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 LABORATORIO DEL SAPERE SCIENTIFICO Anni scolastici , L acqua dall evaporazione al suo ciclo I.C.S. Don Lorenzo Milani, Prato Scuola primaria Ammannati Percorso di scienze sperimentali di chimicofisica Classi: 4 A-B-C, 5 C Docenti: Sereno Maila, Bongi Valentina

3 Riassunto collocazione nel curricolo Il percorso sull acqua è stato svolto in una classe in quarta e in un altra è iniziato in classe quarta ed è terminato in classe quinta. Il riscaldamento e l ebollizione dell acqua sono fenomeni quotidiani, sono già stati incontrati dai bambini nel primo ciclo e nella scuola dell infanzia. Entrambi le classi avevano affrontato in classe terza le soluzioni, dove avevano usato l ebollizione per il recupero del soluto. Le classi, negli anni precedenti, avevano affrontato anche un percorso sulla combustione e uno sulle proprietà degli oggetti. Il percorso sull acqua prevede di lavorare per due ore settimanali impiegando circa quattro mesi.

4 Obiettivi Costruire, nell osservazioni di esperienze concrete, alcuni concetti scientifici: ebollizione, evaporazione, distillazione, vapore acqueo, cristallizzazione. Individuare strumenti e unità di misura appropriati alle situazioni problematiche in esame. Individuare le proprietà dell acqua. Osservare e schematizzare alcuni passaggi di stato Osservare le caratteristiche dell acqua, riconoscendo la sua presenza sotto varie forme e il suo ruolo nell ambiente. Descrivere il ciclo dell acqua.

5 Approccio metodologico Il percorso è stato realizzato attraverso una metodologia costruttivista che segue cinque fasi: 1. Esperimento e osservazione di ciò che accade: la costruzione del significato nella scuola primaria non può fare a meno del contatto diretto con le cose. 2. Verbalizzazione individuale scritta di quello che è stato osservato: la dimensione linguistica ha un ruolo centrale, è lo strumento fondamentale per il bambino per dare significato al mondo che sta osservando. 3. Lettura collettiva delle verbalizzazioni realizzate dai bambini e discussione collettiva e confronto tra pari. 4. Ogni bambino corregge o aggiunge alcune parti alla propria descrizione (affinamento), fino ad arrivare a definire il concetto scientifico osservato (concettualizzazione). 5. Dopo aver letto le definizioni ed individuate collettivamente le caratteristiche principali del concetto scientifico osservato, si realizza una produzione scritta condivisa del concetto.

6 Materiali, apparecchi, strumenti Per realizzare questo percorso sono stati utilizzati i seguenti materiali: Becher graduati 400 cc Piastra elettrica Bacchette di vetro Termometro Distillatore Acqua distillata, acqua di rubinetto, acqua minerale, solfato di rame, sale Carta bianca e millimetrata Computer

7 Ambiente Il percorso è stato realizzato in aula. Il materiale occorrente è stato portato in classe. Gli alunni si sono disposti in vari modi (in cerchio, a coppie, a gruppi, ) per poter osservare gli esperimenti, discutere e lavorare insieme. L aula è stata adattata alle esigenze degli alunni e delle attività da svolgere in classe. È stato importante lavorare in aula perché alcuni esperimenti richiedevano un osservazione giornaliera.

8 Tempi Messa a punto nel Gruppo LSS: sono stati svolti due incontri di due ore ciascuno per la progettazione del percorso nei mesi di ottobre. Le insegnanti delle classi interessate si sono confrontate insieme alle altre sulle principali attività iniziali da svolgere. Progettazione specifica nelle classi: la progettazione è continuata all interno del gruppo LSS durante i mesi successivi fino a dicembre, le attività venivano discusse e modificate in base alle risposte e alle difficoltà incontrate dal gruppo classe. Inoltre le insegnanti delle quarte e quinte hanno continuato la progettazione delle attività anche durante le ore di programmazione settimanale. Tempo-scuola di sviluppo del percorso: due ore settimanali, mesi: ottobre 2013 gennaio 2014 Documentazione: 20 ore

9 1 attività Il riscaldamento dell acqua Collochiamo su una piastra elettrica un becker contenente dell acqua distillata. Chiediamo ai bambini di osservare quello che accade.

10 I bambini sono stati messi in cerchio intorno al fornellino e hanno discusso collettivamente su quello che stava accadendo. Generated by Foxit PDF Creator Foxit Software

11 Verbalizzazione individuale Ogni bambino ha descritto quello che stava accadendo all acqua nel becker. In seguito, hanno rappresentato graficamente l esperimento. Infine i lavori individuali sono stati letti ad alta voce, è seguita una discussione collettiva e ogni bambino ha corretto o aggiunto alcune parti alla propria descrizione.

12 Dopo aver ascoltato le altre descrizioni, i bambini hanno aggiunto le parti mancanti importanti evidenziandole con un o più * (asterisco).

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14 Concettualizzazione dell ebollizione È stato chiesto ai bambini di definire l ebollizione dell acqua; sono state lette le definizioni e individuate collettivamente le fasi dell ebollizione. In seguito è stata data una definizione condivisa di ebollizione a ciascun alunno.

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17 2 attività che cos è il fumo? Per comprendere meglio cosa avviene durante l ebollizione e chiarire la natura del fumo (ovvero la nebbia), è stato presentato l esperimento dell ebollizione con l uso del distillatore. Inizialmente è stato chiesto ai bambini di osservare questo strumento e disegnarlo.

18 Prima di fare l esperimento dell ebollizione, è stata fatta passare l acqua di raffreddamento dall imbuto, per far comprendere ai bambini che nel tubo di vetro ci sono due percorsi. Non è stato facile per i bambini comprendere che il tubo di vetro ha un altro tubo interno; quando i bambini sono arrivati a disegnare il distillatore non tutti hanno disegnato la parte interna al tubo di vetro, ma è stato necessario far osservare nuovamente con attenzione lo strumento.

19 Esperimento con il distillatore Dopo aver preparato il distillatore, abbiamo iniziato il riscaldamento dell acqua.

20 Cosa accadrà? Generated by Foxit PDF Creator Foxit Software

21 Inizia l ebollizione Generated by Foxit PDF Creator Foxit Software

22 Il tubo di vetro interno si appanna

23 Dal tubo iniziano ad uscire delle goccioline di acqua

24 Nella beuta non resta più acqua!

25 L acqua che prima era nella beuta ora è nel becher!

26 Ai bambini è stato chiesto di osservare e dopo di rispondere alla seguente domanda: Cosa è possibile osservare con questo esperimento se lo confrontiamo con il primo esperimento dell ebollizione?

27 È stato tolto il tappo della beuta per vedere il fumo che usciva.

28 Dopo aver fatto l esperimento e aver notato le differenze con l ebollizione su piastra elettrica, è stato chiesto ai bambini di rispondere individualmente alle seguenti domande: - Che cosa è successo all acqua? - Quali trasformazioni sono avvenute?

29 Le risposte sono state lette collettivamente e sono state apportate le modifiche necessarie.

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32 Conclusioni scritte I bambini hanno capito che durante l ebollizione l acqua si trasforma in acqua che non si vede e che, quando viene raffreddata, si ritrasforma in acqua liquida. A questo punto è stato inserito il termine vapore acqueo per indicare l acqua che non si vede.

33 Adesso vengono inseriti i termini di condensazione ed ebollizione

34 Ai bambini vengono poste le seguenti domande: Il fumo che esce quando si toglie il tappo del distillatore o si fa bollire l acqua nel becher che cos è? Perché si forma? Quali sono le vostre ipotesi? Come pensate di spiegare che il vapore acqueo presente nel distillatore durante l ebollizione non è visibile?

35 I bambini rispondono prima individualmente alle domande, poi le risposte sono state lette e sono state formulate risposte collettive condivise da tutti. Le risposte condivise sono state cerchiate di rosso. Per i bambini spiegare cos è il fumo è stato un compito non facile e hanno avuto bisogno di tempo per riflettere.

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38 Facciamo il punto! Il vapore acqueo non è visibile. Il fumo che esce dall acqua durante l ebollizione è costituito da goccioline piccolissime di acqua.

39 Facciamo il punto! Il fumo si forma perché l aria che si trova sopra il becher è fredda ed è in grado di condensare in parte il vapore acqueo che esce dall acqua. Il vapore acqueo, presente nel distillatore durante l ebollizione, non è visibile perché durante l ebollizione il vapore si trasforma in particelle di acqua talmente piccole da non essere visibili.

40 3 attività Ebollizione dell acqua di rubinetto Ripetiamo l esperimento dell ebollizione dell acqua, versando in becher acqua di rubinetto tenendola sul fornellino fino a che non si è consumata tutta. Generated by Foxit PDF Creator Foxit Software

41 Chiediamo ai bambini di osservare questa esperienza e confrontarla con quella dell ebollizione dell acqua distillata.

42 4 attività Le acque minerali Scegliamo tre tipi di acque minerale con contenuto salino diverso, sulla base del residuo fisso. Facciamo assaggiare le acque ai bambini e facciamo registrare le differenze.

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44 Abbiamo chiesto ai bambini come potevamo cogliere le differenze tra le acque assaggiate Proviamo a riscaldarle fino a farle evaporare.

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46 Registrazione del gradimento delle acque minerali

47 Differenze tra le acque minerali

48 5 attività Le bolle Per i bambini non è stato facile rispondere alla domanda Che cosa sono le bolle perché tendono a rispondere che sono aria. È necessario riflettere insieme sull esperimento del distillatore per arrivare alla conclusione che esse sono vapore acqueo.

49 L acqua bolle a 100 C Facciamo riscaldare di nuovo l acqua distillata e registriamo la temperatura dell acqua ogni trenta secondi.

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52 Ripetiamo l esperimento usando l acqua del rubinetto

53 Evaporazione dell acqua Generated by Foxit PDF Creator Foxit Software

54 Becker sull armadietto (lontani dalla fonte di calore) Becker sulla mattonella riscaldata (vicini dalla fonte di calore)

55 Registrazione dei cambiamenti delle soluzioni vicino e lontano dalla fonte di calore

56 Concludendo Per i bambini rispondere alle domande è stato facile, avevano compreso le trasformazioni avvenute durante l evaporazione.

57 I cristalli I bambini hanno constato che le sostanze solide (sale, solfato, ) solubili in acqua sono recuperabili attraverso l ebollizione, ma anche attraverso l evaporazione. Hanno notato che durante l evaporazione il recupero della sostanza avviene lentamente e si ottiene una sostanza cristallina.

58 Il ciclo dell acqua A questo punto i bambini hanno potuto rispondere alla domanda Da dove viene l acqua e sono in grado di spiegare il ciclo dell acqua.

59 Le verifiche L ACQUA Descrivi l ebollizione dell acqua specificando i cinque aspetti che caratterizzano questo fenomeno. A quale temperatura bolle l acqua distillata? Cosa succede alla temperatura durante il riscaldamento dell acqua? Cosa succede alla temperatura durante l ebollizione? Da cosa è costituito il fumo? Cosa sono le bolle che escono dall acqua liquida? L acqua distillata è una soluzione? Sì NO L acqua di rubinetto è una soluzione? Sì NO Che cosa occorre per far evaporare l acqua? Caldo freddo Che cosa occorre per far condensare l acqua? Caldo freddo Descrivi il ciclo dell acqua. Completa lo schema inserendo le seguenti parole: ACQUA, VAPORE ACQUEO, EBOLLIZIONE, CONDENSAZIONE

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61 Risultati ottenuti (analisi critica in relazione agli apprendimenti degli alunni) Questo è un percorso abbastanza lungo e complesso; i concetti scientifici che vengono presentati non sono di facile comprensione per l età degli alunni. In alcuni momenti la complessità del percorso può scoraggiare, ma ci si rende conto successivamente che in questo percorso gli alunni arrivano a costruire concetti scientifici molto complessi; per far ciò è necessario tempo e ricorsività su alcune attività come: l esperimento con il distillatore, quello dell ebollizione e quello relativo alla temperatura. Tutti gli alunni hanno acquisito i concetti scientifici proposti e sono arrivati a descrivere il ciclo dell acqua. Questo percorso ha ottenuto molto gradimento da parte dei bambini grazie anche all uso degli strumenti scientifici, molto interesse ha suscitato il distillatore, ma anche il termometro: i bambini si sono sentiti dei veri scienziati.

62 Valutazione dell efficacia del percorso didattico sperimentato in ordine alle aspettative e alle motivazioni del gruppo LSS Questo è un percorso non facile da presentare agli alunni della classe quarta. I docenti del gruppo LSS spesso si sono incontrati per rivedere insieme alcuni passaggi del percorso, per poterli adeguare alle conoscenze dei bambini. I risultati ottenuti sono stati molto più alti rispetto all aspettative; infatti tutti i bambini sono arrivati a descrivere il ciclo dell acqua proprio perché avevano costruito le conoscenze necessarie attraverso gli esperimenti e le discussioni collettive.

63 La sintesi L ACQUA L ebollizione dell acqua è quel fenomeno che si verifica ad un certo punto del riscaldamento dell acqua e che è caratterizzato dalla contemporanea presenza dei seguenti aspetti: 1. formazione di una grande quantità di bolle all interno dell acqua; 2. emissione di fumo dalla superficie dell acqua 3. agitazione violenta della superficie dell acqua 4. diminuzione dell acqua 5. temperatura costante dell acqua di 100 C Durante l ebollizione, l acqua si trasforma in acqua che non si vede che, a sua volta, quando viene raffreddata, si ritrasforma in acqua liquida. vapore acqueo (o acqua vapore) per indicare "l acqua che non si vede". La trasformazione del vapore acqueo in acqua per raffreddamento prende il nome di condensazione.

64 Il fumo che esce dall acqua in ebollizione (quando si toglie il tappo del distillatore o si fa bollire l acqua in un becher), che cos è? Il fumo è costituito da goccioline piccolissime di acqua. Perché si forma? Perché l aria che si trova sopra il becher è fredda ed è in grado di condensare in parte il vapore acqueo che esce dall acqua. Perché il vapore acqueo (presente nel distillatore durante l ebollizione) non è visibile? Durante l ebollizione l acqua liquida si trasforma in particelle di acqua talmente piccole da non essere visibili. L acqua distillata non contiene sostanze solide, invece l acqua usuale (di rubinetto, di fiume, ecc.) contiene sostanze solide e appare come un unica sostanza, è in realtà una soluzione. Le acque minerali vengono convenzionalmente classificate in tre gruppi: Le acque oligo - minerali che contengono meno di 0,2 g/l di sali, Le acque medio minerali che contengono tra 0,2 e 1 g/l di sali. Le acque minerali che contengono più di 1 g/l di sali.

65 Le bolle che si formano sono vapore acqueo che sta uscendo dall acqua liquida. L acqua bolle alla temperatura di 100 C dopo rimane costante. Questo perché il calore all ebollizione viene completamente utilizzato per rompere i legami tra le molecole nel passaggio da acqua liquida ad acqua vapore. L evaporazione dell acqua è un fenomeno che si verifica sempre, anche con dell acqua molto fredda, ma la velocità con cui si forma il vapore acqueo e con cui l acqua sparisce cambia a seconda della vicinanze o della lontananza da fonti di calore.