ciclo cellulare. Descrivere il processo mitotico distinguendo gli eventi salienti di ogni fase. Distinguere tra corredo cromosomico aploide e diploide. La divisione cellulare. La riproduzione asessuata. La riproduzione sessuata. La scissione binaria dei procarioti. Il ciclo cellulare: fasi G 1, S, G 2, mitosi e citodieresi. Cromatina e cromosomi. Cellule diploidi e cellule aploidi. Le fasi della SVOLGIMENTO Trimestre

3 Modulo 1 Mendel e i principi dell'ereditarietà Acquisire ed interpretare le informazioni. Saper effettuare connessioni logiche. Saper risolvere situazioni problematiche utilizzando linguaggi specifici. Saper applicare le conoscenze acquisite alla vita reale. Saper trarre conclusioni basate sui risultati ottenuti. Individuare collegamenti relazioni. e Spiegare l importanza del crossing-over e della fecondazione per la variabilità genetica. Analizzare le fasi della meiosi I e II. Confrontare la meiosi con la mitosi evidenziando analogie e differenze. Illustrare le fasi del lavoro sperimentale di Mendel. Definire le generazioni P, F 1 e F 2. Enunciare la prima legge di Mendel. Distinguere un carattere dominante da uno recessivo. Spiegare il significato di dei termini omozigote ed eterozigote. Distinguere il genotipo dal fenotipo. Enunciare la legge dell assortimento indipendente. Impostare quadrati di Punnett di incroci di ibridi, per uno, due o più caratteri, per la definizione delle proporzioni dei genotipi e fenotipi della prole. Ricavare, mediante un test cross, il genotipo ignoto di un fenotipo che mostra il carattere dominante. Definire i difetti genetici autosomici recessivi e dominanti. Costruire un albero genealogico di caratteri genetici umani. Descrivere i sintomi e le modalità di trasmissione di alcune malattie ereditarie umane determinate da un allele recessivo o dominante. Descrivere l eredità di un carattere determinato da più forme alleliche utilizzando l esempio dei gruppi sanguigni. Descrivere l eredità di un carattere determinato da più geni. Illustrare l influenza dell ambiente su alcuni tratti genetici. mitosi. La sinapsi e il crossingover. La variabilità genetica. La meiosi. Confronto tra meiosi e mitosi. Le idee sull ereditarietà dei caratteri prima di Gregor Mendel: l ipotesi della mescolanza dei caratteri. Il lavoro sperimentale di Mendel. Le linee pure. I singoli caratteri si trasmettono in modo indipendente Generazioni P, F1 e F2. La prima legge di Mendel. Caratteri dominanti e recessivi. Individui omozigoti ed eterozigoti. Genotipo e fenotipo. I diversi caratteri si assortiscono nei gameti in modo indipendente. La legge dell assortimento indipendente. Mendel e le leggi delle probabilità. Il test cross. Le leggi di Mendel e la genetica umana. Difetti genetici recessivi e dominanti. Gli alberi genealogici. Malattie provocate da alleli recessivi: fibrosi cistica, fenilchetonuria, anemia falciforme. Malattie provocate da alleli dominanti: corea di Huntington, acondroplasia. La dominanza incompleta. Gli alleli multipli: i gruppi Trimestre

4 Modulo 2 I principi dell evoluzione Modulo 3 La genetica molecolare Acquisire interpretare informazioni. Individuare collegamenti relazioni. ed le Saper formulare ipotesi in base ai dati forniti. e Spiegare il fenomeno della pleiotropia. Spiegare come Morgan ha dimostrato che i geni sono portati dai cromosomi. Descrivere le modalità di trasmissione dei caratteri legati ai cromosomi sessuali. Descrivere i sintomi e le modalità di trasmissione di alcune malattie genetiche umane legate al cromosoma X. Spiegare che cosa s intende per geni associati. Spiegare come si determina l ordine dei loci genici. Riassumere le osservazioni di Darwin sulla fauna, sui fossili e sulla geologia incontrati durante il suo viaggio intorno al mondo. Mettere in relazione i ritrovamento di reperti fossili con le concezioni evoluzioniste. Riassumere la teoria di Cuvier e di Lamarck. Spiegare come la selezione artificiale produca razze e anche specie diverse. Spiegare in che modo l ambiente seleziona gli individui più adatti all interno di una popolazione. Descrivere le prove a favore dell evoluzione fornite dalla paleontologia, dall anatomia comparata e dalla biogeografia dallo studio comparato delle biomolecole. Spiegare come Griffith è giunto a ipotizzare la presenza di un fattore trasformante nei batteri. Descrivere gli esperimenti di Hershey e Chase. sanguigni. L ereditarietà poligenica. L influenza dell ambiente. La pleiotropia e l anemia falciforme. I geni sono portati dai cromosomi. Gli studi di Morgan. Autosomi e cromosomi sessuali. L eredità dei caratteri legati ai cromosomi sessuali. I disordini genetici umani legati al cromosoma X: cecità ai colori, distrofia muscolare, emofilia. I geni associati. La mappatura dei cromosomi. Gli esseri viventi sono adattati Trimestre al proprio ambiente. Il viaggio di Charles Darwin. Le teorie evolutive prima di Darwin: Cuvier e il catastrofismo, Lamarck e l ereditarietà dei caratteri acquisiti. La selezione artificiale. Il principio della selezione naturale. Le prove dell evoluzione (la paleontologia e lo studio dei fossili; le somiglianze anatomiche tra le specie: omologie e analogie; le prove embriologiche; la distribuzione geografica delle specie; i confronti molecolari). Il ruolo del DNA nell ereditarietà. Il principio trasformante di Griffith. Gli Trimestre/Pent amestre

5 Saper effettuare connessioni logiche. Acquisire e interpretare le informazioni. Saper riconoscere e stabilire relazioni. Descrivere la struttura a doppia elica del DNA evidenziando la disposizione antiparallela dei due filamenti di nucleotidi. Descrivere la duplicazione semiconservativa del DNA. Spiegare le funzioni dei principali enzimi coinvolti nel processo di duplicazione. Mettere in relazione l invecchiamento delle cellule con la perdita dei telomeri. Illustrare i meccanismi che portano alla formazione del filamento leader del filamento in ritardo. Identificare il ruolo dei frammenti di Okazaki. Descrivere l azione dell enzima ligasi. Spiegare la relazione che c è tra un gene e una proteina. Identificare nel codice genetico il mezzo per tradurre il messaggio scritto nel DNA nella sequenza di amminoacidi di una proteina. Descrivere come il messaggio genetico del DNA viene trasferito all RNA. Evidenziare l importanza del processo di maturazione dell RNA messaggero negli eucarioti. Illustrare il ruolo dell RNA di trasporto e dei ribosomi nella sintesi proteica. Illustrare le tre fasi del processo di traduzione. Distinguere le mutazioni germinali da quelle somatiche. Distinguere le mutazioni puntiformi da quelle per sfasamento del codice di lettura. Illustrare gli effetti delle mutazioni sulle proteine e sulla funzionalità delle cellule e degli organismi. Chiarire gli effetti del processo di trasposizione sul genotipo e sul fenotipo. Mettere a confronto un ciclo litico con un ciclo esperimenti di Hershey e Chase. La struttura dei nucleotidi che formano il DNA e l RNA. L organizzazione strutturale a doppia elica del DNA. Il DNA è una molecola adatta alla duplicazione. I tre stadi della duplicazione semiconservativa del DNA: srotolamento e apertura, appaiamento delle basi, unione dei due filamenti. L azione degli enzimi primasi e DNA polimerasi. Il ruolo dei telomeri. La duplicazione del filamento leader e del filamento in ritardo. I frammenti di Okazaki. L azione dell enzima ligasi. I geni dirigono la sintesi delle proteine. Il legame tra geni e proteine: la sintesi proteica. Il codice genetico. Il processo di trascrizione: la formazione dell RNA messaggero. La maturazione dell RNA messaggero: introni ed esoni. L RNA di trasporto. Il ruolo dei ribosomi. Il processo di traduzione: inizio, allungamento e terminazione. Le mutazioni cambiano la sequenza delle basi nel DNA. Mutazioni germinali e somatiche. Mutazioni puntiformi e di sfasamento. Effetto delle mutazioni sulle

6 Modulo 4 Microevoluzione e macroevoluzione Individuare collegamenti e relazioni. Saper effettuare connessioni logiche. Saper formulare ipotesi in base ai dati forniti. lisogeno. Illustrare le modalità di infezione cellulare adottata da un retrovirus come l HIV. Descrivere come i batteri possono modificare il proprio patrimonio genetico. Definire con precisione cosa s intende per popolazione e pool genico. Spiegare il principio di Hardy-Weinberg in termini di frequenza degli alleli nel pool genico. Mettere in relazione le mutazioni e la ricombinazione sessuale con l incremento della variabilità genetica. Spiegare in che modo la variabilità genetica all interno di una popolazione, l accoppiamento non casuale e il flusso genico favoriscono la microevoluzione. Descrivere i diversi effetti della selezione naturale. Illustrare, fornendo esempi, la deriva genetica e le modalità attraverso cui si può realizzare. Confrontare il concetto evolutivo di specie con la definizione di specie biologica. Illustrare i principali meccanismi di isolamento prezigotico. Spiegare in che modo le barriere riproduttive postzigotiche possono impedire lo scambio di geni tra popolazioni diverse. Spiegare in che modo due popolazioni separate geograficamente possono diventare due specie distinte. Descrivere mediante esempi il fenomeno della radiazione adattativa. Correlare la speciazione simpatrica con il proteine. I trasposoni. I virus e i batteri sono utili negli studi e nelle applicazioni genetiche. Ciclo litico e ciclo lisogeno dei batteriofagi. I retrovirus: l HIV. Il trasferimento di geni tra batteri: trasformazione, coniugazione, trasduzione. La genetica di popolazione spiega la microevoluzione. Il pool genico. Il principio di Hardy-Weinberg. Le mutazioni e la ricombinazione sessuale. L accoppiamento non casuale e il flusso genico. I tre tipi di selezione naturale: stabilizzante, direzionale, divergente. La deriva genetica: l effetto collo di bottiglia e l effetto del fondatore. L origine di nuove specie è alla base della biodiversità. Il concetto evolutivo di specie. La specie biologica. Le barriere riproduttive prezigotiche e postzigotiche. L isolamento geografico può favorire la speciazione. Le barriere geografiche. La speciazione allopatica. La radiazione adattativa. La speciazione simpatrica. Poliplodia, autoploidia, alloploidia. La speciazione può essere graduale Pentamestre

7 fenomeno della poliploidia nelle piante. Distinguere l autoploidia dall alloploidia. Esemplificare il modello della speciazione graduale. Delineare gli aspetti più significativi della teoria degli equilibri intermittenti. Correlare l individuazione di uno stesso gene in animali diversi con la presenza dello stesso tipo di organi. Spiegare la relazione fra espressione differenziale dei geni e l evoluzione. oppure rapida. Il modello graduale di speciazione. Il modello degli equilibri intermittenti. La speciazione rapida si spiega anche con la genetica dello sviluppo. Il riconoscimento degli stessi geni in animali diversi. L espressione differenziale dei geni. CHIMICA MODULO COMPETENZE ABILITÀ CONTENUTI/CONOSCENZE PERIODO DI SVOLGIMENTO Modulo 5 I fondamenti della chimica Modulo 6 La quantità chimica: la mole Saper riconoscere e stabilire relazioni Saper applicare conoscenze acquisite alla vita reale Saper effettuare connessioni logiche. Saper riconoscere e stabilire relazioni Distinguere tra sostanza pura e miscuglio e tra miscuglio omogeneo ed eterogeneo. Spiegare i passaggi di stato alla luce della teoria cinetica. Illustrare le differenze nelle curve di riscaldamento di una sostanza pura e di un miscuglio. Esporre le leggi ponderali. Esprimere i concetti di elemento, composto e molecola. Conoscere la differenza tra atomo, molecola e ione. Saper descrivere le leggi dei gas e la legge di Dalton Essere consapevole della differenza tra quantità di materia e quantità di sostanza. Riconoscere il comportamento degli aeriformi come strumento per la determinazione delle formule molecolari e delle masse atomiche. Sostanza pura, miscuglio (omogeneo e eterogeneo). Teoria cinetica e passaggi di stato. Curva di riscaldamento di una sostanza pura e di un miscuglio. Tensione di vapore. Elementi e composti. Le leggi ponderali. Atomi, molecole e ioni. I gas ideali e la teoria cinetico molecolare, le leggi dei gas (le leggi di Boyle, di Charles e di Gay-Lussac). La legge generale dei gas. Le pressioni parziali e la legge di Dalton. Il principio di Avogadro. La massa atomica e la massa molecolare. La mole e la massa molare, il numero di Avogadro. Calcoli con le moli. La Pentamestre Pentamestre

8 Modulo 7 Le particelle dell atomo e la sua struttura Saper riconoscere e stabilire relazioni. Saper applicare conoscenze acquisite alla vita reale Saper trarre conclusioni basate sui risultati ottenuti Saper risolvere situazioni problematiche utilizzando linguaggi specifici Comprendere la relazione tra composizione percentuale in massa e composizione atomica di un composto. Determinare la massa molare di una sostanza nota la formula. Utilizzare il concetto di mole per convertire la massa/il volume di una sostanza o il numero di particelle elementari in moli e viceversa. Determinare la formula empirica e molecolare di un composto. Comprendere come prove sperimentali abbiano determinato il passaggio dal modello atomico di Thomson a quello di Rutherford Spiegare come la composizione del nucleo determina l identità chimica dell atomo Spiegare come il diverso numero di neutroni, per un dato elemento, influenza la massa atomica relativa Descrivere le principali trasformazioni del nucleo correlandole al diverso contenuto di nucleoni Interpretare la legge del decadimento radioattivo Descrivere le reazioni nucleari di maggiore interesse per la produzione di energia Distinguere tra comportamento ondulatorio e corpuscolare della radiazione elettromagnetica. Riconoscere che il modello atomico di Bohr ha come fondamento sperimentale l analisi spettroscopica della radiazione emessa dagli atomi. Comprendere come la teoria di de Broglie e il principio di indeterminazione siano alla base di una concezione probabilistica della materia Comprendere il significato di onda stazionaria e l importanza della funzione d onda ψ Essere consapevole dell esistenza di livelli e composizione percentuale, la formula minima e quella molecolare. Il volume molare, l equazione di stato dei gas ideali, le pressioni parziali e la legge di Dalton. La natura elettrica della materia. La scoperta delle proprietà elettriche. Le particelle fondamentali dell atomo. La scoperta dell elettrone. L esperimento di Rutherford. Il numero atomico, il numero di massa e gli isotopi. Il decadimento radioattivo, i tipi di decadimento e la legge del decadimento. Energia nucleare. Fissione e fusione nucleare. La doppia natura della luce (ondulatoria e corpuscolare), la luce e gli spettri. L atomo di Bohr. La doppia natura dell elettrone. La meccanica quantistica e il principio di indeterminazione di Heisenberg. L equazione d onda. Numeri quantici e orbitali. L atomo di idrogeno secondo la meccanica quantistica. La configurazione degli atomi Pentamestre

9 Modulo 8 Il periodico sistema Saper classificare Saper effettuare connessioni logiche sottolivelli energetici e della loro disposizione in ordine di energia crescente verso l esterno Utilizzare la simbologia specifica e le regole di riempimento degli orbitali per la scrittura delle configurazioni elettroniche di tutti gli atomi Descrivere le principali proprietà di metalli, semimetalli e non metalli Individuare la posizione delle varie famiglie di elementi nella tavola periodica Spiegare la relazione fra Z, struttura elettronica e posizione degli elementi sulla tavola periodica Comprendere che la legge della periodicità è stata strumento sia di classificazione sia di predizione di elementi Discutere lo sviluppo storico del concetto di periodicità. Spiegare gli andamenti delle proprietà periodiche degli elementi nei gruppi e nei periodi La classificazione degli elementi e il sistema periodico di Mendeleev. La moderna tavola periodica e la sua struttura. I simboli di Lewis. Le proprietà periodiche degli elementi (raggio atomico, energia di ionizzazione, affinità elettronica, elettronegatività). Metalli, non metalli e semimetalli. Pentamestre Metodi - Lezioni frontali per trasmettere conoscenze e concetti e lezioni interattive per stimolare gli studenti a partecipare attivamente alle lezioni sollecitando le loro domande e inducendoli a riflettere sulle possibili risposte; - Lettura in classe del libro di testo, spiegazione e messa in evidenza dei concetti chiave. Eventuale schematizzazione della lezione con mappe concettuali o schemi alla lavagna; - Utilizzo di disegni, figure del libro e, in base al tempo e alla strumentazione disponibile, proiezione di animazioni e filmati per illustrare i fenomeni non facilmente osservabili in modo diretto. A causa del tempo limitato per l attività didattica si chiederà agli alunni di visualizzare a casa le numerose risorse multimediali on-line messe a disposizione dal libro di testo; - Eventuali semplici attività di laboratorio dimostrative in base alla disponibilità del materiale e al tempo. Strumenti di lavoro - Libro di testo; - Supporti audiovisivi e risorse multimediali fornite dal libro.

10 - materiale e strumenti per eventuali attività di laboratorio dimostrative Tipologie di verifica e valutazioni Per seguire il processo di apprendimento saranno proposte diverse tipologie di verifica: - Brevi interrogazioni in itinere con valore formativo; - Verifica del grado di pertinenza degli interventi; - Verifiche scritte strutturate e/o semistrutturate; - Verifiche orali. La valutazione terrà conto del livello di approfondimento delle conoscenze, della capacità di rielaborazione, dell abilità raggiunta nell esporre gli argomenti con chiarezza e precisione. Il voto, attribuito in decimi, risulterà dalla combinazione dei diversi livelli di conoscenza e abilità verificati, secondo i criteri stabiliti dal POF. Sono previste almeno due verifiche nel trimestre e almeno tre nel pentamestre. La valutazione intermedia e di fine anno terrà conto dei risultati delle verifiche, dell impegno e della partecipazione all attività didattica, dello svolgimento puntuale dei compiti a casa, della progressione dell apprendimento e della disponibilità a collaborare. Luogo e data: Colle di Val D'Elsa, 31/10/2015 L'insegnante prof. Quacquaruccio Gianni